上海住宅空調(diào)能源的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、上海住宅空調(diào)能源的現(xiàn)狀與開展摘要本文在對上海市住宅能耗現(xiàn)狀及空調(diào)使用情況調(diào)研的根底上，分析了上海市住宅空調(diào)及住宅能耗的開展趨勢及其對城市能源和環(huán)境造成的影響，指出今后住宅空調(diào)的能源和形式將日趨多樣化。新建集合式住宅或住宅小區(qū)，將以DH和BHP為主，以天然氣為燃料或以電力蓄能技術(shù)平抑負荷峰谷；獨立式住宅將以燃氣發(fā)動機驅(qū)動熱泵或多聯(lián)變頻熱泵的戶式空調(diào)為主；而在單生公寓、SH住宅和舊有住宅中還會以房間空調(diào)器為主。從住宅能源的綠色化做起，促進綠色住宅的開展。關(guān)鍵詞住宅空調(diào)能源區(qū)域供熱供冷DH冷熱電聯(lián)供BHP2上海住宅能耗的現(xiàn)狀與前景住宅能耗，主要指運行能耗或終端能耗enduseenergy。運行能耗中

2、又可分為使用能耗和固有能耗standbyenergy兩部分。圖1中的橫坐標(biāo)表示需求，縱坐標(biāo)表示能耗，余線稱為效勞曲線。很明顯，需求越大或提供的效勞越多，能耗就越大。提供效勞的能耗就是使用能耗。假如我們可以進步能源轉(zhuǎn)換效率，即減小效勞曲線的斜率，使效勞曲線更平坦，就可以以較小的代價能耗提供更多的效勞。效勞曲線并不是從原點出發(fā)。其起點與原點之間的間隔 即固有能耗。在建筑物里，固有能耗就是通過圍護構(gòu)造的冷熱損失以及各種耗能以及各種耗能設(shè)備如電腦、電視機等的待機損失。我們應(yīng)該盡量減少固有能耗，最好到達零損失。圖1使用能耗與固有能耗研究住宅能耗，也應(yīng)從使用能耗和固有能耗兩方面著手。在使用能耗中，占比例最

3、大的當(dāng)數(shù)空調(diào)耗電。目前上海住宅空調(diào)使用的能源百分之在是電力。而在電力空調(diào)中又以分體熱泵型家用空調(diào)占絕對主導(dǎo)地位。根據(jù)國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計，2000年上海每百戶家庭擁有的空調(diào)器臺數(shù)已經(jīng)接近100臺如圖2所示。上海共有400萬個家庭，就是說，按國家統(tǒng)計局數(shù)字，上海居民擁有400萬臺空調(diào)器，裝機功率為350萬k。圖2上海每百戶居民擁有空調(diào)器臺數(shù)的增長我們在2001年夏季動用80余名學(xué)生在上海780戶家庭進展了一次隨機意味著調(diào)查。調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計如下國統(tǒng)局是抽樣調(diào)查500個家庭的2000年數(shù)據(jù)：上海每百戶家庭的主要耗能設(shè)備擁有量有效數(shù)據(jù)780戶表1設(shè)備名稱每百戶擁有量臺設(shè)備名稱每百戶擁有量臺設(shè)備名稱每百戶擁有

4、量臺同濟數(shù)據(jù)國統(tǒng)局同濟數(shù)據(jù)國統(tǒng)局同濟數(shù)據(jù)國統(tǒng)局電熱水器34.963.6(熱水淋浴器)微波爐88.778烘干機10.9-燃氣熱水器74.1電飯煲94.5-除塵器61.3-太陽能熱水器2.7脫排油煙機92.8-音響66.231.8電熱飲水機81.9-燃氣灶93.2-臺式電腦65.925.6冰箱104.3102.2洗衣機10193.4筆記本電腦14.2-空調(diào)器18196.4電視機177.7147我們調(diào)查的空調(diào)器擁有量遠高于國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)。這可能是因為我們的調(diào)查對象主要是新建小區(qū)和收相對較高的白領(lǐng)。在780戶家庭中，沒有空調(diào)的僅21戶，即空調(diào)的普及率達97.2%；安裝家庭中央空調(diào)即戶式空調(diào)的只有兩戶，

5、占總數(shù)的0.26%；而擁有家用空調(diào)最多的一戶有7臺獨立式住宅。將調(diào)查情況與美國能源部1997年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2做比較。1997年美國住宅空調(diào)的普及率表2地區(qū)電力空調(diào)平均年能源費用支出美元每百戶家庭電力空調(diào)的普及率%有中央空調(diào)的家庭百分比%全美1407247.1東北部746322.2中西部817851.4南部2019369.7西部1284127.6南大西洋地區(qū)19593假如單從住宅空調(diào)的普及率來看，上海超過美國的任何一個地區(qū)。而美國由于是以獨立式住宅為主，因此中央空調(diào)戶式空調(diào)普及率要遠高于上海。上海很多家庭還僅限于只有一個房間安裝房間空調(diào)器RA，解決有和無的問題，還談不追求更舒適的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。

