项 目 信 息 项 目 资 助 号 G Grant Number G 项 目 期 (03/01/ /29/2012) Grant period (03/01/ /29/2012) 所 属 领 域 : 建 筑 Sector Const

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1 中 国 可 持 续 能 源 项 目 The China Sustainable Energy Program 能 源 基 金 会 The Energy Foundation 项 目 成 果 报 告 系 列 Technical Report 中 国 北 方 农 村 地 区 建 筑 节 能 发 展 方 向 战 略 研 究 Strategic Study on Buildings Energy-efficiency Development in Northern Rural Areas of China 重 庆 大 学 2012 年 4 月

2 项 目 信 息 项 目 资 助 号 G Grant Number G 项 目 期 (03/01/ /29/2012) Grant period (03/01/ /29/2012) 所 属 领 域 : 建 筑 Sector Construction 项 目 概 述 : 北 方 农 村 生 活 能 耗 占 全 国 建 筑 总 能 耗 的 20%, 推 进 北 方 地 区 农 村 建 筑 节 能 关 系 到 我 国 整 体 建 筑 节 能 工 作 的 成 效, 涉 及 到 国 家 的 能 源 战 略 和 经 济 社 会 的 可 持 续 发 展 开 发 以 生 物 质 能 源 和 其 他 可 再 生 能 源 为 主 的 新 的 农 村 能 源 系 统, 同 时 大 幅 度 改 进 农 村 建 筑 的 保 温 性 能 和 采 暖 方 式, 才 能 更 好 地 满 足 农 村 的 建 筑 用 能 需 求, 实 现 满 足 可 持 续 发 展 要 求 的 社 会 主 义 新 农 村 建 设 调 研 摸 清 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 现 状, 对 预 测 未 来 北 方 农 村 地 区 的 用 能 需 求 以 及 未 来 北 方 农 村 地 区 的 政 策 制 定 有 着 至 关 重 要 的 作 用 推 进 农 村 建 筑 节 能 的 目 的, 不 是 要 限 制 农 村 的 用 能 需 求 的 增 长, 降 低 或 维 持 当 前 农 村 的 建 筑 能 耗 水 平, 而 是 要 统 筹 资 源 环 境 和 经 济 发 展, 鼓 励 农 村 地 区 因 地 制 宜 地 采 用 高 效 合 理 的 生 物 质 能 等 先 进 技 术, 给 农 村 提 供 清 洁 高 效 的 用 能 方 式, 更 好 地 满 足 农 民 建 筑 用 能 增 长 需 求, 提 高 农 民 的 生 活 品 质 改 变 农 村 目 前 的 能 源 消 费 模 式, 鼓 励 农 村 发 展 太 阳 能 生 物 质 等 清 洁 能 源, 引 导 农 村 用 能 可 持 续 增 长 以 及 北 方 农 村 地 区 用 能 结 构 科 学 转 型, 不 仅 可 以 把 农 民 的 消 费 从 煤 炭 液 化 气 等 商 品 能 源 的 购 买 中 解 放 出 来 ; 而 且 可 以 发 展 生 物 质 能 产 业, 利 用 农 产 品 及 其 废 弃 物 生 产 新 型 能 源, 拓 展 了 农 产 品 的 原 料 用 途 和 加 工 途 径, 为 农 业 提 供 了 一 个 产 品 附 加 值 高 和 市 场 潜 力 无 限 的 平 台, 延 伸 农 业 产 业 链 条, 提 高 农 业 效 益, 拓 展 农 村 剩 余 劳 动 力 转 移 空 间, 在 促 进 区 域 经 济 发 展 增 加 农 民 收 入 等 方 面 大 有 可 为 如 何 引 导 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 结 构 的 科 学 转 型, 对 国 家 的 能 源 战 略 和 经 济 社 会 的 可 持 续 发 展 有 着 重 要 意 义 Project Discription: According to "China Rural Statistical Yearbook of 2006", annual household energy consumption for life in rural areas in 30 provinces (municipalities and autonomous regions) in China has reached 320 million tce, accounting for 20% of total building energy consumption in China. Promoting building energy-saving work northern rural areas is critical to the result of China s overall building energy efficiency and is related to national energy strategies and sustainable economic and social development. Development of biomass energy and other renewable energy-based new rural energy systems and significantly improving the

3 insulation performance and heating ways of rural buildings will better meet the energy needs of rural buildings and achieve socialist new rural construction that could meet requirements of sustainable development.mastering energy consumption situation in Chinese northern areas will be critical for prediction of future energy use demands in northern rural areas and policy formulation for northern rural areas in future.the purpose of rural building energy efficiency is to coordinate resources, environmental and economic development, encourage rural areas to take highly effective and reasonable biomass and other advanced technology according to local conditions and provide clean and highly efficient energy consumption way in rural areas, so as to meet the increasing demands of farmers for building energy consumption and improve life quality of farmers, instead of limiting demand for energy use increase in rural areas and decreasing or maintaining current building energy consumption level in rural areas. Changing the current energy consumption patterns in rural areas, encouraging rural development of solar energy, biomass and other clean energy sources and guiding sustainable energy use in rural areas and scientific transformation of energy use structure in northern rural areas will not only liberate farmers consumption from purchase of coal, gas and other commercialized energy; but also develop biomass energy industry, use agricultural products and wastes to produce new energy and expand the use and processing ways of agricultural raw materials, so as to provide agricultural products with a platform of high added value and unlimited market potential, extend the industrial chain of agriculture, increase agricultural efficiency and extend space for rural surplus labor, playing a great role in promoting regional economic development and increasing rural incomes. How to guide China's energy structure in northern rural areas will be great of significance for national energy strategy and economic and social sustainable development. 项 目 成 员 : 丁 勇 任 宏 刘 猛 李 沁 刘 兴 民 王 春 Project team:ding Yong,REN Hong,LIU Meng,LI Qin,LIU Xingmin,WANG Chun 关 键 词 : 农 村 能 源, 节 能, 灰 预 测 模 型, 生 物 质, 博 弈 分 析 Key Word:Rural energy,energy consumption,gray prediction model,biomass, game analysis

4 摘 要 北 方 农 村 生 活 能 耗 占 全 国 建 筑 总 能 耗 的 20%, 推 进 北 方 地 区 农 村 建 筑 节 能 关 系 到 我 国 整 体 建 筑 节 能 工 作 的 成 效, 涉 及 到 国 家 的 能 源 战 略 和 经 济 社 会 的 可 持 续 发 展 开 发 以 生 物 质 能 源 和 其 他 可 再 生 能 源 为 主 的 新 的 农 村 能 源 系 统, 同 时 大 幅 度 改 进 农 村 建 筑 的 保 温 性 能 和 采 暖 方 式, 才 能 更 好 地 满 足 农 村 的 建 筑 用 能 需 求, 实 现 满 足 可 持 续 发 展 要 求 的 社 会 主 义 新 农 村 建 设 一 是 调 研 分 析 北 方 农 村 地 区 用 能 现 状 通 过 对 北 方 农 村 地 区 的 用 能 现 状 调 研, 归 纳 整 理 了 中 国 北 方 农 村 地 区 能 源 消 耗 模 式 现 状, 分 析 其 用 能 结 构 和 存 在 的 问 题, 通 过 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 调 查, 了 解 了 现 在 中 国 北 方 农 村 地 区 的 用 能 现 状, 分 析 研 究 中 国 北 方 农 村 地 区 的 用 能 需 求, 得 出 目 前 北 方 农 村 存 在 取 暖 设 施 效 率 低 及 能 源 利 用 率 低, 室 内 环 境 质 量 差 采 等 问 题 二 是 预 测 北 方 农 村 地 区 用 能 需 求 收 集 整 理 了 生 物 质 气 化 采 暖 技 术 太 阳 能 建 筑 一 体 化 技 术 等 在 北 方 农 村 地 区 的 应 用 的 基 础 理 论 和 实 际 工 程 应 用 案 例 通 过 设 定 三 个 情 景, 运 用 灰 预 测 模 型 进 行 预 测, 分 析 不 同 情 景 下 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 趋 势 的 变 化, 得 出 生 物 质 气 化 采 暖 系 统 不 仅 可 以 减 少 污 染 物 排 放, 改 善 室 内 空 气 质 量, 充 分 利 用 生 物 质 资 源, 节 省 燃 料, 变 废 为 宝 ; 同 时 可 以 提 高 农 民 的 生 活 质 量, 提 高 室 内 空 气 品 质, 实 现 节 能 减 排, 促 进 社 会 主 义 新 农 村 建 设 开 发 以 生 物 质 能 源 和 其 他 可 再 生 能 源 为 主 的 新 的 农 村 能 源 系 统, 同 时 大 幅 度 改 进 农 村 建 筑 的 保 温 性 能 和 采 暖 方 式, 才 能 更 好 地 满 足 农 村 的 建 筑 用 能 需 求, 实 现 满 足 可 持 续 发 展 要 求 的 社 会 主 义 新 农 村 建 设 这 需 要 大 量 的 技 术 创 新 和 各 级 政 府 的 政 策 机 制 及 经 费 支 持, 更 需 要 从 科 学 发 展 观 出 发 的 全 面 的 科 学 规 划 三 是 研 究 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 结 构 调 整 的 激 励 政 策 通 过 对 相 关 利 益 主 体 的 行 为 进 行 博 弈 分 析, 对 在 农 村 地 区 推 广 生 物 质 能 建 筑 应 用 的 激 励 对 象 激 励 方 式 激 励 程 度 和 激 励 策 略 进 行 了 定 性 分 析, 设 计 了 比 较 完 善 的 经 济 激 励 政 策, 可 有 效 推 动 生 物 质 能 在 农 村 地 区 建 筑 中 的 应 用 推 进 农 村 建 筑 节 能 的 目 的, 不 是 要 限 制 农 村 的 用 能 需 求 的 增 长, 降 低 或 维 持 当 前 农 村 的 建 筑 能 耗 水 平, 而 是 要 统 筹 资 源 环 境 和 经 济 发 展, 鼓 励 农 村 地 区 因 地 制 宜 地 采 用 高 效 合 理 的 生 物 质 能 等 先 进 技 术, 给 农 村 提 供 清 洁 高 效 的 用 能 方 式, 更 好 地 满 足 农 民 建 筑 用 能 增 长 需 求, 提 高 农 民 的 生 活 品 质 改 变 农 村 目 前 的 能 源 消 费 模 式, 鼓 励 农 村 发 展 太 阳 能 生 物 质 等 清 洁 能 源, 引 导 农 村 用 能 可 持 续 增 长

5 以 及 北 方 农 村 地 区 用 能 结 构 科 学 转 型, 不 仅 可 以 把 农 民 的 消 费 从 煤 炭 液 化 气 等 商 品 能 源 的 购 买 中 解 放 出 来 ; 而 且 可 以 发 展 生 物 质 能 产 业, 利 用 农 产 品 及 其 废 弃 物 生 产 新 型 能 源, 拓 展 了 农 产 品 的 原 料 用 途 和 加 工 途 径, 为 农 业 提 供 了 一 个 产 品 附 加 值 高 和 市 场 潜 力 无 限 的 平 台, 延 伸 农 业 产 业 链 条, 提 高 农 业 效 益, 拓 展 农 村 剩 余 劳 动 力 转 移 空 间, 在 促 进 区 域 经 济 发 展 增 加 农 民 收 入 等 方 面 大 有 可 为 这 将 引 导 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 结 构 的 科 学 转 型, 对 国 家 的 能 源 战 略 和 经 济 社 会 的 可 持 续 发 展 有 着 重 要 意 义

6 Summary According to "China Rural Statistical Yearbook of 2006", annual household energy consumption for life in rural areas in 30 provinces (municipalities and autonomous regions) in China has reached 320 million tce, accounting for 20% of total building energy consumption in China. Promoting building energy-saving work northern rural areas is critical to the result of China s overall building energy efficiency and is related to national energy strategies and sustainable economic and social development. Study on Current Energy Consumption Pattern in China s Northern Rural Areas We conducted research on energy consumption structure in China s northern rural areas, design a Questionnaire on Energy Use in China s Northern Rural Areas, which will be modified based on opinions of experts from various universities and energy efficient research institutions and representatives from authorities in charge of building energy efficiency in some northern areas. With backward heating and cooking energy consumption way, rural areas in northern China take direct combustion of firewood and coal-based energy as the main energy consumption way with only 10% to 20% conversion efficiency of bio-energy direct combustion, resulting in energy shortages in rural areas which has been increased by the widespread use of furnace with less than 10% heating efficiency in northern rural areas. The direct combustion of firewood and coal also caused the fact that the indoor carbon monoxide levels of peasant family are many times greater than the national air quality standards, and such pollution is more serious in the winter, resulting in long-term exposure of most rural population in health-harmful pollution and increasing asthma and respiratory diseases since childhood. Study on energy demands in China s northern rural areas Analyzing the case of the biomass gasification heating technology in rural areas in the north rural, it concludes that the development of biomass energy and other renewable energy-based new rural energy systems and significantly improving the insulation performance and heating ways of rural buildings will better meet the energy needs of rural buildings and achieve socialist new rural construction that could meet requirements of sustainable development. By building three scenes, we use grey prediction model, the energy use of rural north China has been forecasted. Develop the biomass energy and other renewable energy can meet the needs of new

7 socialist countryside construction better. But it requires technical innovation and government policy and fund support. Study on energy use structure adjustment strategy for China s northern rural areas Through the game analysis of the behavior of relevant stakeholders, a qualitative analysis about the incentive targets, incentive ways, incentive levels and incentive strategies for promoting the biomass energy application in rural buildings was carried out. Also the relative economic incentive policies which would effectively promote the biomass energy application were designed. The purpose of rural building energy efficiency is to coordinate resources, environmental and economic development, encourage rural areas to take highly effective and reasonable biomass and other advanced technology according to local conditions and provide clean and highly efficient energy consumption way in rural areas, so as to meet the increasing demands of farmers for building energy consumption and improve life quality of farmers, instead of limiting demand for energy use increase in rural areas and decreasing or maintaining current building energy consumption level in rural areas. It will guide China's energy structure in northern rural areas will be great of significance for national energy strategy and economic and social sustainable development.

8 目 录 一 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 现 状... Error! Bookmark not defined. 1. 总 体 情 况... Error! Bookmark not defined. 2. 农 房 建 设... Error! Bookmark not defined. 3. 围 护 结 构 类 型... Error! Bookmark not defined. (1) 墙 体... Error! Bookmark not defined. (2) 门 窗... Error! Bookmark not defined. (3) 屋 顶... Error! Bookmark not defined. (4) 地 面... Error! Bookmark not defined. 4. 农 房 室 内 温 度 和 用 能 方 式... Error! Bookmark not defined. (1) 北 方 农 村 各 种 采 暖 方 式 及 建 筑 用 能 情 况... Error! Bookmark not defined. (2) 照 明 和 家 电 用 电... Error! Bookmark not defined. (3) 炊 事 用 能... Error! Bookmark not defined. (4) 生 活 热 水 能... Error! Bookmark not defined. (5) 夏 季 降 温 措 施... Error! Bookmark not defined. (6) 能 源 消 费 存 在 问 题... Error! Bookmark not defined. 5. 存 在 问 题 分 析... Error! Bookmark not defined. (1) 住 房 围 护 结 构 热 工 性 能 欠 佳... Error! Bookmark not defined. (2) 遮 阳 设 施 使 用 不 合 理... Error! Bookmark not defined. (3) 缺 少 统 一 科 学 规 划... Error! Bookmark not defined. (4) 取 暖 设 施 效 率 低 及 能 源 利 用 率 低, 室 内 环 境 质 量 差 采... Error! Bookmark not defined. 二 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 需 求 及 趋 势... Error! Bookmark not defined. 1. 我 国 农 村 能 源 消 费 的 总 体 特 征... Error! Bookmark not defined. 2. 北 方 农 村 建 筑 用 能 需 求 现 状 分 析... Error! Bookmark not defined. 3. 可 再 生 能 源 新 技 术 研 究 现 状... Error! Bookmark not defined. (1) 农 村 可 再 生 能 能 源 现 状... Error! Bookmark not defined. (2) 太 阳 能 利 用 技 术 推 广 速 度 快... Error! Bookmark not defined. (3) 沼 气 在 农 村 地 区 的 应 用... Error! Bookmark not defined. I

9 (4) 生 物 质 技 术 逐 步 进 入 农 户... Error! Bookmark not defined. (5) 生 物 质 秸 秆 气 化 采 暖 技 术 在 农 村 地 区 的 应 用... Error! Bookmark not defined. 4. 北 方 农 村 建 筑 用 能 趋 势 预 测 情 景 分 析... Error! Bookmark not defined. (1) 情 景 分 析 法 概 述... Error! Bookmark not defined. (2) 灰 色 预 测 理 论 的 提 出... Error! Bookmark not defined. (3) 情 景 假 定... Error! Bookmark not defined. (4) 影 响 因 素 分 析... Error! Bookmark not defined. [10] (5) GM(1,1) 预 测 模 型... Error! Bookmark not defined. (6) GM(1,n) 模 型... Error! Bookmark not defined. (7) 情 景 分 析 结 果... Error! Bookmark not defined. 5. 北 方 农 村 建 筑 节 能 潜 力 分 析... Error! Bookmark not defined. 三 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 结 构 调 整 战 略... Error! Bookmark not defined. 1. 中 国 农 村 地 区 现 有 政 策 情 况... Error! Bookmark not defined. (1) 在 农 村 地 区 推 广 生 物 质 能 建 筑 应 用 的 政 策 依 托... Error! Bookmark not defined. (1) 新 农 村 能 源 工 程... Error! Bookmark not defined. (2) 农 村 沼 气 工 程... Error! Bookmark not defined. (3) 生 物 质 能 产 业... Error! Bookmark not defined. (4) 小 水 电 代 燃 料 工 程... Error! Bookmark not defined. (5) 可 再 生 能 源 中 长 期 发 展 规 划... Error! Bookmark not defined. 2. 引 导 中 国 北 方 农 村 建 筑 用 能 可 持 续 增 长 的 目 标 及 策 略... Error! Bookmark not defined. 3. 制 度 设 计 原 则 及 政 策 激 励 的 着 力 点 选 择... Error! Bookmark not defined. (1) 可 行 性 原 则... Error! Bookmark not defined. (2) 有 效 性 原 则... Error! Bookmark not defined. (3) 灵 活 性 原 则... Error! Bookmark not defined. (4) 全 局 性 原 则... Error! Bookmark not defined. (5) 最 优 性 原 则... Error! Bookmark not defined. 4. 在 农 村 地 区 推 广 生 物 质 能 建 筑 应 用 中 相 关 利 益 主 体 的 博 弈 分 析... Error! Bookmark not defined. ( 一 ). 相 关 的 利 益 主 体... Error! Bookmark not defined. (1) 政 府 和 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 之 间 的 博 弈 分 析... Error! Bookmark not defined. II

