城镇供热模式的优化选择

李联友 朱鑫予

(1.河北建筑工程学院能源与环境工程学院，河北 张家口 075000; 2.张家口市市政公用热力有限责任公司，河北 张家口 075000)

0 前 言

为了满足环境保护、建筑节能和采暖制度改革等方面的要求，城镇能源供应结构日趋多元化，采暖供热方式也一改传统区域燃煤锅炉房一统天下的局面，形式越来越多.各种采暖方式的差别很大，燃料或能源不同，多种多样的供热设备，热系统规模由大到小，由集中到分散.多样化的供热方式，使人们面临越来越多的选择.但同时，如何评价和选择如此众多，特点不一的采暖方式也成为目前亟待解决的问题.

供热系统模式的比较和选择是一项较为复杂的问题，涉及很多方面的因素.不同的供暖模式有各自的特殊性和适用范围，能源结构、燃料价格、能耗大小、初投资和运行费用等都相差很大，同时不同的燃料和燃烧方式对环境的影响也各不相同.另外，气候条件、管理水平和政策因素对其影响十分显著.对各地区大量的实际调研与测试数据为依据，综合全面的考虑每种供热系统模式的各自特点，进行具体的分析和论证，对每种供热模式均给出定性的适用性和定量的能耗水平、经济性和环境影响.每种供热模式都有其适用性和局限性，能耗水平包括耗热量、能量转换效率EEC和折算标煤耗量，经济性包括初投资和运行费，环境影响包括直接污染物排放和间接污染物排放.

1 供热系统类型

供热系统的本质功能是要实现热量从燃料(或热媒)到建筑物内的传递，以抵偿采暖季中建筑物通过围护结构和冷风渗透等造成的热量散失，保持室内适宜的温度.一般的，供热系统是由热媒制备(热源)、输配系统、热媒利用(散热设备)三个主要环节组成的整体.不同的供热方式三者的相互位置和组合形式是不同的.首先根据供热系统规模和热源位置的不同，依照能量传递的关系，按照供热的范围上将供热系统分为城市热电联产集中供热、城市区域集中供热、分散式小区供热、户内独立供热等四种类型.

1.1 城市热电联产集中供热

一般情况线是针对大中型城市的一种供热模式.主要热源包括燃煤、燃气热电联产等集中供热.其主要组成部分有抽凝式和背压式汽轮机、城市高中温热力管网、一级外管网、主要换热站、二级外管网和末端散热设备.其中整个系统中存在着一个或多个分布式换热站，用户末端存在着多种散热设备.城市集中供热的主要特点是供热规模巨大，以大中型城市为供热对象，存在大型集中热源和两级热力管网，热电联产具有节约能源，改善环境，提高供热质量，增加电力供汽等综合效益等特点.

1.2 城市区域集中供热

主要是指大型区域热源为主要热源的供热方式.区域热源主要包括大型燃煤、燃气锅炉房和大型燃油锅炉房，部分地区还包括电热锅炉房、地源热泵、太阳能热泵等供热形式.其主要的组成部分有大中型集中热源、大中型换热站、一、二级室外管网和终端散热设备.终端散热设备主要为各种类型的散热器和热风采暖设备，由于目前许多城市都陆续开始使用分户计量系统，因此很多地区加大了供需矛盾，很难实现供和需的动态平衡.城市区域集中供热的突出优点是其换热效率高，其锅炉运行效率一般都能达到80%以上，可有效的减少各种污染气体的排放，有效的保护了环境.

1.3 分散式独立建筑供热

主要是指针对各种公共建筑内独立存在的供热方式.分散式独立建筑供热的形式主要有各种中小型燃气、燃油锅炉、电热锅炉、地源热泵、污染源热泵和溴化锂直燃机等设备.其主要的组成部分有建筑物独立热源、换热站、管网和终端散热设备.终端散热设备主要为各种类型散热器、热水辐射地板和热风采暖.分散射独立建筑供热的主要特点是供热规模限于建筑物内，以公共建筑物为供热对象，避免了消耗在管网的大量能耗，就有机动灵活的运行特点，目前逐渐应用到各大酒店、饭店、高级写字楼等公共建筑上.

1.4 户内独立供热

主要是针对小区住宅建筑，将热源放置在住户家中的供热方式.目前户内独立热源主要包括燃气壁挂炉、电热壁挂炉、地源热泵和空气源热泵等供热形式.还有一些末端散热设备本身就是热源的散热方式，如电热膜、电热缆、电暖器和相变蓄能电暖器等.其主要的供热组成包括有户内热源和终端散热设备.终端散热设备主要为各类散热器、低温地板辐射采暖和热风设备.户内供热的主要特点是供热系统存在于住户内，用户可以根据需要自行调节使用，便于分户计量，但一般换热效率不如集中供热效率高.

2 供热模式的选择

在对城镇供热方式的优化选择时，可综合考虑以上的供热方式类型，不同的供热方式由不同的供热环节和不同的环节组合.一般的，供热系统主要由三个主要环节构成，热源、管网、末端.供热方式的规模越大，组成环节越多.

