吳春玲 許娜 蘇晶

1 中國建筑科學研究院天津分院

2 中國鐵路設計集團有限公司

0 前言

隨著社會經濟的發(fā)展以及人民生活水平的提高，我國取暖規(guī)模正逐年增加。截至目前，我國城鎮(zhèn)約有120億m2，鄉(xiāng)村約100億m2建筑需要取暖，總數巨大。從取暖方式上來看，我國城鎮(zhèn)中約70%采用集中供暖，而鄉(xiāng)村取暖則主要以散煤鍋爐為主，無論是集中供暖還是分散取暖，煤炭均是最主要的能源利用形式。相關統計數據表明，取暖能耗已高達建筑總能耗的三分之一以上。

煤的燃燒會產生大量的SO2，NO2，煙塵和粉塵等污染物，因此燃煤取暖是造成中國空氣污染的重要原因之一，在一定程度上導致部分城市在冬季出現持續(xù)的霧霾天氣。研究表明[1]，部分城市各污染物濃度在取暖期均明顯高于非取暖期，如表1所示。取暖季的開始會直接導致多種污染物濃度的顯著上升，其中SO2增加幅度超過70%，構成中國霧霾主要成份的PM2.5濃度增加將近三成，其影響不容小覷。

表1 取暖城市污染物濃度在取暖期和非取暖期的差異

為在滿足居民冬季取暖需求的同時做到節(jié)約能源并改善空氣質量，“清潔取暖”引起了社會各界的高度重視。黨和國家領導人在相關工作會議上強調：“推進北方地區(qū)冬季清潔取暖，關系北方地區(qū)廣大人民群眾溫暖過冬，關系霧霾天能不能減少，是能源生產和消費革命、農村生活方式革命的重要內容”。2017年政府工作報告中也提出“全面實施散煤治理，推進北方地區(qū)冬季清潔取暖”。在國家大力推進清潔取暖的政策背景下，本文梳理了清潔取暖的含義及政策機制，探討其實現途徑，并就其未來的發(fā)展提出了針對性的建議，以期能為清潔取暖相關政策、技術提供參考。

1 清潔取暖的含義及政策機制

1.1 清潔取暖的含義

清潔取暖是一項復雜的系統工程，它包含著從熱源到末端的整個熱量制取到消費的過程。清潔取暖是指采用清潔的熱源，高效的實現供熱系統全生命周期內低能耗、低排放的一種供暖方式，它涵蓋“清潔的熱源”、“高效的輸配系統”、“高性能的建筑”三個方面。

1）從能源高效利用、污染物超低排放角度，因地制宜的選擇合適的清潔能源形式或者采用技術措施使得傳統的能源實現低能耗、低排放，均可視作“清潔取暖”。

清潔取暖絕非完全摒棄傳統能源的使用，而是要高效、合理的利用能源，實現低污染、低排放。常見的清潔能源主要包含天然氣、電能、生物質能、地熱能、空氣熱能等，除此之外，超低超凈排放的燃煤熱電聯產、大型燃煤鍋爐也應視作清潔采暖技術之一。相關研究表明[2]，燃煤發(fā)電機組若采用燃煤煙氣污染物超低排放技術，除塵效率可達到99.8%～99.9%，脫硫效率可達95%以上，NOx脫除效率可達70%～80%，滿足“清潔取暖”相關標準。

2）從高效輸配系統角度，采用智慧熱網技術，實現對整個熱量輸配過程的智慧調控，減少熱量的輸送損耗及過量供熱，即通過“節(jié)流”方式達到“清潔取暖”。

3）從高性能建筑角度，通過增加末端建筑的保溫蓄熱能力，減少熱損失，從而達到“清潔取暖”的目的。

1.2 清潔取暖政策機制

1.2.1 國家政策

在我國“五位一體”總體布局下，先后出臺了多項環(huán)境及能源發(fā)展問題的政策要求及行動計劃。加快清潔能源利用，提高能源利用效率，積極發(fā)展綠色建筑，推進供熱計量等內容從不同方面促進了清潔取暖工作的進一步展開。

表2 國家層面清潔取暖相關政策匯總表

清潔取暖是在國家環(huán)境及能源發(fā)展總體規(guī)劃下必然要開展的重點工作。2017年5月，財政部等國家多部委聯合發(fā)布了《關于開展中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖試點工作的通知》，支持12個試點城市推進清潔方式取暖替代散煤燃燒取暖，并同步開展既有建筑節(jié)能改造，因地制宜，多措并舉，從“熱源側”和“用戶側”兩方面實施清潔取暖改造。財政支持根據試點城市規(guī)模的不同，每年安排5億元至10億元不等，以期使試點城市形成示范帶動效應，為其他地區(qū)提供可復制、可推廣的范本，為清潔取暖的全面展開奠定了基礎。

