利用工业余热分片集中供暖的减排及经济效益研究——基于湘潭市天元美居乐小区的调查分析

周 俊

（湖南科技大学商学院，湖南 湘潭 411201）

一、引言

随着收入的增长，人们对生活质量的要求在逐步提高，南方集中供暖成为热门话题。在2012年年末的两会上，全国政协委员张晓梅提出，传统的秦岭—淮河供暖线已经过时，南方冬季的阴冷天气远比北方难熬。南方湿度高，多大风天气。根据研究，湿度每增加10%，体感温度下降1度，而南方冬季湿冷，大部分地区相对湿度达70%，某些地区甚至是90%以上。所以，南方冬季的体感温度比观测温度低5摄氏度左右。近几年，一些南方城市纷纷启动供暖项目，创新了供暖方式。比如，长沙市定位于浅层地温能开发利用供暖，杭州市推出天然气家庭分户式供暖服务，扬州市政府则计划未来实行分片集中供热。

不少学者如李丹（2013）、张东凯（2014）等分析了夏热冬冷地区的供暖需求、必要性与技术可行性；另一方面，对于城市燃煤集中供暖带来的排放问题，张磊（2015）分析了北方集中供暖的耗煤和减排潜力问题，庞军、吴建等（2015）测算了北方15个重点供暖城市天然气替代燃煤集中供暖的减排效果等等；我们研究的问题是，在节能减排的要求下，基于清洁能源的分片集体供暖方式，相对于家庭分户独立采暖，是否能更节约能源？节约的幅度是多少？经济效率是否更好？对这些问题的回答，有助于对南方城市集体供暖给出可靠的判断基础。

二、利用工业余热分片集中供暖的调查研究

集中供暖的热源丰富多样，现有的国内外供热热源有传统的煤、石油、天然气等化石能源以及用电发热。随着科技的发展和环境规制的要求，清洁能源的开发利用称为趋势，垃圾和植物废料焚烧、热电厂余热、地热和太阳能光热、风电余热供暖逐渐在国内外普及，CO2空气能热泵供热等新型供暖技术也逐渐完善。集中供暖形式也有城市集中供暖、片区集中供暖以及分户式集中供暖形式。从南方地域特点和节能减排的角度看，利用热电厂余热、空气能分片分区供热应该是很好的选择。为此，笔者和调研小组调查了湘潭市的一个利用工业余热集中供暖服务的小区，①调研小组成员：肖丹妮，阳茜雨，阳欢，胡欣悦，黄子雄，黄兰。在节能减排、成本费用、使用感受方面获得了第一手资料，并据此展开了估算。

（一）调查概况与研究思路

结合研究目的与笔者所在的湘潭市的实际情况，我们选择了城区的天元美居乐小区作为调查地点。该小区的集中供暖项目产热来源是大唐发电厂的工业余热；它利用蒸汽加热水，然后再将水输送到天元美居乐小区，实现集中供暖。该小区占地面积280余亩，户型面积从85 133平方米不等，约有7 000户；分三期建设。该小区的第一期项目没有使用集中供暖，居民以空调为主进行取暖；第二期和第三期项目的住户才可申请安装集中供暖的管道；第三期项目则刚刚基本建造完成。我们以第一期住户作为对照组，通过对比第一期与第二、第三期住户在冬季的耗电耗能量，可估算出集中供暖相对于使用空调等传统取暖方式的节能量。

由于该种集中供暖基本相当于零耗能，所以我们的计算思路是：收集冬季用电量和春季用电量，两者的差值为正常气温环境下冬季相比于春季而多耗费的电量；由于这一差值主要源于气温差异，而集中供暖相当于把住户房间从冬季变为了春季，所以它可视为集中供暖的能源节约量。虽然一个住户的冬季与春季用电量之差带有较多个体随机因素，不过，如果我们有较多住户的数据信息，就可以把握平均意义上的两个季节的能耗之差。进而基于调查的数据，用回归方法获得冬季与春秋季的能耗差与居民住宅面积之间的定量关系；再代入大唐发电厂集中供暖项目的总负荷容量，即可计算出该集中供暖项目的电力节能量，进而推算出污染减排量。

根据以上思路，我们设计了一个调查问卷，于2018年4月15日（周日）在该小区进行了实地问卷调查，共获得96份答卷。经过筛选①有的调查问卷表上，春季用电量比冬季用电量还更高，有的则是用电量与电费数据不匹配，还有的房屋面积过大，用电量超过正常水平太多等等。去掉异常值，整理出75份有效答卷。问卷调查了住户的房屋朝向、住房面积、冬季（11月、12月、1月、2月）的平均月用电电费与用电量、春秋季（10月、3月、4月）的平均月用电电费与用电量、电器设备的数量与费用、集中供暖的安装使用费用、与步步高商场相比的制暖效果等。

（二）集中供暖的节能减排效应

1.数据处理与描述性指标。考虑到完成调查问卷的人可能不记得准确的用电量，所以我们在设置调查问卷时，使用的是月度电量的区间范围。而为了适合计量回归的需要，我们对搜集来的数据做了适当的处理。具体而言，以问卷上的用电量为基础，结合房屋面积与房屋朝向对原始数据进行修正。通常来说，房屋面积较大的，使用空调等电器取暖的耗电量会较高。对此，我们把用电量相同的住户数据，按房面积进行排序，计算出面积的均值，再以均值为基准、以用电量在该区间服从平均分布来估算用电量。另外，房屋的朝向也会带来不同的冷暖体验。我们在原始数据数据的基础上，针对西南朝向的减去10度电，东南方向的减去5度，南北通透的不加也不减，西北方向的加10度，东北方向加20度。以上两个方面的修正合成在一起，形成为能耗差数据。

