調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少煤炭污染，同時滿足電力供給超過需求的矛盾，是華北地區(qū)大中型城市環(huán)境管理面臨的重大問題。建筑采暖能源約占該地區(qū)能耗的四分之一以上，重新研究建筑采暖策略是這些地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點，對目前快速發(fā)展的住宅建設(shè)也有重要的指導(dǎo)意義。本文在分析采暖現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，列出面臨的各種問題，介紹可能的各種采暖方式，從一次性能源利用、運行成本、初始投資、適用性等方面進行評價，最后提出不同現(xiàn)狀下的新舊建筑采暖方式建議。

調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少燃煤污染，同時滿足電力供給超過需求的矛盾，是華北地區(qū)中型城市環(huán)境管理面臨的重大問題。建筑采暖能源約占該地區(qū)能耗的四分之一以上，重新研究建筑采暖策略是這些地區(qū)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點，對目前快速發(fā)展的住宅建設(shè)也有重要的指導(dǎo)意義。本文在分析采暖現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，列出面臨的各種問題，介紹可能的各種采暖方式，從一次性能源利用、運行成本、初始投資、適用性等方面進行評價，最后提出不同現(xiàn)狀下的新舊建筑采暖方式建議。

一．現(xiàn)狀

1．熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱，目前華北各大中型城市均有一個或幾個熱電廠為熱源的熱網(wǎng)，北京市隨著高碑店熱電廠的并網(wǎng)和城區(qū)管網(wǎng)的進一步擴建和改造，供熱面積可進一步發(fā)展到六千萬平米。其他城市的熱電連產(chǎn)為熱源的集中供熱系統(tǒng)也陸續(xù)完成投入運行。

2.區(qū)域鍋爐室是熱源的集中供熱，這是該區(qū)域最主要的供熱方式，燃料主要是煤，現(xiàn)部分改為天然氣和燃料。

3.家用燃煤爐仍占很大比例，是冬季空氣的主要污染源之一。

以上3種方式是該地區(qū)85%以上建筑物的供暖方式，還有利用地?zé)崴�作為熱源的集中供暖系統(tǒng)，新住宅區(qū)利用電熱膜方式的電熱、一氣小鍋爐供暖、空氣熱泵和水源熱泵供暖等。

2.當(dāng)前問題

1.集中供熱系統(tǒng)末端無計量和調(diào)節(jié)手段。統(tǒng)一按供熱面積收費。當(dāng)室內(nèi)過熱時，用戶開窗散熱而不是關(guān)暖氣。由于無調(diào)節(jié)手段，辦公室、教室夜間和假期照常供熱，住宅有人無人照常供熱。根據(jù)測算，末端增加調(diào)節(jié)手段并通過改變計量方式使此調(diào)節(jié)手段被真正利用，可使供熱能耗降低35～40％，并可以實實在在地改善需要采暖的用戶的采暖狀況，滿足不同水平的需求。但是，暖氣收費方式的改革涉及到很多技術(shù)、資金和政策問題。將是一項長期的任務(wù)。

2．家庭小煤爐采暖和大量的小型燃煤鍋爐區(qū)域采暖是冬季空氣的主要污染源之一。作為環(huán)境改造的重點。

3.華北電網(wǎng)峰谷差達1:4.5，總用電負荷低于供電能力，但峰時供電仍緊張，峰填谷和發(fā)展低負荷時段的電負荷是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整面臨的重要課題。

3.一些可行的供暖方式和分析評價

1.熱電聯(lián)產(chǎn)方式熱電聯(lián)產(chǎn)是利用燃料高品位熱能發(fā)電后，綜合利用低品位熱能供熱能源的技術(shù)。目前，中國大型火力發(fā)電廠的平均發(fā)電效率為33%，熱力發(fā)電廠供熱時的發(fā)電效率為20%，其馀80%的熱量中的70%以上可用于供熱。一萬千焦熱量的燃料，采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，可產(chǎn)生2000千焦電力和7000千焦熱量。而采用普通火力發(fā)電廠發(fā)電，此2000千焦電力需消耗6000千焦燃料。因此，將熱電聯(lián)產(chǎn)方式產(chǎn)出的電力按照普通電廠的發(fā)電效率扣除其燃料消耗，剩余的4000千焦燃料可產(chǎn)生7000千焦熱量。從這個意義上講,則熱電廠供熱的效率為170％，約為中小型鍋爐房供熱效率的2倍。

