北京市冬季清洁取暖的演变和发展研究

1 引言

北方地区约占我国国土面积的70%，主要包括东北、华北和西北地区。上述地区累年日平均室外温度低于或等于5℃的天数，一般都在90 天以上，最长超过200天，极端最低气温可达-40℃以上，冬季取暖已成为当地居民的刚性需求[1]。随着城镇化进程的加快以及人民生活水平的提高，我国城乡建筑取暖规模呈快速增长的态势，截至2016 年底，北方地区城乡建筑取暖总面积已达206 亿㎡，取暖能耗超过2.96 亿tce，约占建筑能耗总量的32.7%[2,3]。其中，清洁取暖规模约69 亿㎡，不足34%[2]。燃煤取暖特别是散煤取暖，仍是上述地区冬季最主要的取暖方式。根据相关研究[4]，与燃煤电厂相比，1 吨散煤燃烧排放的污染物约为等热量情况下电厂排放SO2、NOx 和烟粉尘的5 倍、2 倍与66 倍。伴随着大量高污染的散煤在冬季取暖时的集中燃烧，众多污染物被排放至大气环境中。特别是对于PM2.5的排放，冬季散煤取暖对大气环境PM2.5 的贡献率高达48%，年均浓度贡献可达7.2~9.2μg/m³。2013 年以来，由于冬季大气环境中PM2.5 浓度的增高，引发了一系列持续性、大范围的雾霾天气，特别是2016 年年底持续一周的重度雾霾天气席卷了我国11 个省（市、区），近142 万平方公里[5]。目前，大气污染问题已受到我国社会各界的高度重视。

2016 年12 月，习近平总书记在中央财经领导小组第十四次会议上指出：“推进北方地区冬季清洁取暖，关系北方地区广大群众温暖过冬，关系雾霾天能不能减少，是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。” 2017 年5 月，以京津冀大气污染传输通道“2+26”城市为重点，财政部等四部委联合启动了北方地区冬季清洁取暖试点城市。其中，天津等12 个城市被列为首批试点城市。同年，《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021 年）》颁布实施。在专项规划引导、试点政策支持的背景下，2017 年北方地区累计完成“电代煤”、“气代煤”578 万户，2017 年10 月至2018 年2 月，“2+26”城市PM2.5 平均浓度范围46~104μg/m³，平均为78μg/m³，同比下降30.4%，成效显著[6]。但是一系列新的问题也逐步暴露出来如运行费用较高、运行效果欠佳等，特别是在绝大多数选择“气代煤”的背景下，“气荒”问题也成为制约清洁取暖推进的关键因素之一。

在上述背景下，究竟选择哪种技术路径推进北方地区冬季清洁取暖一时间也成为社会各界的关注焦点。相关文献[7] 已从热源侧清洁替代和用户侧能效提升方面，对北方地区冬季清洁取暖的前期基础进行了回顾。胡润青[8] 对我国北方地区可再生能源供暖进行了研究，在规划体系、技术推广和政策机制等方面提出了工作建议。诸葛绪光[9] 分析了适合我国北方农村的清洁取暖方式，提出应因地制宜地选择技术路径。李文超[10] 介绍了北京农村地区冬季清洁取暖政策和进展情况，提出经济性是影响技术路径选择的关键因素。于佳[11] 介绍了河南省清洁取暖的发展现状，并指出了面临的困难和问题。同时，相关文献[4] 还对现阶段冬季清洁取暖的政策措施进行了总结。通过资料梳理发现，现阶段绝大多数制定的冬季清洁取暖的政策措施和技术路径均是学习和效仿2013 年以来北京市的经验做法而制定的，但忽略了对北京市的经验做法进行全方位、全过程的了解。

综上所述，为向全社会全方位展示北京市冬季清洁取暖的实施路径，本文选择北京市作为研究对象，对北京市冬季清洁取暖路径的演变与发展进行了深入研究，全面梳理了北京市用户侧能效提升与热源侧清洁替代的经验做法，总结了北京市冬季清洁取暖的推广模式，以期为其他地区科学合理地推进相关工作提供指导。

2 北京市冬季清洁取暖的演变与发展

根据专项规划对清洁取暖的定义可知，清洁取暖是一项复杂的系统工程，覆盖了热源、用户等多个环节。为更加直观地回顾北京市冬季清洁取暖的演变与发展，本文从用户侧能效提升和热源侧清洁替代方面对北京市的发展历程进行了回顾。

