大幅度提高热源效率解决北方农村采暖问题

大幅度提高热源效率解决北方农村采暖问题
金星华
摘 要 介 绍了“一种小型高效民用水暖炉”技术，将北方农村燃煤采暖炉热源效率由30～
40％提高至80％以 上，在提高农户生活质量的同时节约大量煤炭资源，有效推进农村节能减排。
关键词 余热回收 采暖 热源效率 北方农村

1 前言
近年来，随着生活水平的提高，北方农村冬 季采暖生活用能呈大幅增长态势，目前北方地
区农宅冬季采暖能耗总量已经达到1亿吨标煤，其中煤炭7 400万吨标煤，生物质能2600万吨
[1]
标煤，两者合计占全国建筑总能耗的20%。
由于分散性的特点，北方农村无法实现大规模集中供热，采暖普遍存在高能耗低品质问题，
即比 城市集中供热多消耗了好几倍的能源却得到远未达标的室内温度，并且温度不恒定，室内
[1]
污染严重。
[2]
因此，农民提高室内温度的愿望强烈，而据测算，在围护结构和采暖方式不 变的情况下，
[1]
若把农村的室内温度提升到14℃，北方农村建筑的商品能耗将增加1倍， 因此，目前北方农
村采暖最为紧迫的任务是，在室内温度达标，室内污染大幅度降低，达到相应热舒适性 的同时
2
单位面积采暖能耗大幅度降至第二阶段节能目标（如北京地区降至12.4 kgcem 以下）。而完
成上述任务最切实可行的措施是在继续推进农村住宅围护结构保温性能改造工 作的同时大力推
广大幅度提高农村采暖炉热源效率的新技术，积极引导农户用可再生能源来代替商品能源 ，为
我国节能减排和实现可持续发展做出相应贡献。
2 目前北方农村采暖现状
清 华大学2006、2007两年组织了800多人次的学生志愿者进行了农村能源状况实际调查。
他们对 我国24个省市自治区的200多个县市的典型村、典型户进行了深入的调查和分析，初步
得到我国农村 建筑能耗的第一手数据。统计结果表明，北方农村室温远低于城市建筑，仅为10℃
2[3]
左 右，但耗煤量却高达30～40kgcem，为城市采暖能耗的1.5～2倍。
天津大学建筑学院参加了科技部“十五”科技攻关计划子课题 ——“小城镇绿色住宅产业
技术 研究与开发”的攻关，为了更加深入的了解北方地区小城镇冬季住宅采暖能耗现状，对住
宅围护结构进行 热工评价，于2005年2月对北京市门头沟区潭柘寺镇和军庄镇9户分散采暖居
[4]
民住宅 进行了采暖耗热量及室内温度监测。
[4]
根据文献中实测数据进行整理后得到数据见表1：
2
从表1可见，一个采暖季平均耗煤量高达51.16 kgcem，为北京市节能建筑标准耗煤量
2
12.4 kgcem的4.12倍，在消耗这么 多煤炭的情况下，室内平均温度仅为13.12℃，低于国家
规定居民住宅采暖温度下限16℃。
对上表数据进行分析可以发现造成农村采暖高能耗低品质的原因是：
2
1.围护结构保温效果差。实测数据表明建筑耗热量平均值达62.29 Wm，为北京市节能建
2
筑标准20.6 Wm的3倍。
2
2.热源效率低。先将51.16 kgcem，室内温度13.12℃，室外温度–1.9 7℃，换算至北京
2
地区采暖基准状况：室内温度16℃，室外温度–1.6℃时，能耗为59 .67 kgcem，再按北京地
2
区采暖期125天进行换算，这些煤完全燃烧释放出能量达161.92 Wm，而室内实际有效用热
2
仅为62.29 Wm，热源效率为38.5％，为北京市集中供热效率61.2％的62.9％。
[6]
对围 护结构问题，业界已有公论，采用苯板保温等措施可将能耗降低50%以上，在此不再
赘述。下面着重讨 论提高农村采暖热源效率。


作者简介：金星华，男，1970年5月出生，高级工程师，1992年毕业于石油大学（华东）炼制系石油加工 专业，
多年从事节能技术与设备研发工作，通讯地址：青岛市城阳区惜福镇东铁社区青岛云起节能设备公 司，联系电
话：，传真：，Email：jinxh163@

表1 北京市门头沟区住宅实测数据整理汇总
编村
号 镇
1
潭
2
柘
3
寺
4
镇
5
6
军
7 庄
8
镇
9
用煤
品种
烟煤
烟煤
烟煤
烟煤
烟煤
蜂窝煤
烟煤
烟煤
烟煤
采暖
方式
煤炉
土暖气
土暖气
土暖气
土暖气
土暖气
土暖气
土暖气
土暖气
室内平均
温度
（℃）
12.69
10.34
12.76
18.01
12.97
12.69
12.07
14.84
11.67
13.12
室外平均
温度
（℃）
-3.57
-3.57
-3.57
-3.57
-0.69
-0.69
-0.69
-0.69
-0.69
-1.97
用煤量
Kg
130.00
615.00
730.00
455.00
342.50
350.00
143.00
494.00
1040.00

耗煤量
(kgcem2)
22.88
68.06
61.41
51.36
34.57
32.26
18.26
72.35
99.27
51.16
单位建筑
面积实际
耗热量
40.97
65.16
85.73
63.89
71.44
52.16
56.48
49.24
75.55
62.29
结构类型
石木结构
砖木结构
砖混结构
石木结构
砖木结构
砖木结构
砖木结构
砖木结构
砖混结构
平均值
注：单位面积采暖耗热量按JGJ132-2001 J85-2001中规定统一换算至室温16℃，以方便和节能建筑指标比较