從國家政策上來看，國家大力支持清潔取暖工作，并且逐漸從單純的補貼能源利用過渡到通過試點城市探索因地制宜、多措并舉的清潔取暖推進模式。

1.2.2 地方政策

在國家相關清潔取暖政策的指導下，各地方也相應出臺了有關的支持政策和具體工作方案。從政策內容方面來說，目前各地清潔取暖工作的展開主要集中在以下幾方面：

1）加大熱電聯產集中供熱建設，加快城市集中供熱設施建設，提高集中供熱普及率。

2）推進煤炭的清潔利用，禁止使用高灰份、高硫份的劣質煤炭。

3）加快清潔能源替代利用，逐步提高清潔能源使用比重。

4）積極發(fā)展綠色建筑，新建建筑嚴格執(zhí)行節(jié)能標準，既有建筑進行節(jié)能改造。

5）推進供熱計量改革，開展供熱系統節(jié)能改造，老舊管網改造和熱計量系統改造。

為保障以上政策內容的實施效果，各地也制定了相應的目標，并且出臺了一定的補貼政策，部分地區(qū)的目標及補貼方式可參見表3。

表3 部分地區(qū)清潔取暖目標及補貼方式

2 清潔取暖實現途徑

2.1 熱源

一般來說，在燃煤供暖方式中，熱源效率最高是熱電聯產集中供暖，其次是各種形式的區(qū)域燃煤鍋爐，效率在35%～85%之間。大型燃煤鍋爐的效率高于中小型鍋爐，而分戶燃煤爐供暖效率最低，可低至15%[3]。由此可知，發(fā)展集中供暖，尤其是采用熱電聯產技術的集中供暖是促進能源高效利用，實現清潔取暖的有效方式。與煤炭相比，天然氣、工業(yè)余、廢熱及可再生能源等均屬于清潔能源范疇。圖1是集中供暖領域清潔取暖熱源主要實現途徑，圖2是家用散煤清潔取暖改造熱源主要實現途徑。

對于家用散煤清潔能源取暖的技術，表4詳細對比分析了空氣源熱泵，燃氣壁掛爐，電采暖，太陽能采暖和移動供熱車技術的優(yōu)缺點，初投資和運行費用等情況。

圖1 清潔取暖熱源實現途徑

圖2 家用散煤清潔取暖熱源改造技術

表4 幾種常見家用散煤清潔能源改造利用技術的對比分析

目前，采用空氣源熱泵進行取暖，作為農村“煤改電”的一種重要形式，已經在我國北方地區(qū)大規(guī)模推廣。以北京農村為例，在2016年的“煤改清潔能源”工作中，采用空氣源熱泵的用戶比例達到66.78%[4]，如圖3所示。

圖3 北京市2016年煤改清潔能源設備安裝比例

2.2 熱網

熱網承擔著熱量輸送與分配的任務，熱量能否合理高效的輸送并分配到用戶，與熱網的調控能力密切相關。長時間以來，我國對熱網的調控重視不足，“大流量小溫差”運行現象嚴重，造成能源浪費。

智慧熱網技術是以熱源設備、輸配管網、熱用戶設備等組成的物理熱網為基礎，將大數據、互聯網、物聯網等先進技術與之結合而形成的新型熱網技術，能夠實現數據可視化，控制自動化，系統最優(yōu)化和管理信息化，確保供熱系統更加清潔、高效、安全、可靠。利用智慧熱網技術，通過監(jiān)測整個熱量供應過程的熱耗、電耗、水耗情況，供暖系統運行情況，及時發(fā)現異常并處理，根據需要對熱網進行調節(jié)。再結合氣候補償，變頻控制等技術實現最優(yōu)化控制策略，從而實現按需供熱，避免多余的熱量供應并減少管網中能量輸送過程的損失，使節(jié)能最大化。

以天津市北辰區(qū)宜白路供熱站為例，通過以換熱站為節(jié)點，對供熱系統熱網實施氣候補償、變頻調節(jié)改造，水質處理及管網平衡改造，建立了智慧熱網監(jiān)控平臺，相較于改造前，一個采暖季節(jié)單位面積熱量為 11.49 kWh，節(jié)電量為 1.78 kWh/m2，節(jié)水量為21.66 kg/m2，直接節(jié)約供熱能源成本220.76萬元，節(jié)能減排經濟效益顯著。

2.3 熱用戶

熱用戶為熱量的消費終端，降低熱用戶的需熱量能夠從需求側實現節(jié)能，除嚴格執(zhí)行節(jié)能標準外，被動房技術、熱計量技術也是熱用戶處可采用的清潔取暖技術。