表1给出了两个季节段的月用电量的描述性指标。从中可看到，平均而言，冬季用电量比春秋季的高出了大约80%；众数值低于均值，说明住户用电量是右偏分布，有较多的住户是收入一般型的；标准差的数值较大，说明住户们有着明显的个体特征。

表1 调查住户的月用电量概况 单位：度

2.单位住宅面积的能耗分析。用线性回归来拟合月均能耗差Elec与住房面积Area之间的关系。鉴于这是一个基于截面数据的回归，容易出现了异方差现象。因此，我们考虑对回归模型进行怀特异方差修正。表2展示了针对回归方程各种设定下的结果。

从第二列看，住房面积Area前的系数β1的t统计量值为4.81，在5%水平上统计显著。这表明，住房面积对取暖能耗有着显著影响，R2值对于截面数据是可以接受的。模型B是使用了怀特异方差修正后的回归结果。去掉不显著的截距项后，第三列显示住房面积系数的t统计量值有所下降，不过仍然统计显著，系数值基本相同。综上来看，模型D对于把握取暖能耗与住宅面积之间的关系，是更合适的。这表明，对于一套100平方米的住宅，冬季相比于春季需多发生取暖月能耗约为130度电，从而整个寒冷时间段（11月、12月、1月、2月）取暖能耗为520.8度电。即如果该户居民使用工业余热集中供暖，而不是家庭分散电器等取暖，将一年节省520.8度电。

表2 月能耗差对住房面积的计量回归

3.节约能源与减少排放的估算。工业余热进行供暖本身就是一种环保的、节能的项目。为简便起见，这里不考虑项目运转过程中所耗费的能源。从节能的相对幅度看，集中供暖的节能百分比为44.53%，即：

鉴于只有第二、第三期工程可使用集中供暖，根据模型D，该小区集中供暖在冬季的节能绝对量约为350万度电，即：1.302×106×4×2÷3=3.472×106。这些电量折合电费支出为115.8万元，根据340克标准煤燃烧的热能相当于1千瓦时的电能，所以上述节能量约合1 180.5吨标准煤。工业锅炉每燃烧1吨标准煤，产生2 620千克二氧化碳、85千克二氧化硫，7.4千克氮氧化物。因此，如果天元美居乐的工业余热集中供暖能充分利用起来，一个冬季可减少二氧化碳排放3 092.9吨，减少二氧化硫排放100.3吨，减少氮氧化物排放8.74吨。

表3 月电费差对住房面积的计量回归

（三）集中供暖的经济效益分析

出于稳健性，我们也以一户的冬季电费的月支出与春秋季电费的月支出之差cost来表达一个住户因取暖而多发生的月度电费支出，对住房面积Area做回归，结果（如表3所示）。

由第二列可见，斜率项显著，表明住房面积对取暖电费支出有显著影响，R2的表现正常；通过进一步做了怀特异方差修正，去掉不显著的截距项后，斜率项的t统计量的数值大幅度提升；综合来看，选择模型H作为取暖电费与住房面积之间关系的基准方程。该模型表明，房屋面积每增加1平方米，冬季取暖的电费将增加0.868元。这个数值的合理性如何呢？城区居民用电的定价分为三档：一档用电量下的电价为每度电0.588元，二档的为0.638元，三档的为0.938元。由于取暖用电势必发生在基本用电的基础之上，所以这增加的电费有很大的可能性发生在电费收费的第二档和第三档，即0.638～0.938元之间。鉴于第三档的用电量并不难达到，取暖用电非常有可能有许多用电量发生第三档。因此，0.868元这个估计值不仅因其介于0.638～0.938元之间而比较合理，也因其更靠近0.938元而强化了其合理性。这一观察支撑了前文取暖耗电量的回归结果，为我们的节能估算提供了一个支持性的证据。

基于以上回归结果，对于一套100平方米的住宅，冬季相比于春季需多发生取暖月电费为86.8元，从而整个寒冷时间段（11月、12月、1月、2月）的取暖电费为347.2元。即，如果该户居民使用集中供暖，而不是传统的空调等电器取暖，将一年节省347.2元的电费支出。该小区家庭收取供暖费用26元/m2每采暖季（4个月），对比北方供暖收费标准，这个价格是住户和供热公司双方能接受的。

（四）工业余热集中供暖的使用效果

调查还涵盖了使用效果方面，调查显示，集中供暖比之空调供暖效果更好。大部分住户都认为该集中供暖方式的供暖效果更好，温度适宜，受热均匀；而使用空调供暖的住户则反映，空调供暖制热不均匀，空气干燥，如果额外增加空气加湿器和其他的供暖小家电，则造成能源与资源的重复浪费。

三、结语

本文调查估算了一种集中供暖方式的节能减排和经济效应，由本次调研可见，工业余热集中供暖不仅节能减排，还能提供更好的生活质量。但工业余热集中供暖的范围有限，南方城市如何在节能减排的背景下，创新集中供暖的方式，是值得尝试和研究的。随着城市越来越倾向于紧凑集约型发展规划，选择恰当的供暖方式，南方集中供暖将比独立分户住宅取暖的热源利用更加集约高效，集中供暖将成为一种必然。