同時熱電廠可采用先進的脫硫裝置和消煙除塵設(shè)備，同樣產(chǎn)熱量造成的空氣污染遠小于中小型鍋爐房。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展熱電共產(chǎn)的供暖方式。熱電共產(chǎn)的問題是①長距離運輸，管網(wǎng)初期投資高，運輸泵的電力消耗為運輸熱量的2~4%，維護、管理費用也高，②末端沒有計量方式和調(diào)節(jié)手段，浪費了30~40%的熱量。根據(jù)前蘇聯(lián)的大規(guī)模實驗結(jié)果，供熱末端增加調(diào)節(jié)手段，按熱量收費后，可節(jié)約30%以上的熱量。[2]

2.中小區(qū)鍋爐室集中供熱的區(qū)鍋爐室可以是煤、煤、燃料或電鍋爐方式，但需要通過區(qū)域管網(wǎng)通過熱水循環(huán)向建筑物內(nèi)供熱。因此，與熱電生產(chǎn)方式相同，由于末端沒有計量和調(diào)節(jié)手段，30~40%的熱浪費。熱量輸送距離短，水泵電耗為輸送熱量的1～1.5％，但其熱源效率卻遠低于熱電聯(lián)產(chǎn)方式。區(qū)域燃煤鍋爐房的設(shè)置是以煤為主要燃料的解決分散到各戶設(shè)燃煤爐導(dǎo)致的煤和煤渣的運輸與污染，煤爐的管理等一系列問題。為此犧牲了末端調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致30～40％的末端熱量浪費增加了1～1.5％的輸送電耗，并降低了供熱水平，但如果以電或天然氣為燃料，它們的輸送都比熱量容易，輸送成本也低，電熱或天然氣鍋爐很容易實現(xiàn)自動管理。為什么要建造煤氣和電氣區(qū)域的鍋爐房？根據(jù)現(xiàn)在的燃油價格，使用天然氣是燃煤的4倍，電熱是燃煤的11倍，使用這些清潔燃料除了環(huán)境效益外，還應(yīng)盡量利用運輸方便、調(diào)節(jié)方便的特點，節(jié)能盡量減少運行費用的增加。

3.家用小型煤氣熱水爐一家一戶自成系統(tǒng)，解決供暖和熱水供應(yīng)問題。這一方式在歐、美已有幾十年歷史，目前為這些地區(qū)的主要采暖方式，我國之所以沒有廣泛應(yīng)用，是由于燃煤為主的歷史形成必須集中供熱的傳統(tǒng)觀念，以往居住面積狹小也限制了這種方式的采用。長期依賴于住宅分配制，集中供熱設(shè)備的投資，包括在市政和建筑中，但家用燃氣鍋爐個人出資是另一個原因。

目前隨住房改革和燃料結(jié)構(gòu)改變，這三個原因都不再存在，因此在新建住宅區(qū)當(dāng)不存在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的條件，準(zhǔn)備使用天然氣為采暖燃料時，家用燃氣小鍋爐應(yīng)為首選方案。近年來發(fā)生過幾起燃氣小鍋爐爆炸事故，這是初期試用中的問題。引進國外的成熟技術(shù)，安全問題必須比較簡單可靠地解決。在住宅區(qū)煤氣鍋爐室的集中供熱工程中，鍋爐室、外網(wǎng)和建筑物內(nèi)主管網(wǎng)的投資至少為30~50元/m2，與家庭煤氣鍋爐室的投資相同。使用家用燃氣鍋爐也可以節(jié)省熱水器的投資。采暖是連續(xù)負荷，瞬態(tài)負荷不高于目前家用熱水器負荷，因此不會給燃氣管網(wǎng)帶來問題。終端的靈活調(diào)節(jié)與集中煤氣鍋爐相比，平均節(jié)約30~40%的煤氣，降低運行成本。因此，與煤氣集中鍋爐房的形式相比，該方式的優(yōu)勢明顯。

