我国气候分区是按照现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176的规定而确定的，主要划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等五个气候区。严寒地区主要是指东北、内蒙古和新疆北部、西藏北部、青海等地区，年最冷月平均温度-10°C或日平均5C的天数，一般在145天以上地区。.

  冬季漫长而寒冷，经常会出现严寒极端天气;夏季短暂而温暖，年温差大。如黑龙江省漠河市是中国最北、纬度最高的城镇，素有“神州北极”的美誉，冬季漫长，可达8个月，冬季的历史极端最低气温曾达零下52.3C，零下40C以下的低温更是家常便饭。

  大约在250万年~150万年前，类人进化的末期已经可以制造和利用工具。直到200万年--20万年前，这个时期，人类栖身于旷野或洞穴，过着原始的群居生活，直立人已掌握了用火熟化食物和取暖，这极大的提高了人类与自然界斗争的能力。

  受经济条件的制约，农户冬季取暖主要依靠木材、柴草、秸秆、木炭和少量的燃煤.基本为一家一户的分散式取暖，主要取暖方式是通过火炉、火墙、火烷和燃池等简单设施。大型的公共建筑采用燃煤锅炉的集中式供暖。

  随着生物质及薪炭资源短缺，且生态环境保护的大背景下，煤炭的应用以其储量丰富和价格低廉迅速占领了寒冷地区供暖市场:再加上储运方便，热值高，煤炭成为供暖的首选燃料。煤炭基本取代生物质和木炭，成为主要燃料来源、严寒地区农户的取暖然料逐步从生物质转向煤炭，引起这一变化的另一个原因是成本可接受，能够满足严寒地区农户住宅供暖负荷的要求，伴随燃媒供暖的应用，这一阶段也产生了很多实用的户用供暖技术和设备。

  随着科技时代的到来，取暖方式也变得越来越“清洁、安全、舒适”，新的高效采暖方式应运而生;产生了生物质、燃煤、燃气和电等多种能源利用形式，与之配套的暖气片、地暖、空调、暖风机、取暖器等多种职暖设施被应用在生产、生活中。

  随着改善空气质量、打赢蓝天保卫战和碳中和等重要举措的提出，传统燃煤锅炉因污染环境受到了限制，为适应新形势下的变化，在有条件的农村地区，发生了燃煤供暖向燃气和电能方面的转变。这一变化为农户带来了安全、舒适、方便，但供暖成本明显提高。

  中国是煤炭大国，是世界上煤炭最大的生产国和消费国，我国的能源结构以煤为主。煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物是烟尘、二氧化硫、氮氧化物等，是空气的主要污染来源。燃煤污染物排放是造成“雾霾天气”增多、空气质量恶化的主要原因之一，散烧煤治理已经成了环境治理的重点，严寒地区农户取暖的散煤消费治理是实现农村清洁低碳取暖的关键。

  生物质直接燃烧取暖是能源转化中相当古老的技术，人类对能源的最初利用就是从木柴燃火开始的。从能量转换观点来看，生物质直燃是通过燃烧将化学能转化为热能加以利用，是最普通的生物质能转换技术。

  现阶段，我国农村生活用能结构虽然发生了一定的变化，但薪柴、秸秆等生物质仍接近消费总能量的50%以上，是农村生活中的主要能源。这种能源消费结构在相当长的时期内不会发生质的变化，因此在农村，特别是偏远山区，生物质仍然是农民炊事、取暖的主要生活用能。

  随着社会主义新农村建设的步伐加快，燃气下乡已成为热点，这也为农村发展注入了新的活力。燃气下乡往往受到管网和气源资源量的限制，只有部分城郊农村可以应用。在农村地区敷设燃气管网受到成本和安全性限制，往往采用液化气或压缩气的方式，通过罐装或在村庄设置小型供气站的供能。燃气供暖主要通过燃气锅炉集中供暖、燃气壁挂炉+散热器或地面辐射装置供暖，分布式燃气热电联产等多种方式实现。燃气供暖技术传统成熟，产业支撑和市场化能力较强，用户接受程度高，在城市煤改清洁能源工程中应用最为广泛，但其应用受到供气管网和气源可靠性影响，对其在农村地区的应用前景还有待观察。

