清潔采暖技術研究

摘" 要：根據實地調研走訪得知，當前中原農村地區采暖現狀不容樂觀，仍存在著冬季采暖能耗高、污染嚴重、室內熱舒適性較差、建筑保溫隔熱性能差和清潔采暖水平較低等問題。為解決冬季采暖效果差、提高室內熱舒適水平等一系列難題，迫切需要推進清潔采暖在中原農村地區的清潔化水平，選取適宜的清潔采暖方式，從其技術可行性、能源利用效率、能源適應性、能源合理性、安全性及對熱環境的改善等方面，綜合分析不同清潔采暖方式的優缺點和適用情況，便于中原農村地區根據自身條件和當地能源資源選擇和推廣。

關鍵詞：采暖現狀；熱舒適；農村地區；采暖方式；清潔采暖

中圖分類號：TU832 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2023）15-0181-04

Abstract： According to the on-the-spot investigation， the current heating situation in the rural areas of the Central Plains is not optimistic， and there are still some problems， such as high energy consumption， serious pollution， poor indoor thermal comfort， poor thermal insulation performance of buildings， low level of clean heating and so on. In order to solve difficult problems such as heating effect in winter and improving indoor thermal comfort， there is an urgent need to promote the clean level of clean heating in rural areas of the Central Plains and select suitable clean heating methods. The advantages， disadvantages and application of different clean heating methods are comprehensively analyzed from the aspects of technical feasibility， energy utilization efficiency， energy adaptability， energy rationality， safety， improvement of thermal environment and so on. It is convenient for the rural areas of the Central Plains to select and popularize according to their own conditions and local energy resources.

Keywords： heating status; thermal comfort; rural areas; heating mode; clean heating

北方農村地區采暖方式多種多樣，仍存在著能源利用不充分、熱效率低、熱舒適性差和污染嚴重等問題[1-3]。農村地區清潔采暖比例低、大氣污染嚴重，迫切需要推進清潔取暖，減少大氣污染物的排放，改善室內外空氣質量[4-5]。

經查閱相關文獻資料總結出幾種適合中原農村地區采用的清潔采暖方式，并多方面對比分析其特點和適用情況，對室內熱環境的影響，對室內空氣質量的改善效果，存在的問題等情況，給出了發展農村清潔能源供暖的建議，方便用戶根據實際條件合理地選擇清潔采暖方式[6-12]，創造良好的生態環境和舒適的居住條件。為其他地區農村家庭清潔能源供暖提供了參考與發展建議。

1" 冬季采暖現狀

1.1" 主要采暖方式

農村地區冬季寒冷干燥，室內外溫度較低，九成的用戶家中配備采暖設施，且均為分散式供暖。經調研統計分析，采暖方式有煤爐、土暖氣、空調、電暖器和電熱毯等，不同房間的采暖設備差異較大，且與用戶的經濟條件、建筑結構與布局、使用時間等因素密切相關。

經數據統計分析，農宅采暖的類型及所占的百分比如圖1所示。

通過圖1可看出，農村地區的采暖方式逐漸趨于多樣化發展，煤爐和空調是目前使用最多的方式。傳統煤爐取暖的用戶高達46.05%，使用土暖氣、火炕等傳統采暖方式的用戶比例為26.3%、1.32%。由于條件的限制，傳統的簡易爐具花費較少，但燃燒效率不高，煤炭浪費較為嚴重，產生的污染氣體較多，危害人體的身體健康，而且也不能達到國家標準規范要求的室內設計溫度。

隨著對室內熱環境的重視，用戶開始選用安全潔凈的空調設備，其利用電能從室外空氣中獲取熱量，逐漸成為比較受歡迎的采暖方式，所占比例為68.42%。有些經濟條件好的用戶選擇清潔、高效的燃氣壁掛爐取暖，占比為6.58%；使用電暖器、電熱毯等簡單便捷的局部取暖方式的比例分別為23.68%、40.79%，其只能提供局部的舒適溫度，消耗大量的電能轉換為低品階的熱能，能源利用效率較低。