2.1 用户侧能效提升

需求决定了供给，建筑性能的高低直接影响了耗热量的多少。推进用户侧能效提升即“需求侧减量”是实现冬季清洁取暖的重要基础。北京市从20 世纪90 年代就已开始推进用户侧能效提升，逐步实现了从住宅到公建、从新建到既有、从城镇到农村的发展。用户侧能效提升涉及系统、设备、材料等多个方面，本节仅从围护结构性能提升的角度进行介绍。

2.1.1 城镇建筑

1）. 新建建筑

(1) 居住建筑

《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）北京地区实施细则》（DBJ 01-602-97）于1997 年颁布施行，标志着北京市开始全面执行新建居住建筑节能50%标准。该标准于2004 年和2006 年进行了两次修订，将节能率提高至65%，并于2012 年进一步将节能率提升至75%。如图1 所示，外墙、外窗、屋顶的传热系数分别从50% 标准的1.16、4.00 和0.80W/( ㎡·K) 降低至75% 标准的0.45、2.00 和0.40W/( ㎡·K)，能耗指标也从北京市1980—1981 年住宅通用设计水平的25.2kgce/㎡降低至75% 标准的6.3 kgce/ ㎡ [12-14]。2016 年以来，在市级财政资金的支持下，北京市开始试点30 万㎡超低能耗建筑的建设，将外墙、外窗和屋顶等传热系数控制在0.25、1.50 和0.25 W/( ㎡·K) 以内，建筑供暖需求不高于15kWh/( ㎡·a)（折合约1.8 kgce/ ㎡），节能率达到85% 以上[15]。在注重节能的同时，北京市也将绿色建筑的理念融入，于2013 年开始在新建建筑中强制执行一星级绿色建筑标准，进一步提升新建居住建筑综合性能。

图1 新建居住建筑围护结构性能及建筑能耗指标

(2) 公共建筑

在新建居住建筑能效提升的同时，北京市逐步启动新建公共建筑能效提升。《公共建筑节能设计标准》(DBJ 01-621-2005) 于2005 年颁布，新建公共建筑开始执行建筑节能50% 标准。通过不断修订，北京市分别于2009 年将节能率提升至50% 以上，于2015 年提升至65%。图2 为不同标准下新建公共建筑围护结构性能情况。可见，外墙、外窗和屋顶的传热系数从50% 标准的0.80、3.50 和0.60 W/( ㎡·K) 分别提升至65% 标准的0.50、3.00 和0.45 W/( ㎡·K)[16-18]。2016 年，北京市充分发挥市级财政资金的引导作用，启动了公共建筑能效提升行动，试点超低能耗公共建筑，并对符合条件的建筑执行二星级及以上的绿色建筑标准。

图2 新建公共建筑围护结构性能

2）. 既有建筑

(1) 居住建筑

按照节能率65% 标准制定的《既有居住建筑节能改造技术规程》（DB 11/381-2006）于2006 年颁布施行，同年在中德技术合作项目“中国既有建筑节能改造项目”的支持下，北京试点实施了惠西新街12 号楼节能改造项目，改造前后围护结构传热系数如图3 所示。研究表明[19]，通过对围护结构和管网热平衡等用户侧的节能改造，该楼的耗热量指标从27.37W/ ㎡降低至13.83W/ ㎡，天然气和电能的消耗量分别下降12.36%和34.28%，节能效果显著。若对小区内其余3 栋楼一并进行围护结构节能改造，预计天然气消耗量可以减少30% 以上。2007 年，在中央政策的引导下，根据试点示范经验，北京市开始规模化推进既有居住建筑供热计量及节能改造，并根据建筑类型和改造内容进行差异化补贴，启动阶段改造标准均为居建节能50% 标准。进入“十二五”，北京市将补助标准统一调整为100 元/ ㎡，并将改造标准提升至65% 标准。2012 年，北京市将节能改造与水电气热管道改造、绿化、景观、道路、照明改造、基础设施建设等相结合，实施老旧小区综合改造。调研显示[20]，与单纯节能改造相比，同步实施这种综合改造更受老百姓的欢迎，综合效益突出。同时，北京市还积极探索进一步提高改造标准的可行性，北京市75% 节能改造的示范研究项目“慧忠里C 区309 和317 号楼节能改造”于2013 年启动，经测算，该建筑采暖能耗可从15.59kgce/ ㎡降低至4.55 kgce/ ㎡，节能率超过70%，如图4 所示[21]。但综合考虑规模化推广等因素，在既有居住建筑中执行建筑节能75% 的标准仍存在一定难度。2018 年，北京市进一步完善政策措施，设置了34 项菜单式的老旧小区综合整治内容，并首次将多层住宅增设电梯等适老化改造纳入自选类内容。