  太阳能被动式供暖最典型的应用就是被动太阳房，从上个世纪八十年代开始就在北方地区得到了大量应用，有效地改善了广大北方农村室内热环境。

  以太阳能集热器代替常规锅炉作为热源的一种环保型节能建筑。太阳能热水供暖系统是在太阳能生活热水系统基础上发展起来的，集热技术成熟，产业和市场支撑较好，可分户或几种实施，也可与季节蓄热结合区域供暖。

  打破人们普遍认知的是在严寒地区，以太阳能作为采暖热源的新型供暖方式，不仅可以节约常规能源的消耗，而且减少农户取暖能源的消费。

  对于严寒地区的农村住宅而言，人们普遍认为不适合太阳能技术的推广和使用，太阳能是一种清洁能源，太阳能作为采暖热源的新型供暖方式，不仅可以节约常规能源的消耗，而且减少农民朋友的采暖能源的消费。

  在国内地热供暖技术和应用已经非常成熟，但作为农户实现地热供暖需要具备两个最基本的条件，地热资源和相对集中的住宅。

  地源热泵、水源热泵和空气源热泵则应用条件更加宽泛，严寒地区的应用需要考虑供暖的可靠性和经济性。如电驱动风冷空气源热泵的在严寒地区有较为广泛的应用，某些严寒地区，供暖期内室外气温高于-15°C的时，在这些时数里空气源热泵可处于较高能效的运行状态，供暖的节能效果可充分体现。

  空气源热泵供暖可以与其它供暖系统相结合，可以获得较好节能效果和经济性。地源热泵的优势是势是运行成本较低，但是其初期投资成本非常高，而且建设工程量大，并且无法对既有建筑进行改造，因此这种供暖方式一般使用较少。

  北京市采暖期为当年11月15日至次年3月15日。市人民政府可以根据气象等实际情况调整采暖期时间。用户对采暖期时间有特殊要求的可以与供热单位另行约定。

  黑龙江省漠河市是中国最北、结度最高的城镇，素有“神州北极”的美誉，在极端寒冷天气时，最低环境气温可以达到零下50度以下，冬季的历史极端最低气温曾达零下52.3°C,零下40°C以下的低温更是家常便饭。

  严寒地区采暖期长，一年中有半年时间需要供暖，冬季漫长，可达8个月，严寒地区的黑龙江省黑河市平均供暖年累计热负荷为41kw·h/m2a(北京为18.6kwh/m2a)。这也是为什么严寒地区长期以来选用以煤为主的供暖方式。

  碳达峰、碳中和重大战略目标的设施，对全国各地经济发展、能源转型、产业结构调整等提出了更高要求。能源转型要以碳达峰碳中和为导向，既要保障能源供给安全稳定，又不能影响经济发展的基本需求。据统计资料显示，我国北方城镇采暖能耗占全国建筑总能耗的36%，粗略估算严寒地区农村采暖能耗要占到生活用能的50%左右。

  到目前为止，我国北方城市能源结构中，燃煤仍占主要地位，分散式燃煤采暖在城市和乡镇中还占有相当大的比重，这是导致我国北方冬季大气污染严重的主要原因

  为实现“3060”目标，严寒地区的清洁低碳采暖是实现低碳转型的重点任务。

  以严寒地区经济社会发展和资源条件为基础，充分发挥可再生能源优势，推动能源结构和产业结构绿色低碳清洁采暖的实现

  1)农村“煤改气”是一项整治农村环境的重要环保工程，由于农村各家各户居住分散，管网配套不完善，安装的供气管线长，会导致安装成本较高。因此农村天然气的安装收费需要在企业与用户双方协商确定，并报物价部门备案后才可以执行。而每个地区的收费都不太一样，收费价格一般在2800-3600元之间。燃气设备按照购买安装总投资的70%给予补贴，每户最高补贴金额不得超过2700元。给予采暖用气1元/立方米的气价补贴，每户每年最高补贴气量1200立方米。

