北方采暖地區(qū)既有建筑節(jié)能改造的熱點(diǎn)問(wèn)題研究

北方采暖地區(qū)既有建筑節(jié)能改造的熱點(diǎn)問(wèn)題研究

1北方城鎮(zhèn)采暖工藝中國(guó)供暖地區(qū)主要分布在北方城市建筑、農(nóng)村住宅建筑和流域南部（中國(guó)以前未規(guī)定的供暖地區(qū)）。盡管農(nóng)村及長(zhǎng)江流域以南地區(qū)建筑的采暖目前對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能工作影響很大,但其特點(diǎn)、主要問(wèn)題、需要的政策機(jī)制等與北方城鎮(zhèn)采暖完全不同。本文僅對(duì)我國(guó)北方城鎮(zhèn)建筑采暖的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。至2008年,我國(guó)列入采暖地區(qū)的北方城鎮(zhèn)民用建筑總面積為88億m建筑采暖的能源消耗主要由建筑采暖需要的熱量、采暖系統(tǒng)的過(guò)量供熱以及熱源與采暖系統(tǒng)效率三大因素決定。1.1建筑供暖所需的熱量當(dāng)維持室溫不低于18℃時(shí),目前北方地區(qū)城鎮(zhèn)建筑冬季采暖需要的熱量為60~140kWh/m1.2供熱系統(tǒng)的用量導(dǎo)致社會(huì)熱其是由于各種原因?qū)е掠刹膳到y(tǒng)送入建筑內(nèi)的熱量高于上述的建筑采暖需要的熱量,引起的熱量浪費(fèi)。造成過(guò)量供熱的主要原因有:a)要求提高室內(nèi)溫度,以獲得更高的舒適度;b)由于溫度調(diào)節(jié)困難,為了保證部分偏涼的房間不冷,只好加大供熱量,導(dǎo)致多數(shù)房間(或建筑)過(guò)量供熱;c)氣候轉(zhuǎn)暖,不能對(duì)供熱系統(tǒng)及時(shí)調(diào)節(jié),導(dǎo)致室溫全面過(guò)高,過(guò)量供熱。根據(jù)實(shí)測(cè)和計(jì)算分析,目前集中供熱系統(tǒng)的過(guò)量供熱量為建筑采暖需熱量的120~150%,也就是說(shuō)有17~33%的總熱量是由于過(guò)量供熱所浪費(fèi)。良好的外網(wǎng)和建筑入口的調(diào)節(jié)可以把過(guò)量供熱損失降低到10%以下,而末端的有效調(diào)節(jié)手段(分戶、分室調(diào)節(jié)),才能徹底消除過(guò)量供熱損失或?qū)p失降低到3%以下。目前我國(guó)推行供熱改革,對(duì)采暖進(jìn)行熱量計(jì)量并按照熱量收費(fèi),為的是通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段調(diào)動(dòng)末端用戶自覺(jué)調(diào)節(jié)的能動(dòng)性,從而減少過(guò)量供熱。然而,目前已經(jīng)安裝熱表實(shí)現(xiàn)熱量計(jì)量的建筑中,大部分建筑的過(guò)量供熱現(xiàn)象并沒(méi)有明顯的改善。這主要是由于目前實(shí)行的熱改方案中對(duì)末端調(diào)節(jié)重視不夠,沒(méi)有為末端用戶提供有效的室溫調(diào)節(jié)手段,從而難以實(shí)現(xiàn)大幅度降低過(guò)量供熱的預(yù)期效果。1.3供暖和回暖系統(tǒng)的效率不同的采暖熱源方式,能源轉(zhuǎn)換效率差別極大。1.3.1燃煤鍋爐低能耗發(fā)展以前為集中供熱系統(tǒng)提供熱量的主要熱源方式是20t/h以下的燃煤鍋爐,其燃煤-熱量轉(zhuǎn)換效率為40%~75%。拆除小鍋爐,更換為20t以上大型熱水鍋爐后,燃煤-熱量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)75%~85%,系統(tǒng)效率顯著提高。目前不少城市出于改善大氣環(huán)境的目的,希望進(jìn)一步取消這些燃煤鍋爐,用燃?xì)忮仩t或各類熱泵等方式替代。實(shí)際上,經(jīng)過(guò)多年努力,我國(guó)已經(jīng)具有很好的脫硫、除塵技術(shù),可以使20t及以上的燃煤鍋爐達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)排放要求。大多情況下是疏于管理。從節(jié)約能源、最大可能挖掘各類能源潛力的角度來(lái)看,效率達(dá)到80%以上的燃煤鍋爐在我國(guó)目前的能源結(jié)構(gòu)狀況下應(yīng)該是優(yōu)于燃?xì)忮仩t和系統(tǒng)COP不到2.5的電動(dòng)熱泵的熱源方式,不應(yīng)該簡(jiǎn)單地拆斥和替換。1.3.2熱電聯(lián)產(chǎn)熱源我國(guó)目前集中供熱系統(tǒng)的熱源一半左右是由燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式提供,如果以全國(guó)的平均發(fā)電煤耗計(jì)算熱電聯(lián)產(chǎn)電廠冬季所發(fā)電力的燃煤量,把熱電聯(lián)產(chǎn)電廠多消耗的燃煤作為其輸出熱量所消耗的燃煤量(這叫做“好處歸熱法”),則熱電聯(lián)產(chǎn)方式的燃煤-熱量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)130~200%。