图3 建筑节能65% 标准改造项目围护结构性能

图4 建筑节能75% 标准改造项目围护结构性能

(2) 公共建筑

2008 年，北京市优先以单体建筑超过2 万平方米的大型公共建筑为重点，通过建立大型公共建筑耗能信息监管平台，对上述建筑实施能耗统计、能源审计、节能诊断等工作，确定重点用能单位，对其实施低成本改造（如增加遮阳、更换水泵、优化新风等），并按照10元/ ㎡左右的标准予以资金支持。同时，对于不带中央空调的普通公共建筑，引导进行围护结构节能改造。其中，公共建筑节能改造中围护结构性能与当时执行的公共建筑节能标准要求基本一致。2016 年，北京市启动公共建筑能效提升行动，开始实施公共建筑节能绿色化改造，改造内容以用能系统改造为主，鼓励中小型公共建筑同步开展围护结构改造，明确要求改造后平均节能率不能低于15%，大型公共建筑节能率不低于20%。2017 年，北京市还被住房和城乡建设部、中国银行业监督管理委员会列为公共建筑节能提升重点城市，持续推进公共建筑节能改造。

(3) 城区四合院和平房

除居住建筑和公共建筑外，北京市老城区内还分布着一定规模的四合院和平房建筑。为实现城区范围内用户侧建筑能效的全面提升，北京市于2008 年开始对上述建筑类型的围护结构节能改造。同时，还将其纳入解危排险专项资金，住户可按照相关要求申报财政资金补贴。

2.1.2 农村建筑

由于缺少全过程的监督管理，农村建筑围护结构性能长期以来一直都是用户侧能效提升的薄弱环节。从2006 年起，通过财政资金的引导，北京市启动新建节能农宅示范和既有农宅改造工作。

1）. 新建农宅

北京市于2006 年启动农民住宅建筑节能墙改示范项目，按照每套补贴2 万元的标准试点建设新型节能农房。其中，每户建筑面积不超过300 ㎡，执行标准应符合居建节能65% 标准中对围护结构的传热系数要求，如图1 所示。2010 年修订《北京市抗震节能型农民住宅建设项目管理办法》，对新农房项目的定义、内容与标准等要求更加明确。《北京市农民住宅抗震节能改造工程建设规划(2014—2017 年)》于2014 年印发，进一步推动农村人居环境和生活条件的改善。2017 年，北京昌平沙岭建成的全国首个超低能耗农房正式竣工交付，节能率已达到92%。

2）. 既有农宅

北京市于2008 年启动1500 户既有农村住宅节能保温改造示范项目，每户住房（建筑面积约80~100 ㎡的正房）保温改造奖励8500~11000 元。与城镇居住建筑类似，考虑到改造项目的复杂性，启动阶段改造执行标准为50% 标准中对围护结构保温做法的要求，低于新建节能农房65% 标准的有关要求。在试点示范的基础上，2011 年北京市将补贴标准统一调整至1 万元/ 户，并对农宅节能改造的围护结构性能进行了明确，要求外墙传热系数不大于0.45W/( ㎡·K)、外窗传热系数不大于2.7W/( ㎡·K)[22]。与北京市相关标准相比，上述传热系数指标介于建筑节能65%与75% 标准之间。

2.2 热源侧清洁替代

热源侧清洁替代是改善大气环境质量的重要保障。从2000 年起，北京市就开始从集中到分散、从城镇到农村推进热源侧的清洁替代工作。

2.2.1 城镇热源

1）. 集中热源

2002 年，北京市以城六区为重点，启动集中供热的燃煤锅炉的煤改气（电、热力等）工作，并根据不同的企业性质（国企、事业单位等）进行定额补助。北京锅炉改造的技术路径主要以“煤改气”为主，改造后运行费用与燃煤相比往往会大幅度增长。研究表明[23]，热源侧采用相关节能措施如气候补偿技术、分时分区控制、水力平衡措施、集中自动控制等技术，可以实现综合节能率13.29% 以上。2005 年，北京市将集中供热燃煤锅炉改造范围扩大至远郊区县的同时，提出对集中供热的燃煤锅炉进行煤改气（电、热力等）同步采用节能措施的要求，控制运行费用。同时，另一方面问题再次出现，即“煤改气”后虽然SO2、PM2.5 等污染物的排放降低，但对NOx 排放的削减量有限，约30%，而其恰是诱发雾霾的重要因素之一[24]。因此，北京市于2010 年进一步完善政策措施及技术路径，对实施燃煤锅炉改用清洁能源并同步采用低氮燃烧技术的企业，按照10 万元/ 蒸吨进行补助，控制氮氧化物的排放。期间，北京市还对再生水（污水）、余热和土壤源热泵、深层地热供暖项目予以资金支持，促进“热源侧清洁替代”技术的多元化发展。

