图1-9 近年来我国热电联产集中供热面积的逐年增长 (数据来源:中国统计年鉴1997~2006) 不同容量热电机组热电联产模式时的发电效率与产热效率 表1-6 容量 发电效率(%) 产热效率(%) 纯发电效率(%) 2万kw以下 10~15 60~70 20~26 5~10万kw 18~22 55~70 28~32 20~30万kw 25~30 40~50 35~38 60万kw以上 30~35 35~45 43~45 我国集中供热的另外大约50%的热源是由不同容量的燃煤燃气锅炉提供。其中90%以上为燃煤锅炉,只是在北京等个别大城市的市区燃气锅炉为主。这些锅炉的能量转换效率随锅炉容量和燃料种类不同而大不相同。实测燃煤锅炉效率在50%到85%之间,图1-10即实测的各燃气锅炉效率。这些锅炉的效率之所以出现这样大的变化范围主要是因为运行调节与控制不同所致(如鼓风量不同等)。我国目前小容量燃煤锅炉在很多城市还是主导热源,这样,使我国集中供热的锅炉型热源的平均效率约为60%,远低于热电联产方式的150%的效率值。尽快取消小容量的燃煤锅炉,通过管网改造扩大集中供热规模,用大容量高效清洁锅炉替代;或兴建燃煤热电联产热源,应该是我国集中供热系统热源节能改造的主要方向。
图1-10 北京市实测的燃气锅炉的能量转换效率(数据来源:中央国家机关锅炉采暖系统节能分析报告》,清华大学建筑节能研究中心,2006年6月)
综合考虑北方地区不同气候状况和建筑保温水平,可以近似得到目前我国北方城镇建筑物采暖平均需热量为90kWh/(m2年),平均过量供热率25%,末端实际供热113kWh/(m2年),管网损失3%,热源平均供热量117kWh/(m2年),采用完全为热电联产热源时,折合的供热煤耗为9.6kg标煤/(m2年);采用锅炉房热源时,供热煤耗为24kg标煤/(m2年);采用70%的热电联产,30%的大型锅炉房调峰时,平均供热煤耗折合为14kg标煤/(m2年)。我国集中供热系统热电联产和集中锅炉房热源约各占50%,平均供热煤耗19kg标煤/(m2年)。 (4) 其它供热热源。
各类分散的供热方式约占城镇建筑面积的30%。主要为分散煤炉,分散燃气炉,电采暖和各种热泵采暖方式。表1-7为这些采暖方式的平均采暖能耗。需要注意的是,采用水源热泵方式采暖,目前也都是通过一定规模的管网实行集中供热。尽管规模较小,对于住宅建筑来说过量供热率也高达15%~20%。2004年我国平均发电煤耗为354g/kWh,水源热泵的电-热转换效率为3.5时,105kWh/(m2年)的供热量折合10.6kg标煤/(m2年),低于锅炉房热源,但高于热电联产热源(9.6kg标煤/(m2年))。目前各类热泵采暖占非集中供热中的比例很小,分散煤炉占绝大部分。分散煤炉所供热的建筑均为体量小,体型系数大的建筑,所以能耗高达20~25kg标煤/(m2年)。这样集中供热以外方式采暖的平均能耗折合为燃煤大约为22kg标煤(m2年)。
不同采暖方式的平均采暖能耗 表1-7 平均采暖能耗(kg标煤/m2.年) 分散煤炉 20~25 分散燃气炉 11~16 电采暖 24~30 各种热泵采暖 10~17 (5) 城镇采暖能耗总量。 综上所述,我国城镇采暖35%为热电联产集中供热,35%为各类锅炉集中供热,30%为分散供热,平均能耗折合为燃煤为: 14kg*0.35+24*0.35+22*0.3=20kg标煤(m2年) 我国目前北方城镇采暖建筑面积约为64亿平米,采暖能耗折合约为1.3亿吨标煤/年。 1.3.2 北方城镇采暖节能的主要任务 我国北方城镇采暖能耗占全国城镇建筑总能耗近40%,并且不同方式、不同建筑的采暖能耗相差很大。因此,无论从相对还是绝对总量,北方城镇采暖节能潜力均为最大,应是我国目前建筑节能的重点。 可以实现采暖节能的技术途径如下: 1) 改进建筑物围护结构保温性能,进一步降低采暖需热量。