因此熱電聯(lián)產(chǎn)方式是目前以燃煤作為一次能源以獲得熱量時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率最高的方式,也是最適合我國(guó)以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)下冬季建筑采暖的最合適的熱源方式。我國(guó)正是因?yàn)橛写罅康娜济簾犭娐?lián)產(chǎn)型采暖熱源,才使得我國(guó)建筑單位采暖能耗與西歐、北美相距不大。然而對(duì)于小容量熱電聯(lián)產(chǎn)電廠(發(fā)電容量小于5萬(wàn)kW),其非采暖期的發(fā)電煤耗高達(dá)450~500gce/kWh。長(zhǎng)時(shí)間工作在非熱電聯(lián)產(chǎn)工況下,導(dǎo)致全年整體的能源轉(zhuǎn)換效率極低。然而,在冬季熱電聯(lián)產(chǎn)工況下這些小電廠的能源轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于大型鍋爐直接供熱。因此如果保留這些小熱電聯(lián)產(chǎn)電廠,嚴(yán)格禁止其純發(fā)電運(yùn)行,相比在冬季采用大型燃煤鍋爐供暖更有利于節(jié)能減排。近十年來(lái),我國(guó)在發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方面存在兩方面的傾向:一些起步較早的城市(如北京、沈陽(yáng)、赤峰,三個(gè)不同規(guī)模的典型城市)由于城市建設(shè)的飛速發(fā)展,目前的城市管網(wǎng)容量、熱源容量都趕不上城市發(fā)展建設(shè)速度,只好增加熱水鍋爐以滿足需求,導(dǎo)致熱電聯(lián)產(chǎn)熱源比例的逐步下降;對(duì)于新發(fā)展起來(lái)的城市(如內(nèi)蒙的一批新興城市),出于各種原因,在城市周邊建起了大量熱電聯(lián)產(chǎn)電廠,盡管其可輸出的熱量已遠(yuǎn)大于城市建筑供熱需求,但仍在千方百計(jì)地進(jìn)行新建、擴(kuò)建,導(dǎo)致這些熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的熱電比很低,實(shí)際運(yùn)行工況脫離熱電聯(lián)產(chǎn)的高效工況。科學(xué)規(guī)劃和全面發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)方式,使其成為我國(guó)北方城鎮(zhèn)采暖的主要熱源方式,進(jìn)一步挖掘潛力提高熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換效率,應(yīng)作為我國(guó)北方供熱節(jié)能減排的基本決策。1.3.3燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的合理利用燃?xì)忮仩t的燃?xì)?熱量轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到85~90%,并且容易實(shí)現(xiàn)清潔燃燒,全球天然氣鍋爐目前都作為主要的采暖熱源方式。但是,國(guó)外的天然氣是其主要的化石能源,而我國(guó)目前仍是以燃煤為主,天然氣總量不到燃煤總量的7%。怎樣合理規(guī)劃燃煤和燃?xì)獾氖褂?使二者物盡其用,充分發(fā)揮最大效能,是我國(guó)能源規(guī)劃必須面對(duì)的特殊問(wèn)題。我國(guó)目前天然氣的發(fā)電效率可達(dá)到55%,比燃煤發(fā)電效率相對(duì)高50%,而燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t的燃燒效率差別在10%以下,相比之下,燃煤用于鍋爐供熱而將有限的燃?xì)庥糜诎l(fā)電更為合理。燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方式由于燃?xì)廨啓C(jī)過(guò)量空氣系數(shù)較大,導(dǎo)致排煙熱損失高,所以綜合熱效率并不一定高于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)。為了提高能源利用率,燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)的熱電比遠(yuǎn)小于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn),為了輸出同樣的熱量而發(fā)出的電力要遠(yuǎn)大于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)。為了滿足相同建筑面積的供熱所需要的燃?xì)饬繛槿細(xì)忮仩t的3倍以上,這就加劇了冬季天然氣供應(yīng)緊張的狀況。1.3.4管網(wǎng)、管道設(shè)置目前北方城市大多數(shù)供熱主管網(wǎng)都采用聚氨酯保溫的直埋管方式,保溫效果很好,供熱期間管網(wǎng)熱損失一般不超過(guò)2%。而分散在各個(gè)建筑小區(qū)的從熱力站或小區(qū)鍋爐房引出的庭院管網(wǎng)(也稱為二次管網(wǎng))的保溫狀況卻差別很大。近年來(lái)修建的庭院管網(wǎng)保溫性能良好,熱損失幾乎可以忽略,而有些早期修建的管網(wǎng),采用管溝方式鋪設(shè),礦渣棉保溫,保溫效果非常差,冬季熱損失達(dá)到供熱量的20~30%。