4.直接電加熱在室內(nèi)采用各種電加熱、電加熱膜等方式，末端裝置的熱利用率為100%，調(diào)節(jié)靈活，但使用高品位的電加熱直接轉(zhuǎn)換為熱，浪費能源。目前，中國大型火力發(fā)電廠的平均熱電轉(zhuǎn)換效率為33%，加上運輸損失，電加熱效率僅為30%，遠低于熱電共產(chǎn)的170%，也低于燃煤和燃氣加熱的85~90%。法國、瑞士等國家采用部分電加熱是由于豐富的水利資源，發(fā)電以水電和核電為主。我國仍以火電為主，采用電加熱方式，實際上比鍋爐房直接供熱增加2倍的污染物排放量。僅從環(huán)保的角度來看，電熱直接供暖的方式也是不可取的。

5.為了解決電力負解決電力負荷的峰值差距，緩解大型火力和峰值調(diào)整的困難，利用夜間谷值的電力供熱，從電力系統(tǒng)運行的綜合平衡來看，還有一定的道理。目前有這樣幾種電蓄熱方式：①大型常壓熱水箱。每一萬平米采暖面積約需85立方米水箱，占地成本高，蓄熱損失也較大②高壓蓄熱水箱，可使蓄熱溫度提高到19℃，從而可使蓄熱水箱容積減少至三分之一。但所占空間仍大，并且在居住區(qū)增加這樣的高壓容器總有一些安全問題。這兩種方式最終還是以集中供熱方式向末端供熱，因此保留了集中供熱調(diào)節(jié)不靈活，供熱效率低等一系列問題。

③采用電熱膜方式，利用建筑物本身的熱濕性蓄熱。暖氣的最大負荷發(fā)生在夜間，電力負荷的低谷發(fā)生在后半夜，這種蓄熱方式效果不好，為了蓄熱夜間室內(nèi)溫度過高，熱損失增加。④相變蓄熱電采暖[1]。采用硅鋁合金作為相變材料，體積與通常的鑄鐵供暖相同，但5小時內(nèi)可以儲存1天的供熱量，實現(xiàn)高峰填補谷，其放熱量可以隨時人為控制，不需要供暖時可以隨時關(guān)閉，應(yīng)該是蓄熱供暖的最佳解決方案�，F(xiàn)在的問題是設(shè)備投資高，大概150元/m2，電力峰谷價格差距小。只有電力部門適當(dāng)補貼這種暖氣設(shè)備，將谷間電費降至0.20元/度以下，才能與個人煤氣鍋爐競爭。

6.電動空氣熱泵使用電加熱的最佳方式是熱泵方式。空氣熱泵是降低空氣側(cè)的溫度，將熱量轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的空氣和水中，使溫度上升到暖氣所要求的溫度。此時，電用于實現(xiàn)熱量從低溫上升到高溫，外溫為0℃時，一次電產(chǎn)生約3.5度的熱量，效率為350%，發(fā)電熱電效率為33%，空氣熱泵的整體效率約為110%，比直接燃煤和燃氣效率高。實際上，現(xiàn)在的窗戶式和分體式空調(diào)的相當(dāng)部分具有熱泵功能，是成熟的技術(shù)。具有熱泵功能的房間空調(diào)和單冷型房間空調(diào)價格差別并不大，因此考慮到空調(diào)的普及，采用熱泵不會增加投資。

這種方式的問題是①熱泵的性能隨室外溫度的下降而下降，外溫下降到-5℃以下時，一般需要輔助供暖設(shè)備。此時用電伴熱作為輔助手段，也遠遠高于整個冬季的所有電伴熱效率，模擬分析的結(jié)果表明，在使用輔助電伴熱后，北京地區(qū)的熱泵供熱功耗約為直接電伴熱方式的一半。②房間空調(diào)器的末端是熱風(fēng)而不是一般的采暖散熱器，許多人感覺不舒適，這可以通過一些措施來改進。例如，用戶式中央空調(diào)和地板供暖相結(jié)合等，但首次投資必須增加。

7.電動水源熱泵解決空氣熱泵外溫低時效率下降的最佳方案是采用深井回灌方式的水源熱泵。冬天從深井抽出地下水，用換熱器冷卻后，再次灌入另一個深井。熱交換器得到的熱量通過熱泵提高溫度成為暖氣熱源。夏天，從深井中取出地下水，通過熱交換器升溫后，回到另一個深井中，熱交換器的另一側(cè)是空調(diào)冷卻水。這種方式實際上是在夏天將建筑物產(chǎn)生的熱量存放在地下，供冬天暖氣使用。冬天把建筑物的冷卻量存放在地下，用于夏天的空調(diào)。華北地區(qū)民用建筑冬夏冷熱負荷大致相當(dāng)，采用此方式可保持地下熱平衡。