6、另一方面，上海很多家庭空調(diào)使用時間很少。圖3和圖4是調(diào)查得到的空調(diào)使用情況。圖3夏季空調(diào)使用情況調(diào)查748戶圖4冬季空調(diào)使用情況調(diào)查726戶按表3的條件判別，并按上述調(diào)查結(jié)果加權(quán)平均，可以估算出上海住宅空調(diào)的全年平均使用小時數(shù)為800900小時。判別空調(diào)開啟與否的溫度頻段和同時使用系數(shù)表3夏季同時使用系數(shù)0.5冬季同時使用系數(shù)0.4有人即開感覺熱才開很熱才開有人即開感覺熱才開很熱才開室外氣溫頻段BIN2628321062地區(qū)從不開少數(shù)白天以及夜間相當(dāng)多整個夏季全美2.451.225.121.3東北部3.661.521.510.4中西部2.953.729.613.7南部0.333.326.240

7、.1西部3.759.821.814.7南大西洋地區(qū)54根據(jù)上述分析，可以預(yù)測今后上海能耗趨勢：1家用空調(diào)擁有量將進一步進步，從一戶一機向一室一機開展。以十五期間新增住宅面積7000萬2計算，假定入住率為70%、每平方米裝機冷量50、家用空調(diào)平均P為2.5，可以估計約需要50萬k裝機功率。再假定現(xiàn)有家庭每百戶空調(diào)器擁有量以平均每年10臺的速度增加，5年后可達150臺按國統(tǒng)局數(shù)據(jù)。那么約需增加200萬臺RA，裝機電功率約160萬k。就是說，5年后僅居民空調(diào)就需要增加電力供應(yīng)200萬k。2上海是典型的夏熱冬冷氣候。方案經(jīng)濟時代沒有采暖，北方采暖地區(qū)的人冬天很不情愿到上海，因為忍受不了室內(nèi)溫度比室外還

8、要低的環(huán)境。我們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，冬季根本不用空調(diào)的家庭比例占28%以上，多數(shù)人還是靠增加穿衣量來保暖御寒。這種狀態(tài)可以解釋為一種生活習(xí)慣或適應(yīng)性，但可能更重要的原因是能源費高上海的居民電價根本與美國的平均程度一樣。假如考慮到冬季是各種老年性疾病的高發(fā)時段，老年人冬季死亡率也較高，可以認為，隨著人們生活程度的進步和老齡化社會的到來，上海冬季采暖的能源需求逐年上升。而目前普遍使用的熱泵型分體空調(diào)在嚴寒條件下很難使室溫到達舒適標(biāo)準。因此必須關(guān)注上海住宅采暖問題。3人們的安康意識和環(huán)境意識是社會文獻程度和經(jīng)濟程度的標(biāo)志。目前沒有新的RA不可能保證良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。假定一間全密閉的152的雙人臥室，2初始

9、濃度600pp，經(jīng)過一夜會使?jié)舛壬叩?200pp。而上海地區(qū)夏季溫度和相對濕度都較高，不可能完全利用自然通風(fēng)。國外有部分學(xué)者認為，解決住宅室內(nèi)空氣品質(zhì)的根本措施只能是機械通風(fēng)。因此，今后上海住宅夏季空調(diào)能耗趨勢必然是：使用時間處長、空調(diào)負荷增大、帶有新風(fēng)和空氣凈化裝置。4近來戶式空調(diào)逐漸成為消費時尚。為了迎合消費者節(jié)約一次投資的需要，如今的戶式空調(diào)尤其是末端用風(fēng)機盤管的水-空氣形式由于多了一道換熱程序，又沒有自控，其系統(tǒng)能效比只會低于RA。戶式空調(diào)比較合適美國的獨立式住宅，假如輔以自控和新風(fēng)，是可以得到較好的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的。但它并不完全合適中國的高密度住宅和目前的經(jīng)濟程度。2000年夏季，我