對(duì)于這種庭院管網(wǎng)進(jìn)行徹底翻修,是供熱領(lǐng)域投資回報(bào)效益最大的節(jié)能減排措施。1.3.5熱泵能耗分析使用熱泵從低品位熱源中提取熱量,為建筑供熱,目前被認(rèn)為是一種可再生能源的供熱方式。實(shí)際上這種方式主要借助消耗高品位的電能來(lái)實(shí)現(xiàn)供熱。評(píng)價(jià)熱泵方式供熱能源利用效率的參數(shù)是系統(tǒng)的COP,即消耗1kWh電力可產(chǎn)生幾kWh熱量。這里熱泵系統(tǒng)的電力消耗不能僅考查作為熱泵的壓縮機(jī)耗電,還需要包括兩側(cè)的循環(huán)水泵等輔機(jī)的電耗。我國(guó)燃煤發(fā)電效率為35%,扣除輸送損耗后,末端折合的燃煤-電力轉(zhuǎn)換效率為32%,而大型燃煤鍋爐的燃煤-熱量轉(zhuǎn)換效率為85%,因此只有當(dāng)熱泵系統(tǒng)的COP高于2.65時(shí),熱泵才可能比燃煤鍋爐節(jié)能。目前在華北、東北地區(qū)實(shí)測(cè)的水源熱泵、地源熱泵工程全冬季平均的系統(tǒng)COP在2.5~3之間,有些比燃煤鍋爐節(jié)能,有些實(shí)際能耗高于燃煤鍋爐,是否節(jié)能與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理細(xì)節(jié)有關(guān),但決不是“只要采用地源水源熱泵就一定節(jié)能”。目前對(duì)此給出的大量財(cái)政補(bǔ)貼和政策優(yōu)惠,實(shí)際獲得的節(jié)能效果甚微。尤其在東北、內(nèi)蒙、新疆、青海等地區(qū),氣候寒冷,地下溫度不超過(guò)10℃,不可能實(shí)現(xiàn)高效的地源、水源熱泵,COP很難超過(guò)2.6,因此這些地區(qū)的大多數(shù)工程案例的實(shí)際能耗都高于燃煤熱源。在山東、河南等年均溫度較高的地區(qū),水源熱泵、地源熱泵有可能獲得系統(tǒng)COP大于3,節(jié)能效果可能優(yōu)于燃煤鍋爐。1.3.6燃?xì)獗趻鞝t采暖能耗當(dāng)采用天然氣鍋爐時(shí),無(wú)論是燃燒效率還是排煙的污染程度,大容量、中容量鍋爐及分戶的小容量壁掛爐都沒(méi)有區(qū)別,這是由天然氣性質(zhì)所決定。而采用分戶的采暖爐,避免了調(diào)節(jié)不勻造成的過(guò)量供熱,能充分發(fā)揮使用者的行為節(jié)能,有人開(kāi),無(wú)人關(guān)。我國(guó)北方從西到東各個(gè)大中城市都已陸續(xù)出現(xiàn)采用燃?xì)獗趻鞝t的采暖小區(qū),實(shí)際的單位采暖面積天然氣耗量都顯著低于集中燃?xì)忮仩t房。盡管陸續(xù)有天然氣壁掛爐采暖能耗高經(jīng)濟(jì)性差的報(bào)道,但大都是由于建筑的入住率低,使用者周邊都是不采暖房間,從而導(dǎo)致單戶采暖用氣量大。然而與入住與否都要全棟建筑采暖的集中式燃?xì)忮仩t采暖的方式相比,整棟建筑的采暖用氣量要低得多。在無(wú)法接入熱電聯(lián)產(chǎn)熱網(wǎng),又必須采用天然氣作為采暖能源的條件下,分戶燃?xì)獗趻鞝t是最合適和最節(jié)能的方式。綜上所述,表1列出了我國(guó)北方城鎮(zhèn)目前各種采暖方式的能耗范圍,使用面積以及用能總量。2正在研究北方供暖和節(jié)能工作中存在的問(wèn)題和新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)下文就目前社會(huì)關(guān)注的我國(guó)建筑采暖的政策和技術(shù)的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行專門(mén)討論。2.1以熱計(jì)量收費(fèi)為核心的熱改“熱改”熱計(jì)量的目的就是為了消除“過(guò)量供熱”現(xiàn)象,使采暖能耗在目前的基礎(chǔ)上降低20~30%。同時(shí),可以使得各種建筑節(jié)能技術(shù)(如圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫等)能夠在市場(chǎng)機(jī)制下得到更好的推廣,并從節(jié)能效果中得到經(jīng)濟(jì)回報(bào)。然而,盡管以八部委文件為標(biāo)志的“熱改”已經(jīng)開(kāi)展10年,國(guó)家又從政策和財(cái)稅制度上大力推進(jìn),但至今的狀況仍存在著諸多問(wèn)題。(1)“暗補(bǔ)改明補(bǔ)”的改革在北方大多數(shù)城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn),只有少數(shù)大城市沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。這一任務(wù)在以前曾被認(rèn)為是落實(shí)熱改最困難的一個(gè)環(huán)節(jié),現(xiàn)在按照預(yù)期目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)了。在私有住宅成為住房主體之后,熱計(jì)量是唯一可行的熱費(fèi)收繳方式。實(shí)現(xiàn)“暗補(bǔ)改明補(bǔ)”的城市,基本上實(shí)現(xiàn)了住宅樓內(nèi)管網(wǎng)的改造,從而實(shí)現(xiàn)“每戶一閥”,“不交錢(qián)不供暖”,供熱與否可以單獨(dú)分戶控制。