清洁供暖

  气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，2020年9月，中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。那么究竟什么是碳达峰、碳中和？我国为什么要提出这么目标？实现碳中和会给我们生活带来什么变化？为实现碳中和需要做什么？

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什么是碳达峰、碳中和？

碳达峰，就是指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。碳中和，是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。

  全球超130个国家和地区设定了碳中和目标，部分已经提出碳中和目标的国家：

       乌拉圭：2030年        英 国：2050年

       瑞  典：2045年        韩 国：2050年

       新西兰：2050年        德 国：2050年

       芬  兰：2035年        欧 盟：2050年

       美国加州：2045年          中 国：2060年

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我国为什么要提出碳达峰、碳中和目标？

 实现碳中和是我国贯彻新发展理念，推动高质量发展的必然要求。我国对全世界宣布碳中和目标，除了响应《巴黎协定》约定，积极应对气候变化，彰显大国责任和担当外，在加速我国经济和能源转型方面具有高瞻远瞩的战略意义。实现碳中和具有以下意义：

   （1）摆脱能源依赖

碳中和将推动我国发展以从化石能源为主向以非化石能源过渡，对中国实现能源独立，确保能源安全具有重要意义。

能源结构方面：

   能源结构：风能、太阳能和生物质能将成为主要的能源来源，预计未来化石能源占比仅9%；

   能源消费：各行业电气化率达到最高，用清洁的电满足自身能源需求；

   能源需求：随着能源结构改变，我国将不再严重依赖石油、煤炭等化石燃料的进口，国家能源安全水平彻底提升。

   （2）全球产业链重构

    零碳经济意味着全部价值链的转型，推动产业链上下游实现低碳生产竞争力。

   （3）国际标准重塑

    技术侧创新将改变能源利用方式，推动新的产业链和新的国际标准形成，并产生新的利润创造方式。

   （4）创造就业机会

    零碳经济将在可再生能源、电动汽车、电池、节能等领域创造大量稳定就业机会。

    （5）形成技术优势

    增强中国在全球多技术领域的领导地位，当前中国在新能源、电池技术、交通电气化、钢铁等领域具备发展优势，可形成技术优势。

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国家相关政策及成效

      在我国北方地区，取暖是最重要的民生工程之一。但主要依靠煤炭“驱动”的取暖系统不仅消耗了大量不可再生能源，导致的雾霾天气更一度成为威胁群众健康的环境问题。

       2017年，十部委就印发了《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》，采用地热能供暖、生物质供暖、空气源供暖、太阳能供暖、天然气供暖、煤改电等多种多样的清洁能源供暖方式，达到降低污染物排放和能源消耗的目的。近年来，中国各地加快探索冬季清洁能源取暖，进一步降低煤炭依赖和对大气的不良影响。2021年国务院政府工作报告中就明确：“强化大气污染综合治理和联防联控，加强细颗粒物和臭氧协同控制，北方地区清洁取暖率达到70%。”使群众在寒冷的冬日享受到温暖，助力实现碳达峰碳中和。

      截止2020 年底， 北方清洁取暖率达到约65%，其中京津冀及周边地区、汾渭平原等重点区域，累计完成散煤治理2500万余户。农村散煤治理对全国PM2.5浓度改善的贡献接近20%。

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 甘肃清洁取暖成效现状   

      甘肃省打赢蓝天保卫战2020年度实施方案《稳步发展清洁能源和新能源有序推进冬季清洁取暖》，要求在确保民生取暖安全的前提下，按照清洁替代、经济适用、居民可承受的原则，综合采用各类清洁取暖方式，替代燃煤取暖。逐步实施县级以上城市（含县城）城乡结合部及周边乡镇居民取暖土坑、土灶、小火炉煤改气、煤改电或洁净煤替代工程。主城区基本建成“无煤区”，确保环境空气质量优良率保持在80%以上。

      目前、兰州市、金昌市、临夏市和武威市共4个城市为国家分别在2021年和2022年批复的北方清洁能源取暖试点城市。这些试点城市清洁取暖的技术推广模式，也是为我省下一步全面执行清洁取暖提供借鉴。

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生物质能供暖技术  

      生物质能源作为世界第四大能源，是一种清洁的可再生能源。生物质燃料供热技术使用可再生能源如木屑、草类、垃圾处理残留物和农作物肥料处理残留物作为燃料进行供暖。国内外以生物质为燃料建立的热电厂技术已经很成熟。我国是一个农业大国，农林生产中所产生的物质种类多，产量巨大，较常见的有：植物秸秆、玉米芯、稻壳、锯末等，利用生物质燃料供热具有很大的发展潜力。

       生物质采暖技术从2010年开始已经在我省开始推广，并形成了一定规模本土技术和设备的研发、生产的供应链，在兰州地区、武威、张掖、临夏等地区都得到了较好推广应用，同时也形成了“甘肃恒信节能环保科技有限公司”、“甘肃启荣生物质颗粒燃料生产有限公司”等一批本土企业。

