中国北方农村地区建筑节能 发展方向战略研究.pdf
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 月项目信息 项目资助号 G-1103-13856 Grant Number G-1103-13856 项目期 03/01/2011 - 02/29/2012 Grant period 03/01/2011 - 02/29/2012 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 insulation perance 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 ulation 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 transation 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 plat 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 teamDING 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 WordRural energy, energy consumption, gray prediction model, biomass,game analysis 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。 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 build ing 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 perance 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 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. I 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. II ( 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. ( 5) GM1,1预测模型 [10] Error Bookmark not defined. ( 6) GM1,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. III ( 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. - 1 - 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- 2 - 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 307.19Mtce(百万吨标准煤)增至 2007 年的977.14Mtce。人均能耗则以 4.35的年增长率从 1979 年的 388.78kgce 涨至1979.14kgce。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, 649.52Mtce;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 1. 1 1979-2007 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- 3 - 述时期内生活用能在数量上从 255.38 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 1. 2 1979-2007 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 1. 3 1979-2007 年中国农村地区各类能源消耗结构 - 4 - 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 2540,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 - 5 - 3544℃之间。年均日较差为 714℃。 2.北方采暖地区多为干旱少雨地区。年平均相对湿度为 5070,年降雨日数为 60100 天,年降水量为 3001000mm ,日最大降水量大多为 200300mm,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 150190W/m2,年日照时数为 20002800 小时,年日照百分率为 4060。 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 1.5。 图 1. 4 各地区调查问卷数据分布 050100150200250300350400- 6 - 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 80~ 150m2,人均建筑面积 20~ 40m2,院落面积 200~ 500m2。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。 1980- 7 - 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