因此應逐步摒棄這些傳統、能耗高的采暖設備，根據家庭經濟條件和用戶的使用習慣，開發推廣可再生能源的使用，選用清潔、高效的采暖技術。

1.2" 采暖負擔

冬季采暖期間，用戶的采暖費用如圖2所示，月均200～500元，其比例為56%，即室內溫度在滿足人們日常生活要求的前提下，多數家庭可以承受冬季采暖負擔。但仍有部分家庭承擔不了冬季的采暖費用，因此需要推廣經濟高效的清潔采暖技術。

1.3" 室內熱舒適狀況

對于室內的熱舒適狀況，人們的主觀感受占主導地位，對室內溫濕度的變化感受也較為直觀。調查分析數據如圖3所示，白天室內的溫度適中偏涼，而夜間的溫度偏涼，室內熱舒適狀況較差，遠不能滿足正常活動。

2" 清潔采暖技術分析

為了減少能源的消耗，創造舒適的室內熱環境，本文總結出一些適合農村地區的清潔采暖技術：集中供熱、清潔煤、空氣源熱泵、熱泵熱風機、煤改氣（燃氣壁掛爐和燃氣鍋爐）、太陽能采暖、電采暖和地源熱泵等，并從不同清潔采暖方式的技術可行性、能源適應性、能源合理性及能源效率等方面全面深入研究，分析適宜的采暖技術。

2.1" 采暖技術

2.1.1" 集中供熱

集中供熱是利用集中供熱管網產生的高溫熱水或蒸汽，通過管網輸送到需要供暖、生活熱水的區域的供暖方式。在城鄉結合部和臨近的農村地區，可以利用城鎮的集中供熱管網延伸，或者就近的工業余熱、污水源熱泵等其他可再生能源形式的集中供熱模式，以滿足生活所需熱量。但多數農宅均遠離工業生產園區，不在集中供熱的管網延伸附近，對于大多數的普通農宅來說，分散式的采暖方式才是常態。

2.1.2" 清潔煤

我國有豐富的煤炭資源，煤炭取暖是傳統的采暖方式，也是農村冬季取暖的主要方式，因此不能忽視煤炭取暖在供暖結構體系中的重要性；但是煤炭在燃燒中，容易排放大量的污染物，威脅住戶的身心健康。因此煤炭的清潔高效利用是當前的重中之重。

清潔煤是相對于傳統的燃煤，經脫硫、脫硝、除塵等工藝而制成，在燃燒過程中，能夠大幅度減少一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染性氣體的排放。

清潔煤與傳統散煤相比擁有很多優勢，比如更易燃、起火快、熱量更高、燃燒時間相對較長、無污染和更加潔凈、高效。有一點需要注意的是，清潔煤的燃燒需要配備專用的燃燒爐具，方可發揮最大的效用。

農村地區目前推廣的清潔煤有無煙煤和半煙煤2種，均可以在一定程度上減少污染物的排放，提高清潔煤的燃燒效率。

2.1.3" 燃氣壁掛爐

燃氣壁掛爐是以燃氣為主要燃料，為用戶提供采暖和生活熱水的設備，其末端形式有暖氣片和地暖。燃氣壁掛爐適用于農村地區，便于分戶安裝，可以靈活調控，根據房間大小選用不同片數的暖氣片或地暖來滿足室內的溫度要求，同時可提供生活熱水。

政府解決燃氣入戶管道的前期鋪設工作，并給予農村用戶一定的設備采購補貼和燃氣使用補貼，在冬季燃氣供暖過程中，采用多退少補的原則，保障農村用戶冬季的采暖需要。但是燃氣供暖適用于燃氣充裕的地區，對于農村地區而言，其建筑往往較大，圍護結構的保溫性能較差，需消耗大量的燃氣以保證室內的舒適性，給全國的燃氣使用造成很大負擔。

2.1.4" 空氣源熱泵

空氣源熱泵的工作原理是利用電機驅動，以室外的空氣作為冷熱源，制取冷熱風或冷熱水的設備，末端形式有暖氣片、地暖、風機盤管等；其安裝簡單，可靈活調控并可全年使用，適合在低溫環境下運行，便于農村用戶可以根據自身經濟條件和需求選擇合適的末端形式。