(2)在建筑節(jié)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管理措施的約束下,大多數(shù)新建住宅安裝了以分戶熱表為主導(dǎo)方式的分戶熱計(jì)量裝置,按照“十一五”期間北方建筑節(jié)能改造和熱改的任務(wù),實(shí)現(xiàn)了近10億m(3)幾乎沒(méi)有真正實(shí)行按照熱量計(jì)量進(jìn)行收費(fèi)的案例,最多也只是一些“模擬運(yùn)行”的試點(diǎn)。歸結(jié)其原因:一是遲遲不能確定熱價(jià)標(biāo)準(zhǔn),即二部熱價(jià)中按面積熱價(jià)和按熱量熱價(jià)的比例;二是不能真正解決建筑中不同部位的房間同樣采暖效果但需熱量卻相差幾倍的問(wèn)題,很難通過(guò)一些“修正系數(shù)”緩解這一矛盾;三是目前的分戶熱表可應(yīng)用性很差,不能解決定期標(biāo)定、故障排除等巨大的服務(wù)需求問(wèn)題,很難真正依靠這一尚不“精確”的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際收費(fèi)。(4)一種普遍說(shuō)法是“實(shí)現(xiàn)熱改的前提是先做好節(jié)能改造,做好節(jié)能改造的建筑才能進(jìn)行計(jì)量和收費(fèi)改革”。節(jié)能改造的結(jié)果必然是降低采暖耗熱量,節(jié)能改造后的建筑采暖平均耗熱量必然低于當(dāng)?shù)氐牟膳骄臒崃?如果從公平的標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)確定熱價(jià),節(jié)能改造后實(shí)行熱計(jì)量住房的采暖熱費(fèi)就一定低于其它按照面積收繳的采暖熱費(fèi)。負(fù)責(zé)運(yùn)行的熱力公司很難從局部采暖耗熱量降低中看到其經(jīng)濟(jì)收益,但很容易從熱費(fèi)收繳量的減少上看到其經(jīng)濟(jì)損失。本來(lái)按照面積收費(fèi)是保溫好的建筑多交錢(qián)補(bǔ)貼保溫差的建筑,現(xiàn)在保溫好的建筑按照熱量收費(fèi),不再多交錢(qián),而保溫差的建筑仍然按照面積收費(fèi),繼續(xù)少交錢(qián),熱力公司必然造成虧損。因此,應(yīng)該全面實(shí)行按熱量計(jì)費(fèi),或者優(yōu)先在保溫差耗熱量多的建筑實(shí)現(xiàn)按照熱量計(jì)費(fèi),通過(guò)熱費(fèi)的增加促進(jìn)其保溫的改造,而不應(yīng)該把節(jié)能改造作為實(shí)行熱改的先決條件。由此可以看出,以熱計(jì)量收費(fèi)為核心的“熱改”在我國(guó)目前基本上沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)?！斑^(guò)量供熱”的現(xiàn)象沒(méi)有得到有效的遏制。目前設(shè)計(jì)的熱計(jì)量收費(fèi)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)不適合中國(guó)的實(shí)際國(guó)情,這是熱改不成功的實(shí)質(zhì)原因。我們的目的是為了遏制“過(guò)量供熱”,推動(dòng)“建筑保溫”。解決“過(guò)量供熱”的核心是給出有效的、可操作的室溫調(diào)節(jié)手段,使得室溫偏高時(shí),可以通過(guò)暖氣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)降低室內(nèi)溫度而不需要開(kāi)窗散熱。推動(dòng)建筑保溫可以僅測(cè)量一棟建筑熱入口的總熱量,而不必要測(cè)分戶熱量,因?yàn)榻ㄖ匾欢ㄊ菍?duì)整座建筑實(shí)施,建筑中部分區(qū)域的采暖需熱量大一定是出于對(duì)整個(gè)建筑的功能要求所造成(如建筑的邊、角、頂部房間)。我國(guó)的集中供熱系統(tǒng),是從熱源出發(fā),先把熱量輸送到連接幾萬(wàn)到二、三十萬(wàn)平米的熱力站,再?gòu)臒崃φ景褵崃枯斔偷礁髯ㄖ?。?duì)住宅建筑,進(jìn)入樓內(nèi)的熱量被分配至各戶人家,而對(duì)于非住宅建筑,一棟或幾棟建筑往往對(duì)應(yīng)于一個(gè)物業(yè)管理主體,由這個(gè)物業(yè)管理主體向熱力公司繳納熱費(fèi)和負(fù)責(zé)樓內(nèi)熱量的調(diào)節(jié)分配。這樣,熱計(jì)量收費(fèi)的改革應(yīng)該從熱力站做起:在熱力站安裝熱表,并作為結(jié)算點(diǎn),作為熱力公司與熱力站下的二級(jí)系統(tǒng)管理部門(mén)的熱費(fèi)結(jié)算;在各座建筑的熱入口安裝熱表,作為與各座建筑的熱費(fèi)結(jié)算。這兩個(gè)結(jié)算點(diǎn)投資少,技術(shù)有保障,也不存在“二部制”熱價(jià)問(wèn)題,可以完全依據(jù)實(shí)際熱量進(jìn)行結(jié)算,并且適應(yīng)住宅建筑和各類管理體制的非住宅建筑。此外就是推廣一些目前已經(jīng)成熟可靠的分戶或分室的室溫調(diào)節(jié)技術(shù),使得終端用戶有足夠的手段來(lái)調(diào)節(jié)室溫,減少過(guò)量供熱,避免開(kāi)窗降溫。