技术优势：

      （1）生物质颗粒取暖炉的燃料环保颗粒燃料，具有环保的优点；

     （2）生物质颗粒燃料的热值高达4000大卡/公斤，取暖升温块；

     （3）生物质颗粒取暖炉外形美观大方、设计先进、科学控制、操作简单；

    （4）生物质颗粒充分燃烧后，烟无色无味，二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等有毒气体的排放非常小；

    （5）生物质颗粒取暖炉是燃料就地取材，成本和燃气、电相比，成本低，减少了用户取暖成本；

    （6）生物质颗粒燃料与燃煤相比，燃烧后灰分少，烟气也不外泄，干净卫生，利用率大大提高，节约燃料；

    （7）同时兼顾了炊事，方便快捷。

       缺点：

      是生物质颗粒燃料受地域农业的限制，燃料供应不是很普及。

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太阳能+电辅助采暖技术

      技术原理：白天，系统在集热循环泵的作用下，集热器内的热量被带到储热水箱内，储存采暖热能， 当用户有采暖需求时，启动室内风机盘管，储热水箱内的热量在采暖循环泵的带动下，通过风机盘管传输给室内供暖。

      热水功能： 在有生活热水需求时，用户可开启预留的生活热水用水端，自来水经过储热水箱内的不锈钢盘管，与储热水箱换热，为用户提供可饮用和炊事的生活热水。

“太阳能+电辅助”蓄热式户用供暖系统原理图

太阳能集热器

储热水箱

      技术优势：

      （1） 全年热水功能。自来水加热后水质不会改变，可直接用于炊事和洗浴，采暖季水温可达30℃，春、夏、秋非采暖期水温可高达 60℃以上，每年可节约千元，同时节约购买太阳能热水器的开支。

      （2） 超低的采暖费用。太阳能是目前地球上唯一免费能源，每平米运行费用10元左右，是唯一低于燃煤采暖模式。在采暖期的前后两个月，每年11月和3月份采暖时，在天气晴好条件下，可完全依靠太阳能光热采暖，每天仅需1元钱。

      （3）超长使用年限。大部分采暖设备使用年限均为 5～8 年，太阳能采暖系统使用年限约 20 年，远远高于其他采暖模式，可大大减少用户设备更新负担。

      （4）系统操作最简单。系统采用全智能自动控制，自动运行，无需任何操作。用户只需根据自身取暖需求，一键操作采暖起、止时间即可，很适合目前农村年轻人外出打工，家里只有老人、妇女、儿童的居住现状。

      （5）运行最安全。太阳能系统运行负荷小于 200 瓦，阴雨天若启动电辅助加热系统，辅助加热系统全自动间歇运行，电负荷小于 2.4kW ,用户无需电网改造，经济安全。

      总体运行费用：通过寒冷地区实体工程测试数据分析得到：“太阳能+电辅助”蓄热式户用供暖系统在不同天气环境下，保持室内温度 14～18℃，平均运行费用约为：晴好天气 3～5元/天、 阴雨天气 6～8元/天、极寒天气 10～16元/天。一个采暖季，一个普通家庭，预估每年采暖费用支出约1300元，与原来烧煤费用相仿，但是更安全、更环保、更洁净、更健康。

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空气源热泵供暖技术  

技术原理：空气源热泵供暖机组利用少量电力驱动压缩机工作，吸入空气中的低温热量，通过冷凝器或蒸发器进行热交换，加热冷水，然后通过循环系统将热水转移到建筑物中，最后通过供暖终端(地板供暖、地板供暖机、风扇盘管、暖气片等)满足用户的供暖需求。

空源热泵系统原理图

空源热泵热风供暖设备

空源热泵热水系统供暖设备

技术优势：

（1）适用范围广。由于空气源热泵主要采用空气中的低温热量加热，理论上只要有空气，空气源热泵就可以使用，不受天气、环境等因素的影响。虽然在 -25℃以下的极端环境工作受限，但基本上可以满足我国北方大部分地区的冬季供暖需求。

（2）节能效果突出。空气源热泵不通过电-热转换加热，所以空气源热泵生产热水的效率很高。每耗电1kW平均可产生4kW热能，是电热水器的4倍，太阳能热水器的2倍。

（3）环保安全、耐用。空能热泵制热时不需要燃气，不需要煤，不需要油，不需要明火，不需要排放，同时水电分离，不仅环保，而且不会发生火灾，爆炸，中毒，触电等安全事故。一般使用寿命12～15年。

（4）智能化程度高。空能热泵内置微机安全系统，用户只要在使用时首次设置好，热泵就会根据室外温度和水箱热水情况，自动进行补水、加热、断电、保温、加热等工作，无需人工值班。

运行费用预算（含设备采购安装费）：

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农村建筑的耗能现状

由上图可见：

      （1）随着建筑外观的升级变化，为了满足屋内日照和采光，门窗面积较大。但也造成门窗和窗口节点缝隙损失的热量约占50%。这就意味着咱们自建房的热量有一半都是从门窗流失的。