2.1.5" 空氣源熱泵熱風機

熱泵熱風機是一種簡易型的空氣源熱泵，運行原理與空氣源熱泵相似，也是利用壓縮機將冷媒吸收到的室外空氣中的熱量傳送到室內，以滿足室內的溫度需求。其設備形式一般是1臺室外機和1臺或2臺或3臺的室內機，每一個室內機均可以單獨控制調節，可以根據室內的溫度和時間段的需求來控制室內機的風速風量等。

熱泵熱風機能在冬季向室內直接提供熱風，維持一定的室內溫度，不需要其他的末端設備，既可減少安裝的難度，又可減少用戶的投資成本；每個室內機都可以單獨調控、靈活使用、隨時啟停，可以滿足農村家庭的生活使用習慣。

2.1.6" 電采暖設備

電采暖設備是指直接利用電能進行制熱，再把熱量經輻射、對流換熱散發到室內的一系列設備，其形式有直熱式電暖器、蓄熱式電暖器、碳晶板和發熱電纜等。電采暖設備利用的是潔凈的電能，在使用過程中不會對環境產生影響，不會產生污染物，可以保證室內的空氣品質，滿足采暖清潔化的要求。

但是，電暖器是以消耗高品位的電能，轉化為低品味的熱能，能源利用效率較低，浪費高品位能源的消耗，在室內一般都局部升溫，且冬季使用電暖器的能耗較高。

2.1.7" 太陽能采暖

太陽能采暖是利用太陽能來獲取熱量，把熱量傳遞到室內，進而滿足室內的溫度要求。太陽能采暖的形式有主動式和被動式2種，主動式太陽能采暖有太陽能輻射板、太陽能集熱器等，被動式太陽能采暖有被動式太陽房、集熱蓄熱墻式、屋頂集熱蓄熱式等。

太陽能是一種無窮無盡的清潔能源，按照目前的地球壽命而言太陽能是源源不斷的，并且在使用過程中不會產生任何污染，只要在太陽照射到的任何地方都可以利用。但是太陽能的利用會受到建筑特點和天氣變化的密切影響。

在當前農村地區中，太陽能熱水器和被動式太陽房應用是較為廣泛的，其他形式不常見，但其應用潛力巨大，可待發掘。

2.1.8" 地源熱泵

地源熱泵是利用淺層地下水或地熱資源，通過熱交換器將熱量輸送到供熱系統，再送到熱用戶，是一種較為清潔環保的供暖方式，但容易受到地下水質、水源、周圍建筑物等的影響，對地熱資源有較高要求。另外，前期投入資金巨大，由于壓力原因回水難以回灌，且后期系統維修難度大，成本較高，不宜廣泛應用。

2.2" 綜合分析

從以下幾點綜合分析比較上述采暖方式。

2.2.1" 技術可行性

集中供熱依于市政管網的延伸與鋪設，且要靠近熱源，并呈集中分布的模式；地源熱泵對地熱資源有較高的要求；太陽能采暖易受到天氣變化的影響，且三者前期成本投入較大，難以在普通農村地區推廣使用。

而清潔煤、燃氣壁掛爐、空氣源熱泵、空氣源熱泵熱風機和電采暖等均可直接利用現有的煤炭、天然氣、電能等能源形式，且運行成本適中，安裝簡便，可以靈活調控，操作簡單易上手，便于推廣使用。

2.2.2" 能源利用率

集中供熱利用市政管網的熱能，地源熱泵利用地熱資源，太陽能采暖利用太陽能熱量，三者的熱效率較高，熱源潔凈，室內熱舒適性也較好。

清潔煤的燃燒效率一般在10%～15%左右，煤炭利用率較低，但其價格經濟、低廉；燃氣壁掛爐的能源利用效率在90%左右，其一部分能源用于提高水溫，通往室內長管道的熱損失較大；空氣源熱泵和空氣源熱泵熱風機利用電能獲取空氣中的熱量，其單次能源利用率在90%左右，能夠實現能源的高效利用；電采暖設備的熱轉換率高達99%，但其能源品階降低，浪費大量有用能。