在做到這兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)于住宅建筑的熱費(fèi)分?jǐn)?、非住宅建筑的供熱系統(tǒng)管理等,可以根據(jù)實(shí)際情況,采用多種方式,只要能有利于促進(jìn)終端用戶的主動(dòng)調(diào)節(jié),只要能抑制使用者的開(kāi)窗行為,就都應(yīng)得到支持,無(wú)任何必要強(qiáng)行推廣某一種方式。2.2天然氣熱電聯(lián)產(chǎn),以低碳發(fā)展為導(dǎo)向,選擇低能源發(fā)電技術(shù),避免供熱體目前北京等幾個(gè)城市在大力推廣天然氣采暖,通過(guò)“煤改氣”,改善城市大氣環(huán)境,減少煤燃燒造成的碳排放。并被作為推廣“新能源”、“低碳城市”的重要行動(dòng)。然而,需要回答是:我國(guó)有多少天然氣可以作為北方城市采暖的能源?如果要采用天然氣采暖,應(yīng)該用什么方式?與世界上大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家不同,我國(guó)是“以煤為主”的能源結(jié)構(gòu),石油和天然氣相對(duì)短缺。在交通、化工和某些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,石油和天然氣具有燃煤無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì),應(yīng)該首先把有限的油氣資源保證這些硬性需求。很難想象,我們一方面在以幾乎“三份煤出一份油”的代價(jià)在內(nèi)蒙等煤產(chǎn)區(qū)發(fā)展“煤制油”,“煤制氣”,一方面卻又簡(jiǎn)單地把寶貴的天然氣燒掉來(lái)“一份氣替代一份煤”!“煤改氣”可以減少碳排放之說(shuō)在中國(guó)完全是不對(duì)的。當(dāng)天然氣總量不變時(shí),某地的直接燃煤改為直接燃?xì)獯_實(shí)可以使得該地的碳排放降低,但其它地區(qū)本應(yīng)采用天然氣的其它應(yīng)用被迫低效地改用更多的燃煤,其結(jié)果只能導(dǎo)致總的燃煤量更多,總的碳排放更多!同樣一立方米天然氣,通過(guò)不同的應(yīng)用可能替代的燃煤量差別很大。對(duì)于有限的天然氣資源,應(yīng)該優(yōu)先于那些可以替代燃煤量最大的應(yīng)用,而不能簡(jiǎn)單地將其作為減碳途徑?！懊焊臍狻币愿纳瞥鞘写髿猸h(huán)境,在很多場(chǎng)合下并不成立。目前我國(guó)的清潔煤燃燒技術(shù)已經(jīng)有了極大進(jìn)步,對(duì)于大型燃煤鍋爐,脫硫、除塵、脫硝等都已達(dá)到嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),只要經(jīng)濟(jì)上能夠承擔(dān),嚴(yán)格管理,大型燃煤鍋爐可以不對(duì)城市大氣環(huán)境造成影響。在環(huán)境要求極為嚴(yán)格的德國(guó)、丹麥等國(guó)家,一些城市附近也都有燃煤電廠。我國(guó)有何必要從城市環(huán)境出發(fā)而禁掉燃煤鍋爐?只有對(duì)于無(wú)法進(jìn)行清潔燃燒改造、無(wú)法接入城市供熱管網(wǎng)的小型燃煤鍋爐,天然氣鍋爐才應(yīng)是一個(gè)可能的選擇。那么,天然氣熱源該如何利用呢?與燃煤鍋爐不同,天然氣鍋爐的容量與鍋爐效率和污染排放程度幾乎無(wú)關(guān),因此發(fā)達(dá)國(guó)家大量住宅建筑采用分戶的天然氣壁掛爐采暖。采用大型燃?xì)忮仩t,并不能提高效率,也不能減少排放,但卻只能通過(guò)集中供熱管網(wǎng)輸送熱量,而集中供熱的弊病卻仍然存在。系統(tǒng)過(guò)量供熱、末端難調(diào)、管網(wǎng)熱損失等問(wèn)題依然得不到解決。當(dāng)采用一戶一臺(tái)的燃?xì)獗趻鞝t時(shí),可以徹底避免集中供熱的各種損失。因此采用天然氣采暖時(shí),應(yīng)該堅(jiān)持“宜小不宜大”的原則,盡可能采用分棟、分戶設(shè)置小型鍋爐的方式,盡可能避免在城市供熱中出現(xiàn)大型天然氣鍋爐。采用天然氣熱電聯(lián)產(chǎn),提高系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率,似乎是在大型集中供熱系統(tǒng)中采用天然氣熱源的一種解釋。盡管天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)可以先利用天然氣的高品位部分發(fā)電,僅利用發(fā)電后的低品位熱能供熱,綜合能源轉(zhuǎn)換效率較高。但是由于天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比小,大部分燃?xì)獾哪芰勘挥糜诎l(fā)電,很少一部分用于供熱。所以,提供同樣的熱量所需要的天然氣量是天然氣鍋爐直接供熱的3~4倍。對(duì)于我國(guó)天然氣資源短缺、熱電的一次能源基本來(lái)源于燃煤的國(guó)家,這也不能作為天然氣的合理應(yīng)用。尤其在燃?xì)夤?yīng)短缺的冬季,大量的燃?xì)庥糜诎l(fā)電而替代已有的燃煤電廠,顯然不合理。此外,我國(guó)北方地區(qū)目前大力發(fā)展風(fēng)電,必須備有同樣發(fā)電規(guī)模的調(diào)峰電廠才能使風(fēng)能電廠正常運(yùn)行,充分發(fā)揮其作用。