  2)气代煤从根本上来说，就是一个能源供应问题，我国每年仅仅在工业领域就需要消耗大量的天然气。如今国家推行“煤改气’目的是好的。但是如今又要保证工业生产，又新增了采暖的负担，要兼顾二者，必然会出现供应方面的缺口。而我国偏偏又是“贫气’大国，天然气需要进口，电还是可以自给自足的，在取舍方面，天然气不占任何的优势。

  3)运行成本高。假设 农村一个采暖季要用3吨煤 以去年市场的价格 500作为均价计算的出:散煤取暖成本500*3=1500元 燃气取暖成本 640*3=1920方天然气*2.4元=4608元4608-1500=3108元相对来说要达到烧煤的效果要多付出比3倍的价格，对老百姓来说这样的去年费用将是一个天文数字。

  1)煤改电的电力主要来至煤电，煤改电本身并不能压减煤的消耗，相比散烧污染会小些，只是变分散式污染变为集中污染。

  2》综合效率低。煤转电效率为30%-38%，用户端电转热效率为，电加热锅炉转换效率大约为90%~95%。如果考虑线路损失，综合效率远低于农村燃煤炉具。

  3》经济性差。总体而言，补贴后多数村民每月电采暖费用在500-1000元不等，不同程度地都高于燃煤取暖费用。

  2)根据当地的用能习惯、资源察赋，以低碳的清洁能源如生物质能利用、光伏、太阳能热水器、被动式太阳房，地源热风机、储能设施和建筑节能等技术等多能互补、综合利用，实现对化石能源的替代;

  燃煤是造成严寒地区大气污染严重的主要来源之一。特别是一到冬季采暖期，重污染天气几乎随之而来。采暖季农村地区取暖燃煤比例约占58%，我国约有0.9亿农户分散取暖，按此估算，每年约消耗1.8亿吨燃煤。每消费1吨散煤，烟尘排放为1.1千克及以上，而达到超低排放的电厂烟尘的排放因子为0.08-0.24千克/吨燃煤

  我国农村生活用能结构虽然发生了一定的变化，但薪柴、秸秆等生物质仍接近消费总能量的50%以上，是农村生活中的主要能源。这种能源消费结构在相当长的时期内不会发生质的变化，因此在农村，特别是偏远山区，生物质仍然是农民炊事、取暖的主要生活用能。

  2021年1月27日，国家能源局发布《关于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》提出“在大气污染防治非重点地区农村，可按照就地取材原则，因地制宜推广户用生物质供暖”。

  生物质能属可再生资源，生物质能由于通过植物的光合作用可以再生与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的永续利用;

  生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的SO、NO较少，生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应

  生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算，地球陆地每年生产1000~1250亿吨生物质，生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于目前世界总能耗的10倍。

  可以转化为多种形式的能源，压缩成型固体燃料、沼气、气化生产燃气、生产燃料酒精、热裂解生产生物柴油等。

  在严寒地区农村住宅冬季的采暖能耗约占到生活总能耗的80%左右，而且大部分农村住宅都没有对围护结构采取有效的保温隔热措施，住宅外门、外窗热工性能偏低和气密性比较差，冬季的取暖方式简单、热效率低。以火坑与火为主的取睡方式不仅对室内空气的品质有影响，还对室外内热环境的提升也是不明显，浪费大量的资源还污染环境。目前我国居住建筑的节能研究主要集中在城市，相关的节能标准和强制性规范也主要针对城市地区的住宅，不适合农村住宅复杂的情况。

  近年来，我国“煤改气、煤改电”清洁供暖改造取得显著成效，实施清洁取暖工程以来，大气环境显著改善。但受农村经济发展水平、能源基础设施条件、居民消费承受能力等因素制约，在很多农村地区短期内大规模推广仍有一定难度。一些地方存在气源不足和电网基础设施升级改造跟不上，甚至部分已经实施“煤改气、煤改电”的居民存在“复煤”的苗头与隐患。因此，需要更合适的能源品种满足清洁低碳的供暖需求。