2.煤氣價格按1.4元/m3、36MJ/m3煤氣值計算

從表中一次性能源消耗量和燃料種類可以看出COx的排放量和對大氣的污染程度。可以看出，如果所有的電都是由燃煤電廠供應(yīng)的，熱電聯(lián)產(chǎn)方式對大氣污染最低，而電鍋爐排放最高。運行費用也是熱電聯(lián)合生產(chǎn)方式最低的，只要有條件，就要大力發(fā)展熱電聯(lián)合生產(chǎn)的集中供熱方式，改革供熱計量收費方式，增加末端調(diào)節(jié)手段，進一步降低集中供熱單位的能源消耗，增加現(xiàn)有熱電聯(lián)合生產(chǎn)的熱源可能供熱面積。

4.結(jié)論

1.大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方式，這是中國二十一世紀(jì)白皮書上寫的基本國策，應(yīng)從各方面支持和保證。如果可能訪問熱電共產(chǎn)集中供熱網(wǎng)，則不允許采用其他方式訪問。

2.不同燃料對應(yīng)不同的最佳供熱方式。燃煤對應(yīng)的最佳方式是熱電共產(chǎn)和集中供熱，燃氣、直接用電時集中供熱方式不再合適，應(yīng)發(fā)展與新燃料對應(yīng)的新方式。

3.小區(qū)鍋爐煤改天然氣工程要慎重。有條件訪問熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱網(wǎng)的，應(yīng)盡量訪問。有條件取消集中供熱，改為家庭獨立的燃氣鍋爐的應(yīng)盡可能爭取。對于住戶經(jīng)濟條件普遍較好，空調(diào)安裝率較高的小區(qū)，甚至還可打深井，安裝集中換熱器利用原有供暖管網(wǎng)實現(xiàn)水的循環(huán)，在各家各戶安裝分散式水源熱泵。

4.遠離熱電聯(lián)產(chǎn)熱網(wǎng)的新住宅區(qū)不應(yīng)重建集中供熱系統(tǒng)，應(yīng)采用家庭小型燃氣鍋爐和深井灌溉系統(tǒng)統(tǒng)一提供循環(huán)水，各家庭設(shè)置小型水源熱泵。

5.政策應(yīng)支持深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。有條件地區(qū)的新建住宅區(qū)和商業(yè)建筑應(yīng)盡可能優(yōu)先考慮這種方式，非常適合保護大氣環(huán)境、保護住宅區(qū)環(huán)境、擴大電力負荷。一起考慮空調(diào)設(shè)備的投資，這種方式最初投資不高，運行費用最低。

6.對于城市燃煤爐供暖的用戶，可以推進帶輔助熱源的空氣熱泵方式和蓄熱式電加熱方式。由于蓄熱式電暖氣方式具有最佳的對電力負荷削峰填谷效果。因此，除了電費優(yōu)惠政策外，電力部門還應(yīng)對蓄熱式電暖設(shè)備給予補助金。

7.嚴禁各種電鍋爐集中供熱方式。電熱膜、電加熱等方式也應(yīng)盡量控制使用。不能為了擴大現(xiàn)在的電力負荷而推進直接的電加熱。我國電力系統(tǒng)的最大問題是峰谷差，直接電加熱有助于減緩峰谷差。大力發(fā)展熱泵技術(shù)，實現(xiàn)高效供熱和發(fā)展相變電加熱解決峰谷差異問題，是擴大電負荷的合理途徑。各種熱泵系統(tǒng)初始投資略高，但包括空調(diào)設(shè)備。幾種熱泵系統(tǒng)的投資都低于單獨的采暖系統(tǒng)加上單獨的空調(diào)系統(tǒng)，近年來我國房間空調(diào)器的擁有量一直以20％的速度遞增，目前北京市每百戶擁有空調(diào)器超過60臺。從這個背景全面考慮暖氣和空調(diào)的要求，熱泵系統(tǒng)反而更經(jīng)濟。