而能與風(fēng)電廠配合的快速調(diào)峰只有水力發(fā)電和燃?xì)獍l(fā)電。我國(guó)北方水力發(fā)電資源很少,不足以承擔(dān)今后大規(guī)模的風(fēng)力電廠的調(diào)峰任務(wù)。而天然氣電廠可以快速啟停,是我國(guó)北方為風(fēng)電廠調(diào)峰的最佳方式。如果利用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)電廠冬季供熱、其它季節(jié)為風(fēng)電調(diào)峰,就使其在冬季失去了調(diào)峰能力,將影響冬季風(fēng)電的正常利用。因此,我國(guó)需要一定容量的燃?xì)怆姀S,為風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電調(diào)峰,電廠容量可以很大,從而具有很大的調(diào)峰能力。由于只是調(diào)峰的作用,全年的運(yùn)行小時(shí)數(shù)和總用氣量并不大,符合我國(guó)天然氣資源匱乏的狀況。這貌似與天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)相同,但在能源系統(tǒng)中起著完全不同的作用。2.3燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)wj利用“吸收式供熱”技術(shù)盡管燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)熱源是各種集中供熱熱源中能源轉(zhuǎn)換效率最高的方式,但熱電聯(lián)產(chǎn)仍然有很大的節(jié)能潛力。為了使得燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)電廠能在非供熱期也具有較高的發(fā)電效率,近年來(lái)我國(guó)的熱電聯(lián)產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)到單機(jī)容量為20萬(wàn)和30萬(wàn)kW的熱電機(jī)組。這種機(jī)組在夏季純發(fā)電工況下也能獲得很好的發(fā)電效率(發(fā)電煤耗低于350gce/kWh),而在冬季供熱時(shí),為了保證機(jī)組安全,汽輪機(jī)的低壓缸必須通過(guò)足夠的流量,導(dǎo)致相當(dāng)于總流量20~30%的蒸汽通過(guò)低壓缸做功后進(jìn)入冷凝器,把其熱量在30~40℃下通過(guò)冷卻塔或空冷島排出。如果能把這部分熱量充分利用,可以使這類機(jī)組的供熱能力在目前的基礎(chǔ)上增加30~50%。目前已提出基于“吸收式換熱”的新的流程,以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出系統(tǒng)的工藝流程和成套設(shè)備,并完成了大同第一熱電廠兩臺(tái)13.5萬(wàn)kW風(fēng)冷機(jī)組改造的示范工程。進(jìn)行改造的系統(tǒng)投資約1億元,使供熱面積由原來(lái)的370萬(wàn)m我國(guó)北方地區(qū)的集中供熱系統(tǒng)的熱源一半左右由燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式提供。這些系統(tǒng)中的絕大多數(shù)都具備進(jìn)行“吸收式換熱”改造的條件。如果全面推廣實(shí)施這一技術(shù),可以在大多數(shù)北方城市通過(guò)改造增加熱電廠的供熱能力,使熱電聯(lián)產(chǎn)熱源為集中供熱提供熱源的比例由目前的50%提高到70%以上,并滿足大量新建建筑的新增采暖需求。初步估計(jì),全面在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中采用這一技術(shù),每年可節(jié)約能源3000萬(wàn)tce。2.4城市供熱余熱利用的必要性和可行性實(shí)際上可以為城市建筑采暖提供熱源的還有大量的工業(yè)余熱。我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程能耗占全國(guó)總能耗的65~70%,其中鋼鐵、有色、石化、建材、輕工五大行業(yè)用能占工業(yè)生產(chǎn)用能的70%以上。目前這些工業(yè)過(guò)程能源利用的熱效率在30~70%之間,所剩下的70~30%的能源以工業(yè)余熱的形式排出。這些工業(yè)余熱中,較高溫度的熱量(如高于200℃)可以通過(guò)余熱發(fā)電來(lái)轉(zhuǎn)換為電力,但大部分熱量是在30℃~80℃下排出,其中大部分還是通過(guò)冷卻塔水蒸發(fā)散掉,從而使得冷卻塔耗水成為工業(yè)用水的主要組成部分。對(duì)于室外溫度在20~30℃的夏季,30℃左右的余熱無(wú)任何利用價(jià)值。然而在室外溫度為-10℃的北方冬季,30℃左右的余熱確有巨大的利用價(jià)值,它恰好可以作為建筑采暖的熱源。如果考慮距城市中心區(qū)20km以內(nèi)的工業(yè)排熱都可以作為城市建筑供熱熱源的話,則除了北京、天津兩個(gè)城市的部分地區(qū)外,北方其余各大中城市75%以上的建筑采暖熱源都可以由周邊的工業(yè)余熱和燃煤電廠余熱提供,這將使我國(guó)城市采暖的用能狀況發(fā)生根本的變化。