2.2.3" 能源適應性、能源合理性

集中供熱形式有集中熱源、工業余熱、污水源等，可積極、有效利用豐富的可再生熱源中的熱量；地源熱泵是利用地下水資源，在地熱資源豐富的地區可以大力推廣地源熱泵的使用；太陽能采暖適合于全年日照充足、天氣變化規律且穩定的地區，可充分利用太陽能資源進行取暖。

清潔煤取暖以煤炭燃燒為主，在目前的能源結構體系中，煤炭仍占主流，煤炭儲量豐富，可保證冬季采暖需求。燃氣壁掛爐取暖以天然氣為燃料，適合天然氣輸送便捷、儲量較大的地區使用，不然易引起“氣荒”現象。空氣源熱泵、空氣源熱泵熱風機和電采暖均消耗電能，我國火力發電或水力發電技術已經成熟，電能容量充足，可放心使用。

2.2.4" 安全性

集中供熱、地源熱泵、太陽能采暖三者利用的是安全的熱源，室內采暖末端大多設置暖氣片或地暖形式，散熱均勻舒適，安全高效。

煤炭燃燒操作不當易引起煤氣中毒，燃氣壁掛爐使用不當易引起天然氣的泄漏甚至爆炸，空氣源熱泵、空氣源熱泵熱風機和電采暖直接利用清潔、安全的電能，其安全性高于清潔煤和燃氣壁掛爐采暖。

2.2.5" 建筑空間利用

集中供熱、地源熱泵、太陽能采暖在室內設置暖氣片或盤管末端散熱裝置，暖氣片設置在墻體一側，占用空間不大，盤管在地面之下，完全不占用建筑空間。

清潔煤取暖要在室內放置燃燒爐具，占用一部分的室內空間；燃氣壁掛爐通常設置在廚房，其室內末端裝置大多是散熱片或盤管，對建筑空間影響不大；空氣源熱泵的室內機通常在室內一角落，僅占據一小部分的空間；空氣源熱泵熱風機的末端一般固定在室內一側的墻上，不會影響室內布局；電采暖設備在室內單獨占據一定的空間，但可靈活挪動位置，按需擺放。

2.2.6" 對熱環境的改善

集中供熱、地源熱泵、太陽能采暖和燃氣壁掛爐取暖均是以散熱片或地暖的形式向室內空氣散發熱量，可均勻提高室內的熱環境；而清潔煤取暖是在爐具周圍進行局部輻射散熱；電采暖是在電暖設備周圍輻射散熱，均是局部提高溫度，只有在靠近爐具和電暖設備的附近，才能感受到熱量的輻射；空氣源熱泵和空氣源熱泵熱風機的室內機的送風口均勻地向室內輸送熱風，會有一種“吹風感”，可以快速高效提高室內溫度。

3" 結束語

要改善當前農村地區采暖負擔大、室內熱舒適差的現狀，可以考慮推廣使用清潔煤、燃氣壁掛爐、空氣源熱泵、空氣源熱泵熱風機和電采暖等清潔采暖方式，能夠貫徹落實國家推進北方地區冬季清潔取暖的規劃，改善室內熱環境的舒適程度，降低冬季采暖能耗，創造健康舒適的環境質量，對于建設社會主義新農村，營造綠色文明和諧社會具有現實意義。

在農村地區推廣清潔取暖，需要按照企業為主、政府推動、居民可承受的方針，按照因地制宜、多能互補的舉措，在能源使用上應宜氣則氣，宜電則電，宜煤則煤，各地應結合自身經濟條件和資源稟賦，盡可能選用清潔能源，對建筑進行節能優化設計。無論是更換清潔采暖方式，還是對建筑進行節能優化，均可降低建筑能耗，減少污染物排放，便于清潔取暖規劃在農村地區的推廣和應用。

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