10、們曾在深圳某高檔住宅樓安裝風(fēng)機盤和加新風(fēng)的戶式空調(diào)進展調(diào)查，盡管室內(nèi)熱環(huán)境遠未到達舒適標(biāo)準，但平均耗電量卻仍為0.279kh/人2，高昂的電費平均月電費1280元使這些高收住戶都感到難以承受。多數(shù)人家與上海普遍情況一樣，在感到很熱時才開啟空調(diào)。戶式空調(diào)并未到達改善室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的初衷。3上海住宅空調(diào)對城市能源和環(huán)境的影響上海同中國其他沿海大城市一樣，電力供應(yīng)主要依靠自有火力發(fā)電才能，缺乏部分從華工電網(wǎng)購入。上海的發(fā)電效率較高，2000年發(fā)電煤耗332g標(biāo)煤/kh，假如算上廠自用電和線損，供電煤耗約372g標(biāo)煤/kh，效率為33%。由于夏季空調(diào)的大量使用，近幾年頂峰負荷和峰谷差不斷加大。2000年

11、用電頂峰為1042萬k，2001年更到達1089萬k。2000年最大電力峰谷差434.6萬k。從表5可以看出，以煤為燃料的火力發(fā)電廠會給大氣質(zhì)量和地球環(huán)境帶來很大的破壞。因此，在考慮住宅空調(diào)能源時，一定要把環(huán)境影響考慮在內(nèi)。在上海等沿海大城市中，無節(jié)制地開展風(fēng)冷型的電力會造成嚴重的電力供應(yīng)緊張和環(huán)境污染?；痣姀S每發(fā)電1度所產(chǎn)生的污染表5燃料S2g/khN2g/khTSPg/kh2kg/kh灰渣g/kh燃煤9.143.320.571.58663.01燃油6.750.680.300.860燃氣0.400.060.6052000年以來，美國加州出現(xiàn)了電力危機。我們可以注意到，加州三次大范圍分區(qū)停電，

12、都是出如今氣候反常的當(dāng)口，或是寒流、或是熱浪侵襲。這說明，空調(diào)或電力采暖給電網(wǎng)帶來的不平衡負荷或沖擊性負荷，是造成加州電力危機的主要原因之一。所幸今夏加州并未出現(xiàn)人們所擔(dān)憂的高溫，使加州電力供應(yīng)躲過一劫。911以后，媒體和公眾的注意力轉(zhuǎn)移，加州電力危機的陰影似乎已被淡忘。但必須指出，加州出現(xiàn)電力危機的條件，如家庭和樓宇空調(diào)的日益普及、高新技術(shù)企業(yè)對建筑環(huán)境依賴性的增加等，在上海都是存在的，只不過上海的經(jīng)濟開展和居民收入還沒有到達加州的程度，因此這種危機對上海還是潛在的，但又是可望而可及的。以上海市如今的家用空調(diào)器擁有量估算，其總功率已占上海自有發(fā)電才能的37%。假如這些空調(diào)器按年平均滿負荷運行

13、1000小時計算，那么將產(chǎn)生3萬噸二氧化硫，占2000年上海全年排放總量的6.4%，幾乎是1997年海地全省一年排放量的一倍；并將排放510噸2，相當(dāng)于格魯吉亞或波黑一個國家1998年全年排放量。家用空調(diào)器成為家庭中最大的溫室氣體排放源。4上海城市能源綠色化前景2001年是中國年，北京申奧成功、上海舉辦APE會議、中國入世，給上海帶來前所未有的開展機遇。東部地區(qū)能源構(gòu)造的調(diào)整，成為國家可持續(xù)開展戰(zhàn)略中的重要一環(huán)。西氣東輸、西電東送，上海都是受益者。清潔的天然氣、清潔的水電資源將源源不斷供應(yīng)上海，同時也會推進我國西部地區(qū)的開展。2000年末，東海天然氣日供氣量已到達120萬3,浦東地區(qū)已經(jīng)普及天

14、然氣。城市能源的綠色化已成為不可逆轉(zhuǎn)之勢。作為住宅空調(diào)的能源，今后的開展第一是要增加燃氣空調(diào)的比例，充分利用天然氣；第二是要平抑電力負荷峰谷，第三是要逐步推廣所謂第二代能源系統(tǒng)。燃氣負荷與電力負荷正好出現(xiàn)顛倒的峰谷見圖7?？梢詫崿F(xiàn)互補。燃氣空調(diào)的應(yīng)用形式有很多，但最合適戶式空調(diào)使用的燃氣發(fā)動機熱泵GHP在我國還是空白。所以目前燃氣空調(diào)的主流形式還是直燃機。家用直燃機還處在研制階段。因此以直燃機為冷熱源的燃氣空調(diào)比較合適的應(yīng)用方式是小區(qū)集中供冷供熱供熱水。圖7上海2000年供氣供電趨勢有人提出用天然氣發(fā)電再用電力空調(diào)的方案。這確是解決平衡燃氣和電力負荷峰谷、改善城市環(huán)境的途徑之一。但從經(jīng)濟角度分