10 (2) 消 费 者 和 政 府 之 间 的 博 弈 分 析... Error! Bookmark not defined. 5. 在 农 村 地 区 推 广 生 物 质 能 建 筑 应 用 的 激 励 机 制 设 计... Error! Bookmark not defined. ( 一 ) 激 励 对 象... Error! Bookmark not defined. ( 二 ) 激 励 方 式... Error! Bookmark not defined. ( 三 ) 激 励 程 度... Error! Bookmark not defined. ( 四 ) 激 励 策 略... Error! Bookmark not defined. III

11 正 文 2011 年 12 月 27 日 中央农村工作会议在北京召开 温家宝总理针对目前 新农村建设工作中的问题指出 社会主义新农村建设是贯穿我国现代化建设全过 程的一项重大任务 目前我国最大的发展差距仍然是城乡差距 最大的结构性问 题仍然是城乡二元结构 城镇化的快速发展 为解决好 三农 问题创造了有利条 件 但并不会自然带来农村面貌的较快改变 要全面推进农村各项建设 建设好 农民幸福生活的美好家园 农村建设应保持农村的特点 有利于农民生产生活 保持田园风光和良好生态环境 不能把城镇的居民小区照搬到农村去 赶农民上 楼 要长期坚持把国家基础设施建设的重点放到农村 建设部门要加强对村庄规 划和农村建房的指导 提高农村民居设计和建设水平 我国农村地区人口约 8 亿 农村民用建筑面积约为 240 亿 m2 占全国房 屋建筑面积的 60% 以上 据调查 寒冷地区农村住房建造水平低 保温措施少 大部分住房未进行保温处理 房屋外门窗热工性能和气密性较差 墙体和屋顶未 采用保温材料建造 传热系数过大 散热量高 节能效果差 同时采暖设备简陋 热效率低 冬季采暖能耗约占生活耗能的 80% 不仅造成大量能源浪费 而且 室内热环境恶劣 舒适度差 随着农村经济的发展和农民生活水平的提高 农村 住房的建造质量和居住舒适度逐步得到重视 进行寒冷地区农村住房节能改造 为寒冷地区农民营造一个健康舒适的室内环境 同时不造成能源消耗的大幅增长 是亟待解决的问题 本报告通过对国内外各研究人员的研究调研结果进行总结 并结合 2011 年 课题组针对中国北方农村地区建筑节能现状的调研 分析得出目前中国北方地区 -1-

12 住房现状 对中国北方农村居民用能节能潜力进行分析 提出农村住房节能方面 存在的问题及改造措施 一 中国北方农村地区用能现状 1. 总体情况 有研究指出从 1979 年至 2007 年 农村总能耗基本保持持续增长 以 4.22% 的年增长率 从 1979 年的 Mtce 百万吨标准煤 增至 2007 年的 Mtce 人均能耗则以 4.35%的年增长率从 1979 年的 kgce 涨至 kgce 中国农村总能耗在 1979 至 2007 年间可分为三个阶段 第一阶段 是从 1979 年至 1995 年 该阶段总能耗保持平稳上升 在 1995 年达到第一个高 峰 Mtce 第二阶段为 1996 至 1999 年 该阶段总能耗保持相对稳定 2000 年以后为第三阶段 该阶段总能耗保持快速增长 在九十年代末 相对于 经济的增长 能耗却在下降 这是可能是得益于能效的提高 [1] 图 年中国农村地区能耗及人均能耗 图 1.2 给出了农村地区生产用能与住宅生活用能的比例 生活用能占总能耗 的比例从 1979 年的 83.13%降至 2007 年的 55.8% 但仍然超过了 50% 在上 -2-

13 述时期内生活用能在数量上从 升至 545.2Mtce 相对于农业机械化生产 和工业活动 生活用能是低水平的 图 年中国农村地区生产用能与住宅生活用能的比例 从 1979 年至 2007 年间 中国农村能耗模式由传统能源使用模式向更商业 化 工业化的能源模式转变 1979 年农村地区能耗中 煤炭占 18.30% 油料占 4.65% 电力占 5.4% 秸秆占 37.01% 柴火占 33.78% 沼气占 0.24% 2007 年 煤炭占 43.31% 油料占 8.15% 电力占 10.44% 液化石油气占 6.3% 秸 秆占 16.35% 柴火占 14.6% 沼气占 0.75% 最明显的趋势是生物能使用比例 下降以及电能 油料 液化石油气等能源使用比例的上升 但在农村地区秸秆 木柴等生物能源和煤炭仍然是用能组成中的主要部分 占总能耗的 70%以上 图 年中国农村地区各类能源消耗结构 -3-

14 由于我国幅员辽阔 地形地貌复杂多变 随着各地纬度 地势和地理条件不 同 气候环境也发生较大的变化 为了研究建筑与气候两者之间的相互关系和不 同建筑类型对自然条件的适应情况 从建筑热工设计的角度将全国建筑热工设计 划分为五个地区 严寒地区 寒冷地区 夏热冬冷地区 夏热冬暖地区和温和地 区 全国建筑热工设计分区及设计要求如表 1 表 1.1 全国建筑热工设计分区及设计要求 而中国北方采暖地区主要包括三个地区 分别是东北 华北 西北地区 累 计年日平均温度低于或等于 5 的天数 一般都超过 90 天 时间最长的满洲里 可以达 211 天 这一地区也称为寒冷地区 其面积约占我国国土面积的 70% 北方采暖地区的气候特征有 1.北方采暖地区冬季较长且寒冷干燥 年较差 日较差均较大 年日平均气 温低于或等于 5 的天数占全年的 25%~40% 年最高温度大于或等于 35 的 天数占全年的 22% 平原地区的极端最高温大多可超过 40 极端高温范围在 -4-

15 35~44 之 间 年 均 日 较 差 为 7~14 2. 北 方 采 暖 地 区 多 为 干 旱 少 雨 地 区 年 平 均 相 对 湿 度 为 50%~70%, 年 降 雨 日 数 为 60~100 天, 年 降 水 量 为 300~1000mm, 日 最 大 降 水 量 大 多 为 200~300mm, 个 别 地 方 日 最 大 降 水 量 超 过 500mm, 年 降 雪 日 数 为 15 天 以 下 3. 北 方 采 暖 地 区 的 太 阳 辐 射 较 强 年 太 阳 总 辐 射 照 度 为 150~190W/m 2, 年 日 照 时 数 为 2000~2800 小 时, 年 日 照 百 分 率 为 40%~60% 因 此, 进 行 北 方 农 村 住 宅 节 能 以 及 室 内 环 境 改 善 一 个 必 不 可 少 的 前 提 就 是 掌 握 北 方 农 村 住 宅 围 护 结 构 以 及 室 内 环 境 的 现 状 只 有 在 了 解 了 这 些 信 息 的 前 提 下 我 们 才 能 明 确 课 题 的 出 发 点 实 施 的 途 径 以 及 预 期 的 目 标 而 了 解 现 状 一 个 十 分 行 之 有 效 的 手 段 就 是 文 献 整 理 加 实 地 调 研 通 过 调 研, 实 际 掌 握 北 方 村 镇 建 筑 围 护 结 构 采 暖 方 式 室 内 热 环 境 及 可 再 生 能 源 利 用 状 况 等 资 料, 为 下 一 步 进 行 村 镇 建 筑 围 护 结 构 节 能 和 采 暖 方 式 优 化 等 研 究 奠 定 基 础 课 题 组 对 黑 龙 江 北 京 内 蒙 古 等 15 个 北 方 省 市 的 农 村 地 区 进 行 了 调 研, 共 获 得 有 效 问 卷 1782 份 各 地 区 调 查 数 据 分 布 如 图 1.4, 图 图 1. 4 各 地 区 调 查 问 卷 数 据 分 布 - 5 -

16 图 1. 5 各地区调查问卷数据分布地图 2. 农房建设 北方农房基本为单户独栋建筑 以平房为主 二层及多层房屋较少 平原地 区的农房一般较集中 而丘陵 山区 高原地区的农房相对较分散 20 世纪 90 年代以后建造的农房占的比例大 仍有很大一批 80 年代以前房屋正在使用 处 于旧房到新房的过渡状态 有些老房屋已经年久失修 基本处于废旧状态 但也 有部分结构稳定的老房屋仍在使用 农房的建筑面积较大 普遍在 m2 人均建筑面积 20 40m2 院落面积 m2 随着农村经济条件的好转 农民有更多资金开始修建房屋 追求房屋的大面积 老房屋的建筑材料多为自有 或少量购买 80 年代以前建造的农房多采用自有的建筑材料 如以土坯和夯土 为墙体材料 以自家种植的树木来制作屋架和门窗等 需要购买的材料多为砖 水泥和玻璃等 新建农房的建筑材料几乎全部购买 房屋建造费用逐年升高

17 年以前建造的房屋购买建筑材料少 价格低 一般是以村民互相帮忙建造为主 人工费用较少 建造费用大约在 0.2 万元以下 甚至几百元 1990 年以后 随 着农房面积 档次的提高 建筑材料价格提升 人工费增加 农房的建造费用逐 年开始增长 我国北方农村一般没有专业的建筑施工队伍 但有大量零散的建筑 工匠 城市边缘的村镇会有一些专业的施工队伍 但比例不大 经济条件较好的 农户选择专业施工队施工 形式多为包工不包料 建筑材料由农户购买 施工队 只负责施工 经济条件相对较差的农户则选择自建房屋 另外 很少使用机械设 备 基本靠人力来完成 3. 围护结构类型 根据调研结果 北方农村目前以平房居多 围护结构包括墙体 门窗 屋 顶等 它是影响农村建筑热工特性的主要因素 1 墙体 外墙是建筑的重要组成部分 在独立式住宅中外墙是最主要的承重和传热部 件 对住宅使用寿命 采暖能耗和舒适性的影响尤为重要 目前我国北方农村地 区主要存在的墙体材料如下图 5.10% 3.12% 0.28% 0.66% 10% 实心粘土砖 50.61% 苯板 12% 普通混凝土砌块 40.23% 无保温 3% 加气混凝土砌块 59% 7% 土坯 石块 9% 石棉 保温砂浆 空心砖 其他 其他 图 1. 6 墙体类型 图 1. 7 墙体保温 -7-

18 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 其他 石块 土坯 加气混凝土砌块 新疆 天津 陕西 山西 山东省 山东 青海 宁夏 内蒙古 辽宁 吉林 黑龙江 河南 河北 甘肃 北京 普通混凝土砌块 实心粘土砖 图 1. 8 各地区农村住宅墙体材料构成 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 其他 空心砖 保温砂浆 石棉 苯板 无保温 图 1. 9 各地区保温材料使用构成 从图 中可以看出 1 目前我国农村住宅的主要材料有实心粘土砖 普通混凝土砌块 加气 混凝土砌块 土坯等墙体材料 实心砖墙仍占有重要地位 在调研的 1059 户农 宅中 50.61%为实心粘土砖 40.23%为普通混凝土砌块 5.1%为加气混凝土砌 块 41%的农户采取了一定的保温措施 内保温 外保温方式使用较多 其中使 用保温砂浆的为 12% 10%采用空心砖 其他保温材料如苯板 石棉等使用的比 例较小 随着国家 禁实 不断推进 新建农房逐渐开始使用非粘土实心砖 多孔 砖或空心砖 土墙是老房屋的主要墙体类型 有土坯墙和夯土墙两种形式 在老 -8-

19 房屋的石墙和砖墙中 为了降低造价和提高保温效果 多采用石材和土坯复合墙 砖和土坯复合墙 砖 石 设在外层 其它墙体类型为混凝土砌块 草砖 木材 等 应用比例很少 外墙承重 厚度为 240mm 500mm 外饰面为水泥砂浆 灰浆刷白 水刷石 条件好的外饰瓷砖 外墙基本无外保温 保温隔热效果差 冬季室内热损失严重 2 黑龙江 辽宁 陕西 内蒙古主要以普通混凝土砌块墙为主 同时也 存在加气混凝土砌块墙的使用 不过比例较小 山西 河南使用加气混凝土砌块 的比例比其他地区高 3 西北地区土坯墙的使用较多 4 北京 黑龙江 内蒙古地区外墙采取保温措施的比例较大 北京 甘 肃使用石棉较多 黑龙江 河南使用苯板较多 山东 宁夏 吉林地区采取保温 措施的比例还较小 2 门窗 门窗是建筑能耗又一大源头 由于门窗的传热系数一般都高于其他围护结构 所以它是建筑保温的薄弱环节 -9-

20 ① 窗材料及类型 100% 80% 60% 单框单层窗 14% 43% 16% 40% 单框双层窗 20% 双框单层窗 27% 0% 北京 甘肃 河北 河南 黑龙江 吉林 辽宁 内蒙古 宁夏 青海 山东 山西 陕西 新疆 双框双层窗 单框单层窗 图 窗户类型 7% 双框单层 木窗 2% 1% 普通玻璃 低辐射玻璃 76% 43% 真空玻璃 31% 23% 中空玻璃 其他 图 1.12 玻璃类型 图 窗框材料 各地区玻璃类型 100% 80% 60% 40% 20% 0% 塑料膜 双框双层 图 各地区窗户类型构成 塑料膜 4% 6% 1% 6% 单框双层 普通玻璃 低辐射玻璃 真空玻璃 图 各地区玻璃类型 中空玻璃 塑钢窗 铝合金窗 断桥铝合金窗 其他

21 通 过 实 地 调 研 分 析 得 到 : 以 前 的 北 方 农 房 的 外 窗 主 要 为 木 窗, 而 近 年 来 新 建 农 房 多 采 用 铝 合 金 窗 和 塑 钢 窗 木 窗 的 耐 久 性 较 差, 随 着 使 用 时 间 增 加, 易 变 形, 关 闭 不 严, 并 且 木 窗 的 制 作 施 工 安 装 工 序 繁 琐 近 年 来, 经 济 条 件 好 的 新 建 农 房 开 始 使 用 铝 合 金 窗 和 塑 钢 窗 铝 合 金 窗 由 于 材 料 质 量 的 问 题 和 安 装 的 不 规 范, 致 使 窗 户 的 传 热 系 数 较 高, 密 封 性 能 较 差, 现 已 经 逐 渐 被 塑 钢 窗 所 替 代 农 房 中 使 用 的 塑 钢 窗 多 为 为 单 框 双 玻 塑 钢 窗, 推 拉 开 启 方 式, 平 开 窗 价 格 比 推 拉 窗 高 15%~20%, 应 用 较 少 农 村 建 筑 的 窗 户 形 式 主 要 为 平 开 窗 和 左 右 推 拉 窗 窗 户 的 窗 框 材 料 主 要 为 铝 合 金 木 窗 塑 钢, 普 通 玻 璃 的 应 用 较 普 遍 所 占 比 例 为 76%, 新 型 节 能 玻 璃 的 使 用 比 例 还 很 低 使 用 最 多 的 为 单 框 单 层 窗, 占 总 比 例 的 43%, 其 次 为 单 框 双 层 窗, 占 27% (1) 在 东 北 地 区, 由 于 天 气 寒 冷, 使 用 双 层 窗 双 框 窗 较 多, 虽 然 普 通 玻 璃 仍 占 主 导 地 位, 但 新 型 节 能 玻 璃 的 应 用 比 例 比 其 他 地 区 更 高 黑 龙 江 使 用 真 空 玻 璃 较 多, 吉 林 辽 宁 更 多 使 用 中 空 玻 璃 (2) 在 西 北 地 区, 宁 夏 的 窗 户 类 型 及 材 料 比 较 落 后, 多 采 用 单 层 单 框 窗, 且 新 型 玻 璃 的 使 用 比 例 最 低 青 海 地 区 使 用 低 辐 射 玻 璃 塑 料 膜 的 比 例 最 高 在 冬 季, 为 了 减 少 外 窗 的 冷 风 渗 透, 农 民 会 采 用 一 些 简 易 的 保 温 措 施, 例 如 糊 窗 缝 在 窗 户 里 面 或 外 面 加 一 层 塑 料 薄 膜 等 外 门 采 取 门 上 加 盖 棉 门 帘 和 门 外 加 门 斗 两 种 保 温 措 施, 但 随 着 塑 钢 门 窗 的 应 用, 这 些 措 施 也 在 逐 渐 减 少 2 门 材 料 与 类 型 北 方 农 村 建 筑 外 门 的 材 料 主 要 为 木 门 铝 合 金 铁 门 以 及 塑 钢 90 年 代 以

22 前的农村住宅外门材料多为木质 木门密闭性差 冷风渗透较严重 90 年代后 开始使用铝合金门 铝合金门和塑钢门密闭效果较好 90 年代末以后 经济条 件好的新建农宅逐渐开始使用塑钢门和金属门 外门材料 1% 26% 28% 木门 铝合金 17% 塑钢 28% 铁门 其他 图 外门材料 木门强度低 容易变形和破坏 在东北严寒地区 常用铁皮包木门 增加木 门的机械强度 延长使用寿命 开启方式为平开 有单扇门平开 也有双扇对开 门 有研究指出 20 世纪 90 年代中期以后逐渐开始使用铝合金门 严寒地区多 采用双层铝合金门 寒冷地区多采用单层铝合金门 2000 年以后 经济条件好 的农户逐渐开始使用塑钢门和金属门 甚至是防盗门 3 屋顶 屋顶是建筑物最上层起覆盖作用的承重和围护部分 由于农村住宅多为单层 建筑 屋顶占外围护结构面积的比例较大 是主要的围护结构传热部分 农村住 宅的屋顶形式主要有两种 坡屋顶和平屋顶 根据本次调研的结果 平屋顶所占 比例更多 为 53% 坡屋顶为 45% 有研究指出 大量 20 世纪 90 年代前建造 的农房采用木屋架 2000 年以后建造的平屋顶农房中 大多采用现浇混凝土屋 面 坡屋顶的屋面材料为各种瓦材和彩钢板 老式房屋筑多采用泥瓦 平屋面屋 面材料为油毡和粘土 坡屋面的保温材料采用草木灰 草板 木屑 稻壳 膨胀