2）. 分散热源

(1) 核心区“煤改电”

2001 年北京市在城市核心区启动“煤改电”工程，对东西城文保区进行电采暖试点改造。按照“先试点后推进，建设示范区”的方式，逐步对多个老胡同保护区推进“煤改电”工程。截至2013 年，北京核心区“煤改电”工程总体完工，累计改造量达32.8 万户。其中，受房屋居住条件及当时技术条件等因素的影响，核心区“煤改电”主要以蓄热式电采暖器为主。

(2) 自采暖用户

按照大气治理和生活水平提高后的要求，居民的采暖方式出现了采用燃气、电、燃油等多种清洁能源自采暖的方式。对于上述用户，北京市主要采取供暖补贴的方式进行补助。北京市于2003 年出台清洁能源分户自采暖方式用户的补贴办法，按照住房面积给予每人470~940 元标准进行补贴，并于2005 年将补贴标准统一调整为15 元/( ㎡·采暖季·人)。其中，还明确了对特殊人群的补贴标准。

2.2.2 农村热源

现阶段，农村地区主要以分散式自采暖为主。北京市于2013 年启动农村地区“减煤换煤，清洁空气行动”，并按照“试点先行，逐步推开”路线进行实施，14 个“减煤换煤”的区在当地对不同种类的采暖方式开展试点，主要以电采暖为主。以顺义为例，明确要求通过安装高效节能取暖设备（包括安装储热电暖气、发热电缆、电热膜、碳晶电热板、空气源热泵和碳纤维地热等6 种方式）替换传统散煤取暖。2014 年，昌平区选择电锅炉、空气源热泵（单热）、蓄能式电暖器、发热电缆和电热膜等5 种电采暖设备推广。其中，蓄能式电暖器占50％以上，电锅炉、空气源热泵（单热）、发热电缆和电热膜各占10% 的推广份额。根据用户的反馈情况，北京市对技术路径进行逐步调整与优化，低温空气源热泵技术的应用比例持续增长，从2015 年“煤改电”总量的12% 增长至2016 年的76%，占当年“煤改电”“煤改气”总量的67%[25]。2017 年，北京市开始禁止推广使用“直热式”电取暖设备，限制使用蓄能式电暖器，并要求蓄热率必须不低于75%，鼓励高性能空气源热泵的应用。同时，在实施范围上北京市也从单纯的农宅扩大至农村公共服务场所、农业设施，还将进一步从平原地区向山区延伸，实现农村热泵清洁替代的全覆盖。2017—2018 年年间，北京市委托专业机构对农村地区煤改清洁能源技术的运行性能进行监测。研究发现，各项技术的运行费用从低到高排序为地源热泵、空气源热泵、燃气壁挂炉和蓄热式电暖气，通过财政补贴和峰谷电价等政策，居住实际运行费用可降低30% 左右；供热末端及既有设备的清洗对系统的运行效果也有明显影响，最大相差29% 以上[26]。

3 实施成效

通过用户侧能效提升和热源侧清洁替代等相关保障措施，北京市冬季清洁取暖效果的成效显著。在用户侧能效提升方面，截至2015 年年底，北京市城镇民用建筑总面积达80570 万平方米，其中节能建筑59937 万平方米，占比74.4%；累计完成农宅各种节能改造58.35万户。在热源侧清洁替代方面，供热能源结构不断优化，中心城区基本实现供热无煤化，全市清洁能源供暖比例增至81%[27]。2017 年，北京市PM2.5 年均浓度已降至58μg/m³，比2013 年下降35.6%，大气环境得到明显改善。

4 结论

本文选择北京市为研究对象，对北京市冬季清洁取暖路径的演变与发展进行了深入研究，梳理了北京市用户侧能效提升与热源侧清洁替代的经验做法，总结了北京市冬季清洁取暖的推广模式，并介绍了近年来的实施成效。通过本研究，旨在向全社会全方位展示北京市冬季清洁取暖的实施路径。但是由于各方面限制，本文未就北京市冬季清洁取暖模式的适用条件和其他地区的借鉴价值进行分析，相关内容将在后续研究中进一步完善。

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作者

住房和城乡建设部科技与产业化发展中心侯隆澍刘幼农

北京工业大学建筑工程学院侯隆澍

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