  严寒地区冬季取暖期超过半年，环境温度经常出现低于零下30C，供暖热负荷达到41kw·h/m·a，是北京地区的2倍多。目前已使用的能源品种燃气和电力都可以满足，但从资源的可持续性以及经济性方面还很难被农户接受，燃煤从能源供应和经济性方面不存在问题，但从生态环境保护、绿色低碳发展理念出发不符合国家的发展战略要求。

  利用天然气、电等清洁能源，通过用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式，可以实现清洁供暖，但从碳减排的角度分析，天然气和常规电能的应用很难实现碳减排的要求。

  严寒地区生物质资源丰富，具有可再生性和全生命周期内碳排放为零的特点，可以全面替代燃煤承担

  清洁供暖不同的技术途径，运行成本各不相同。主要由当地气候条件、建筑保温水平、取暖系统、农户取暖习惯及使用的能源价格决定。忽略其它变化因素，仅从能源角度分析运行成本，如果把燃煤运行成本定为1，生物质清洁炉具运行成本是燃煤的1.5左右，空气源热泵运行成本是燃煤取暖的2左右，燃气运行成本约为2.5左右;电暖器运行成本约为3-4倍。从上述的对比结果可知，从供暖成本角度分析，生物质代煤存在可能性和发展空间。

  随着经济时代全球化的到来以及人们对环境保护认知的改变，供暖的热源成了人们日益关心的问题。当前我国严寒地区供暖方式还是以燃煤为主，这种传统的供暖热源因环境污染，不符合绿色低碳的要求，寻找更合理、更经济、更环保的能源方式显得格外重要。生物质是一种可再生的传统能源资源，具有煤炭相同的属性，是煤炭最好的替代品之一。

  业寒地区农村居住建筑为单户独栋建筑为多，平原地区的农户居住建筑一般较集中，而丘陵、山区、高原地区相对较分散。建筑面积和院落面积普遍较大，大局部为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，越来越多的农户采用暖气供暖。因为农村不适企进行集中供暖，农户一般选择单户使用的小型锅炉作为热源，依靠自然重力循环供暖，即价称的上废气。

  严寒地区年采暖期180天左右，有些地方甚至长达200天以上。供暖能耗约占生活用能的80%以上，所以严寒地区的供暖成为维持农户正常生活的基本条件之一。

  我国严寒地区约占国土面积的三分之一，秸秆产量约为4万吨/年，木材加工剩余物 万吨/年，但人口相对稀少，农村居住建筑为单户独栋建筑为多，平原地区的农户居住建筑一般较集中，而丘陵、山区、高原地区相对较分散。建筑面积和院落面积普遍较大，大局部为80~150m2，人均建筑而积20~40m2，落面积200~500m2。

  室内供暖存在多种形式，火坑是最普遍应用的一种。在采用火坑供暖的农村居住建筑中，常配合其它供暖方式共同使用。电暖器、空调、电锅炉之类的电供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还习惯靠火烷供暖;黑龙江、吉林、辽宁和河北四省区的冬季供暖还有一定比例的农户采用火墙，火墙大多与火坑配合使用。

  目前，严寒地区供暖形式多种多样，原始的和现代的形式都可以见到。供暖方式包括传统火烷、火墙式火坑、燃池、内置集热器柴灶的热水供暖系统、被动式太阳房、太阳能坑以及太阳能地板辐射供暖等。

  在农村居民居住相对较为集中的村庄，可以建设分布式集中供暖工程，实现一人烧火，全村取暖，室内清洁、温暖，温度可以达到20度，深受农户欢迎，特别是家里有老人和儿童的家庭感触更深。

  工程建设费平均每户分担1500元，其余部分由省、县、乡级政府补贴，约为5000元。日常运行费平均每户约为1680元。

  秸秆捆烧技术(又称“秸秆打捆直燃”)是将松散的秆打捆后在专用生物质锅炉燃烧的一种能源化利用技术，是北方农村清洁供暖的有效技术路径，具有成本低、原料适应性强等优点。

  该技术成果在黑龙江、辽宁、内蒙古等地推广应用，是推进严寒农村地区清沽供暖与秸秆综合利用的有效技术途径，能够促进农村人居环境改善和农民生活品质提高,助力实现碳达峰碳中和目标。

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