23 珍珠岩等 通常设在坡屋架的水平棚板上 也有采用秸秆 稻草 粘土保温 设 于木屋架上 近几年新建农房也有采用聚苯板代替原始的保温材料 2% 1% 6% 平屋顶 45% 53% 抹水泥 1% 4% 贴瓦片 7% 42% 坡屋顶 其他 盖茅草 种植绿化 39% 蓄水 加隔热层 其他 图 屋顶形式 图 屋顶状况 100% 80% 60% 40% 20% 0% 甘肃 河北 河南 黑龙江 吉林 抹水泥 贴瓦片 辽宁 内蒙古 宁夏 盖茅草 种植绿化 青海 蓄水 山东 山西 陕西 新疆 加隔热层 图 各地区屋顶情况 屋顶主要采用抹水泥 贴瓦片的方式 青海 河北抹水泥的比例约为 80% 吉林贴瓦片的比例超过 85% 宁夏 河南地区屋顶加盖茅草的比例比其他地区高 新疆 辽宁屋顶加隔热层的比例最高 这些传统的屋面形式保温效果较差 达不 到屋面传热系数限值的要求 部分房屋室内有吊顶 但吊顶上铺设保温材料的较 少

24 4 地面 北方农房的地面为硬土夯实 水泥抹面或瓷砖贴面 基本无保温 20 世纪 80 年代以前的农房地面多没有面层 后发展为水泥地面 铺砖地面 水磨石地 面等 新建农房多采用地砖 理石和木地板等作为地面装饰面层材料 地面基本 没有保温 严寒地区的新建农房开始在地面设保温层 保温材料大多为炉渣 山 东 河北省农村住房室内地面主要有素土夯实 水泥地面和砖铺地面 3 种类型 基本无保温措施 热阻无法满足地面保温需求 4. 农房室内温度和用能方式 目前 我国北方农村民用建筑生活用能主要包括冬季室内采暖 炊事 照明 及家电 生活热水等 最突出的是冬季采暖用能 由于在热工分区上来讲我国北 方地区即指严寒与寒冷地区 其冬季时间比较长 采暖期为3个月 因此生活用 能中采暖耗能占有更大比例 据调查统计 北方农村能源消耗占全国农村总能源 消耗量的56% 且超过80%的农村能源消耗用于采暖需求[2] 农村住宅冬季采暖 如果像城市那样采用集中供热的话 既不经济 也不现实 北方农村常规生物质 能源很多 且易获取 尤其是秸秆等收获庄稼的剩余物更是能起到废物利用的作 用 根据资料显示 我国农村每年产生的秸秆 薪柴等生物质能源总量约6亿吨 其中约60%用作燃料供采暖与炊事[3] 因此 北方农村常见的火炕 火墙等可采 用生物质能源的采暖方式更符合农村生活习惯 也较为科学合理地保证了供热采 暖要求 其中 火炕是应用最广泛的采暖形式 据农业部统计 2004年底中国大 约有6685万铺炕 近4364万户农村家庭使用(约 1.75亿人口) 平均每户约有1.5 铺炕[4] 2006年清华大学对北方农村地区家庭能源与环境状况调研也发现 华

25 北地区炕使用率为73.3% 西北地区为86.3% 东北地区达96.2%[5] 1 北方农村各种采暖方式及建筑用能情况 ① 北方农村各种采暖方式 人们为满足生产与生活时的热舒适 首先要求保持一定的室内温度 而室内 温度的高低在于建筑物得失热量的多少 在冬季 当失热量大于得热量时 就需 要通过室内设置的供暖系统以一定方式向室内补充热量 以维持所需要的室温 在该室温下达到得热量与失热量的平衡 其次 环境辐射温度也是影响人们生产 与生活时热舒适性的一个主要原因 因此维持一定的室内平均辐射温度也是很重 要的 在冬季 为了使室内平均辐射温度达到一定的高度 就需要通过室内设置 的供暖系统提供某一面或某几面的较高温面 我国北方冬季寒冷 要研究其农村 传统民居的冬季室内热环境 就必须从研究其采暖方式入手 1) 火炕采暖 在我国北方寒冷地区 利用火炕采暖是广大劳动人民智慧的结晶 多年来 人们逐渐形成了以火炕为中心的生活方式.火炕和房屋建筑密不可分 充分地利用 了做饭炉灶余火产生的烟在炕洞内回旋时的热能将炕烧热 从而使室内得到一定 的温度.即使室外零下 的温度 只要室内有一面火炕 即可保持 室温 又成本低廉 火炕是北方农村民居常用的采暖设施 是一种巧妙地重复利 用能源的方式 如图 1.1 传统的火炕一般是用泥坯与砖块砌成 炕头连接灶 内设烟道 通过煮饭炒菜的余温加热炕 这其中 炕和灶分别充当储热空间和燃

26 烧空间 经济条件稍充裕的人家在炕的一侧直接生火炉 一方面直接取暖 同时 可以通过炕洞跑烟 最后从屋顶烟囱出气 一路用余热加热炕 火炕充分利用了 炉灶出口烟气的余热 其热过程物理模式类似于自然通风 炊事时 厨房空气在 热压作用下进入炉灶 同时室内空气中的污染物及泄漏烟气也由气流通过炉灶带 出 热烟 气流经炕体烟道加热炕板 最后由烟囱排出室外 非炊事期间 积蓄 在炕体内的热量以对流和辐射的方式通过炕体表面传入室内 这时常用烟插板将 烟道出口封死 阻止烟气流动 进而减少炕体内部热量的损失 火炕用的燃料种 类甚多 在山区多用元木或窑柴.燃料除木柴以外有很多种类.例如 一切五谷的 篙杆类和其它可燃性物品都可用做烧炕的材料 特别是在东北地区 用五谷蒿杆 类来烧炕不但经济 同时 也可对当年的茅草与杆类进行一次清除 一举两得. 火炕的种类甚多 如果按照位置分别 在正房前面的叫做南炕 在北面的叫 北炕.满族住宅正房内有西炕 名为 卍 字炕. 卍 字炕是由南炕和北炕接连的小 炕 其中做为火道的通路.厢房内火炕的叫法按方位分东炕 西炕.此外 在房少 人多的住宅中 多沿着山墙建设长炕俗称 顺山火炕 顺山火炕在旅店使用比较 多 因为它可容纳很多人.在蒙古族人家 将西炕和北炕接连起来而不设南炕 这 种形式称为 拐巴炕 这是当地蒙古族的习惯.还有达斡尔族 介子房 蔓字炕 朝鲜族 满地炕 等. 2) 火墙采暖 火墙在中国有着悠久的历史 陕西西安阎家村汉代建筑遗址的炉灶 其排烟 道则先曲折 后直上 通于户外 近似现代的火墙 火墙与火炕类似 是北方传 统民居冬季采暖的一种方式 在冬季利用炉灶内的烟气通过并加热立砖砌成的空

27 心短墙 从而提高平均辐射温度与室内温度 进行采暖 火墙运用热空气密度轻上升的原理 通过灶炉产生烟气 将热量带入火墙体的中 空层 热烟气通过蜿蜒的烟道在墙内流程时间越长 则火墙体蓄热时间越长 其 对热量的热效率就会越高 而且加热墙体会更均匀 由于火墙体材料热阻值相对 较低 其从烟气中获得的热量通过对流与辐射的方式传递给室内空气与其他各表 面 比起火炕 火墙供热对室内空间更加立体 而墙体的构造要求也更高 因此 室内空间布局不合理 或者外围护结构的保温做的不够 以及火墙材料选取的不 合适都会对火墙使用时对人的热舒适产生影响 火墙与火炕一样 能充分利用炉灶出口烟气的热量改善室内热环境 炉灶内 的空气经加热成为高温气体 经火墙体内烟道加热墙体 墙体再以对流与辐射的 形式将热量传递到室内 最后热气在炕体烟道内过一圈将大部分热量传出之后从 烟囱排出室外 因此 火墙与火炕的传热机理是一样的 同样扮演一个 热量传 递员 的角色 墙体内表面与烟道内高温气体换热得热 然后将得到的热量经墙 体外表面传递给室内 3) 土暖气采暖 土暖气是一种不用任何动力设备 依靠自然循环作动力的暖气系统 专业说 法叫自然(重力)循环热水供暖系统:系统由一个加热中心(锅炉)与一个冷却中心 (散热器) 用供 回水路将散热器与锅炉连接起来 其原理是依靠水在循环流动 过程中 供水与回水由于温度差的存在所产生的密度差作为循环动力的 北方农 村家用土暖气是各户利用生火做饭的余热 加热炉灶内设置的土锅炉内的水 而

28 后使加热过的水流至各房间的散热器上 从而使房间达到取暖效果的重力循环热 水供暖系统 因此可以说土暖气是重力循环采暖工程的微型化 适合单家独户烧 火采暖 它具有投资小 不用集中管理和使用灵活等优点 与农村其他采暖方式 比 不仅可改善室内卫生条件 也可以防止室内火炉产生的烟尘等污染物危害人 体健康 土暖气也与火炕一样 能充分利用炉灶出口烟气的热量改善室内热环境 家 用土暖气一般是各户利用生火做饭的余热 加热炉灶内设置的土锅炉内的水 而 后使加热过的水经热水管道流至各房间的散热器内 经散热器内加热散热片 散 热片再主要以对流的形式将热量传递到室内空气 提高室内空气温度 热水在散 热器内流一圈将大部分热量传出之后 再通过回水管道流回锅炉重新加热 循环 反复 4) 火炉采暖 火炉采暖一般是采用煤炉和柴炉来取暖 是利用煤炉 柴炉烧水 产生的热 量一部分通过加热水与室内空气进行热交换 另一部分烟气热量由自制的铁皮管 道表面散向室内 最后经过管道末端排到室外 其火炉部分类似土暖气中的锅炉 的作用 为提供热量的部件 铁皮管道类似于土暖气中的散热器的作用 它们的 区别在于土暖气是通过水流的原理 而火炉取暖是依靠水蒸气的散发;土暖气提供 热源的部件即锅炉 是放在需采暖房间的外部 而火炉取暖的火炉是放在需采暖 房间的内部 因为其本身也作为一个热源直接向室内散发热量

29 5) 吊炕采暖 炕的设计和搭建主要源于经验 架空炕 是目前最具代表性的先进的火炕形 式 是新式炕模式的代表 俗称 吊炕 见图1.19. 图1. 20 图1. 19 吊炕 苏式火炕 新式炕的炕灶按照燃烧和传热的科学原理 合理地进行设计 对炕灶的热平 衡和经济运行进行了优选 改革了炉膛 锅壁与灶膛之间相对距离和吊火高度 烟道和通风 炕内结构等 并在炕灶方面增设了保温措施 提高了余热利用效果 扩大了火炕的受热面和散热面.因此 新式炕灶结构合理 通风良好 柴草燃烧充 分 炉灶上火快 传热和保温性能好 炕灶热能利用率达到 50 % 左右.吊炕的 特点 增加下表面散热 使下表面散热能对人体舒适性做出贡献.强化侧墙表面散 热 不与人体直接接触 温度可较高 散热强度高 升温快.辐射散热直接作用在 人体 解决炕下冻腿的问题.有的地方还将炕的侧面设置散热罩 大大增强了热辐 射效果 见图1.20.吊炕的设置 吊炕不宜过大 尽可能 3 面或 2 面通风 进而使下表面散发的热量进入人员活动区.吊炕热得快凉的也快 宜布置在热负荷 较小房间.落地炕烟道下部宜铺 20 mm 30 mm 干土 起保温隔热作用.其中 极具代表性的是吉林省扶余县弓棚子镇广发村的苏向君发明的 苏式火炕 开创 了当地农村民居建筑的一种新模式.其采暖最具特点 屋里火炕的炕沿下墙面 留 出了一条过烟通道 在屋外掏了一个灶口 天冷时 只需把农村随处都有的玉米 秸杆 花生皮 碎稻草等填入灶口点燃即可 20多分钟后 不仅炕热 而且屋

30 内 温 度 达 15 以 上, 整 个 冬 天 不 用 烧 暖 气 取 暖, 可 节 约 1 t 多 煤, 农 作 物 的 废 弃 物 变 成 了 宝, 既 清 洁 又 省 钱, 炕 内 宽 敞, 排 烟 通 畅, 结 构 合 理, 炕 温 能 做 到 按 季 节 所 需 调 解, 温 度 适 宜, 不 仅 热 效 率 高, 而 且 外 形 美 观, 型 为 床 式, 深 受 广 大 农 民 群 众 的 欢 迎, 被 称 为 农 民 家 中 的 席 梦 思 综 上 所 述, 新 式 炕 主 要 有 以 下 特 点 : (1) 热 效 率 高, 节 能 显 著. 经 有 关 单 位 测 试, 吊 炕 的 灶 热 效 率 由 14 %~ 18 % 提 高 到 了 25 %~35%, 炕 灶 综 合 热 效 率 由 45 % 左 右 提 高 到 了 70 % 以 上. 每 铺 吊 炕 年 节 约 kg 薪 柴 或 kg 秸 秆, 相 当 于 691 kg 标 准 煤. 以 每 亩 薪 柴 林 在 正 常 采 薪 的 情 况 下, 年 产 柴 500 kg 计 算, 建 一 铺 吊 炕 相 当 于 保 护 0.16 公 顷 薪 炭 林. (2) 炕 温 均 匀, 能 做 到 按 季 节 所 需 适 度 调 节, 增 加 热 舒 适 度. 由 于 对 炕 灶 烟 囱 采 取 了 一 系 列 技 术 改 进 措 施, 可 以 有 效 克 服 老 式 炕 炕 面 温 度 不 均 冬 天 凉 得 快 夏 天 散 热 慢 的 弊 端, 使 炕 温 均 匀, 冬 天 保 温 效 果 好, 热 效 长 ; 夏 天 散 热 快, 炕 温 低. (3) 增 加 散 热 面, 提 高 室 温. 由 于 炕 底 部 架 空 内 部 结 构 改 进, 炕 体 由 原 来 的 上 部 单 面 散 热 改 为 上 下 侧 面 等 3~5 面 散 热, 有 利 于 提 高 室 内 温 度. 据 实 测, 在 相 同 环 境 条 件 下, 吊 炕 比 落 地 式 火 炕 能 提 高 室 温 4 ~5. (4) 外 形 美 观 卫 生, 可 带 动 改 厨 改 院 村 屯 整 治, 提 高 农 家 生 活 环 境 质 量. 吊 炕 改 变 了 老 式 炕 灶 粗 陋 不 堪 烟 熏 火 燎, 柴 草 乱 堆, 木 灰 飞 扬 的 状 况, 有 利 于 乡 村 整 洁 工 程 的 推 进. (5) 使 用 效 果 好, 降 低 劳 动 强 度. 吊 炕 施 工 技 术 简 单, 搭 砌 容 易, 并 且 解 决 了 老 式 炕 灶 不 好 烧 维 护 不 便 年 年 扒 砌 费 工 耗 柴 等 问 题, 节 约 砍 柴 工,

31 降低农民特别是农村妇女的劳动强度. 6 造价较低 原材料易获取. 可根据自身经济条件及本地红砖 水泥 石料等炕板原材料生产情况 自由选材 依据原材料的不同 吊炕 单体投资约 350 元 450 元 可持久使用 而老式炕灶虽然一次投资仅 260 元左右 要低 于 吊炕 的投入 但基本上需要年年重建 总投入远高于 吊炕. 6) 综合分析 分为以下几点来综合比较以上四种采暖方式: (l)能源利用率 火炕 火墙的能源利用率约为 60% 比火炉与土暖气的 40%要高 火炉与 土暖气能源很大一部分用于提升水的温度 而且需要很长的管道连接到室内 这 当中损失也较大 (2)建筑空间利用 土暖气与火炉基本不用占用太多的地面空间与墙面空间;火炕占用一部分的 地面空间 但它作为床的功能来使用 相当于在原本放床的位置放置火炕 对于 空间的利用还是比较高的;火墙是这当中建筑空间占用最大的 因为火墙的高温 在火墙布置的一侧 家具等物件均需离开火墙一段距离布置 一般布置在其他非 火墙面 综合以上分析 土暖气 火炉和火炕在建筑空间利用上的可采用性比火 墙要高 (3)安全性 土暖气由于操作和设计不当较易引起爆炸 火炉采暖操作不当较易引起煤气 中毒 而火炕与火墙的采暖方式比较安全 综上分析 火炕与火墙在安全方面的

32 可 采 用 性 高 于 土 暖 气 与 火 炉 (4) 对 热 环 境 的 改 善 它 们 作 为 热 环 境 的 一 部 分, 都 为 热 环 境 的 改 善 做 出 了 贡 献 其 中 火 炕 与 火 墙 不 仅 通 过 其 较 高 温 的 炕 面 或 墙 面 与 室 内 空 气 对 流 提 高 室 内 空 气 温 度, 而 且 炕 面 或 墙 面 本 身 对 人 还 有 热 辐 射 的 作 用, 也 就 是 说 火 炕 与 火 墙 既 能 提 高 室 内 空 气 温 度, 又 能 提 高 室 内 平 均 辐 射 温 度, 而 这 两 样 是 人 对 热 舒 适 感 觉 的 直 接 评 价 因 素 ; 土 暖 气 与 火 炉 虽 然 存 在 一 定 量 的 辐 射 效 应, 但 由 于 其 面 积 较 小, 只 有 在 贴 近 暖 气 片 或 火 炉 的 时 候 才 能 感 觉 到 热 量 的 辐 射 作 用 因 此 在 对 热 环 境 的 改 善 方 面, 火 炕 与 火 墙 更 有 优 势 传 统 火 炕 的 缺 点 很 多. 如 室 内 没 有 火 炉, 只 有 炕 面 的 温 度 适 宜 居 住, 屋 内 其 他 各 处 的 温 度 仍 然 很 低. 夏 季 火 炕 几 日 不 烧 火, 炕 内 非 常 潮 湿, 日 久 可 使 火 炕 因 潮 湿 而 损 坏. 炕 面 和 炕 沿 炕 面 和 墙 的 交 接 处, 因 干 燥 易 于 裂 缝, 且 自 缝 内 露 烟 污 染 室 内 空 气, 也 可 导 致 室 内 空 气 过 于 干 燥. 同 时 传 统 炕 灶 也 存 在 通 风 不 合 理, 锅 台 高, 吊 火 高, 添 柴 口 大 灶 膛 大 进 烟 口 大, 无 炉 篦 无 炉 门 无 挡 火 圈, 无 灶 眼 插 板 等 缺 点, 常 常 导 致 炕 不 好 烧, 炕 不 热, 屋 不 暖 ; 要 使 炕 热 屋 子 暖, 就 得 多 搭 炉 灶, 多 烧 燃 料, 造 成 费 煤 费 柴 费 工 费 时. 2 北 方 农 村 用 能 情 况 目 前 北 方 农 村 建 筑 用 能 最 突 出 的 问 题 是 冬 季 采 暖 用 能 北 方 寒 冷 地 区 各 省 大 多 以 煤 为 主 要 燃 料, 采 暖 方 式 多 种 多 样, 其 中 以 煤 炉 居 多 占 37% 一 些 经 济 较 好 的 地 区 也 采 用 集 中 供 热 电 暖 气 等 方 式 取 暖 传 统 的 火 炕 所 占 比 例 有 所 减 少 只 有 18% 根 据 能 源 利 用 率 建 筑 空 间 利 用 安 全 性 对 热 环 境 的 改 善 等 方 面 进 行 的

