张红霞,张博雅,周淑娟,徐学东*

1.济宁职业技术学院,山东 济宁 272000

2.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安 271018

3.山东黄河勘测设计研究院,山东 济南 250013

北方农村冬季采暖方式的优缺点对比分析

张红霞1,张博雅2,周淑娟3,徐学东2*

1.济宁职业技术学院,山东 济宁 272000

2.山东农业大学 水利土木工程学院,山东 泰安 271018

3.山东黄河勘测设计研究院,山东 济南 250013

随着生活水平的提高，在北方广大的农村地区，冬季采暖问题越来越受重视。目前在农村地区，采暖方式五花八门，本文着重对比了几种常用的采暖方式，分析了它们的优缺点，并对它们所需的初装费用和运行费用进行了比较，以供不同地区不同需求的农村居民选择。

北方农村;采暖方式;优缺点

1 农村住宅现状及冬季温度情况分析

1.1 农村住宅现状

我国北方地区农村住宅多为单层建筑，按照主要承重结构所用材料不同，可分为土坯房屋、木结构房屋、石结构房屋、砖混结构房屋和混凝土房屋等[1]。农村住宅建筑比较粗放，建造成本较低，无论哪种房屋，一般都没有贴外墙保温材料，而窗户多为单层的木窗或者铝合金窗，门多为木门，这样的门窗密闭性较差，室内外的热交换频繁，不利于室内保温。农村住宅多为墙承重的低层房屋，开间较小，多采用横墙承重，为减少冬季北风的影响，北纵墙上一般不开窗或者开小高窗，南纵墙上设立宽敞的大窗（如图1）。

图1 山东省某村住宅示意图Fig.1 Schematic diagram of a village in Shandong Province

1.2 冬季温度情况分析

我国北方地区大多属于温带地区，冬季寒冷干燥，以山东为例，冬季最冷时气温达到零下十几摄氏度，平均气温零下0.7℃左右，一天之中，最冷的时候是凌晨2点到4点，温度低到难以忍受，在不做任何保温采暖措施的情况下，室内温度将会达到零度以下，室内的水盆内会结一层薄薄的冰。卫生学上将12℃作为建筑热环境的下限，把人类对“冷耐受”的下限定位11℃，冬季室内舒适温度根据规范一般设置为14～18℃[2]。但是目前我国很多农村地区解决不了冬季的取暖问题，大部分老百姓依然还是靠多穿衣或自制烧煤炉取暖等方式抵御严寒。随着生活水平的提高和人们对于舒适度的需求越来越高，如何有效解决农村冬季采暖问题，使广大农民群众在冬天住上“暖心房”，是目前社会非常关心和关注的重要民生工程。农村采暖，势在必行。

2 农村采暖现状分析

调研发现，目前北方农村大多数地区仍然采用传统的采暖方式，既采用火炕或者土暖气，燃料多为秸秆和煤炭。但是在农村现有的条件下，秸秆和煤炭的燃烧不够充分，热效率较低，导致大量能源的浪费，同时燃烧产生大量的CO2等有害气体[3]，我国国家发改委能源研究所规定，一千克标准煤的碳排放系数为0.68，既燃烧一千克标准煤会产生0.68 kgCO2。同时住宅室内的热环境质量较差，室内受热不均匀且温度普遍很低，一般仅为5～10℃[4]，远未达到卫生舒适标准规定的14～18℃。同时，随着煤炭、石油等不可再生资源的日渐消耗和日益严重的环境污染问题[5]，我们不可能在广大的农村地区采用传统的能源来解决采暖问题，新型的清洁能源亟待开发利用。

3 目前常用的采暖方式

随着生活水平的提高，人们对舒适度的要求也越来越高，越来越多的农村居民开始采用冬季采暖，采暖方式也趋于多元化。按照供暖地不同可分为市政集中供暖、区域性集中供暖和分散式供暖等几种方式，其中市政集中供暖和区域性集中供暖有很大的局限性，仅适用于城边村、城郊村等公用服务设施配置延伸到的社区或者部分规划比较好的农村新型社区，绝大多数农村地区还是采用分散式供暖。按照利用的能源不同可分为烧柴、燃煤、用电和利用新型可再生能源等。其中烧柴的一般为火炕或者火墙；燃煤的一般有简易的蜂窝煤炉和土暖气；用电的一般为空调、普通电暖气、发热电缆、红外线热取暖器和空气源取暖等；新型可再生能源一般有生物质燃料、太阳能、水源热泵、土壤源热泵、碳晶取暖等（图2）。