15、析，天然氣結(jié)合循環(huán)發(fā)電的供電效率可達43%46%，假如末端用風(fēng)冷熱泵P=2.5，那么制冷的一次能效率約在1.2左右，根本與直燃機持平。但結(jié)合循環(huán)電廠的投資為8000元/k，風(fēng)冷熱泵冷熱水機組的投資6000元/Rt,折算每k冷量投資約在5000元左右。而直燃機的投資僅為每k冷量1500元包括冷卻塔，均不包括輸配管投資。有人可能會產(chǎn)生疑問：建電廠并不需要建筑業(yè)主直接投資，為什么要算在冷量投資之中？確實，電廠的投資并不直接表達在業(yè)主一次投資中，但會以電價形式表達在運行本錢即二次投資中。天然氣與優(yōu)質(zhì)低硫煤的能量本錢比大約是3.47。這種高本錢的電力很難被傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)承受，只能由電力的高端市場，即建筑空

16、調(diào)來消化。而這樣一來又解決不了空調(diào)所造成的不平衡電力負荷問題，使發(fā)電設(shè)備年利用小時數(shù)進一步下降1999年全國平均為4350小時，制冷效益更差。與其這樣，不如直接用天然氣實現(xiàn)空調(diào)和采暖。因此，用直燃機實現(xiàn)集合式住宅小區(qū)或住宅樓的集中供冷供熱是上海住宅空調(diào)能源綠色化的可行方向之一。當(dāng)然，無論今后燃氣空調(diào)怎樣開展，電力始終還將是住宅空調(diào)能源的半壁江山。夏季用蓄冰空調(diào)是平抑晝夜電力負荷峰谷的有效措施。同樣，目前家用蓄冰空調(diào)裝置還沒有進入市常所以蓄冰空調(diào)也只能用于小區(qū)或樓宇的集中供冷。還可以將制冷機的冷凝熱回收作為衛(wèi)生熱水供應(yīng)的熱源。電力直接加熱采暖是不合理用能方式，不能提倡。但一旦西部優(yōu)質(zhì)的水電成為上

17、海電力供應(yīng)的主要來源，而且價格也低廉時，住宅中可以考慮輻射式電采暖等有利于改善室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的采暖方式。在目前情況下，蓄熱式電采暖水蓄熱或相變材料蓄熱可以起到平抑電力負荷的晝夜峰谷差的作用，是正在研究開展中的技術(shù)。另外，進步風(fēng)冷熱泵在冬季的運行效率和季節(jié)能效比，也是利用電力在冬季采暖的可行方法。例如，利用燃氣燃燒加熱熱泵室外機，可以進步熱泵的效率。第二代能源系統(tǒng)是以氣態(tài)燃料為主、以可再生能源為輔，實現(xiàn)能源供應(yīng)的小型化、分散化和綜合化。第二代能源系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用就是實現(xiàn)建筑冷熱電聯(lián)供BHP或Trigeneratin。由于將發(fā)電過程中的排熱加以回收利用，經(jīng)余熱鍋爐供熱供熱水、經(jīng)吸收式制冷機供冷，因

18、此BHP的綜合一次能效率可以到達80%以上。較之常規(guī)火力發(fā)電效率高一倍數(shù)多。由于是就地發(fā)電輸電，大大減少線損。還有人提議將余熱鍋爐最后排出的100左右的低品位煙氣通入植物暖房，其熱量供暖房加熱、2供植物光合作用、氮氧化物和水蒸汽供植物吸收，最終實現(xiàn)污染物的零排放。用于BHP的形式主要有三種：內(nèi)燃機、微型燃氣輪機irturbine,TG和燃料電池。三種BHP方式的比較表6100k機組電效率%熱效率%溫度范圍系統(tǒng)效率%熱電比T/E燃料消耗比熱電分供/熱電聯(lián)供內(nèi)燃發(fā)動機355590120熱水、低位蒸汽901.571.65燃料電池453580100熱水800.781.97微燃機3050500中位蒸汽801.661.67建立以天然氣為燃料的燃氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng),以替代常規(guī)的鍋爐采暖和電力空調(diào)制冷系統(tǒng),不僅一次能效率高、實現(xiàn)能量的梯級利用、緩解夏季制冷用電頂峰、大大減少污染物和溫室氣體排放、有利于環(huán)保，而且從能源平安的角度看，無論是北約轟炸南斯拉夫還是臺灣大地震都證明了分散的微電力是提供不連續(xù)電源最有效的方法。1997年2月，由日本創(chuàng)造生活價值的住宅開發(fā)工程研究組開發(fā)的60k燃氣發(fā)動機熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在一個有132個住戶、平均面積782/戶的住宅小區(qū)建立完畢并開場運行。勿庸置疑，冷熱電聯(lián)供是上海集合式住宅空調(diào)冷熱源的開展方向。5結(jié)論上海住宅空調(diào)開展空間很大，環(huán)境能