33 分析 火炕是这几种采暖方式当中最有优势的形式 尤其是现在新式炕模式的研 究 比如架空炕等 对采暖方式的改善有重要意义 14% 19% 4% 饲料 63% 燃料 还田 闲置 图 秸秆的主要用途 本次调研的农村地区家庭常住人口数主要为 4~6 人 主要种植农作物为玉 米 小麦 当前农村秸秆生产量很大 除了用做饲料 炊事 粉碎还田 往往是 丢弃或焚烧 不仅造成能源的浪费 而且破坏了环境 如果能将这些秸秆作为燃 料使用 不仅能减少农村商品能源消耗 而且能有效利用资源 减少污染 秸秆 固化成型燃料技术等新型可再生能源技术的应用可有效解决这一问题 采用火炕采暖的农房内 常配合其它采暖方式共同使用 其中火炕与火炉 联合使用的农户占的比例较大 农房冬季采用土暖气采暖的比例也比较大 电暖 器 电锅炉等类的电采暖设施作为辅助加热热源 具有较大的上升趋势 东北 西北和华北地区的农村冬季基本靠火炕采暖 黑龙江 吉林 辽宁和河北四省区 冬季采暖还有一定比例农户采用火墙 火墙大多与火炕配合使用 河南大多地区 是非采暖的 农户很少采用火炕 主要以火炉和电采暖作为采暖设施 山东 河北省农村住房多使用的取暖设施是火炕和煤炭炉 也有少部分土 暖气 火炕主要使用农作物秸秆或枯枝作为取暖能源 煤炭炉和土暖气主要采用 煤炭 近几年用电能取暖的农户有增多趋势 取暖电器类型有空调 电暖气 电 暖风等 使用火炕的农户多是依靠炊事余热来维持室内温度 而其他农户多数只

34 在最冷的月份才启用取暖设施 靠煤炭炉或电器来保证整个室内大空间的温度 无法达到室内热舒适和空气质量要求 冬季采暖措施 采暖主要用能种类 7% 薪柴 7% 1% 1% 3% 电 14% 液化气 22% 17% 煤 41% 18% 4% 集中供热 21% 电暖气 37% 天然气 空调 炕 沼气 7% 煤炉 其他 秸秆 图 采暖主要用能种类 图 冬季采暖措施 据调查 目前北方农村采暖还存在许多问题 比如室内温度过低 污染严 重等 并且农户在采暖上背负着沉重的经济负担 有研究指出 北方地区农房冬 季室内温度普遍偏低 并且室内温度波动大 白天温度高于夜晚温度 不同农户 的室内温度差距大 冬季大部分农户卧室白天温度范围为 5~10 和 10~13 如图 所示 大部分农户卧室晚上温度范围为 5~10 和 5 以下 室内温度高 于 16 的农户较少 农房内卧室温度最高 客厅稍低 厨房温度最低 图 卧室白天温度分布比例 当采用燃煤作为采暖主要燃料时 由于建筑保温性能的恶劣和采暖系统的低 效 尽管室温远低于城市 但耗煤量却比城市高 因此需要花较多采暖费用 大

35 部分农户每年花费 500 元以上用作采暖 而且根据调查 大部分农户在购买采暖 设备考虑的主要因素是价格 平均每年冬季采暖费用 购买采暖设备考虑因素 元以下 500~1000元 1000~2000元 2001~3000元 3000元以上 500元以下 500~1000元 2001~3000元 3000元以上 ~2000元 价格 图 平均每年冬季采暖费用 质量 功率大小 环保 舒适 其他 图 购买采暖设备考虑因素 因此 根据北方农村的特点 为了更好地解决采暖问题 需要解决以下问题 1 改造农村住宅 降低采暖负荷 改造建筑物形式 改造建筑的外墙 材料 改善门窗和通风形式 改善建筑的热工性能是解决北方农村采暖问题的 基础 2 采暖系统的问题 北方原有的火炕采暖方式目前有正逐渐被各种火 炉所取代之势 然而 燃煤式火炉也同时带来过高的燃料负担和室内外空气的 污染等问题 低燃烧效率也导致采暖煤耗量大大高于城镇建筑 但是按照城镇 发展全村的集中供热显然是农村经济状况所不能支撑的 也是我国能源供应所 不可承受的 因此在传统方式上推陈出新 既改善效果并解决空气污染问题 又能结合农村实际情况和经济水平 发展新型住宅采暖方式 是解决北方采暖 问题的关键

36 2 照明和家电用电 建筑照明和各类家电是农村建筑用电的主要形式 除个别边远地区采用太阳 能发电 风力发电外 农村建筑用电主要依靠我国电网系统 随着农民生活水平 的提高 照明和家电用量也在逐步提高 根据调研结果 接近 50%的农户平均每 月用电量超过 60 度 然而 由于各种原因 目前农村建筑照明设施中白炽灯的 使用率远高于城市 造成照明效率低 增加了农民的用电负担 因此应该把绿色 照明工程适当向农村倾斜 对节约用电 减轻农民负担 都非常有效 19% 22% 30度以下 30~60度 30% 29% 60~100度 100度以上 图 平均每月用电量分布 另外 继续鼓励因地制宜的小水电 风电发电 用这些分布式电源替代部分 电网用电 对改善农村用电结构也有重要意义 3 炊事用能 在一些地区炊事用能和采暖用能是结合在一起的 对大多数省份的农村家庭 而言 炊事用能呈现多样化的趋势 目前农民厨房中的普遍现象是 三管齐下 有烧柴的大灶 有烧煤的炉子 还有液化石油气炉具 液化石油气费用太高 而 烧柴灶和燃煤炉的用能效率很低 并且造成严重的室内外空气污染 不同地区农 户的炊事柴灶一年消耗的秸秆和薪柴量有很大差别 目前柴灶的能源利用效率非 常低 低效的同时也造成对室内外环境的严重污染

37 炊事主要用能种类 9% 薪柴 7% 3% 电 17% 22% 19% 液化气 煤 23% 天然气 沼气 图 炊事主要用能种类 但是由于生物质在农村是免费能源 尽管能源利用低下 仍然是北方地区主 要炊事用能方式 根据本次调研 薪柴秸秆的使用占比例最高 共 24% 由调研 统计数据可以看出 商品能在农村炊事用能中的比例也较高 这与当地经济水平 密切相关 在北京 天津等经济条件较好的地区 液化气已经成为当地主要的炊 事燃料 4 生活热水能 农村生活热水目前用量还比较低 且大多通过太阳能热水方式获得 根据调 研结果 其他能源的使用形式也很丰富 但还是以商品能源居多 尤其是可再生 能源在这方面的应用比例还很低 生活热水主要用能情况 2% 3% 9% 薪柴 液化气 9% 28% 电 13% 21% 煤 天然气 15% 沼气 秸秆 图 生活热水主要使用能源种类分布比例

38 5 夏季降温措施 目前北方农村夏季降温方式以电风扇为主 并辅以空调 开窗通风等方式 农村空调安装数量明显增多 但大多农户安装的空调台数在 3 台以下 对于北方 农村 夏季降温能耗所占生活用能的比例很小 夏季降温措施 1% 12% 无 26% 电风扇 61% 空调 其他 图 夏季降温措施 6 能源消费存在问题 经过调研及分析可以发现 目前我国农村建筑不仅能源消耗量大而且商品 能所占比例较高 根据 中国农村能源统计年鉴 的数据显示 20 世纪 80 年代 时 我国农村使用薪柴和秸秆等生物质能的比例还能占到 80%以上 随着农村居 民居住面积和收入水平的逐年增加 有能力购买一定数量的商品能源 是薪柴和 秸秆等非商品能源逐渐被取代 长此下去 农民将不再满足于当前室内的舒适水 平 如果还保持当前的围护结构状况 将室内采暖温度提高 商品能耗总量将大 大提高 这无疑会对我国经济和社会的可持续发展带来沉重的压力

39 煤 薪柴 煤 液化气 薪柴 液化气 电 3% 26% 25% 71% 3% 68% 4% 图 生物质消费比例 图 平均每月购买能源分布 用煤量 用薪柴量 10公斤以下 11~50公斤 用液化气量 50公斤以上 图 平均每月能源用量 100% 80% 很冷 60% 冷 40% 有点冷 20% 舒适 有点热 0% 热 很热 图 冬夏季室内热感觉 虽然农村建筑消耗了大量各类能源 但并没有得到舒适的室内环境 夏季的 热感觉以及冬季的冷感觉仍然占大部分比例 一方面 由于我国北方地区农村住 宅以独立式单体建筑为主 体形系数大 再加上保温不良以及采暖方式落后 冬

40 季室内空气温度过低成为室内环境的突出问题 另一方面 农宅存在大量非清洁 燃料的低效燃烧和不良生活习惯 比如煤炭 薪柴的直接燃烧 功能房间布局不 合理 对农民的身体健康也造成一定伤害 大量商品能的消耗还给整个室外环境 造成严重影响 5. 存在问题分析 1 住房围护结构热工性能欠佳 在我国北方地区大量的农户采用实心粘土砖 普通混凝土砌块 且大部分墙 体无保温 由于所使用的墙体本身保温性能较差 所以导致农宅冬季采暖能耗高 且室内热环境较差 大部分农户的屋顶只做了抹水泥 贴瓦片等基本处理 由于 北方气候寒冷 应考虑铺设保温材料 不仅可以降低采暖能耗 节约能源 也可 以提高室内的热舒适性 根据调研结果 使用单框单层窗的比例最高 单层窗户 传热系数大 造成了很大的建筑热损失 并且大量农户仍然采用普通玻璃 新型 节能玻璃由于各种原因并未得到推广 导致北方农房冬季室内温度普遍偏低 居 住舒适性差 室内污染严重 空气质量差 室内温度波动大 夜间温度低 室内 湿度较大 冬季室内漏风 夏季室内通风效果差 室内温度较高 但夜间较为凉 爽 部分住房门窗等质量较差 缝隙较大 冷风渗透严重 导致冬季室内温度低 寒冷地区农村住房室内温度波幅较大 早晚温度很低 通常在 10 以下 夜间 低至 5 以下 即使采暖的卧室温度也只能维持在 10 左右 有的农户甚至没有 采暖设施 室内温度跟与室外温度相差无几 2 遮阳设施使用不合理 大多数农户选择窗帘作为遮阳设施 这种内遮阳方式并不能有效阻挡太阳辐

41 射 改善夏季室内热舒适性 只是对室内最热时刻的延迟起到一定作用 而采用 外遮阳的效果就比较好 尤其是在农村多以平房为主 树木 遮阳棚等方式较为 有效 遮阳设施 5% 1% 11% 无 窗帘 19% 14% 遮阳棚 50% 屋檐 树木 其他 图 遮阳措施分布 3 缺少统一科学规划 北方地区村庄普遍缺少统一规划 整个村庄杂乱无章 基础设施的建设水平 严重滞后于经济发展水平 村庄环境有待改进 农民缺乏建筑节能知识 导致建 房仅趋于习惯 而不科学 出现新房子老样式 缺少节能保温措施 农房普遍由 村民自建或雇佣零散的技术工匠进行施工 很少有专业从事农房建造的施工队 技术手段较低 施工质量得不到保障 农房的设计水平低 户型设计没有明显的 改变 空间变化小 功能分区不明确 大量土坯结构房屋及 20 世纪 90 年代建造 砖木结构存在安全隐患 大多数的农房窗墙面积比不合理 墙体材料单一 普遍 采用实心粘土砖 新型墙材使用率极低 4 取暖设施效率低及能源利用率低 室内环境质量差采 北方寒冷地区农村使用最多的是火炕 煤炭炉 土暖气 电暖气等分散式取 暖方式 取暖设施存在热效率低 污染环境 使用不方便等缺点 当采用煤作为

42 取 暖 的 主 要 燃 料 时, 由 于 住 房 保 温 性 能 差 和 取 暖 系 统 效 率 低, 不 但 室 温 远 低 于 城 市 建 筑, 而 且 耗 煤 量 比 城 市 取 暖 能 耗 高 约 一 倍 ; 使 用 农 作 物 秸 秆 或 枯 枝 作 为 取 暖 能 源 时, 燃 料 占 地 面 积 大, 且 造 成 室 内 脏 乱 另 外, 目 前 农 村 地 区 使 用 的 炉 具 和 采 暖 系 统 设 计 不 合 理, 致 使 室 内 空 气 环 境 污 染 严 重 因 此, 根 据 北 方 寒 冷 地 区 农 村 住 房 特 点, 进 行 取 暖 设 施 节 能 改 造, 提 高 传 统 采 暖 方 式 的 采 暖 效 率, 降 低 能 耗, 或 采 用 洁 净 新 能 源 供 暖 以 提 高 能 效 并 保 护 环 境, 是 农 村 建 筑 节 能 领 域 需 要 研 究 的 重 要 课 题 二 中 国 北 方 农 村 地 区 用 能 需 求 及 趋 势 随 着 我 国 经 济 的 迅 速 发 展 和 人 民 生 活 水 平 的 不 断 提 高, 能 源 和 环 境 问 题 日 渐 突 出. 北 方 农 村 能 源 消 耗 占 全 国 农 村 总 能 耗 量 的 56 %, 且 超 过 80 % 的 农 村 能 源 消 耗 用 于 采 暖 需 求 炕 作 为 北 方 农 村 地 区 最 重 要 的 采 暖 设 施, 炕 在 热 效 率 热 性 能 等 方 面 的 技 术 突 破, 将 对 北 方 地 区, 尤 其 是 寒 冷 的 农 村 地 区 能 源 消 费 结 构 与 生 活 方 式 产 生 深 远 影 响, 新 式 炕 居 模 式 的 研 究 对 于 实 现 节 约 能 源 降 低 污 染, 改 善 农 村 冬 季 居 住 条 件 提 供 了 有 效 途 径, 具 有 一 定 的 实 践 价 值 和 经 济 效 益. 1. 我 国 农 村 能 源 消 费 的 总 体 特 征 1) 中 国 农 村 地 区 的 能 源 消 费 总 量 在 不 断 增 长, 生 活 用 能 消 费 约 占 消 费 总 量 的 55% 左 右 根 据 农 业 部 的 统 计,2005 年 消 费 总 量 为 8.74 亿 吨 标 煤, 与 2000 年 相 比, 年 增 长 率 为 5.4% 2006 年 中 国 农 村 地 区 能 源 消 费 总 量 为 9.17 亿 吨 标 煤, 比 2005 年 增 长 4.9%, 其 中 生 活 用 能 5.02 亿 吨 标 煤, 生 产 用 能 4.15 亿 吨 标 煤 根 据 农 业 部 的 统 计,2007 年 中 国 农 村 地 区 能 源 消 费 总 量 为 9.03 亿 吨 标 煤, 其 中

43 生 活 用 能 为 4.83 亿 吨, 生 产 用 能 为 4.20 亿 吨 标 煤 2) 商 品 能 源 在 农 村 能 源 消 费 的 比 重 在 不 断 提 高,2007 年 商 品 能 源 占 消 费 总 量 的 比 例 为 67%, 煤 炭 为 主 要 的 消 费 品 种 农 村 商 品 能 源 消 费 约 占 全 国 商 品 能 源 消 费 总 量 的 30% 3) 秸 秆 和 薪 柴 等 传 统 生 物 质 能 仍 然 是 农 村 生 活 能 源 消 费 中 的 主 要 来 源 2007 年, 在 农 村 生 活 用 能 消 费 中, 秸 秆 和 薪 柴 二 者 之 和 所 占 比 例 为 52%, 煤 炭 占 34%, 电 力 占 6.4%, 沼 气 和 太 阳 能 热 水 二 者 之 和 所 占 比 例 为 2.7% 4) 农 村 生 活 用 能 消 费 的 能 源 品 种 结 构 因 地 理 区 域 和 经 济 发 展 程 度 不 同 而 存 在 较 大 差 异 在 经 济 较 较 发 达 的 地 区, 生 活 用 能 消 费 中 清 洁 能 源 品 种 ( 如 电 力 液 化 石 油 气 等 ) 所 占 比 例 较 高 5)2005 年 农 村 地 区 人 均 能 源 消 费 总 量 为 0.96 吨 标 煤, 其 中 生 活 用 能 消 费 为 0.54 吨 标 煤 2007 年 农 村 地 区 人 均 能 源 消 费 约 1.0 吨 标 准 煤, 其 中 生 活 用 能 消 费 0.54 吨 标 煤 2. 北 方 农 村 建 筑 用 能 需 求 现 状 分 析 根 据 课 题 组 对 北 方 农 村 进 行 问 卷 调 查, 农 户 未 来 打 算 使 用 的 能 源 以 天 然 气 沼 气 居 多 除 了 西 部 地 区 有 丰 富 的 天 然 气 资 源 外, 其 他 北 方 地 区 天 然 气 资 源 不 够 丰 富, 基 础 建 设 花 费 较 大 而 广 大 农 村 拥 有 丰 富 的 作 物 秸 秆 禽 畜 粪 便, 将 这 些 有 机 物 转 化 成 沼 气, 是 一 种 利 用 生 物 质 制 取 清 洁 能 源 的 有 效 途 径, 同 时 又 能 使 废 弃 物 得 到 有 效 处 理, 有 利 于 农 业 生 态 建 设 和 环 境 保 护

