北方農村冬季采暖方式的優缺點對比分析

張紅霞,張博雅,周淑娟,徐學東*

1.濟寧職業技術學院,山東 濟寧 272000

2.山東農業大學 水利土木工程學院,山東 泰安 271018

3.山東黃河勘測設計研究院,山東 濟南 250013

北方農村冬季采暖方式的優缺點對比分析

張紅霞1,張博雅2,周淑娟3,徐學東2*

1.濟寧職業技術學院,山東 濟寧 272000

2.山東農業大學 水利土木工程學院,山東 泰安 271018

3.山東黃河勘測設計研究院,山東 濟南 250013

隨著生活水平的提高，在北方廣大的農村地區，冬季采暖問題越來越受重視。目前在農村地區，采暖方式五花八門，本文著重對比了幾種常用的采暖方式，分析了它們的優缺點，并對它們所需的初裝費用和運行費用進行了比較，以供不同地區不同需求的農村居民選擇。

北方農村;采暖方式;優缺點

1 農村住宅現狀及冬季溫度情況分析

1.1 農村住宅現狀

我國北方地區農村住宅多為單層建筑，按照主要承重結構所用材料不同，可分為土坯房屋、木結構房屋、石結構房屋、磚混結構房屋和混凝土房屋等[1]。農村住宅建筑比較粗放，建造成本較低，無論哪種房屋，一般都沒有貼外墻保溫材料，而窗戶多為單層的木窗或者鋁合金窗，門多為木門，這樣的門窗密閉性較差，室內外的熱交換頻繁，不利于室內保溫。農村住宅多為墻承重的低層房屋，開間較小，多采用橫墻承重，為減少冬季北風的影響，北縱墻上一般不開窗或者開小高窗，南縱墻上設立寬敞的大窗（如圖1）。

圖1 山東省某村住宅示意圖Fig.1 Schematic diagram of a village in Shandong Province

1.2 冬季溫度情況分析

我國北方地區大多屬于溫帶地區，冬季寒冷干燥，以山東為例，冬季最冷時氣溫達到零下十幾攝氏度，平均氣溫零下0.7℃左右，一天之中，最冷的時候是凌晨2點到4點，溫度低到難以忍受，在不做任何保溫采暖措施的情況下，室內溫度將會達到零度以下，室內的水盆內會結一層薄薄的冰。衛生學上將12℃作為建筑熱環境的下限，把人類對“冷耐受”的下限定位11℃，冬季室內舒適溫度根據規范一般設置為14～18℃[2]。但是目前我國很多農村地區解決不了冬季的取暖問題，大部分老百姓依然還是靠多穿衣或自制燒煤爐取暖等方式抵御嚴寒。隨著生活水平的提高和人們對于舒適度的需求越來越高，如何有效解決農村冬季采暖問題，使廣大農民群眾在冬天住上“暖心房”，是目前社會非常關心和關注的重要民生工程。農村采暖，勢在必行。

2 農村采暖現狀分析

調研發現，目前北方農村大多數地區仍然采用傳統的采暖方式，既采用火炕或者土暖氣，燃料多為秸稈和煤炭。但是在農村現有的條件下，秸稈和煤炭的燃燒不夠充分，熱效率較低，導致大量能源的浪費，同時燃燒產生大量的CO2等有害氣體[3]，我國國家發改委能源研究所規定，一千克標準煤的碳排放系數為0.68，既燃燒一千克標準煤會產生0.68 kgCO2。同時住宅室內的熱環境質量較差，室內受熱不均勻且溫度普遍很低，一般僅為5～10℃[4]，遠未達到衛生舒適標準規定的14～18℃。同時，隨著煤炭、石油等不可再生資源的日漸消耗和日益嚴重的環境污染問題[5]，我們不可能在廣大的農村地區采用傳統的能源來解決采暖問題，新型的清潔能源亟待開發利用。

3 目前常用的采暖方式

隨著生活水平的提高，人們對舒適度的要求也越來越高，越來越多的農村居民開始采用冬季采暖，采暖方式也趨于多元化。按照供暖地不同可分為市政集中供暖、區域性集中供暖和分散式供暖等幾種方式，其中市政集中供暖和區域性集中供暖有很大的局限性，僅適用于城邊村、城郊村等公用服務設施配置延伸到的社區或者部分規劃比較好的農村新型社區，絕大多數農村地區還是采用分散式供暖。按照利用的能源不同可分為燒柴、燃煤、用電和利用新型可再生能源等。其中燒柴的一般為火炕或者火墻；燃煤的一般有簡易的蜂窩煤爐和土暖氣；用電的一般為空調、普通電暖氣、發熱電纜、紅外線熱取暖器和空氣源取暖等；新型可再生能源一般有生物質燃料、太陽能、水源熱泵、土壤源熱泵、碳晶取暖等（圖2）。

