調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，減少煤炭污染，同時(shí)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(diǎn)，對(duì)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(yùn)行成本、初始投資、適用性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(shí)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(diǎn)，對(duì)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(yùn)行成本、初始投資、適用性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，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(gè)或幾個(gè)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(jìn)一步擴(kuò)建和改造，供熱面積可進(jìn)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(yùn)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(jì)量和調(diào)節(jié)手段。統(tǒng)一按供熱面積收費(fèi)。當(dāng)室內(nèi)過熱時(shí)，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(cè)算，末端增加調(diào)節(jié)手段并通過改變計(jì)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(shí)實(shí)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(fèi)方式的改革涉及到很多技術(shù)、資金和政策問題。將是一項(xiàng)長(zhǎng)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(diǎn)。

3.華北電網(wǎng)峰谷差達(dá)1:4.5，總用電負(fù)荷低于供電能力，但峰時(shí)供電仍緊張，峰填谷和發(fā)展低負(fù)荷時(shí)段的電負(fù)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(píng)價(jià)

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(guó)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(shí)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(gè)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(shí)熱電廠可采用先進(jìn)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(yuǎn)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(zhǎng)距離運(yùn)輸，管網(wǎng)初期投資高，運(yùn)輸泵的電力消耗為運(yùn)輸熱量的2~4%，維護(hù)、管理費(fèi)用也高，②末端沒有計(jì)量方式和調(diào)節(jié)手段，浪費(fèi)了30~40%的熱量。根據(jù)前蘇聯(lián)的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)結(jié)果，供熱末端增加調(diào)節(jié)手段，按熱量收費(fèi)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(jì)量和調(diào)節(jié)手段，30~40%的熱浪費(fèi)。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(yuǎn)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(yùn)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(fèi)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jià)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(yùn)輸方便、調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，節(jié)能盡量減少運(yùn)行費(fèi)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(guó)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(zhǎng)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?xì)忮仩t個(gè)人出資是另一個(gè)原因。

目前隨住房改革和燃料結(jié)構(gòu)改變，這三個(gè)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(shí)，家用燃?xì)庑″仩t應(yīng)為首選方案。近年來發(fā)生過幾起燃?xì)庑″仩t爆炸事故，這是初期試用中的問題。引進(jìn)國(guó)外的成熟技術(shù)，安全問題必須比較簡(jiǎn)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?xì)忮仩t也可以節(jié)省熱水器的投資。采暖是連續(xù)負(fù)荷，瞬態(tài)負(fù)荷不高于目前家用熱水器負(fù)荷，因此不會(huì)給燃?xì)夤芫W(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(yùn)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(shì)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(fèi)能源。目前，中國(guó)大型火力發(fā)電廠的平均熱電轉(zhuǎn)換效率為33%，加上運(yùn)輸損失，電加熱效率僅為30%，遠(yuǎn)低于熱電共產(chǎn)的170%，也低于燃煤和燃?xì)饧訜岬?5~90%。法國(guó)、瑞士等國(guó)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(guó)仍以火電為主，采用電加熱方式，實(shí)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(fù)解決電力負(fù)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(yùn)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(fù)荷發(fā)生在夜間，電力負(fù)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(shí)內(nèi)可以儲(chǔ)存1天的供熱量，實(shí)現(xiàn)高峰填補(bǔ)谷，其放熱量可以隨時(shí)人為控制，不需要供暖時(shí)可以隨時(shí)關(guān)閉，應(yīng)該是蓄熱供暖的最佳解決方案。現(xiàn)在的問題是設(shè)備投資高，大概150元/m2，電力峰谷價(jià)格差距小。只有電力部門適當(dāng)補(bǔ)貼這種暖氣設(shè)備，將谷間電費(fèi)降至0.20元/度以下，才能與個(gè)人煤氣鍋爐競(jìng)爭(zhēng)。

6.電動(dòng)空氣熱泵使用電加熱的最佳方式是熱泵方式�？諝鉄岜檬墙档涂諝鈧�(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(shí)，電用于實(shí)現(xiàn)熱量從低溫上升到高溫，外溫為0℃時(shí)，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?xì)庑�率高。�?shí)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(jià)格差別并不大，因此考慮到空調(diào)的普及，采用熱泵不會(huì)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(shí)，一般需要輔助供暖設(shè)備。此時(shí)用電伴熱作為輔助手段，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于整個(gè)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(jìn)。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(dòng)水源熱泵解決空氣熱泵外溫低時(shí)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(gè)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(gè)深井中，熱交換器的另一側(cè)是空調(diào)冷卻水。這種方式實(shí)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(fù)荷大致相當(dāng)，采用此方式可保持地下熱平衡。

2.煤氣價(jià)格按1.4元/m3、36MJ/m3煤氣值計(jì)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(duì)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(duì)大氣污染最低，而電鍋爐排放最高。運(yùn)行費(fèi)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(jì)量收費(fèi)方式，增加末端調(diào)節(jié)手段，進(jìn)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(guó)二十一世紀(jì)白皮書上寫的基本國(guó)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(duì)應(yīng)不同的最佳供熱方式。燃煤對(duì)應(yīng)的最佳方式是熱電共產(chǎn)和集中供熱，燃?xì)狻⒅苯佑秒姇r(shí)集中供熱方式不再合適，應(yīng)發(fā)展與新燃料對(duì)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(dú)立的燃?xì)忮仩t的應(yīng)盡可能爭(zhēng)取。對(duì)于住戶經(jīng)濟(jì)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(shí)現(xiàn)水的循環(huán)，在各家各戶安裝分散式水源熱泵。

4.遠(yuǎn)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?xì)忮仩t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(hù)大氣環(huán)境、保護(hù)住宅區(qū)環(huán)境、擴(kuò)大電力負(fù)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(yùn)行費(fèi)用最低。

6.對(duì)于城市燃煤爐供暖的用戶，可以推進(jìn)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(duì)電力負(fù)荷削峰填谷效果。因此，除了電費(fèi)優(yōu)惠政策外，電力部門還應(yīng)對(duì)蓄熱式電暖設(shè)備給予補(bǔ)助金。

7.嚴(yán)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(kuò)大現(xiàn)在的電力負(fù)荷而推進(jìn)直接的電加熱。我國(guó)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(shí)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(kuò)大電負(fù)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(dú)的采暖系統(tǒng)加上單獨(dú)的空調(diào)系統(tǒng)，近年來我國(guó)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(tái)。從這個(gè)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(jì)。