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),在技術(shù)上必須解決低成本地長(zhǎng)途輸送低品位熱量的問(wèn)題,工業(yè)余熱高效采集問(wèn)題,以及系統(tǒng)對(duì)工業(yè)過(guò)程可靠冷卻和對(duì)建筑采暖的可靠供熱問(wèn)題。目前這些技術(shù)難題都已有了突破性進(jìn)展,全尺度工業(yè)化實(shí)驗(yàn)也即將在內(nèi)蒙赤峰、林東等地展開(kāi)。示范工程的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果表明,這種方式的初投資與建設(shè)常規(guī)的燃煤鍋爐供熱熱源相當(dāng),但建成后不再需要消耗常規(guī)能源,大大降低了運(yùn)行費(fèi),在經(jīng)濟(jì)上具有很大優(yōu)勢(shì),是具有巨大節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的供熱熱源方式?？梢宰鳛楣釤嵩蠢玫倪@些工業(yè),多數(shù)都屬于當(dāng)?shù)氐摹案吲欧?、高污染、高能耗”產(chǎn)業(yè),例如鋼鐵廠、銅冶煉廠、鋅冶煉廠、水泥廠、陶瓷廠等。通過(guò)余熱利用改造使其成為保障民生的基礎(chǔ)設(shè)施。由于能源利用效率的提高,“高能耗”的帽子也可以摘掉。水耗的降低也改善了這些企業(yè)在城市周邊的生存條件。有些企業(yè)如水泥廠,還可以利用其干法轉(zhuǎn)爐消納城市垃圾和污水處理廠的污泥,成為消納城市固體廢棄物的主要設(shè)施。但如何使這些企業(yè)長(zhǎng)期存在,保持其為城市供熱,不因?yàn)槌鞘械墓δ苷{(diào)整而停產(chǎn)和搬遷,仍是實(shí)施這一新的熱源方式必須面對(duì)的問(wèn)題。如果各級(jí)政府積極面對(duì)這一問(wèn)題,組織各方面的資金和技術(shù)投入,優(yōu)先解決這些企業(yè)的大氣污染排放問(wèn)題,有可能在中國(guó)的特定經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下,成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新模式。3北方建筑的綠色節(jié)能潛力預(yù)測(cè)目前我國(guó)北方地區(qū)(按照上世紀(jì)80年代法定采暖地區(qū))城鎮(zhèn)建筑總量為88億m4政策支持和機(jī)制的保障要實(shí)現(xiàn)上述各項(xiàng)采暖節(jié)能措施,在保障居民和各機(jī)構(gòu)冬季生活狀況的前提下實(shí)現(xiàn)采暖的大幅度節(jié)能,需要落實(shí)建筑保溫、熱改與室溫調(diào)節(jié)、熱源改造三件大事,需要政策支持和機(jī)制的保障必須面對(duì)以下問(wèn)題。既有建筑節(jié)能改造的資金來(lái)源:目前已有很多研究和籌資方式設(shè)計(jì)(本文不再闡述);熱費(fèi)的暗補(bǔ)改明補(bǔ):隨著房改的實(shí)現(xiàn),除了北京外北方大多數(shù)城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn);熱費(fèi)核算方法和定價(jià)原則:由于一直沒(méi)有提出有效方法,目前成為熱改的瓶頸之一;熱源公司、集中供熱公司的運(yùn)行機(jī)制與收益模式:必須加快改革。在此,僅對(duì)后面兩點(diǎn)進(jìn)行分析討論。4.1熱網(wǎng)調(diào)節(jié)模式的轉(zhuǎn)變目前我國(guó)大多數(shù)負(fù)責(zé)城市供熱的熱力公司的經(jīng)營(yíng)模式產(chǎn)生四個(gè)不一致:小區(qū)二次管網(wǎng)的資產(chǎn)所有者與管理維護(hù)者不一致二次管網(wǎng)的修建是由房屋開(kāi)發(fā)商投資或者認(rèn)為由于繳納了相當(dāng)于二次管網(wǎng)連接工程的“并網(wǎng)費(fèi)”,二次管網(wǎng)的資產(chǎn)從原理上不應(yīng)歸屬于熱力公司,但目前的使用、調(diào)節(jié)、維護(hù)甚至改造都由熱力公司主管,這在不同程度上出現(xiàn)資產(chǎn)所有者與管理者的矛盾。二次管網(wǎng)的管理與調(diào)節(jié)的目標(biāo)與熱力公司主網(wǎng)的調(diào)節(jié)不一致主網(wǎng)的調(diào)度調(diào)節(jié)是在保證供熱需求的前提下,盡可能降低從熱電廠的購(gòu)熱量,盡可能使調(diào)峰熱源高效運(yùn)行;而二次網(wǎng)的維護(hù)調(diào)節(jié)人員的主要目標(biāo)是消除故障,保證供熱,為客戶服務(wù)。即使“過(guò)量供熱”,也要更好的滿足客戶需要。由于沒(méi)有任何對(duì)熱量的計(jì)量與考核,二次網(wǎng)維護(hù)調(diào)節(jié)人員很難從降低熱耗為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)際上降低總的熱量消耗在很大程度上要依靠二次網(wǎng)內(nèi)和樓內(nèi)的有效調(diào)節(jié)。