图2 按能源不同划分采暖方式Fig.2 Heating mode according to different energy sources

也可以按炉具燃烧的材料不同来划分，比如土暖气可以烧柴、燃煤或者用电；火炕可以烧柴或者生物质燃料；地暖可以采用土壤源热泵、水源热泵、发热电缆或者碳晶取暖等。

4 各自的优缺点

4.1 火炕取暖

火炕历史悠久，自古有之，由炉灶、炕体和烟囱三部分构成。炉灶可以做饭，炕体既可取暖，又可坐卧。取暖原理是烟和火从炉灶和炕体的中空部分通过而取暖。烧炕的材料容易获取，农田里的秸秆，枯枝和树叶都可以生火燃灶，就地取材，造价低廉，所以火炕在我国北方农村地区得到广泛应用。但是火炕的能源利用效率低，浪费严重。火炕的热效率仅为55%，大量秸秆、木柴等资源被白白浪费掉。同时火炕取暖效果比较差，室内温度不均匀。

4.2 土暖气采暖

土暖气是采用水暖方式把采暖炉与膨胀水箱、管道、管件和散热器（即暖气片）相连接，组成采暖循环系统，使炉子水套中的热水经过管道到散热器，由散热器散发出热量，达到取暖的效果。使用土暖气室内温度上升较快，热效率比火炕高，采暖效果比火炕要好，但是室内热空气自上而下对流，给人感觉头热脚凉，舒适感差一些，同时燃煤会释放大量的二氧化碳污染环境。

4.3 空调采暖

空调是一种给密闭空间区域提供处理空气的机组（如图3）。空调的优点是使用方便，哪个房间需要就安装在哪个房间，同时可以随开随关，可制冷也可制暖，制暖速度快，且温度调节方便。但使用空调时，热空气也是自上而下，使人头热脚凉易疲倦。且在使用过程中耗电量很大，运行成本很高，农村人一般舍不得用。

图3 被动式太阳房 （来源：百度）Fig.3 Passive sun house(Source:Baidu)

4.4 土壤源热泵

土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。它的优点是可制冷也可制暖，制暖效果好，热空气自下而上，使人足热头凉，舒适度较高，同时它是一种可再生利用的清洁能源。但它对土壤的温度及质量的要求较高，且施工麻烦，安装费用高，目前在农村使用的较少。

4.5 水源热泵

水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行热交换的空调技术。它跟土壤源热泵有很多相似的地方，也是可制冷也可制暖，舒适度高，也是可再生利用的清洁能源，它符合国家政策，可获得政策性支持。但它对地下水的要求较高，需要地下水源条件好，且使用过程中的维修保养费用较高。

4.6 空气源热泵

空气源热泵是由电动机驱动，利用蒸汽压缩制冷循环工作原理，以空气为冷热源制取冷热风或者冷热水的设备，现有空气源热泵地暖、空气源热泵中央空调和空气源热泵热水器等。它的优点是节能环保，可制冷可制热还可以烧热水，使用寿命长，它是国家“煤改电”政策中的一大优势选择，但是它升温较慢，安装复杂，初装费用较高。

4.7 太阳能采暖

目前太阳能采暖主要有两大种方式，一种是主动式太阳能采暖，一种是被动式太阳能采暖。主动式太阳能采暖有太阳能热水器、太阳能辐射地板和太阳能集热器等；被动式太阳能采暖有直接受益式、集热蓄热墙式、混合式被动系统、屋顶集热蓄热式和被动式太阳房（图3）等[6]。

太阳能作为一种清洁能源，相比较煤炭、石油、天然气等常规能源来看，具有非常多的优点，一是普遍性，太阳照射到的任何地方都可以直接使用太阳能；二是无害性，太阳能清洁无污染，没有二氧化碳等有害气体的排放；三是巨大性，太阳辐射的能量远超其他能量；四是长久性，地球寿命漫长，太阳能取之不尽用之不竭[7]。但是太阳能采暖也有一定的局限性，对建筑物的要求较高，对天气也有一定依赖性。目前太阳能热水器和最简单的被动式太阳房在农村地区的应用较多，其他太阳能采暖的方式应用较少。