44 未来打算使用的能源 6% 4% 4% 薪柴 10% 电 14% 26% 2% 34% 液化气 煤 天然气 沼气 图 2.1 未来打算使用的能源种类分布情况 经过上述分析 北方农村用能现状形势非常严峻 但是受经济条件和能源供 给能力的限制 在未来一定时间内 仍以化石燃料 生物质燃料为主要生活能源 与城市相比 我国农村拥有更广阔的空间 相对低廉的劳动力 丰富的生物质能 源 反之 由于用能密度低 输送成本高 常规商品能源的成本又比城市高 因 此农村能源采取的措施必须基于当地生产的秸秆薪柴等生物质能源的清洁高效 利用 配合太阳能 风能和小水电等无污染可再生能源 再辅助少量电能 可以 发展出一条可持续发展的农村能源解决途径 近年来 随着农业的发展 农村农户分散养殖日益减少 规模养殖逐渐增加 以禽畜粪便为主要发酵原料的农村户用沼气建设受到了一定制约 为有效解决农 村沼气池发酵原料不足等问题 农业部组织开发了秸秆沼气技术 以稻草等农作 物秸秆为发酵原料 此技术虽然应用比例很小 但作为一项新技术推广前景还比 较乐观 目前在河南 内蒙古已有部分应用

45 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 生物质气化采暖 沼气 风力发电 太阳能发电 太阳能热水器 水空调 图 2.2 各地区可再生能源使用现状 可再生能源发展 经过调研 94%的农户愿意使用可再生能源 但是目前可再生能源的使用仍 然存在很多问题 束缚其在广大农村地区的大力发展 1 加大资金投入力度 根据调研结果 农户未使用可再生能源技术的最主要原因是成本高 这制约 了各种可再生能源的大力发展 目前农村能源投资总量不足 且方向单一 主要 支持农户沼气技术 其他农村能源开发利用技术专项投入较少 国家应加大对农 村能源建设的资金投入力度 未使用的原因 不了解 4% 19% 38% 成本高 安装或使用不 便利 39% 其他 图 2.3 未使用可再生能源的原因分布

46 2 大力普及农村沼气 沼气以投资小 见效快 适应广 功能多的优势在我国迅速推广 秸秆沼 气技术的突破又扩大了沼气适用范围 但是根据调查结果 沼气技术使用比例只 有 8% 还很小 需要加大沼气应用体系的建设力度 3 加大宣传力度 提高可再生能源技术的普及 由本次调研发现 大家对太阳能的了解较多 而生物质能 地热能等新兴的 可再生能源了解还不够充分 农业农村节能减排工作意义重大 要充分利用各种 宣传媒体 提高农户对可再生能源的认识 了解的可再生能源 太阳能 10% 15% 20% 45% 生物质能 风能 10% 地热能 水能 图 2.4 所被农村居民了解的可再生能源分布比例 3. 可再生能源新技术研究现状 北方地区幅员辽阔 农村可再生能源差异很大 在农区主要使用秸秆 牧区 主要使用牲畜粪便 山地和林区主要使用薪柴 太阳能 风能 水能等也有鲜明 的区域富集性 但开发程度低

47 水空调 2% 8% 5% 6% 太阳能热水器 3% 太阳能发电 风力发电 10% 66% 沼气 生物质气化采暖 其他 图 2.5 农村居民正在使用的可再生能源技术分布比例 1 农村可再生能能源现状 1 近年来 农村沼气建设受到中央政府的高度重视 将其列入国债项目给 予重点支持 2006 年底 全国农村户用沼气总数已达到2200 万户 占全国总 农户的9%左右 年产沼气约85 亿立方米 7500 万农民直接受益 2 我国有着十分丰富的太阳能资源 太阳热水器的生产和使用自20 世纪90 年代后期迅速发展 2006 年 全国太阳能热水器生产能力达到1800 万平方米 累计使用量达到9000 万平方米 目前 太阳能热水器技术的推广应用在中国已 经完全商业化 生产能力和使用面积居世界第一 太阳能热水器已进入农村家庭 2006 年农村地区使用面积约4000 万平方米 受益人口超过1.2 亿人 3 目前 全国约有20 万台小型风力发电机用于边远地区居民用电 总容量 约2.5 万千瓦 到2006 年底 全国已建成约80 个风电场 装机总容量达到260 万千瓦 按照全国平均2000 小时的风电等效满负荷运转计算 2006 年风电上 网电量约为25 亿千瓦时 4 到2005 年底 全国农村水电装机达到4380 万千瓦 年发电量1380 亿 千瓦时 占全国水电发电量的34.9% 年底 全国生物质发电累计装机容量220 万kW 其中蔗渣热电联

48 产170 万kW 农林废弃物 农业沼气 垃圾直燃和填埋气发电50 万kW 图2.6全国可再生能源建筑应用示范县分布图 2011年止 表2.1 可再生能源建筑应用示范推广面积情况(截至2011年10月) 年份 太阳能光热建筑应用面 地源热泵建筑应用面 太阳能光热与地源热泵结合系 太阳能浴室 被动式太阳房 积 积 统 合计

49 图 年可再生能源建筑应用示范应用面积统计 万平方米 根据农业部统计数据 2006 年各省区农村可再生能源开发利用情况如表 2.1 所示 表2.2 各省农村地区可再生能源建筑应用情况

50 图 2.8 农 村 沼 气 开 发 利 用 分 省 分 布 图 ( 按 2006 年 沼 气 产 量 ) 图 2.9 农 村 太 阳 热 水 器 利 用 分 省 分 布 图 ( 按 2006 年 使 用 面 积 )

51 2 太阳能利用技术推广速度快 我国幅员广大 有着十分丰富的太阳能资源 据估算 我国陆地表面每年接 受的太阳辐射能约为 kJ 各地的太阳年辐射总量达 kJ/cm2 a 中值为 586kJ/cm2 a 我国太阳能资源分布的主要特点有 太阳能的高值中心和低值中心都处在北 纬 这一带 青藏高原是高值中心 四川盆地是低值中心 太阳年辐射总 量 西部地区高于东部地区 而且除西藏和新疆两个自治区外 基本上是南部低 于北部 由于南方多数地区云雾雨多 在北纬 地区 太阳能的分布情况 与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反 太阳能不是随着纬度的增加而减少 而是随着纬度的增加而增长 图2.10 中国太阳辐射密度分布图 根据调研结果可以发现 太阳能的使用较广泛 尤其是太阳能热水器 占的 比例为 66% 国家通过市场拉动 积极推动太阳能热利用 有效扩大了太阳能热 水器市场 使它得到了快速普及

52 ① 太阳热水器 我国太阳热水器的生产和使用自 20 世纪 90 年代后期迅速发展 产量由 2001 年的年生产量 820 万平方米增长到 2005 年的 1500 万平方米 年均增长 18.7% 总保有量由 2001 年的 3200 万平方米增长到 2005 年的 7500 万平方 米 年均增长 22.6 太阳能热水器技术在中国已经完全商业化 生产企业有上千家 从业人员在 15 万以上 2005 年中国太阳热水器产业总销售额近 200 亿元 生产能力和保 有量均居世界第一 产品已远销欧洲 东南亚 非洲等 30 多个国家和地区 出 口额已由 2001 年的 600 万美元增加到 2005 年的 2000 多万美元 ② 太阳房 我国到 2005 年底已建成被动式太阳房 1,500 多万平方米 主要是被动太阳 房 主动太阳房仅在北京 辽宁等个别地区进行试点 尚未批量建造 随着今后 绿色节能建筑的发展 太阳房的应用将会得到进一步发展 表 2.3 中国已建成被动式太阳房数量表 ③ 太阳灶 太阳灶目前在我国西部偏远地区仍有一定的市场 在今后一段时间内还会有 一定发展 但需要设计制造出质量好 寿命长 使用更方便的农村用太阳灶 2005 年全国太阳灶使用和保有量约为 70 万台

53 表 2.4 中国太阳灶使用保有量表 3 沼气在农村地区的应用 目前 农村沼气生产的主要资源是禽畜粪便 通过厌氧发酵技术 禽畜粪便 在制取沼气的同时 也转化为更加高效 优质的有机肥料 通过当地自然地理条 件和农村经济发展条件等方面的因素进行综合分析 全国分散性的畜禽养殖农户 中适宜发展沼气的约为 1.48 亿户 约占总农户数的 60% 其沼气生产的潜力超 过 500 亿立方米/年 近年来 中国政府将农村沼气建设作为农村 六小工程 之 一 加大了支持力度 2003 年以来 中央将农村户用沼气建设列入国债项目给 予支持 2005 年中央继续以国债项目投资 10 亿元 在全国 27 个省 自治区 直辖市 及新疆建设兵团和黑龙江农垦的 721 个县 9,144 个村安排实施项目 有 104 万农户受益 按地区类别计算 含重复部分 退耕还林地区安排了 644 个项目县 投入 资金占中央投资 88.6% 西部地区安排 363 个项目县 投入资金占中央投资的 55.37% 血吸虫等疫区安排 62 个项目县 投入资金占中央投资 16.11% 在沼 气国债项目的示范带动下 全国农村沼气建设呈现加速发展态势 1 户用沼气池 2005 年全国新增户用沼气池 315 万户 实际利用数 1,715.9 万户 总产气 量 70.6 亿立方米 年户均产气量 立方米 综合利用户数 1, 万户 2 生活污水净化沼气池 2005 年运行数量 14.6 万处 总池容 万立米 年处理污水 6 亿吨

54 生活污水净化沼气池的推广 促进了农村和小城镇的环境治理 达到了不耗能 省投资 管理方便和达标排放的效果 3 大中型沼气工程 2005 年运行数量达 3,764 处 总池容 万立米 年处理废弃物 1.2 亿 吨 年产气量 3.4 亿立方米 发电 4 千万度 供气 万户 沼气工程的建 设不仅促进了农业废弃物的综合利用 而且为农村居民和村办工业提供了能源 实现了沼液的综合利用 减轻了环境污染 图2.11 中国户用沼气池发展情况 4 生物质技术逐步进入农户 生物质能作为可再生能源的一个重要组成部分 是仅次于石油 煤炭和天然 气的世界第四大能源 中国是一个农业大国 每年的农作物秸秆加工剩余物的量 极大丰富 生物质能在中国农村生活能源消费中占 60%以上[1] 秸秆主要有五个 方面的用途 一作燃料 二作饲料 三作肥料 四作工业原料 五作食用菌基料 简称 五料

55 1) 生物质秸秆资源 根据 中国生物质资源可获得性评价 1995 年我国农作物秸秆年产出量为 6.04 亿吨 其中玉米秸秆 2.24 亿吨 小麦秆 1.40 亿吨 稻草 1.15 亿吨 油 料作物秸秆 4500 万吨 豆类秸秆 2681 万吨 其它杂粮秸秆 1669 万吨 薯类 1631 万吨 棉花秆 1430 万吨 除直接还田和收集损耗约占 15.0%外 秸秆可 获得量为 亿吨 用途大致分为三类 工业原料 主要用于造纸 约占总量 的 2.3% 牲畜饲料约占总量的 24.0% 直接作为燃料使用的秸秆约占总量的 31.5% 剩 28 余的秸秆约占总量的 27 多数被闲置浪费或就地焚烧 图2.12 中国农作物秸秆分布情况 2) 薪柴资源 1997 年 我国的森林覆盖率仅为 13.9% 人均有林地面积仅 1.7 亩 在世 界上排第 120 位以后 目前中国每年消耗于薪柴的数量约占森林总消耗量的

56 32.5% 但薪炭林资源只能供应所需薪材总量的 75% 薪柴采伐超过合理采樵量 的 30% 图2.13 中国农村薪柴自给成都分布图 过度的薪柴消耗 致使森林植被大面积破坏 水土流失严重 引起区域性气 候 环境恶化 大量秸秆被燃用而无法还田 使得土壤有机质减少 土地生产能 力下降 生物质能量作为燃料过度消耗 引起生态环境的严重恶化 3) 生物质能开发利用技术现状 到 2006 年底 全国生物质发电累计装机容量 220 万 kw 其中蔗渣热电 联产 170 万 kw 农林废弃物 农业沼气 垃圾直燃和填埋气发电 50 万 kw 2006 年 国家和各地共核准 39 个生物质直燃发电项目 总计装机容量 万 kw 投资预计 亿元 2006 年完成生物质气化及垃圾填埋气发电 3 万 kw

57 在 建 的 有 9 万 kw 一 是 生 物 质 气 化 我 国 已 开 发 出 多 种 固 定 床 和 流 化 床 小 型 ( 兆 瓦 级 以 下 ) 气 化 炉, 以 木 屑 稻 壳 树 枝 秸 秆 等 为 原 料 生 产 燃 气, 热 值 为 4~10 兆 焦 / 立 方 米 目 前 用 于 木 材 和 农 副 产 品 烘 干 的 有 800 多 台, 村 镇 级 秸 秆 气 化 集 中 供 气 系 统 近 600 处, 年 产 生 物 质 燃 气 2,000 万 立 方 米 兆 瓦 级 生 物 质 气 化 发 电 系 统 已 推 广 应 用 20 多 套 二 是 生 物 质 液 体 燃 料 我 国 从 上 世 纪 末 开 始 发 展 生 物 燃 料 乙 醇 十 五 期 间, 在 4 个 试 点 省 生 物 燃 料 乙 醇 年 产 量 达 到 102 万 吨, 目 前 已 发 展 到 9 个 省 销 售 车 用 乙 醇 燃 料 为 扩 大 原 料 来 源, 国 内 自 主 开 发 了 以 甜 高 梁 茎 杆 为 原 料 生 产 燃 料 乙 醇 的 技 术 近 年 来, 在 全 国 各 地 试 种 的 杂 交 甜 高 粱, 均 获 得 高 糖 高 产 其 茎 秆 产 量 每 亩 4 吨 以 上, 茎 秆 汁 液 锤 度 (Brix)18 以 上, 籽 粒 产 量 600~800 斤 以 上 目 前 全 国 已 经 有 数 十 家 生 物 柴 油 生 产 企 业, 年 产 量 超 过 10 万 吨 三 是 生 物 质 成 型 燃 料 生 物 质 固 化 成 型 燃 料 是 将 作 物 秸 秆 稻 壳 木 屑 等 农 林 废 弃 物 粉 碎 后, 送 入 成 型 器 械 中, 经 外 力 作 用 压 缩 成 需 要 的 形 状, 然 后 作 燃 料 直 接 燃 烧, 也 可 进 一 步 加 工 形 成 生 物 木 炭 固 化 成 型 的 燃 料 便 于 存 贮 和 长 途 运 输, 易 于 实 现 大 规 模 产 业 化 生 产 和 供 应 等 特 点, 用 户 使 用 较 为 方 便 我 国 研 究 和 开 发 出 的 生 物 质 固 化 成 型 机 也 已 应 用 于 生 产, 生 产 的 致 密 成 型 燃 料, 也 已 应 用 于 取 暖 和 小 型 锅 炉 四 是 生 物 质 直 燃 发 电 2003 年 以 来, 国 家 发 展 改 革 委 先 后 批 复 了 江 苏 如 东 山 东 单 县 和 河 北 晋 州 3 个 国 家 级 秸 秆 发 电 示 范 项 目 据 不 完 全 统 计, 到 2006 年 底, 全 国 在 建 农 作 物 秸 秆 发 电 项 目 34 个, 分 布 在 山 东 吉 林 江 苏 河 南 黑 龙 江 辽 宁 和 新 疆 等 省 ( 区 ), 总 装 机 容 量 约 120 万 千 瓦 ; 山 东 单 县 江 苏 宿 迁

58 和河北威县三座发电站已投产发电 总装机容量 8 万千瓦 但是 随着农村人口不断增加和生活水平不断提高 北方农村居民逐渐告别 冬季传统的采暖方式 商品能的普及率大幅提高 使得秸秆过剩的现象严重 2005 年 我国秸秆总产量 万吨 其中可收集利用秸秆量占 秸秆田间 残留量占 年在我国可收集利用秸秆总量中 直接燃用量占 饲用量占 废弃和焚烧量占 直接还田量占 9.81 工业加工 利用量占 6.71 食用菌栽培利用量占 1.46 新能源开发利用量占 O.69 [2] 大部分被直接燃用和焚烧 能源利用效率低且产生大量的废气污染物向大气排放 在常规能源总量约束条件下 如果中国农村延续城市的发展模式 以城市居民的 能源消费为模板 七亿多的农村居民的能源消耗将导致中国经济难以为继 5 生物质秸秆气化采暖技术在农村地区的应用 生物质气化采暖技术主要分为两个部分 生物质颗粒燃料制造 生物质气化 采暖系统 生物质颗粒燃料制造过程主要包括秸秆粉碎和挤压造粒 生物质气化 采暖系统主要通过生物质颗粒燃料在炉体里面气化产生大量可燃气体 可燃气体 的燃烧提供热源 干秸秆 粉碎 秸秆粉 挤压成型 末 生物质 缺氧气化 颗粒燃 还原燃烧 料 大量可 燃气体 燃烧 供暖 ① 某农房生物质气化采暖系统能耗分析 1) 农房概况 该农房位于甘肃省榆中县 地处甘肃中部 建筑的供暖面积为 平方米

59 客厅与卧室一 砖混结构 共一层 墙体未做保温 外墙传热系数为 k=1.9w/(m2 k) 门窗采用铝合金中空双玻窗 生物质气化炉位于农房的厨房内 仅对客厅与卧室 一进行供暖 如图 1 所示 图2.14 某农房建筑采暖平面图 2) 建筑热负荷 表 2.5 房间采暖负荷统计 房间 面积 m2 设计温度 总热负荷 W 总采暖指标 W/m2 客厅 卧室 汇总 \ \ 3) 生物质颗粒生产能耗 当地玉米秸秆在加工过程中 除去秸秆中的水分及尘土后 1kg 秸秆原料可 产生 0.9kg 秸秆颗粒燃料 秸秆粉碎机的单位功率生产量 生产 1000kg 秸秆颗 粒 秸秆粉碎机的耗电量为 34kWh 颗粒制粒机的单位功率生产量 生产 1000kg 秸秆颗粒 颗粒制粒机的耗电量为 86kWh 即生物质颗粒生产能耗 W1=秸秆粉碎能耗+颗粒制粒能耗=120 kwh/吨