圖2 按能源不同劃分采暖方式Fig.2 Heating mode according to different energy sources

也可以按爐具燃燒的材料不同來劃分，比如土暖氣可以燒柴、燃煤或者用電；火炕可以燒柴或者生物質燃料；地暖可以采用土壤源熱泵、水源熱泵、發熱電纜或者碳晶取暖等。

4 各自的優缺點

4.1 火炕取暖

火炕歷史悠久，自古有之，由爐灶、炕體和煙囪三部分構成。爐灶可以做飯，炕體既可取暖，又可坐臥。取暖原理是煙和火從爐灶和炕體的中空部分通過而取暖。燒炕的材料容易獲取，農田里的秸稈，枯枝和樹葉都可以生火燃灶，就地取材，造價低廉，所以火炕在我國北方農村地區得到廣泛應用。但是火炕的能源利用效率低，浪費嚴重。火炕的熱效率僅為55%，大量秸稈、木柴等資源被白白浪費掉。同時火炕取暖效果比較差，室內溫度不均勻。

4.2 土暖氣采暖

土暖氣是采用水暖方式把采暖爐與膨脹水箱、管道、管件和散熱器（即暖氣片）相連接，組成采暖循環系統，使爐子水套中的熱水經過管道到散熱器，由散熱器散發出熱量，達到取暖的效果。使用土暖氣室內溫度上升較快，熱效率比火炕高，采暖效果比火炕要好，但是室內熱空氣自上而下對流，給人感覺頭熱腳涼，舒適感差一些，同時燃煤會釋放大量的二氧化碳污染環境。

4.3 空調采暖

空調是一種給密閉空間區域提供處理空氣的機組（如圖3）。空調的優點是使用方便，哪個房間需要就安裝在哪個房間，同時可以隨開隨關，可制冷也可制暖，制暖速度快，且溫度調節方便。但使用空調時，熱空氣也是自上而下，使人頭熱腳涼易疲倦。且在使用過程中耗電量很大，運行成本很高，農村人一般舍不得用。

圖3 被動式太陽房 （來源：百度）Fig.3 Passive sun house(Source:Baidu)

4.4 土壤源熱泵

土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統與建筑物內部完成熱交換的裝置。它的優點是可制冷也可制暖，制暖效果好，熱空氣自下而上，使人足熱頭涼，舒適度較高，同時它是一種可再生利用的清潔能源。但它對土壤的溫度及質量的要求較高，且施工麻煩，安裝費用高，目前在農村使用的較少。

4.5 水源熱泵

水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行熱交換的空調技術。它跟土壤源熱泵有很多相似的地方，也是可制冷也可制暖，舒適度高，也是可再生利用的清潔能源，它符合國家政策，可獲得政策性支持。但它對地下水的要求較高，需要地下水源條件好，且使用過程中的維修保養費用較高。

4.6 空氣源熱泵

空氣源熱泵是由電動機驅動，利用蒸汽壓縮制冷循環工作原理，以空氣為冷熱源制取冷熱風或者冷熱水的設備，現有空氣源熱泵地暖、空氣源熱泵中央空調和空氣源熱泵熱水器等。它的優點是節能環保，可制冷可制熱還可以燒熱水，使用壽命長，它是國家“煤改電”政策中的一大優勢選擇，但是它升溫較慢，安裝復雜，初裝費用較高。

4.7 太陽能采暖

目前太陽能采暖主要有兩大種方式，一種是主動式太陽能采暖，一種是被動式太陽能采暖。主動式太陽能采暖有太陽能熱水器、太陽能輻射地板和太陽能集熱器等；被動式太陽能采暖有直接受益式、集熱蓄熱墻式、混合式被動系統、屋頂集熱蓄熱式和被動式太陽房（圖3）等[6]。

太陽能作為一種清潔能源，相比較煤炭、石油、天然氣等常規能源來看，具有非常多的優點，一是普遍性，太陽照射到的任何地方都可以直接使用太陽能；二是無害性，太陽能清潔無污染，沒有二氧化碳等有害氣體的排放；三是巨大性，太陽輻射的能量遠超其他能量；四是長久性，地球壽命漫長，太陽能取之不盡用之不竭[7]。但是太陽能采暖也有一定的局限性，對建筑物的要求較高，對天氣也有一定依賴性。目前太陽能熱水器和最簡單的被動式太陽房在農村地區的應用較多，其他太陽能采暖的方式應用較少。