      （2）农村自建房的墙体基本上都用红砖、空心砖或者加气砖，外墙也基本不敷贴保温板，都是不节能建筑，从墙体的流失的热量占25%。

      （3）农村自建房的屋面一般都不做保温隔热措施，也是热量散失或者传入的主要途径，导致夏热冬冷，屋面的热量流失占15%。

 因此，冬季为了达到清洁能源应该的最佳效果，需要给建筑穿衣服、戴帽子，保证热量不散失。一般需要对外墙、门窗、屋面做保温改造，根据区域气候类型和建筑类型，选择适宜的保温改造措施，门窗选用断桥铝合金门窗。

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既有农房节能改造技术

      （1）建筑外墙铺贴保温板

      我国北方的房屋大多数坐北朝南，外墙是影响农房能耗大小的重要部位，在节能改造中起着非常重要的地位。外墙的节能改造应在原有外墙基础上加设保温层，并应与建筑的立面改造相结合。一般可铺贴厚度60mm～100mm的保温板，再用锚栓固定并铺贴网格布，市场上常见的有XPS板、岩棉板、TPS板等。

现场施工图

外墙保温构造示意图

      （2）建筑屋面铺贴保温板

      提高农房屋面的保温隔热能力，可有效地抵御室外冷热空气传递，减少建筑耗能。农村建筑屋面根据气候环境特点具有多样化，有木屋架坡屋面、木屋架平屋顶、钢筋混凝土平屋面等多种形式，一般铺贴60mm～100mm厚的有机保温板，但施工前要一定检查和确定屋面的荷载和防水性能。

屋面保温构造示意图

      （3）门窗改造

      农村大部门门窗为木门窗、钢门窗和推拉铝合金门窗，节能型门窗因造价等使用比例很小，造成散热严重。目前通常有两种办法：一种是在原来门窗的基础上增设一层门窗，不拆除原来的，但前提是门窗洞口要符合条件；还有一种是拆除原来门窗，更换为中空玻璃的断桥铝合金门窗或断桥塑料节能门窗。根据型材、玻璃、五金配件的种类，节能门窗造价大约350元/m2～650元/m2。

断桥铝合金常见的平开、上悬、推拉型节能门窗

常见断桥铝合金内平开窗

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新建节能型农房

      为了达到建筑节能要求和获得最佳的采暖效果，农村自建房从开始建造时，就设计成节能房，目前农村推广较为成熟，造价较低的一种建造技术—装配式低能耗空腔EPS模块房屋。

      该技术是将空腔聚苯模块拼装组合成空腔墙体，其内置入钢筋、浇筑混凝土，构成保温承重装配一体化工业与民用建筑的外墙。适用于耐火等级为三级及以下、抗震设防烈度8度及以下、地上建筑高度 15m及以下、地上建筑层数3层及以下、建筑层高不大于5.1m（无扶墙柱时）的工业与民用建筑外墙。

       装配式低能耗空腔EPS模块房屋的工程造价约为1200～1500元/m2，与相同标准的砌体结构相比较，工程造价降低5%～15%，工期缩短20%～40%，尤其降低人工成本。建成后，全年房屋内的平均温度15℃～18℃，减少了取暖时间，大大降低了取暖成本。

      目前，该技术在我省兰州市、陇南市、庆阳市、临夏市等地推广成熟，也有相应的产业支撑。

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改造前建筑特点：

（1）墙体是红砖砌筑、外墙和屋面均无保温措施；

（2）门窗为铝合金单层玻璃推拉窗；

（3）用火炉烧散煤采暖、烧水做饭；

（4）北方地区同时还要通过烧火炕来辅助采暖。

（5）冬季的室内平均温度5℃左右，冬天在采暖条件下15℃左右，舒适感不强。

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能效提升措施：

（1）外墙贴70mm石墨聚苯板；

（2）窗户更换为断桥铝合金中空玻璃外平开窗；

（3）冬季门口加保温加厚门帘；

（4）采用空气源热泵风机采暖。

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改造效果：

（1）室内环境品质提升，无烟尘；

（2）不采暖室内房间（杂物间、厨房）平均温度约13℃～16℃；

（3）采暖室内房间（主房和厢房）的平均温度约20℃～24℃；

（4）采暖费用（电费）支出约800元（电费0.51元/度），比烧煤的节省700元；随着煤炭价格提高，经济效益会更加凸显；

（5）减少采暖天数，建筑能效提升约45%。

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农村住房节能改造的意义：

（1）能有效改善和提高农村住房室内环境的舒适度；

（2）采用可再生的清洁能源供暖，真正实现节能低碳；

（3）经过节能改造，即使冬季不取暖室内温度也可达到12℃以上，通过辅助供暖室内温度可达20℃以上，完全满足居住需求；

（4）用户一个采暖季可以节约50%的能源消耗，减少约50%的污染物排放，符合节能减排的政策导向；

（5）改造后住房可以节约50%采暖费用支出，经济效益显著；

（6）通过对农村住房节能改造，农村住房建筑外观焕然一新，也符合美丽乡村的建设要求。