熱力公司的經(jīng)營(yíng)機(jī)制與“熱改”的按照熱量計(jì)量收費(fèi)不一致在按照面積收費(fèi)的方式下熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)目標(biāo)是在保證沒(méi)有投訴的前提下盡可能減少供熱量;而按照熱量計(jì)量收費(fèi)的方式的調(diào)節(jié)目標(biāo)則是盡可能向用戶提供最多的熱量,從而獲得最大的收益。這兩種調(diào)節(jié)模式的很多實(shí)際做法完全相反。而現(xiàn)實(shí)又幾乎沒(méi)有一個(gè)集中供熱網(wǎng)能一下子全部實(shí)現(xiàn)按照熱量計(jì)量收費(fèi)的熱改,而是兩種方式并存,逐步過(guò)渡。往往是保溫好、耗熱量少的建筑先實(shí)行按照熱量計(jì)量;保溫差、耗熱量多的建筑則繼續(xù)按照面積收費(fèi),這必然造成熱力公司虧損。由此一來(lái),熱力公司從自身利益出發(fā),一定反對(duì)按照熱量計(jì)量的熱改,熱改又如何能實(shí)現(xiàn)!熱源高效調(diào)節(jié)和熱網(wǎng)調(diào)節(jié)利益的不一致熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的高效運(yùn)行希望盡可能低的回水溫度,比較穩(wěn)定的熱量需求,這時(shí)可以獲得較高的能源綜合轉(zhuǎn)換效率。而當(dāng)熱力公司與電廠僅僅是按照熱量結(jié)算時(shí),出于熱力公司的利益就追求不同的運(yùn)行工況,二者相爭(zhēng)的結(jié)果往往使系統(tǒng)偏離整體最合理的運(yùn)行工況,從而造成能源的浪費(fèi)。當(dāng)發(fā)展新型的吸收式換熱熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、工業(yè)余熱供熱技術(shù)時(shí),既需要在分布于各處的熱力站安裝專門(mén)的“吸收式換熱器”,也需要熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的全力配合,大幅度降低回水溫度,這才能全面獲得節(jié)能效果。而如果直接按照目前的熱費(fèi)結(jié)算方式,全部受益都將是熱電廠或其它熱源廠的收益。已有一些工程由于無(wú)法約定熱力公司與熱源廠之間效益的分享比例,導(dǎo)致工程一再拖延無(wú)法實(shí)施。根據(jù)如上矛盾和集中供熱的發(fā)展,需要徹底改變目前城市供熱的運(yùn)行模式,把熱源廠、城市供熱主干網(wǎng)、熱力站合起來(lái)由“熱源公司”運(yùn)行管理,而熱力站以下的二次管網(wǎng)和樓內(nèi)管網(wǎng)的維護(hù)運(yùn)行則按照熱力站分別由獨(dú)立的采暖服務(wù)公司管理。這種采暖服務(wù)公司可以與新建的住宅小區(qū)物業(yè)管理公司統(tǒng)一,可以是機(jī)關(guān)學(xué)校大院的采暖管理機(jī)構(gòu),也可以是單獨(dú)專門(mén)成立的采暖服務(wù)公司。熱源公司與各個(gè)采暖服務(wù)公司之間完全按照熱力站直接測(cè)量出的熱量結(jié)算,而采暖服務(wù)公司在熱力站從熱源公司購(gòu)入熱量,承擔(dān)熱量在各樓、各室間的調(diào)節(jié),提供末端的服務(wù),從采暖用戶收取采暖費(fèi)。其收費(fèi)可以繼續(xù)按照面積計(jì)算;也可以分樓進(jìn)行熱量計(jì)量,再在樓內(nèi)根據(jù)某種方式結(jié)算;也可以嘗試各種不同的分?jǐn)偡椒?。因?yàn)椴膳?wù)公司的全部收益就是從用戶收取的熱費(fèi)與在熱力站結(jié)算的熱費(fèi)的差價(jià),所以就會(huì)全力解決二次網(wǎng)和樓內(nèi)的調(diào)節(jié)問(wèn)題,在滿足室內(nèi)溫度的基礎(chǔ)上盡可能減少供熱量,從而避免過(guò)量供熱。在這種機(jī)制的促進(jìn)下,采用什么技術(shù)調(diào)節(jié)室溫,采用什么方式分?jǐn)偀豳M(fèi),可以根據(jù)實(shí)際情況自行決定,都會(huì)容易解決。而熱源公司則在獲取最大收益的驅(qū)動(dòng)下,優(yōu)化調(diào)度各類熱源,并全力保證各個(gè)采暖公司對(duì)熱量的需求。面對(duì)上述的四個(gè)不一致,經(jīng)過(guò)這樣的改制后,就會(huì)出現(xiàn)以下情況:采暖公司管轄的二次網(wǎng)至室內(nèi)的管網(wǎng)系統(tǒng)的資產(chǎn)可以很清楚地歸到公司所屬。這樣,資產(chǎn)所屬、維護(hù)、使用運(yùn)行三者可以完全一致;采暖服務(wù)公司的運(yùn)行調(diào)節(jié)目標(biāo)是降低熱量消耗從而節(jié)省熱費(fèi),熱源公司的運(yùn)行調(diào)節(jié)目標(biāo)是優(yōu)化各熱源效率,保證供應(yīng)。運(yùn)行調(diào)節(jié)目標(biāo)與各操作責(zé)任者的利益完全一致;“熱改”的任務(wù)轉(zhuǎn)移到熱力站熱源公司和采暖服務(wù)公司之間的結(jié)算。這樣所需要的投資少,可操作性強(qiáng),與各方利益相一致,可以實(shí)現(xiàn)熱改的目標(biāo),促進(jìn)建筑保溫、避免過(guò)量供熱,也與熱改的目標(biāo)完全一致;有利于促進(jìn)吸收式換熱熱電聯(lián)產(chǎn)、工業(yè)余熱等各種新型高效采暖熱源的