3 大幅度提高农村采暖炉热源效率
笔者对农村采暖常用的烟管炉和“土暖气”进行了实际热工测 量，发现农村采暖常用的烟
[3][4]
管炉和“土暖气”热源效率为21～40％，这与文献 中数据基本相符。实测中发现出口烟气
温度高达300～500℃，过剩空气系数达到4，而农村采暖炉 一般放置于室内，炉体散发至室内
热量可认同为有效供热，因此，在煤炭燃烧完全的前提下，可以认为热 源效率低主要为排烟温
度过高所致。
保证烟气与换热介质的换热面积是降低排烟温度，大幅度 提高热源热效率有效途径。“一种
[7]
小型高效民用水暖炉”中，将板式换热器应用到小型民 用水暖炉中，烟与水的换热面积增加
2
至1～3m，为现有“土暖气”和烟管炉的3～7倍，取 得了良好的效果。

图2 板式小型高效民用水暖炉原理图
由图2所示，小型高效民用水暖炉由炉膛（1）、炊事盘（ 2）、板式换热器（3）、灰斗（4）、
活动炉排（5）、出烟烟道（6）、点火换热切换开关（7）、 上烟道（9）、下烟道（８）组成。
在图2中，点火换热切换开关（7）切换至换热状态时，炉膛内燃 料燃烧产生的高温烟气依
次按所示箭头方向通过炉膛（1）、上烟道（9）、板式换热器（3）、下烟道 （８）、切换开关（7）、
出烟烟道（6）后经烟囱排出，经实际测量经过板式换热器换热后烟气温度降 低至110℃以下，
热效率大于80%。
4 经济性评价及节能效果
小型高效民用 水暖炉可将农村采暖炉热源效率由目前的30～40％提高至80％，大大提高
室内环境热舒适性的同时 节约大量能源。
还是以北京市门头沟区相关数据为例来介绍节能效果，以未进行节能改造的平均耗热量
22
62.29 Wm住宅来计算，如果室内温度控制在15℃，耗热量为58.75Wm，热 源效率为80%时，
耗煤量为：
2
58.75×125×24×36000.8(7000000×4.1867)＝27.07 kgc em
在室内温度较实际室内平均温度13.12℃提高2℃情况下，消耗燃煤量却较原来51.16
2
kgcem下降了48%，节能效果明显。
2
据此推算，建筑面积80 m农村住宅年节约标煤1927 kg，按2012年年底5500大卡烟煤零
售价1.2元kg计算， 可节约燃煤费用2943元，如果该高效水暖炉零售价2200元人民币，则
不到1个采暖季即可收回成 本。
如果该装置与农村住宅围护结构改造相结合，按围护结构保温性能提高50％，降至
22
31.15Wm，则在单位面积能耗为北京地区城市建筑节能指标（20.6 Wm）1.5倍，室内温度提
2
高至15℃的前提下，单位面积采暖能耗将降至14.35 kgcem，已基本达到北京地区城市第二
2
阶段节能住宅能耗12.4 kgcem 的目标。
目前我国约5.59亿吨标煤产能适合于生产固体燃料以替代燃煤；如果在推广小型高效民用
2
水暖炉时用生物质块来代替煤炭，则北方农村自己生产的生物质能源能完全满足80亿m农宅
每年采暖能耗11000万吨标煤所需。
从经济性角度分析，这也是可行的，按 3500kcalkg生物质块加工费用400元吨（包含加
工用电费，人员工资，企业利润；原料由农 民自行提供，不含该项费用），按北京地区相关数据
2
推算，建筑面积80 m农村住宅采用小 型高效民用水暖炉，年消耗生物质块4331公斤，年采暖

费用为1732元，较现有状 况大幅度降低，在提高了农户生活质量的同时减轻了采暖负担。
5 结束语
通过以上分析 可见，与农村住宅围护结构改造相结合，应用小型高效民用水暖炉新技术能
大幅度提高农村采暖炉热源效 率的同时提高室内环境热舒适性，也优于目前城市使用燃煤锅炉
集中供热的热效率，全面推广时用生物质 块来代替煤炭，则完全可以不消耗煤炭，每年节约煤
炭1亿吨，减少碳排放2.5亿吨以上的同时彻底解 决目前北方农村采暖问题，为节能减排和可
持续发展做出巨大贡献。

参考文献
[1]. 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2012[M].北京：中国建
筑工业出版社，2012
[2]. 武涌，刘兴民，李沁.三北地区农村建筑节能：现状、趋 势及发展方向研究.建筑科学
[J]，2010，第26卷第12期：7-14
[3]. 清 华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2008[M].北京：中国建
筑工业出版社 ，2008
[4]. 杨天麟，朱能.北方地区部分小城镇建筑能耗状况调查与分析.全国暖通空调制 冷
2006年学术年会论文集[C],2006:18-25
[5]. 王佳薇，李国.中国北方地区小城镇住宅节能研究.山西建筑[J].2008，1(34):1-3
[6]. 卢玫君，王林秀，范伊.寒冷地区既有农村住宅节能改造方案优化设计.新型建筑材料
[J],2009,10:45-47
[7]. 一种小型高效民用水暖炉[P].中国实用新型专利,专利号:ZL288.2