60 ② 测采暖系统能耗 对该农房冬季采暖运行情况进行了实测 随机选取其中一天的系统运行情况 进行分析 该天白天室内外温度变化情况如图 2.16 所示 可以看出客厅室内温 度在 18 上下变动 基本满足冬季热舒适温度要求 而卧室室内温度在 18 至 19 之间 在冬季供暖条件下 80 的人感到舒适的温度范围为 故认为该系统满足冬季热舒适温度的要求 该日生物质气化炉的供回水温度变化 情况如图 3 所示 平均供回水温差大致为 8 左右 :00 10:23 11:46 客厅温度( ) 13:09 14:32 15:55 17:18 18:41 卧室温度( ) 室外温度( ) 图 2.15 室内外温度 如水的比热取 4.18kJ/(kg ) 气化炉的水流量为 0.5m³/h 此时供回水的温 差为 8 秸秆颗粒的燃料热值为 16800kJ/kg 每小时燃烧秸秆颗粒为 2 kg 生物质秸秆气化炉此时的制热量为 ℎ 则生物质气化炉此时运行的热效率为

61 按照上述计算过程 可以得出各时刻气化炉的运行热效率 如图 2.17 所示 时间 9:43 10:28 11:13 11:58 12:43 13:28 14:13 14:58 15:43 16:28 17:13 17:58 18: 出水温度( ) 图 2.16 气化炉某天供回水温度变化情况 图 2.17 气化炉某天热效率变化曲线 ③ 生物质气化采暖技术在北方农村推广的技术经济环境分析 1) 技术经济分析 该农房冬季采暖每小时需颗粒燃料约 2kg 系统 24 小时运行 冬季采暖期 为 132 天 建筑面积大约 100 平方米的一户农家一个采暖季大致要消耗秸秆颗 粒 吨 秸秆颗粒成本价约为 260 元/吨 平均 每吨颗粒燃料销售价格 500 元 每人拥有秸秆 0.46 吨 一户人口约为 4 人 故 一户拥有 1.84 吨 需要购买颗粒燃料 4.46 吨 需花费为 2230 元 生产 1000kg 秸秆颗粒 秸秆粉碎机的耗电量为 34kWh 即单位功率生产 量为 29.4kg/ kwh 颗粒制粒机的耗电量为 86 kwh 即单位功率生产量为 11.6 kg/ kwh 故生产 1000kg 秸秆颗粒共需耗电 120 kwh 即单位功率生产量为 8.33 kg/ kwh 每度电 0.47 元 故 1000kg 秸秆颗粒需 56.4 元

62 进出水温差取为 8 则生物质秸秆气化炉每小时的制热量为 4.64kwh 则 整个采暖期的需热量为 kwh 每度电 0.47 元 如果 用电提供相同热量需要 6909 元 若按标煤计算 需要标煤 吨 燃煤燃烧 效率取 50% 价格为 1200 元/吨 实际需要 3.6 吨标煤 需 4300 元 若采用天 然气 天然气价格 1.8 元/Nm3 取天然气的热值 36MJ/Nm3 需要天然气 1470Nm3 需 2646 元 表 2.7 生物质气化采暖与其他采暖方式的经济比较 采暖方式 燃气壁挂式采 生物质秸秆气化炉 煤炉 电采暖 暖炉 初投资 元 每年采暖费用 元 如上表所示 生物质秸秆气化炉比其他采暖方式的运行采暖费用低 其初投 资仅高于煤炉 生物质秸秆气化炉相对于煤炉 一年便可以收回初投资 2) 环境效益分析 型煤的发热量为 26.5MJ/ m3 生物质颗粒燃料发热量为 17.39MJ/ m3 型煤 所产煤气的热值为 5.41MJ/m3 灰渣含碳量为 28.5% 生物质颗粒燃料灰渣含碳 量为 12% 表 2.8 生物质颗粒燃料和型煤的质量指标 % 挥发分 固定碳 含硫量 含水量 灰分 生物质颗粒燃料 型煤 因此 1kg 生物质颗粒燃料中固定碳含量 C1 为 kg

63 表 2.9 生物质颗粒燃料和型煤的产气比例 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 生物质颗粒燃料 型煤 设 1kg 的生物质颗粒燃料产气量为 V m3 其中所含的组分 CO2 O2 CO H2 CH4 N2 的量各为 V(CO2) V(O2) V(CO) V(H2) V(CH4) V(N2) 可 以求得 生物质颗粒燃料产生燃气总固定含碳量为 应用杜勃罗霍托夫经验系数确定焦油中碳含量 焦油中碳量等于燃料中的氢量[4] 生物质颗粒燃料的中的氢含量为 9% 那么 1kg 生物质颗粒燃料所产焦油中含碳 量 C3 则为 0.09 kg 假设生物质颗粒燃料煤气带出物料量按 5%计算 消耗 1kg 原料煤时带出物中固定碳含量 C4 为 消耗 1kg 生物质颗粒燃料 生物质气化炉产灰量 Af 为 kg 灰渣中固 定碳含量 C5 为 灰渣含碳量 产灰量 灰渣含碳量 根据碳平衡[1] C1=C2+C3+C4+C5 生物质颗粒燃料的碳平衡为

64 所以 V= 0.31 m3 故生物质颗粒燃料的气化率为 0.31 m3/kg 而型煤的气化率为 3.27 m3/kg[5] 燃烧 1kg 生物质颗粒燃料产生排放的气体含碳量 0.07kg 燃烧 1kg 型煤产生排 放的气体含碳量 0.56kg 整个采暖期需要燃烧生物质颗粒燃料 4.46 吨 而如换 成燃烧型煤需要 3.6 吨 故如采用生物质颗粒燃料采暖的总碳排放量为 kg 而用型煤采暖的总碳排放量为 2016 kg 可以看出如果用生物质颗粒燃料代替型 煤进行采暖的碳减排率为 84.5% 表 2.10 监测到的生物质颗粒燃料和煤炭的废气污染物排放情况 烟尘 mg/m3 CO mg/m3 SO2 mg/m3 NO mg/m3 生物质颗粒燃料 型煤 烟尘 mg CO mg SO2 mg 生物质颗粒燃料 NO mg 型煤 图 2.18 采暖期生物质颗粒燃料和型煤污染物排放量比较 从上图可以看出在整个采暖期生物质颗粒燃料各种污染物的排放量远低于 型煤 结论 根据技术经济环境效益分析 生物质秸秆气化炉比燃气壁挂式采暖炉 煤炉 电采暖炉运行费用低且初投资较低 一年内便可以收回投资 使用生物质 秸秆颗粒采暖比使用型煤污染物排放低 对环境污染小 综上所述 生物质气化

65 技术应用于中国北方农村的采暖具有可行性 其比其他采暖方式更加经济 环保 且有效利用了中国北方农村地区的秸秆资源 为中国农村地区未来能源的使用方 向指出了一个新的方向 4. 北方农村建筑用能趋势预测情景分析 本文所采用的研究方法为情景 灰色理论相结合的综合预测分析方法 灰色 理论用于预测未来北方农村生活用能的增长 情景分析法所设定的几种情景将最 终预测的数据以预测中国北方农村生活用能需求情况 1 情景分析法概述 情景分析法是在假定某种现象或者趋势持续到未来的前提下 对可能出现的 情况或引起的后果做出评估的方法 情景分析法的意义不在于准确地预测研究对 象的未来状态 而是对不同趋势条件下可能出现的状态进行考察 比较和研究 未来的发展总是存在着多种可能性 情景分析法可以对影响未来发展的各种不确 定因素的相互作用进行综合和系统的分析 研究不同的政策或措施对未来发展趋 势产生的影响和效果 情景分析法是探讨和制订未来发展战略 对策 规划计划 政策措施的比较有效的方法 在国际上被广泛应用于能源 环境 经济 社会 军事等领域 为了使情景分析法能够客观地反映现实中各种因素相互作用的因果 关系 在进行情景分析时 通常需要对过去已经发生的事件进行回顾和评价 分 析其中的内在关系和规律性 然后对影响发展趋势的不确定性因素进行合理的假 设 以得出未来的发展趋势 执行假设时要具有经济 技术 社会等多方面的合 理性 通过深入地分析和比较 实现不同假设条件将出现的结果 就可以在面对 未来的各种不确定性因素时 选择需要采取的措施 使未来朝着所选择的方向发

66 展 情景分析法是本文采用的主要研究方法 在进行情景分析的过程中 对影响 能源需求的宏观社会经济因素和未来可能的演变趋势进行了定性分析 并在定性 分析的基础上对人口发展 产业结构 部门结构进行了量化 对于设定的情景 本文借助模型工具对不同情景下部门结构调整 能源消费结构调整 技术进步可 能的发展情况进行了模拟计算 力图对北京市能源发展的途径和能够达到的程度 进行客观和深入的分析 2 灰色预测理论的提出 灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授 1982 年 3 月在国际上首先提出来的 在国际期刊 ((SYSTEMANDCONTROLLETTER 刊物上发表 题为 Control Problem of Grey System 引起了国际上的充分重视 在灰色系统理论的研究中 将各类系统分为白色 黑色和灰色系统 白 指信息完全己知; 黑 指信息完全未 知; 灰 则指信息部分已知 部分未知 或者说信息不完全 这是 灰 的基本含义 灰色系统理论认为任何随机过程都是在一定幅值范围 一定时区内变化的灰色量 称随机过程为灰色过程 在处理技术上 灰色过程是通过原始数据的整理来寻找 数的规律的 这叫数的生成 这是一种就数找数的现实规律的途径 而基于概率 统计的随机过程 则是按统计规律 按先验规律来处理问题 作这种处理 要求 数据越多越好 或者说他是建立在大样本量的基础上的 事实上 即使有了大样 本量也不一定能找出规律 即使有了统计规律也不一定是典型的 而非典型过程 是难以处理的 终端能源的消费需求变化亦是非平稳的随机过程 而灰色过程 则无此限制 事实上将许多历史数据作累加处理后便出现了明显的指数规律 这 是由于尽管客观系统表象复杂 数据离乱 但它总是有整体功能的 总是有序的 因此它必然潜藏着某种内在规律 关键在于要用适当方式去挖掘它 然后利用它

67 比如说数据处理后呈现出指数规律 由于大多数系统都是广义的能量系统 而指 数规律便是能量变化的一种规律 由于生成的数据列有了较强的规律 有可能对 变化过程作较长时间的描述 因此有可能建立微分方程模型 灰色系统预测具有 要求历史数据少 不考虑分布规律 不考虑变化趋势 运算方便 短期预测精度 高 易于检验等优点 因此在社会 经济 能源 农业 工业过程的预测控制等 各领域得到了广泛的应用 并取得了较好的预测效果 在建立预测模型时 若数据量太少 不宜建立传统的回归分析或其它时间序 列模型 采用灰色动态模型(Grey Dynamic Model GM)所需的数据量少 且可 以达到满意的预测精度 本文采用灰色理论建模 3 情景假定 随着农村经济发展 新农村建设的推进 如何更有效地解决农村不断增长的 采暖 炊事 生活热水需求将是我们必须解决的问题 从能源供给上看 可以有 混合型 是指 商品能+传统生物质 商品能源 可再生能源供应为主的三种可 能的能源供给形式 情景一 基准情景 政策干预措施为在 2010 年以前的基础上趋势外推, 政策影响表现为农村和 城市建房速度快, 但能效水平不高 依旧以秸秆 煤炭的直接燃烧为主 利用效 率低 农村居民普通家用电器的普及率提高. 在引导老百姓选择高效 环保消费 方式方面,政府的影响较弱. 推广沼气 太阳能, 继续增强电力稳定性, 居民生活 电气化率较低 农村居民主要用能为商品能加生物质能汇合使用 生活用 商品能源 煤炭 液化石油气 电 非商品用能 薪柴 秸秆 沼气 太阳能

68 能百分 比 % 能源效 率 / / / 情景二 悲观情景 随着经济的发展 农村建筑用能逐渐转变为以煤炭等商品能源为主的能源消 耗方式 农村居民生活依然沿用传统低能耗的用能设备及系统 建筑围护结构没 有得到改善 保温隔热性能差 且随着人均住房面积的增长 普通家电普及率大 幅提高 居民生活用电量明显增长加快 商品能源 煤炭 液化石油气 电 非商品用能 薪柴 秸秆 沼气 太阳能 / / / 生活用能 百分比 % 能源效率 情景三 乐观情景 政策干预措施为 2010 年以后制定的能源政策, 中华人民共和国节约能源法, 中国可再生能源发展的 十二五 规划等 政策干预措施为加大清洁能源的推广力 度, 制定更高的生活设备能耗指标 注重建筑节能, 推广节能照明,采用先进高效 的可再生能源建筑应用技术 生活用能结构向清洁能源演变 商品能源 煤炭 液化石油气 电 非商品用能 薪柴 秸秆 沼气 太阳能 / / / 生活用 能百分 比 % 能源效 率

69 (4) 影 响 因 素 分 析 中 国 北 方 农 村 家 庭 能 源 消 费 与 当 地 的 资 源, 经 济, 生 活 条 件 和 能 源 供 应 息 息 相 关, 通 过 它 可 以 确 定 可 行 的 和 稳 定 的 人 均 能 源 消 费 水 平 假 设 到 2020 年, 建 立 三 种 满 足 中 国 北 方 农 村 建 筑 用 能 的 可 能 情 景, 对 可 能 的 结 果 进 行 预 测 不 同 情 景 之 间 的 差 别 主 要 是 技 术 进 步 情 况 和 用 能 结 构 调 整 以 2000 年 为 基 准 年, 根 据 年 的 生 物 质 资 源 量, 乡 村 人 口 人 均 收 入 住 房 面 积 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 太 阳 能 热 水 器 安 装 面 积 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 太 阳 灶 台 数 等 数 据 利 用 灰 预 测 模 型 和 LEAP 模 型 进 行 情 景 分 析, 预 测 到 2020 年 的 趋 势 人 均 能 源 消 费 (kg 标 煤 ) 人 口 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 拥 有 量 电 冰 彩 色 电 视 电 脑 空 调 箱 机 ( 台 ) ( 台 ) ( 台 ) ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 ) 农 居 人 均 纯 收 入 ( 元 ) 太 阳 能 热 水 器 ( 万 平 方 米 ) 农 村 太 阳 灶 ( 万 台 )

70 中 国 北 方 农 村 居 民 家 庭 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 ( 台 / 百 户 ) 中 国 北 方 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 ( 台 ) 中 国 北 方 农 村 太 阳 能 热 水 器 ( 万 平 方 米 ) 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 2009 年 中 国 北 方 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 ( 台 )

71 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 中 国 北 方 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 ( 台 ) 中 国 北 方 农 村 太 阳 灶 ( 台 ) ( 万 人 ) 中 国 北 方 农 村 人 口 数 农 居 人 均 纯 收 入 ( 元 ) 2004 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 2009 年

72 平 方 米 / 人 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 2009 年 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 为 了 确 定 各 因 素 变 化 与 北 方 农 村 人 均 用 能 需 求 变 化 的 关 联 程 度, 本 文 采 用 斜 率 关 联 度 分 析 法 进 行 分 析 设 X(t),Y(t) 为 自 然 数 列 函 数, 则 两 数 列 在 各 时 刻 的 关 联 系 数 : t 1 x t x 1 y t y 式 中 x t x t 1 x t ; y t y t y t 1 ; N N x xk x ; y yk y N k 1 N k 1 2 则 关 联 度 1 1 N 1 t 1 R N t 用 斜 率 关 联 度 分 析 法 对 表 2 和 表 3 的 数 列 进 行 关 联 系 数 计 算, 见 表 4 然 后 进 一 步 计 算 关 联 度, 结 果 见 表?, 可 看 出 各 影 响 因 子 对 中 国 北 方 农 村 人 均 能 源 消 费 的 影 响 关 联 度 表? 影 响 中 国 北 方 农 村 人 均 能 源 消 费 与 其 各 影 响 因 子 的 关 联 系 数

73 农村居民 家庭年末 农村太 砖瓦平房 住房面积 (平方米/ 阳能热 水器(万 平方米) 人口 农村太 阳灶 农居人 均纯收 (万台) 入(元) 人) R 农村居 农村居 民家庭 平均每 百户彩 民家庭 钢筋混 凝土结 色电视 机拥有 量(台) 构住房 (平方 米/人) 农村居 民家庭 农村居 民家庭 电冰箱 年末拥 有量(台 平均每 百户空 调拥有 /百户) 量(台) 农村居 民家庭 平均每 百户家 用电脑 拥有量 (台) GM(1,1)预测模型[10] GM(1,1)建模 经一次累加生成有规律的时间序列 同时弱化原序列的随机 性 然后采用一阶单变量 GM(1,1)进行拟合 将求出来的生成数回代计算值 作 累减还原运算 最后对还原值进行精度检验 随后用于预测. 具体过程中为: GM(1,1)模型的微分方程为 dx ax b dt 设 x 0 x 0 1, x 0 2,, x 0 n 为一列原始数据 作一次累加生成 [I-AGO] x 1 K x 0 m x 1 x 1 1, x 1 2,, x 1 n k m 1 z 1 K 0.5x 1 k 0.5x 1 k 1 x(1)可建立下述白化形式的微分方程 dx ax b dt a 参数 a,b 按最小二乘法求解 B T B B T YN b 1 z z 3 其中 B 1 z n 1 1 T YN x 0 2, x 0 3,, x 0 n 1 上述白化形式的微分方程解 即时间响应函数 为 b b x 1 k 1 x 0 1 e ak x 0 k 1 x 1 k 1 x 1 k a a 建立了预测模型 可以得出预测值 但预测结果是否可用 还需要检验 本

74 文 采 用 后 验 差 检 验 主 要 步 骤 如 下 : 0 x 0 (k) 为 原 始 数 据 列, x k 为 模 型 的 拟 合 值 (k=1,2,,n),c 为 后 验 差 比 值,P 为 小 误 差 频 率 : S n n q k q k 1 2 k 0 q k x 0 S k x 2 ; C ; S 1 n n x 2 0 ; S x k 1 k 1 k n n 0 ; q q k ; x x k ; 1 k 1 P P q q S 1 n n k 1 当 后 验 差 比 值 C<0.35, 小 误 差 频 率 P 0.95 时, 认 为 模 型 满 足 精 度 好 当 后 验 差 比 值 0.45<C<0.50, 小 误 差 频 率 0.95 P 0.80 时, 认 为 模 型 满 足 精 度 合 格 当 后 验 差 比 值 0.50<C<0.65, 小 误 差 频 率 0.80 P 0.70 时, 认 为 模 型 满 足 精 度 勉 强 当 后 验 差 比 值 0.65<C, 小 误 差 频 率 0.7 P 时, 认 为 模 型 满 足 精 度 不 合 格

75 ① 生活能源消耗 中国北方农村生活能源消耗 终端消费量 人 均 标 煤 k g 注 根据中国能源统计年鉴数据计算所得 预测模型方程式为 其中 t 0,1,2, n X 0 t e t ② 人口 人口(万人