与发达国家相比,我国北方建筑围护结构的热阻可在目前基础上再提高50%,部分渗风严重的老式钢窗也需要更换。围护结构全面改造可以使采暖需热量由目前的90kWh/(m2.a)降低到平均60 kWh/(m2.a)。 2) 推广各类专门的通风换气窗,实现可控制的通风换气,避免为了通风换气而开窗,造成过大的热损失。这可以使实际的通风换气量控制在0.5次/hr以内。 3) 改善采暖的末端调节性能,避免过热;同时在假期和周末无人时,有可能把室温降至值班采暖温度(10~14℃),这样可基本消除目前集中供热系统平均20%的过度供热。 4) 在有条件的系统全面推行地板采暖等低温采暖方式,从而降低供热热源温度,提高热源效率。 5) 积极挖掘利用目前的集中供热网,发展以热电联产为主的高效节能热源;大幅度提高热电联产热源在供热热源中的比例。如果把热电联产热源所占比例从目前的三分之一提高到50%以上,则可以使我国北方采暖能耗再下降7%。 6) 改目前的高能耗低效率小型燃煤锅炉为大型高效锅炉或并入集中供热网。 全面实现如上诸条,可使我国北方城镇采暖单位面积能耗降低40%,也就是从目前的20公斤标煤/(m2.a)平均下降到12公斤标煤/(m2.a)。 要实现这一目标,必须配套的相应政策与机机制为: 1) 严格新建筑节能审查,推动既有建筑节能改造,使围护结构保温性能得以全面改善。
2) 全面实施按热量计量收费制度,从而使围护结构改造获得收益,并促进行为节能,减少过量供热。
3) 相应地改革供热企业体制和运行管理机制,使对热源和热网的各种节能改造措施得以有效落实。 1.3.3长江流域采暖
这包括山东、河南、陕西部分不属于集中供热的地区和上海、安徽、江苏、浙江、江西、湖南、湖北、四川、重庆,以及福建部分需要采暖的地区。这一地区冬季也有短期出现零度左右的外温,但日均温很少低于零度,一年内日均温低于10℃的天数一般不超过100天。在历史上这些地区都不属于法定的建筑采暖区,除少数高档建筑,一般都采用局部采暖方式。传统上采用木炭烤火,改革开放后,城镇建筑的采暖方式变成电暖气,电褥子,热泵式空调,以及一些以燃气燃油为燃料的采暖装置。然而据初步统计,住宅或一般办公建筑采用直接电热或热泵采暖时能耗都在4~8kWh/m2.年。这样,尽管这一带住宅建筑面积为40亿平米,但冬季采暖用能仅210亿度电,折合标准煤不超过800万吨,远远低于北方采暖能耗。这样低的采暖能耗完全是因为采暖是只服务于部分空间和部分时间的间歇局部采暖,并且即使是采暖的房间室温也只是维持在14~16℃。与这一地区气候类似的法国南部,采暖能耗高达40~60kWh(m2年)。其差别就是对建筑提供全面采暖,对室内温度全天候保障,室温控制在22℃左右而不是我国这一地区的14~16℃。目前这一地区的一些新开发的高档社区开始采用集中供热,有些城市正规划建设大规模集中供热网。已建成的一些城市热网和住宅小区热网的运行结果表明,集中供热方式必然提供全天候、全建筑空间的采暖服务,这些建筑保温水平又远低于北方地区,加上调节不当导致的过量供热,结果采暖能耗一般都在30~50kWh(m2年)以上。当采用燃煤锅炉采暖时,能耗可高达8~10kg标煤/m2.年,40亿平米住宅建筑将需要3600万吨标煤,将为目前采暖能耗的5倍。而采用热电联产方式,又会由于冬季时间短热电厂运行时间过短而造成经济效益很差。试图在夏季采用纯发电方式或电冷联供方式,其能耗远高于常规电厂和常规电制冷方式(见3.3~3.5节)。因此,在长江流域不适合采用集中供热方式。如何为了满足人民生活水平提高导致对冬季室内热舒适要求的提高,适当地改善这一地区室内热状况,同时又不造成建筑能耗的大幅度增大,是目前我国建筑节能工作一项严峻和急迫的任务。可能的途径是发挥这一地区室内外温差小、各类地表水资源丰富的特点,发展各类分散的热泵采暖方式,维持这一地区部分空间部分时间采暖的特点,发展出一种新的低能耗采暖方式。