供热方式是一个完整的系统概念，对某种供热方式的完整描述应包括系统规模，燃料和转换方式以及末端形式.系统规模定义了供热方式应包含的供热环节，当系统规模确定了，热量输配环节也随之确定，例如区域供热一定包含室外、室内管网.集中供热、燃气采暖、地板辐射采暖等说法，仅是供热分类，均不是供热方式的完整定义.完整严格且相互具有可比性的供热方式的定义应包括系统规模，燃料和转换方式和末端形式，所以现行的各种供热方式均可根据能量传递的流程，通过不同供热环节的组合得到完整的描述.例如：

燃煤热电联产——城市热力管网——换热站——室外管网——室内管网——散热器(城市热电联产集中供热)

燃气锅炉房——室外管网——室内管网——带调温散热器(热计量的区域集中供热)

换热站——室外管网——室内管网——热水辐射地板(区域集中供热)

水源热泵——室内管网——风机盘管(与空调结合的建筑独立供热)

热泵+蓄热——室内管网——散热器(建筑独立供热)

燃气壁挂炉——热水辐射地板(户内独立供热)

土壤源热泵——风机盘管(与空调结合的户内供热，适于别墅等低密度建筑)

相变蓄能电暖器(户内独立供热)

每种供热方式由不同的环节组成，每个供热环节也有各自的特点.将每个供热环节从适用性、能耗、经济性和污染排放四个方面进行全面的分析，给出各项的定性说明和定量指标.当考察某一供热方式时，可按照供热方式热量传递过程选取供热环节，将每个环节的能耗、经济性和污染排放进行叠加，并参考每个环节的适用条件，即可得到该供热方式的总的适用性、能耗、经济性和污染排放指标.

每种供热方式的适用性是由其自身的特点决定的，其能耗，经济性和污染排放指标不仅和供热方式有关，还与很多外部条件有关，例如，能耗水平就与气候调节和保温水平有极大的关系，而经济性又与当地的物价水平关系密切.所以，对应于不同的条件，通过分析计算可以得出每种供热方式适用性、能耗、经济性和污染排放四个方面的数据.

不同的地区，由于气候条件的不同，建筑物的基础能耗差别就很大；各种限制条件也不同，如市政基础设施是否完善，是否有地下水可开采，是否有分时电价政策，以及当地燃料和人工等的价格水平均对供热方式的各项指标产生影响，所以不存在一种普遍适用的最佳供热方式.对应于不同地区和不同情况，适宜的供热方式是不同的.

供热方式的优劣比较和恰当选择还取决于不同的决策者依据，这很难用一个评价指标来统一，例如，对于北京，上海等大城市，决策的主要依据是环境影响，在满足环境要求的基础上，选择能耗低，较为经济的供热方式；而对于西部等不发达地区，考虑到老百姓的承受能力，决策的主要依据是供热系统的经济性，并兼顾环境影响.

在对城市能源结构进行充分调研的的基础上，得出各种可能用到的供热模式的适用范围和各种经济技术指标，这些指标包括水文地质、环境气象、建筑类型、道路交通等数据，对各种可能用到的城市供热模式进行分析论证后，得出不同地区各种供热模式在相同评价指标下的参数比较.最终，决策者根据这些指标，结合本地区实际条件和决策时设置的权重指标，再结合整个城市的能源供应状况和能源价格因素，给出实际情况下的最为优化与适宜的供热模式，调整优化整个城市的供热系统结构，如果考虑到今后国家的能源政策的改变，适当增加可再生能源如太阳能、生物质能以及地热能等新能源在城市供热模式的比例，可进一步增强整个城市的可持续发展能力.

3 结 语

随我国建筑能耗的不断增加，如何有效的规划能源在建筑领域的应用，实现经济、环境效益和能源利用率最佳，对指导采暖空调等建筑能耗系统建设有重要意义.目前我国电的综合供应效率在31%左右，大力发展直接电力采暖，一次能源利用率低于30%，远远低于燃煤锅炉的50%～60%，虽然直接污染减轻，但总污染物排放量远远高于在城市中直接燃煤采暖，造成严重的间接污染，对国家总的大气环境和生态环境非常有害.如何处理直接污染和间接污染的问题，就是如何处理局部与整体利益的问题，从可持续发展的角度上来看，应该控制直接电采暖，发展热泵等高效的电采暖方式.另一方面，仅强调总排放量，在城市内建过多的热电联产电厂，发电使燃料消耗量大大增加，从而增加了城市的总的排放量.这样尽管多产生出电力，但增加了在城市的排放量，影响了城市大气环境.因此在直接排放与间接排放二者间需综合分析平衡，在当地环境容量容许的条件下发展高效的热电联产方式.因此热电联产供热方式无论从能源利用效率还是经济性方面都是最佳的供热方式，应支持保护和完善.同时不同的燃料类型应有不同的供热型式，燃煤对应的最佳供热方式为热电联产集中供热；燃气对应的合理的供热方式是分散供热，包括建筑独立式或户内独立式供热；而电能在我国不能简单的看作清洁能源，其对应的最佳供热方式是热泵供热，所以严格禁止各种直接电热供热，推广和发展热泵供热技术，并适当提倡蓄热式电暖器解决电力峰谷差问题.总之，不同的外部条件对应着不同的最佳供热方式，气候条件，价格体系，基础设施等外部条件很大程度上影响着供热系统的评价，应具体问题具体分析.