76 人 均 收 入 农 居 人 均 纯 收 入 ( 元 ) 住 房 面 积 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 )

77 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 ) 5 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 农 村 居 民 家 庭 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 ( 台 / 百 户 )

78 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 ( 台 ) 7 太 阳 能 热 水 器 安 装 面 积 农 村 太 阳 能 热 水 器 ( 万 平 方 米 )

79 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 ( 台 ) 9 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 ( 台 )

80 10 太 阳 灶 台 数 农 村 太 阳 灶 ( 万 台 )

81 人 均 能 源 消 费 (kg 标 煤 ) 乡 村 人 口 数 ( 万 人 ) 农 村 居 民 家 庭 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 ( 台 / 百 户 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 ) 农 居 人 均 纯 收 入 ( 元 ) 农 村 太 阳 能 热 水 器 ( 万 平 方 米 ) 农 村 太 阳 灶 ( 万 台 ) 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值

82 人 均 能 源 消 费 (kg 标 煤 ) 乡 村 人 口 数 ( 万 人 ) 农 村 居 民 家 庭 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 ( 台 / 百 户 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 ) 农 居 人 均 纯 收 入 ( 元 ) 农 村 太 阳 能 热 水 器 ( 万 平 方 米 ) 农 村 太 阳 灶 ( 万 台 ) 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 实 际 值 预 测 值 后 验 差 比 值 C 小 误 差 频 率 精 度 不 满 足 一 级 一 级 一 级 一 级 一 级 一 级 一 级 一 级 一 级 一 级 - 2 -

83 (6) GM(1,n) 模 型 由 上 述 模 型 预 测 值 可 看 出 虽 然 碳 排 放 量 的 GM(1,1) 模 型 具 有 一 级 精 度, 程 度 好, 其 后 验 差 比 值 较 其 三 个 主 要 影 响 因 子 的 其 中 居 民 家 庭 用 水 的 后 验 差 比 值 大, 而 且 并 没 有 反 映 出 影 响 因 子 碳 排 放 的 相 互 关 系 为 了 得 到 精 度 更 高 的 反 映 相 互 关 系 的 模 型, 下 面 建 立 碳 排 放 量 的 GM(1,n) 模 型 GM(1,n) 模 型 白 化 形 式 的 微 分 方 程 为 : ax b x b x dx dt b n 1x n 首 先 用 GM(1,1) 分 别 预 测 影 响 因 子 的 未 来 数 值, 然 后 用 GM(1,n) 模 型 预 测 碳 排 放 量 具 体 建 模 过 程 与 GM(1,1) 建 模 过 程 相 似, 在 此 不 再 详 述 人 均 能 源 消 费 (kg 标 煤 ) 从 表? 中 的 两 个 模 型 的 预 测 值 可 以 看 出, 虽 然 GM(1,1) 模 型 简 单, 而 且 其 中 只 有 一 个 精 度 不 合 格, 其 他 的 精 度 都 很 好, 但 由 于 数 据 有 限, 其 一 级 程 度 不 高, 预 测 值 偏 大 而 GM(1,n) 模 型, 考 虑 了 影 响 因 子 的 影 响, 利 用 精 度 较 高 的 影 响 因 子 GM(1,1) 模 型, 建 立 GM(1,n) 模 型, 预 测 结 果 更 为 合 理, 更 为 可 靠 - 1 -

84 项 目 人 均 能 源 消 费 (kg 标 煤 ) 乡 村 人 口 数 ( 万 人 ) 农 村 居 民 家 庭 电 冰 箱 年 末 拥 有 量 ( 台 / 百 户 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 彩 色 电 视 机 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 家 用 电 脑 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 平 均 每 百 户 空 调 拥 有 量 ( 台 ) 农 村 居 民 家 庭 钢 筋 混 凝 土 结 构 住 房 ( 平 方 米 / 人 ) 农 村 居 民 家 庭 年 末 砖 瓦 平 房 住 房 面 积 ( 平 方 米 / 人 ) 农 居 人 均 纯 收 入 ( 元 ) 农 村 太 阳 能 热 水 器 ( 万 平 方 米 ) 农 村 太 阳 灶 ( 万 台 ) 年 份 实 际 值 GM(1,1) GM(1,N ) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1) GM(1,1)

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86 (7) 情 景 分 析 结 果 随 着 农 村 经 济 发 展, 新 农 村 建 设 的 推 进, 如 何 更 有 效 地 解 决 农 村 不 断 增 长 的 采 暖 炊 事 生 活 热 水 需 求 将 是 我 们 必 须 解 决 的 问 题 如 上 图, 随 着 农 村 建 筑 的 发 展 和 生 活 水 平 的 提 高, 农 村 的 建 筑 能 耗 必 然 增 加 开 发 以 生 物 质 能 源 和 其 他 可 再 生 能 源 为 主 的 新 的 农 村 能 源 系 统, 同 时 大 幅 度 改 进 农 村 建 筑 的 保 温 性 能 和 采 暖 方 式, 才 能 更 好 地 满 足 农 村 的 建 筑 用 能 需 求, 实 现 满 足 可 持 续 发 展 要 求 的 社 会 主 义 新 农 村 建 设 这 需 要 大 量 的 技 术 创 新 和 各 级 政 府 的 政 策 机 制 及 经 费 支 持, 更 需 要 从 科 学 发 展 观 出 发 的 全 面 的 科 学 规 划 根 据 目 前 国 家 和 农 村 居 民 的 经 济 承 受 能 力, 在 我 国 北 方 寒 冷 农 村 地 区 让 所 用 农 户 使 用 清 洁 燃 料 并 不 可 能. 但 在 相 对 富 裕 的 地 区 可 以 推 广 沼 气 和 气 化 技 术, 同 时 还 应 继 续 大 力 推 广 节 能 架 空 炕 和 改 良 灶, 在 提 高 生 物 质 燃 料 能 效 和 利 用 率 的 同 时, 提 高 农 村 居 民 的 生 活 质 量 - 1 -

87 炕居是千百年来形成的北方农村主要的生活方式.它充分利用了炉灶燃烧的 余热 并具有成本低廉的特点.但随着社会的进步 农民已不再满足传统热炕的方 式 开发和推广新式炕不仅可以延续传统生活习惯 实现节约能源 降低污染的 目的 而且还可以实现供暖费用的降低 具有一定的实践价值和经济效益 为北 方寒冷地区农村提供了一种新的可持续发展的供暖方式 对我国社会主义新农村 建设具有积极意义 三 中国北方农村地区用能结构调整战略 农村能源由于量多面广而且接近自然 有着得天独厚的优势 其生态化发展 对改善我国的生态环境有着不可估量的价值和意义 农村能源的生态化是一个系 统工程 也是关系到建筑和环境的重要一环 能源使用种类 数量的多少以及效 率的高低将会直接影响到建筑的舒适水平和室内外环境的好坏 讨论一个国家是 否煤炭储量丰富 应该用 储产比 这一概念 即某年的剩余开采储量与生产量之 比 如图 可以看到中国的煤炭储产比低于世界平均水平 世界部分国家煤炭的储产比 2002年 注 数据来自 洁净煤技术 姚强.北京 化学工业出版社

88 图? 中 国 煤 炭 生 产 量 与 储 产 比 状 况 [6] 在 化 石 能 源 里, 虽 然 我 国 的 煤 炭 资 源 相 对 较 多, 但 储 产 比 却 逐 年 下 降, 如 果 再 不 改 变 以 煤 为 能 源 消 费 中 的 主 要 地 位, 且 任 由 农 村 地 区 也 逐 渐 用 煤 代 替 生 物 质 能 源 的 消 耗, 将 会 难 以 为 继 考 虑 到 农 村 的 实 际 情 况, 适 宜 的 建 筑 节 能 策 略 应 该 分 两 个 层 次 来 解 决 : 首 先, 主 要 靠 被 动 式 节 能 技 术, 例 如 加 强 房 屋 保 温 防 风, 增 加 被 动 式 太 阳 能 利 用 等, 这 些 技 术 不 仅 实 施 起 来 简 单 易 行, 而 且 效 果 明 显 其 次, 在 被 动 式 节 能 基 础 上, 采 取 部 分 主 动 式 节 能 技 术, 包 括 发 展 符 合 农 村 实 际 的 采 暖 方 式, 提 高 现 有 采 暖 效 率 等 此 外, 在 有 条 件 的 地 区 应 大 力 推 广 生 物 质 能 等 可 再 生 能 源 的 高 效 清 洁 利 用, 逐 步 减 少 农 村 对 常 规 商 品 能 源 的 依 赖, 这 样 可 以 促 进 我 国 新 农 村 建 设 的 发 展 和 农 民 生 活 水 平 的 进 一 步 提 高, 并 大 大 缓 解 农 村 生 活 水 平 和 用 能 水 平 提 高 对 我 国 能 源 供 应 的 压 力 北 方 寒 冷 地 区 传 统 农 村 住 房 量 大 面 广, 存 在 巨 大 的 节 能 潜 力, 进 行 住 房 节 能 改 造, 其 经 济 效 益 环 境 效 益 和 社 会 效 益 都 非 常 显 著 从 宏 观 角 度 来 说, 开 展 农 - 3 -

89 村 住 房 节 能 改 造, 可 降 低 能 耗, 减 少 环 境 污 染 ; 从 农 民 切 身 利 益 的 角 度 来 讲, 开 展 农 村 住 房 节 能 改 造, 可 改 善 居 住 条 件, 提 高 住 房 舒 适 度 同 时 对 于 改 善 民 生, 减 少 城 乡 差 距 具 有 重 要 意 义 1. 中 国 农 村 地 区 现 有 政 策 情 况 近 年 来, 随 着 我 国 农 村 经 济 发 展 和 居 民 生 活 水 平 的 提 高, 农 村 地 区 建 筑 用 能 迅 速 增 加, 尤 其 是 北 方 农 村 地 区, 建 筑 采 暖 以 生 物 质 能 源 为 主 的 模 式, 正 逐 渐 被 以 煤 炭 等 化 石 能 源 为 主 的 模 式 所 替 代, 农 村 建 筑 节 能 形 势 严 峻 广 大 的 农 村 地 区 太 阳 能 浅 层 地 能 等 可 再 生 能 源 资 源 丰 富 应 用 条 件 优 越 发 展 空 间 巨 大 在 农 村 地 区 加 快 推 进 可 再 生 能 源 建 筑 应 用, 可 节 约 与 替 代 大 量 常 规 化 石 能 源 ; 可 以 加 快 改 善 农 村 民 房 农 村 中 小 学 农 村 卫 生 院 等 公 共 建 筑 供 暖 设 施, 保 障 与 改 善 民 生 ; 可 以 带 动 清 洁 能 源 等 相 关 产 业 发 展, 促 进 扩 大 内 需 与 调 整 结 构 2009 年, 为 引 导 农 村 住 宅 农 村 中 小 学 等 应 用 清 洁 可 再 生 能 源, 住 房 城 乡 建 设 部 会 同 财 政 部 印 发 了 关 于 加 快 推 进 农 村 地 区 可 再 生 能 源 建 筑 应 用 的 实 施 方 案 的 通 知, 组 织 实 施 农 村 地 区 可 再 生 能 源 建 筑 应 用 的 示 范 推 广, 当 年 中 央 财 政 拨 付 补 助 资 金 6.84 亿 元, 支 持 启 动 了 第 一 批 38 个 可 再 生 能 源 建 筑 应 用 县 级 示 范 但 是 在 现 行 的 政 策 中, 重 点 推 广 的 是 太 阳 能 光 热 建 筑 一 体 化 应 用 技 术 和 浅 层 地 能 建 筑 制 冷 制 热 技 术 ( 包 括 土 壤 源 热 泵 地 表 水 源 热 泵 地 下 水 源 热 泵 和 污 水 源 热 泵 ), 作 为 可 再 生 能 源 建 筑 应 用 三 大 技 术 类 型 之 一 的 生 物 质 能 并 没 有 被 明 确 列 入 重 点 推 广 的 技 术 目 录 而 我 国 农 村 地 区 生 物 质 能 资 源 丰 富, 约 4 亿 吨 可 作 为 生 物 质 能 的 原 料, 生 物 质 气 化 技 术 可 靠 经 济 适 用, 因 此, 建 议 将 生 物 质 能 气 化 技 术 建 筑 应 用 列 为 可 再 生 能 源 建 筑 应 用 农 村 地 区 县 级 示 范 政 策 的 支 持 内 容, 地 方 政 府 以 此 政 策 为 依 托, 积 极 申 请 国 家 的 示 范 补 助 资 金, 从 而 构 建 以 生 物 质 能 等 可 - 4 -

90 再生能源的清洁高效利用为核心的可持续发展的建筑用能模式 同时 考虑到中 央财政资金是切块下达到地方 并没有对资金的具体使用方式做出规定 因此 地方政府应该积极地创新资金的使用方式 设计合理的激励政策机制 发挥财政 资金最大效应 推进生物质气化技术在农村地区建筑中的应用 表 2010 年 2020 年中国可再生能源利用发展目标 ① 新农村能源工程 根据国家发改委的规划 十一五 期间 将按照 因地制宜 多元发展 的原则 在继续加快小型水电和农网建设的同时 大力发展适宜村镇 农户使用的风电 生物质能 太阳能等可再生能源 到 2010 年 村镇小型风机使用量达到 30 万 台 总容量 7.5 万千瓦 户用沼气 4000 万户 规模化养殖场沼气工程达到 4700 处 全国农村沼气产量达到 160 亿立方米 农村太阳能热水器保有量达到

91 万平方米 太阳灶保有量达到 100 万台 ② 农村沼气工程 根据农业部制定的 全国农村沼气工程建设规划 年 十一五 期间 全国将新建农村户用沼气 2300 万户 规模化养殖场大中型沼气工程 4000 处 到 2010 年 全国户用沼气达到 4000 万户 占沼气适宜农户的 30% 左右 规模化养殖场大中型沼气工程达到 4700 处 达到适宜畜禽养殖场总数的 39%左 右 届时 全国 4000 万户沼气池每年将产生约 154 亿立方米的沼气 相当于 替代 2420 万吨标准煤的能源消耗和 1.4 亿亩林地的年蓄积量 沼渣 沼液的使 用减少 20%以上的农药和化肥施用量 降低农产品农药残留 1% 改良土壤 5000 万亩 有效治理畜禽养殖场粪污污染 实现粪便资源化利用和废水达标排放 保 护水源 每个沼气池年均为每个农户节约燃料费 电费 化肥和农药等直接支出 约 500 元 全国 4000 万户沼气可为农民年增收节支 200 亿元 按照技工与建 池数 1 50 每个技工配备 3 名辅助工的要求 每万口沼气池建设与维护 可吸 纳农村劳动力 800 人左右 全国每年可为农村劳动力提供约 36.8 万个就业机会 农林废弃物沼气利用技术可以为农村地区提供生活用燃气 解决农村废弃物和工 业生产废弃物的环境污染问题 因此 十一五 期间 国家将继续扩大农村地区的 户用沼气 特别是与农业生产结合的沼气技术的应用 城镇地区则发展大型畜禽 养殖场沼气工程和工业废水沼气工程 实现集中供气或并网发电 -6-

92 ③ 生物质能产业 根据目前我国生物质能利用技术状况 生物质能利用重点将是生物质发电 沼气和生物质液体燃料等 生物质发电主要有农林废弃物发电 垃圾发电和沼气 发电 根据有关规划 除沼气外 生物质能利用重点将是生物质发电和生物质液 体燃料等 在 十一五 期间 生物质发电全国将形成 500 万千瓦的装机能力 在 资源丰富区 建设区域型的兆瓦级的以秸秆 稻壳 蔗渣 灌木林和木材废弃物 为原料的生物质发电厂 在经济较发达 土地资源稀缺地区建设垃圾焚烧发电厂 在规模化畜禽养殖场 工业废水处理和城市污水处理厂建设沼气工程 合理配套 安装沼气发电设施等 在生物质能源液化技术方面中国尚处于探索和试验的阶段 主要开发和利用 的技术是乙醇燃料技术和生物油技术 即利用非粮食原料(主要为甜高梁 木薯 以及木质纤维素等)生产燃料乙醇技术和以麻疯树为原料制取生物柴油 并建设 规模化原料供应基地 建立生物质液体燃料加工企业 到 2010 年 燃料乙醇的 年生产能力达到约 200 万吨 生物柴油的年生产能力达到 20 万吨 总计年替代 200 万吨成品油 ④ 小水电代燃料工程 水电作为我国最重要的可再生能源 在今后二三十年内仍将是可再生能源发 展的重要领域 我国水电资源十分丰富 分布广泛 遍及全国 30 个省(区 市) 的 1600 多个县(市) 65%的小水电集中西部地区 西南地区的小水电资源占全 国的 50%以上 目前 国家正在西部地区实施以退耕还林和天然林保护为目的的 小水电代柴 计划 小水电具有很大的发展潜力 根据 全国小水电代燃料生态 -7-

93 保护工程规划 全国拥有小水电资源可发展代燃料工程的有 1600 多个县 可 开发的小水电资源有 8061 万千瓦 年发电量 2749 亿千瓦时 完全能够满足代 燃料区农民的生活燃料需要 到 2010 年 通过代燃料工程 可解决生态环境特 别脆弱 当前急需的 970 万户 3730 万农村居民的生活燃料问题 其中 十五 期间重点在西部地区完成 286 万户 1100 万农民 十一五 期间 重点从西部扩 展到其他重点地区 再完成 684 万户 2630 万农民 根据规划 到 2020 年 通过小水电代燃料工程 将解决 2830 万户 1.04 亿农村人口的生活燃料问题 届时 将新增小水电代燃料装机 万 kw 年发电量 亿 kwh 由此 每年减少薪柴消耗 1.49 亿立方米 保护森林 3.4 亿亩 减少排放二氧化碳 2 亿 吨 二氧化硫 92 万吨 有效地巩固生态建设成果 基本解决我国退耕还林区内 居民的生活燃料和农村能源问题 ⑤ 可再生能源中长期发展规划 根据规划 到 2020 年 水电总装机容量将达到 2.9 亿千瓦 开发程度达 到 70 左右 生物质发电达到 2000 万千瓦 风电达到 3000 万千瓦 太阳能 发电达到 200 万千瓦 力争使可再生能源发电装机占总电力装机容量的比例达 到 30%以上 到 2020 年太阳能热水器总集热面积达到 3 亿平方米 年替代化 石能源约 4000 万吨标准煤 农村生物质能开发利用将作为发展现代农业 建设 社会主义新农村的重要措施 继续推广户用沼气和禽畜养殖场沼气工程 加快生 物质成型颗粒燃料的推广应用 到 2020 年沼气年利用量达到 240 亿立方米 生物质成型颗粒燃料年利用量达到 5000 万吨左右 同时积极发展以能源作物为 主要原料的生物质液体燃料 到 2020 年达到年替代石油 1000 万吨的能力 -8-