4.6 新型碳晶取暖

碳晶采暖系統是以新型“碳素晶體發熱板”為主要制熱部件而開發出的一種新型的低溫輻射采暖系統，其電能與熱能的轉換率高達98%以上。它的優點是碳晶采暖無安裝限制，熱量傳遞以遠紅外線輻射為主，制熱速度快，可以隨開隨關，方便靈活。但是它不夠節能，且高溫易氧化，使用壽命比較短。

5 不同類型采暖方式費用分析

不同的采暖方式都有各自的優缺點，但就費用而言，差異比較大，本文主要分析各種采暖方式的初始安裝費用和使用過程中的運行費用，既生命周期總費用=初裝費用+運行費用（年運行費用*使用年限）（圖4），維修和拆除費用暫不考慮。

圖4 生命周期費用組成Fig.4 The costs of life cycle

火炕一般為農民自建，費用較低10～15元/m2，一般為，而使用過程中燒的柴大多為秸稈、樹枝或枯葉，這些柴火可以就地獲得，費用可以忽略不計。土地暖的初裝費用一般較低，為30～50元/m2，運行費用一般為25～30元/m2/a。空調的初裝費用一般100元/m2，運行費用一般為30～50元/m2/a。土壤源熱泵的初裝費用較高，一般為130～300元/m2，運行費用一般比空調的要低40%左右，為18～30元/m2/a。水源熱泵初裝費用比土壤源熱泵的要低，一般為80～150元/m2，運行費用二者差不多，為18～22元/m2/a。空氣源熱泵的初裝費用一般150～200元/m2，運行費用為15元/m2/a。碳晶的初裝費用一般為70～130元/m2，運行費用一般為15～20元/m2/a（如下表1）。本文數據一部分由廠商提供，一部分來源于實地調研和市場調查。

表1 不同類型采暖方式費用分析Table 1 Cost analysis of different heating methods

從表中可以看出，雖然新型的采暖方式比傳統采暖方式的初裝費用較高，但是在使用期間的運行費用較低，且比傳統的采暖方式要節能環保，很有競爭的潛力。

6 小結

上述采暖方式各有優缺點，也各有特點，在廣大農村地區具有一定的推廣價值。隨著社會的進步，全世界都越來越重視節能環保，習主席曾經提出農村地區要清潔取暖，那么在不久的將來，為了能夠還我們的子孫后代一個藍天白云、綠水青山，各種新型的清潔衛生的采暖方式勢必成為發展的方向。本文主要討論了幾種采暖方式的優缺點，但是要想取得比較舒適的室內溫度，除了跟各種采暖方式自身的性能有關外，還跟房屋的保溫性能和密閉性有很大的關系。合理利用地方資源做好外墻的保溫工作，降低保溫成本；目前城市住宅經常使用雙層塑鋼窗來提高房屋的密閉性，但是造價較高，如何合理的利用到農村地區，來提高農村地區住宅的保溫性，也許會成為今后研究的一個重點課題。

[1]阮 景,許先鋒,孫永慶,等.房屋建筑學[M].北京:北京理工大學出版社,2016

[2]何 梅,李建穎,徐升陽,等.廊坊地區農村住宅被動式太陽能采暖應用研究[J].建筑節能,2013(8):29-32

[3]佘燦明,李 剛,郭金太,等.淺析火炕在我國農村采暖中的應用及節能改造措施[J].門窗,2016(7):47

[4]蘇俊潔.關于新農村供熱采暖方式的探討[C].中國北京:國際供熱節能技術高層論壇,2009:279-283

[5]于 林.發展現代農業和推進新農村建設必須制度創新[J].甘肅農業,2007(4):35-37

[6]羅運俊,何梓年,王長貴.太陽能利用技術[M].北京:化學工業出版社,2005

[7]王凱中.寒冷地區農村住宅太陽能采暖技術利用[D].天津:天津大學,2010

Comparative Analysis of the Merit and Demerit of the North Rural Heating MethodinWinter

ZHANG Hong-xia1,ZHANG Bo-ya2,ZHOU Shu-juan3,XU Xue-dong2*
1.Jining Polytechnic Institute,Jining272000,China
2.College of Water Conservancy and Civil Engineering/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China
3.Shandong Yellow River Survey and Design Institute,Jinan250013,China

With the improvement of the living standard,winter heating is getting more and more attention in the vast north rural areas.Heating method is various in the rural areas currently,this paper analyzes their merit and demerit,compares several common heating methods,especially the cost of initial installation and operating expenses,which can be selected by rural residents with different needs in different areas.

The north rural countryside;heating method;merit and demerit

TU832

A

1000-2324(2017)05-0722-04

2017-01-02

2017-02-08

“十二五”國家科技支撐計劃課題:低成本村鎮基礎設施與環境建設技術研究與示范(2014BAL04B05)

張紅霞(1986-),女,研究生,助教,施工技術和項目管理.E-mail:715892610@qq.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:xdxu2007@163.com