1）被動房技術

被動房技術的核心理念就是通過合理的節(jié)能設計和施工技術使建筑圍護結構性能達到最優(yōu)化，并通過對自然通風、采光等的充分利用以及余熱的高效回收利用等，最終實現舒適的室內環(huán)境，最大限度地降低對主動式機械取暖或制冷系統的依賴或完全取消這類設施[5]。

目前，被動房技術已經在河北、天津等地建成了示范性項目，總體來說，采用了被動房技術的建筑項目節(jié)能率可達到90%左右，對能源的依賴性大大降低[6]。以中國建筑科學研究院中美近零能耗示范樓為例，2015年示范樓全年總運行電耗為34.2 kWh/(m2a)，其中暖通空調和照明運行電耗僅為21.6 kWh/(m2a)，相對于常規(guī)建筑，建筑的隔熱保溫能力顯著增強，建筑末端需求明顯降低，從需求側實現節(jié)能，達到“清潔取暖”。

2）熱計量技術

當熱作為商品，節(jié)能建筑安裝熱計量設備和溫控裝置后，用戶可以自行調控室內溫度，充分調動了用戶按需用熱的積極性，有力促進了節(jié)能工作。當前全面推動實施供熱計量已成為北方城鎮(zhèn)集中供熱的總體趨勢。

3 清潔取暖發(fā)展建議

清潔取暖是在當前大環(huán)境下必然要開展的重點工作。從以上分析可知，清潔取暖政策支持力度大，可用技術手段多，具有良好的開展基礎。但現階段清潔取暖工作尚未形成完善的工作體系，仍有許多問題亟待解決。

1）統籌考慮從熱源到末端全過程清潔化

目前發(fā)布并實行的有關清潔取暖的政策中，主要的側重點都放在了“煤改清潔能源”即熱源上，對取暖過程其他部分的清潔化改造有所忽略。建議統籌考慮，對取暖從熱源到末端的全過程進行清潔化改造。熱源處采用清潔高效的能源系統，熱網配備智慧的監(jiān)測管理系統，末端通過節(jié)能改造提升建筑物性能，多方面并重，多措并舉，全面提升清潔取暖的效果。

2）建立健全清潔采暖相關標準體系

目前僅有天津市出臺了關于清潔能源替代家用散煤供暖的技術導則，大部分地區(qū)清潔取暖的實施過程缺乏技術性的指導，難以保證技術實施的質量。根據清潔取暖工作的特點，應從新建及改造兩個方面給出相應的規(guī)范、標準、技術導則、實施細則等，加強清潔取暖工作開展的規(guī)范化，提高項目實施質量。

3）建立集清潔采暖前期規(guī)劃，過程管控和目標考核為一體的政策機制

現階段對清潔取暖項目的前期規(guī)劃和目標考核較為模糊，僅僅考核完成的“量”上，而未實質性的評估考核其“質”，未將改造后空氣質量的改善情況作為量化的評估驗收指標。在現有的模式下，清潔取暖工作的參與企業(yè)只要完成了項目的實施工作，就算是完成了項目，對實際效果不負有具體責任，保量但不保質。

建議清潔取暖有關項目實施之前，要對實施的內容，預期達到的效果有具體的規(guī)劃，論證在進行清潔取暖改造后能源節(jié)約，環(huán)境效益以及取暖效果等方面所能達到的具體效果，并在規(guī)劃的基礎上有條理的開展清潔取暖的實施工作。在實施完成后，通過對設備實際運行中能源消耗、污染物排放、制熱效率、居民室內溫度等進行測試，從多方面、多角度進行效果評估，建立“先規(guī)劃、再實施、后評估”的機制，切實落實和保障清潔取暖改造效果。

4）建立對清潔取暖全生命周期的技術評價體系

我國目前對清潔取暖工作重視程度極高，設備更換、線路改造給予補貼，電取暖電價給予優(yōu)惠，能源供應保證充足，取暖效果能夠在很大程度上得到保證。但隨著時間的推移，當補貼政策不再執(zhí)行，居民能否承受得起清潔取暖的費用，設備運行效率、能源供應能力是否一直能夠滿足居民取暖要求，都將影響著清潔取暖技術的實際使用情況。

因此，必須要增強對清潔取暖技術全生命周期的應用效果評估。在技術方案確定時，需從適用性、經濟性、節(jié)能減排效果、取暖能力、能源供應情況等多方面對技術在其使用的全生命周期內的效果進行考慮，因地制宜選擇合適的清潔取暖技術，避免出現某些清潔取暖項目實施后僅是“曇花一現”情況的發(fā)生。