94 根据规划 到 2020 年 可再生能源将占到能源耗费总量的 16% 可再生 能源的发电比例将达到 15%以上 其中 水电总装机将达到 3 亿千瓦 风电装 机和生物质发电目标都是 3000 万千瓦 太阳能发电装机力争达到 180 万千瓦 燃料乙醇和生物柴油年生产能力分别达到 1000 万吨和 200 万吨 沼气年利用 量达到 443 亿立方米 太阳能发电达到 180 万千瓦 太阳能热水器总集热面积 达到 3 亿平方米 2.引导中国北方农村建筑用能可持续增长的目标及策略 1.定位 ① 作为涉及国家可持续发展战略组成部分去定位 能源是国家经济生命线 能效是可持续发展能源政策的基石 未来 20 年中 国将实行 节能优先 结构优化 环境友好 的可持续能源发展战略 节约资源已 经提升到了基本国策的高度 我国的建筑能耗由于长期快速增长的趋势和增量在 能源需求增长中的主导地位确定了其中中国能源战略中的核心地位 三北地区农 村拥有 80 亿平方米的建筑面积 仅采暖一项每年就消耗 万 tec 占全国 建筑总能耗的 20%,在我国建筑能耗体系中占据重要位置 推进三北地区农村建 筑节能关系到我国整体建筑节能工作的成效 涉及到国家的能源战略和经济社会 的可持续发展 ② 作为提高农民生活质量的重大民生问题去定位 目前 农村的采暖 炊事等用能方式落后 以使用柴草和煤炭直接燃烧为主 的用能方式 造成农民家庭室内一氧化碳浓度数倍于国家规定空气质量标准 在 -9-

95 冬季这种污染程度更为严重 导致大部分农村人口长期暴露在损害人体健康的污 染之中 并由此而引起孩童时期的哮喘和呼吸系统疾病增多 根据世界卫生组织 与联合国开发计划署发表的调查 农家炊烟 采暖造成的室内空气污染 已经成 为危害人们健康的主要原因 因此 改善农村的采暖 炊事用能方式 引导农村 建筑用能的高效清洁化发展 减少环境污染 建造出健康 环保 高舒适度的居 住环境 是提高广大农民生活质量的重大民生问题 ③ 作为带动扩大农民消费的举措去定位 改变农村目前的能源消费模式 鼓励农村发展太阳能 生物质等清洁能源 引导农村用能可持续增长 一方面可以把农民的消费从煤炭 液化气等商品能源 的购买中解放出来 另一方面 发展生物质能产业 利用农产品及其废弃物生产 新型能源 拓展了农产品的原料用途和加工途径 为农业提供了一个产品附加值 高和市场潜力无限的平台 延伸农业产业链条 提高农业效益 拓展农村剩余劳 动力转移空间 在促进区域经济发展 增加农民收入等方面大有可为[3] 2 目标 ① 提高农房的保温隔热性能 当前三北地区农村建筑能耗高 热舒适度差是普遍存在的问题 造成这种现 象的一个很重要的原因是农房普遍没有采取适当的保温措施 门窗漏风严重 因 此提高农房的保温隔热性能是解决能耗高舒适性差的最有效措施 例如 清华大 学建筑节能研究中心在北京市房山区开展了农房节能改造示范工程 结果显示 所有改造的农房的综合节能效率最低可达 55% 最高的可达 70% 改造效果非

96 常明显 ② 满足农民建筑用能合理增长的需求 目前农村的能源消费水平整体还是比较低 但随着农村经济发展 农民对生 活的品质的要求越来越高 农村建筑用能的增长有很大潜力 我们推进农村建筑 节能的目的 不是要限制农村的用能需求的增长 降低或维持当前农村的建筑能 耗水平 而是要统筹资源 环境和经济发展 采用合理先进技术 给农村提供清 洁高效的用能方式 更好地满足农民建筑用能增长需求 提高农民的生活品质 ③ 保持并逐步提高农村可再生能源应用比例 我国农村建筑用能结构的突出问题是 煤炭等商品能的比例逐渐升高 可再 生能源应用比例过低 而我国的石油 天然气资源贫乏 单纯依靠化石能源难以 实现经济 社会和环境的协调发展 在农村生物质能 太阳能资源丰富 技术已 经成熟或接近成熟 具有大规模开发利用的良好前景 大力推广高效生物质能 太阳能在建筑中的应用 降低煤炭在能源消费中的比重 是实现我国农村建筑用 能可持续增长的重要目标 3 策略 ① 两手抓 一手抓以提高农村建筑保温隔热性能为导向的农村新型节能建筑 节能建材 和节能技术的研发 推广与普及 大力推广烧结非粘土多孔砖 加气混凝土 ESP 板 中空玻璃等节能材料 加强外墙 门窗 屋顶 地面的节能技术的应用 提

97 高农村房屋的保温隔热效果 一手抓以可再生能源建筑应用为导向的建筑用能方 式 大力发展生物质能 太阳能等可再生能源建筑应用 优化农村的建筑用能结 构 ② 延续传统 延续传统的基于生物质能的用能结构 延续传统的绿色建筑形式和生活方式 我国农村地区生物质能丰富 实现农村建筑用能可持续增长 应该延续传统的以 生物质能为主的用能方式 同时注重效率 大力发展生物质气化 沼气等高效的 生物质能利用技术 将低品位能源转化为高品位能源以满足农村的建筑能耗需求 ③ 两低两高 农村经济条件较差 农民节能意识不足 推进农村建筑节能阻力相对较大 因此 在引导农村建筑节能的策略选择上 我们要统筹考虑成本 技术和市场方 面的可行性 优选技术方案和推广方法 关键要做到 两低两高 即建设和运行 的低成本 技术和市场的低风险 以及市场的高可推广性和技术的高可靠性 可 维护性 ④ 因地制宜 首先 要注意城乡差别 不能将城市中采用的建筑节能模式 技术 标准一 刀切地应用于农村 其次 要考虑各地经济条件 气候资源条件 因地制宜地发 展适用技术 如 在秸秆等生物质能丰富的地区可以优先考虑秸秆气化技术进行 采暖 炊事 在太阳能资源丰富的地区可以考虑太阳能供热技术进行炊事和采暖

98 ⑤ 政府引导 市场推动 采取 政策引导 市场推进 的机制 特别是要完善经济激励政策 通过引导 和刺激需求端的消费 运用市场化的机制促进企业参与和投入 最终形成相对完 善的全产业链发展模式 4 制度设计原则及政策激励的着力点选择 ① 制度设计原则 设立和制订农村建筑节能经济激励政策时 因遵循下列原则 以确保经济激 励政策的实施能促进农村建筑节能工作的快速发展 1) 可行性原则 对于涉及到的相关主体而言 经济激励政策首先应具备可行性 政策的制定 应做到符合市场经济运行机制 适合建筑节能和社会经济发展现状以及充分考虑 到实施过程中可能遇到的风险及解决办法 确保能够在实践中得以顺利推行 2) 有效性原则 政策即是为达到某一特定目标而采取的各项举措 如果政策所发挥的作用是 无效的 那么预期目标将无法实现 因此必须确保经济激励政策是有效的 即通 过政策的实施能够有步骤 按计划地达到农村建筑节能的阶段性目标 以期最终 实现社会的可持续发展

99 3) 灵活性原则 由于建筑节能涉及众多生产 消费环节和领域 且与建筑物所处地区的自然 经济 社会条件等因素密切相关 因此建筑节能经济激励政策应具备灵活性和多 样性 能够随着公众节能意识 节能技术和产品 节能投资等因素的变化及政策 实施效果的反馈 及时进行调整和修改 结合建筑节能市场的不同阶段 充分发 挥经济杠杆的积极作用 4) 全局性原则 以往的建筑活动是以牺牲生态利益为代价来实现经济和社会利益的 现今在 以科学发展观和可持续发展为各项活动指导思想的基础上 必须从 能源 经济 环境 一体化系统协调发展的角度来设计和制订建筑节能经济激励政策 才能 确保经济效益 社会效益和生态效益的共同实现 即政策的设计和制订应从整体 性 全局性的角度来考虑问题 5) 最优性原则 由于实现目标的手段是多种多样的 农村建筑节能经济激励政策的设计过程 中也会存在多项备选方案 因此需要对备选方案进行比较和分析 从中选择最优 的政策方案 以加快建筑节能的步伐 促进预期目标的早日实现 [4]

100 ② 政策激励着力点选择 1) 激励对象 不同的激励对象 激励效果是不同的 而农村建筑节能表现为消费的正外部 性 用户采用节能技术和对高效节能产品的使用带来的能源节约 环境保护等外 部效益 不能通过有效的形式转化为用户的私人收益 从而大大抑制消费行为 最终影响农村建筑节能的需求 鉴于此 农村建筑节能应该建立需求端导向的激 励政策 把用户 农户 学校 卫生院等 作为激励对象 充分发挥利益驱动效 应 推动农村建筑节能 2) 激励环节 障碍环节重于其他环节 在现实中可以看到 一些建筑节能工作中长期难 以解决的问题 成为推进建筑节能的卡脖子环节 经济激励政策应当作用于克服 这些关键障碍[5] 在农村建筑节能中 节能产品的推广应用是个关键环节 推进 农村建筑节能应该应用端作为重点激励环节 3) 激励力度 激励力度要不断变化 根据技术进步 成熟程度等因素 激励力度要有一个 由强到弱的变化 起初政策的力度应该大一点 鼓励早用 快用等 随着技术进 步 市场认知度的提高 要逐步让市场机制发生作用 政策逐步弱化

101 4) 激励时机 按照时间周期 激励时机的选择可分为期前激励 期中激励和期末激励 针 对不同的激励策略应选择不同的激励时机 考虑到农村建筑节能前期启动的困难 为充分调动用户参与的积极性 激励时机应以前期激励为主 同时根据工作的实 施效果辅以期末激励 ③ 建立农村建筑技术标准和监管体系 1) 技术标准体系的建立 目前 用于指导农村建筑节能的技术标准体系缺失 2009年6月住房城乡建设 部印发了 严寒和寒冷地区农村住房节能技术导则 试行 下一步应上升为 节能设计标准 并形成以标准为主体的技术法规体系 纳入工程建设强制性标准 予以执行 同时配套相应的技术政策 技术指南 建立适时公布推广 限制 淘 汰技术目录的制度 这样建立完善的技术标准体系 引导农村建筑节能的健康发 展 2) 农村新建建筑的监管 按照有效性原则 有步骤有计划地推进农村新建建筑监管体系的建设 实施 引导-备案-监管三步走策略 有步骤 按计划地推进农村新建建筑监管 对农村 学校 医院等公共建筑应先行一步纳入现行的管理体系

102 5. 在农村地区推广生物质能建筑应用中相关利益主体的博弈分析 1 相关的利益主体 所谓生物质能建筑是指满足生物质能技术和建筑的一定的结合度 通过秸秆 气化等生物质能技术为居民提供采暖 炊事 生活热水等用能需求的一体化应用 在农村地区推广生物质能建筑应用涉及三个主要相关的利益主体 政府 生物 质气化炉设备生产商 注 生物质能建筑应用中的设备主要包括 生物质气化炉 秸秆粉碎机及颗粒加工机 其中生物质气化炉是最关键的设备 本文以其作为讨 论的对象 和消费者 包括农户以及农村卫生院 中小学等 政府作为公共利 益的代表是政策的制定者和积极推动者 生物质气化炉设备生产商受政府激励政 策引导 其投资决策直接关系到设备的质量和价格 进而影响消费者需求 消费 者是生物质气化炉的直接使用者 其需求量就是整个生物质能建筑应用的推广空 间 消费者通过市场机制与生物质气化炉生产商相互影响 同时受政府激励政策 的引导 三方相互之间的关系如图 1 所示 图 1 政府 生产商 消费者三方主体关系图

103 ① 政府和生物质气化炉设备生产商之间的博弈分析 政府和生物质气化炉设备生产商的博弈分析符合完全信息动态博弈模型 如图 2 所示 图 2 政府和设备生产商之间的博弈 博弈论情形假定 1 参与的双方为政府和生物质气化炉设备生产商 W 表示政府是否对生物质 气化炉设备生产商实施经济激励 W={w1,w2}= 实施 不实施 K 表示设备生 产商生产何种设备 K= k1,k2 = 生产高效节能气化炉 生产低品质气化炉 2 政府实施经济激励政策 所获得的经济收益为πe 主要是税收收入 社会 收益为πs 包括农村环境的改善以及农民生活质量的提高等 激励总收益π=πe+ πs 付给生物质气化炉设备生产商的经济激励政策额度 即激励成本为 r 主要 包括直接价格补贴 贷款贴息补助等 另外还包括政策制定成本和监督成本[3] π和 r 由政府实施的激励方案和生物质气化炉设备生产商采取的生产策略共同决 定 即π=πe+πs=π(wi,ki),r=r(wi,ki) 其中 i=1,2 3 生物质气化炉设备生产商生产设备的成本为C=c(ki),其中i=1,2-18 -

104 (4) 政 府 的 效 用 函 数 为 Ug, 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 效 用 函 数 为 Ud, Ug 和 Ud 由 政 府 实 施 的 激 励 方 案 和 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 采 取 的 策 略 共 同 决 定, 即 Ug=Ug(Wi,ki),Ud=Ud(Wi,ki), 其 中 i=1,2 则 政 府 的 效 用 函 数 和 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 效 用 函 数 分 别 为 : Ug=Ug(Wi,ki)= π(wi,ki)- r(wi,ki) Ud=Ud(Wi,ki)= r(wi,ki)- c(ki) (5) 政 府 实 施 的 经 济 激 励 方 案, 只 有 使 激 励 对 象 设 备 生 产 商 生 产 高 效 节 能 设 备 所 得 到 的 净 收 益 大 于 生 产 低 品 质 设 备 产 品 得 到 的 净 收 益, 经 济 激 励 方 案 才 能 发 挥 作 用, 才 能 调 动 生 产 商 的 积 极 性, 激 励 方 案 必 须 满 足 激 励 相 容 约 束, 即 r(w1,k1)- c(k1) r(w1,k2) -c(k2) (6) 消 费 者 的 行 为 不 影 响 企 业 和 政 府 的 决 策 模 型 求 解 : 可 运 用 逆 向 归 纳 法 求 解 子 博 弈 精 炼 纳 什 均 衡 [4] (1)π(w1,k1)>r(w1,k1) 时 1 第 二 阶 段, 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 最 优 选 择 针 对 w1: max{ud} = max{ud(w1,k1),ud(w1,k2 )}, 得 到 最 优 解 K * (w1 )= k1, 即 设 备 生 产 商 的 最 优 选 择 是 生 产 高 品 质 设 备 针 对 W2: max{ud} = max{ud(w2,k1),ud (w2,k2)}, 得 到 最 优 解 K * (W2 )=k2, 即 设 备 生 产 商 的 最 优 选 择 是 生 产 低 品 质 设 备 2 第 一 阶 段, 政 府 的 最 优 选 择 max{ug} = max{ug(w1,k1),ug(w2, k2)}, 得 到 最 优 解 W * = w1, 所 以 第 一 阶 段 中 央 政 府 的 最 优 选 择 是 实 施 经 济 激 励 政 策

105 由 此 得 到 的 精 炼 纳 什 均 衡 路 径 : (2)π(W1,K1) r(w1,k1) 时 1 第 二 阶 段, 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 最 优 选 择 针 对 W1 : 得 到 最 优 解 K * (w1)=k1, 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 最 优 选 择 是 生 产 高 效 节 能 设 备 针 对 W2 : 得 到 最 优 解 K * (w2 )=k2, 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 商 的 最 优 选 择 是 生 产 低 品 质 设 备 2 第 一 阶 段, 政 府 的 最 优 选 择 得 到 最 优 解 是 W * = w2, 第 一 阶 段 中 政 府 的 最 优 选 择 是 不 实 施 经 济 激 励 政 策 由 此 得 到 的 精 炼 纳 什 均 衡 路 径 : 结 果 分 析 : 可 见, 经 济 激 励 效 果 是 政 府 是 否 对 设 备 生 产 商 实 施 经 济 激 励 政 策 的 关 键 影 响 因 素 在 π=πe+πs=π(wi,ki) r(wi,ki) 的 情 况 下, 政 府 选 择 对 设 备 生 产 商 进 行 激 励 是 博 弈 的 均 衡, 因 此, 政 府 应 该 综 合 考 虑 整 个 行 业 发 展 状 况, 选 择 是 否 对 设 备 生 产 商 进 行 激 励 一 旦 选 择 激 励, 政 府 应 该 设 计 合 理 的 激 励 方 案, 确 保 激 励 政 策 的 实 施 效 果, 引 导 生 产 商 在 技 术 研 发 上 投 入 更 多 资 金, 不 断 提 高 设 备 质 量 和 节 能 效 率 应 该 指 出 的 是, 当 前 的 生 物 质 气 化 炉 设 备 生 产 市 场 还 相 当 混 乱, 技 术 发 展 良 莠 不 齐,

106 鱼目混珠的情况时有发生 因此 政府的政策引导对整个行业的发展至关重要 ② 消费者和政府之间的博弈分析 政府和消费者之间的博弈分析也符合完全信息动态博弈模型 如图 3 所示 图 3 政府和消费者之间的博弈 博弈论情形假定 1 参与的双方为政府和消费者 W 表示政府是否对消费者实施经济激励 W={w1,w2}= 实施 不实施 K 表示消费者购买设备的情况 K= k1,k2 = 购买生物质气化炉 不购买生物质气化炉 2 政府实施经济激励政策 所获得的激励收益为π 主要来自于农村资源 环境的改善以及农民生活质量的提高 激励成本为r 主要是政府对消费者的经 济补贴指出以及政策法规的制定成本 监督成本 π和r由政府实施的激励方案和 消费的购买选择共同决定 即π=π(wi,ki),r=r(wi,ki) 其中i=1,2 3 消费的购买生物质气化炉的花费为C=c(ki),其中i=1,2 4 政府的效用函数为Ug 消费者的效用函数为Ud Ug和Ud由政府实施