4.6 新型碳晶取暖

碳晶采暖系统是以新型“碳素晶体发热板”为主要制热部件而开发出的一种新型的低温辐射采暖系统，其电能与热能的转换率高达98%以上。它的优点是碳晶采暖无安装限制，热量传递以远红外线辐射为主，制热速度快，可以随开随关，方便灵活。但是它不够节能，且高温易氧化，使用寿命比较短。

5 不同类型采暖方式费用分析

不同的采暖方式都有各自的优缺点，但就费用而言，差异比较大，本文主要分析各种采暖方式的初始安装费用和使用过程中的运行费用，既生命周期总费用=初装费用+运行费用（年运行费用*使用年限）（图4），维修和拆除费用暂不考虑。

图4 生命周期费用组成Fig.4 The costs of life cycle

火炕一般为农民自建，费用较低10～15元/m2，一般为，而使用过程中烧的柴大多为秸秆、树枝或枯叶，这些柴火可以就地获得，费用可以忽略不计。土地暖的初装费用一般较低，为30～50元/m2，运行费用一般为25～30元/m2/a。空调的初装费用一般100元/m2，运行费用一般为30～50元/m2/a。土壤源热泵的初装费用较高，一般为130～300元/m2，运行费用一般比空调的要低40%左右，为18～30元/m2/a。水源热泵初装费用比土壤源热泵的要低，一般为80～150元/m2，运行费用二者差不多，为18～22元/m2/a。空气源热泵的初装费用一般150～200元/m2，运行费用为15元/m2/a。碳晶的初装费用一般为70～130元/m2，运行费用一般为15～20元/m2/a（如下表1）。本文数据一部分由厂商提供，一部分来源于实地调研和市场调查。

表1 不同类型采暖方式费用分析Table 1 Cost analysis of different heating methods

从表中可以看出，虽然新型的采暖方式比传统采暖方式的初装费用较高，但是在使用期间的运行费用较低，且比传统的采暖方式要节能环保，很有竞争的潜力。

6 小结

上述采暖方式各有优缺点，也各有特点，在广大农村地区具有一定的推广价值。随着社会的进步，全世界都越来越重视节能环保，习主席曾经提出农村地区要清洁取暖，那么在不久的将来，为了能够还我们的子孙后代一个蓝天白云、绿水青山，各种新型的清洁卫生的采暖方式势必成为发展的方向。本文主要讨论了几种采暖方式的优缺点，但是要想取得比较舒适的室内温度，除了跟各种采暖方式自身的性能有关外，还跟房屋的保温性能和密闭性有很大的关系。合理利用地方资源做好外墙的保温工作，降低保温成本；目前城市住宅经常使用双层塑钢窗来提高房屋的密闭性，但是造价较高，如何合理的利用到农村地区，来提高农村地区住宅的保温性，也许会成为今后研究的一个重点课题。

[1]阮 景,许先锋,孙永庆,等.房屋建筑学[M].北京:北京理工大学出版社,2016

[2]何 梅,李建颖,徐升阳,等.廊坊地区农村住宅被动式太阳能采暖应用研究[J].建筑节能,2013(8):29-32

[3]佘灿明,李 刚,郭金太,等.浅析火炕在我国农村采暖中的应用及节能改造措施[J].门窗,2016(7):47

[4]苏俊洁.关于新农村供热采暖方式的探讨[C].中国北京:国际供热节能技术高层论坛,2009:279-283

[5]于 林.发展现代农业和推进新农村建设必须制度创新[J].甘肃农业,2007(4):35-37

[6]罗运俊,何梓年,王长贵.太阳能利用技术[M].北京:化学工业出版社,2005

[7]王凯中.寒冷地区农村住宅太阳能采暖技术利用[D].天津:天津大学,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”国家科技支撑计划课题:低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范(2014BAL04B05)

张红霞(1986-),女,研究生,助教,施工技术和项目管理.E-mail:715892610@qq.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:xdxu2007@163.com