调整能源结构，减少煤炭污染，同时满足电力供给超过需求的矛盾，是华北地区大中型城市环境管理面临的重大问题。建筑采暖能源约占该地区能耗的四分之一以上，重新研究建筑采暖策略是这些地区能源结构调整的重点，对目前快速发展的住宅建设也有重要的指导意义。本文在分析采暖现状的基础上，列出面临的各种问题，介绍可能的各种采暖方式，从一次性能源利用、运行成本、初始投资、适用性等方面进行评价，最后提出不同现状下的新旧建筑采暖方式建议。

调整能源结构，减少燃煤污染，同时满足电力供给超过需求的矛盾，是华北地区中型城市环境管理面临的重大问题。建筑采暖能源约占该地区能耗的四分之一以上，重新研究建筑采暖策略是这些地区能源结构调整的重点，对目前快速发展的住宅建设也有重要的指导意义。本文在分析采暖现状的基础上，列出面临的各种问题，介绍可能的各种采暖方式，从一次性能源利用、运行成本、初始投资、适用性等方面进行评价，最后提出不同现状下的新旧建筑采暖方式建议。

一．现状

1．热电联产、集中供热，目前华北各大中型城市均有一个或几个热电厂为热源的热网，北京市随着高碑店热电厂的并网和城区管网的进一步扩建和改造，供热面积可进一步发展到六千万平米。其他城市的热电连产为热源的集中供热系统也陆续完成投入运行。

2.区域锅炉室是热源的集中供热，这是该区域最主要的供热方式，燃料主要是煤，现部分改为天然气和燃料。

3.家用燃煤炉仍占很大比例，是冬季空气的主要污染源之一。

以上3种方式是该地区85%以上建筑物的供暖方式，还有利用地热水作为热源的集中供暖系统，新住宅区利用电热膜方式的电热、一气小锅炉供暖、空气热泵和水源热泵供暖等。

2.当前问题

1.集中供热系统末端无计量和调节手段。统一按供热面积收费。当室内过热时，用户开窗散热而不是关暖气。由于无调节手段，办公室、教室夜间和假期照常供热，住宅有人无人照常供热。根据测算，末端增加调节手段并通过改变计量方式使此调节手段被真正利用，可使供热能耗降低35～40％，并可以实实在在地改善需要采暖的用户的采暖状况，满足不同水平的需求。但是，暖气收费方式的改革涉及到很多技术、资金和政策问题。将是一项长期的任务。

2．家庭小煤炉采暖和大量的小型燃煤锅炉区域采暖是冬季空气的主要污染源之一。作为环境改造的重点。

3.华北电网峰谷差达1:4.5，总用电负荷低于供电能力，但峰时供电仍紧张，峰填谷和发展低负荷时段的电负荷是能源结构调整面临的重要课题。

3.一些可行的供暖方式和分析评价

1.热电联产方式热电联产是利用燃料高品位热能发电后，综合利用低品位热能供热能源的技术。目前，中国大型火力发电厂的平均发电效率为33%，热力发电厂供热时的发电效率为20%，其馀80%的热量中的70%以上可用于供热。一万千焦热量的燃料，采用热电联产方式，可产生2000千焦电力和7000千焦热量。而采用普通火力发电厂发电，此2000千焦电力需消耗6000千焦燃料。因此，将热电联产方式产出的电力按照普通电厂的发电效率扣除其燃料消耗，剩余的4000千焦燃料可产生7000千焦热量。从这个意义上讲,则热电厂供热的效率为170％，约为中小型锅炉房供热效率的2倍。

同时热电厂可采用先进的脱硫装置和消烟除尘设备，同样产热量造成的空气污染远小于中小型锅炉房。因此，在条件允许的情况下，应优先发展热电共产的供暖方式。热电共产的问题是①长距离运输，管网初期投资高，运输泵的电力消耗为运输热量的2~4%，维护、管理费用也高，②末端没有计量方式和调节手段，浪费了30~40%的热量。根据前苏联的大规模实验结果，供热末端增加调节手段，按热量收费后，可节约30%以上的热量。[2]

2.中小区锅炉室集中供热的区锅炉室可以是煤、煤、燃料或电锅炉方式，但需要通过区域管网通过热水循环向建筑物内供热。因此，与热电生产方式相同，由于末端没有计量和调节手段，30~40%的热浪费。热量输送距离短，水泵电耗为输送热量的1～1.5％，但其热源效率却远低于热电联产方式。区域燃煤锅炉房的设置是以煤为主要燃料的解决分散到各户设燃煤炉导致的煤和煤渣的运输与污染，煤炉的管理等一系列问题。为此牺牲了末端调节能力，导致30～40％的末端热量浪费增加了1～1.5％的输送电耗，并降低了供热水平，但如果以电或天然气为燃料，它们的输送都比热量容易，输送成本也低，电热或天然气锅炉很容易实现自动管理。为什么要建造煤气和电气区域的锅炉房？根据现在的燃油价格，使用天然气是燃煤的4倍，电热是燃煤的11倍，使用这些清洁燃料除了环境效益外，还应尽量利用运输方便、调节方便的特点，节能尽量减少运行费用的增加。

3.家用小型煤气热水炉一家一户自成系统，解决供暖和热水供应问题。这一方式在欧、美已有几十年历史，目前为这些地区的主要采暖方式，我国之所以没有广泛应用，是由于燃煤为主的历史形成必须集中供热的传统观念，以往居住面积狭小也限制了这种方式的采用。长期依赖于住宅分配制，集中供热设备的投资，包括在市政和建筑中，但家用燃气锅炉个人出资是另一个原因。

目前随住房改革和燃料结构改变，这三个原因都不再存在，因此在新建住宅区当不存在热电联产集中供热的条件，准备使用天然气为采暖燃料时，家用燃气小锅炉应为首选方案。近年来发生过几起燃气小锅炉爆炸事故，这是初期试用中的问题。引进国外的成熟技术，安全问题必须比较简单可靠地解决。在住宅区煤气锅炉室的集中供热工程中，锅炉室、外网和建筑物内主管网的投资至少为30~50元/m2，与家庭煤气锅炉室的投资相同。使用家用燃气锅炉也可以节省热水器的投资。采暖是连续负荷，瞬态负荷不高于目前家用热水器负荷，因此不会给燃气管网带来问题。终端的灵活调节与集中煤气锅炉相比，平均节约30~40%的煤气，降低运行成本。因此，与煤气集中锅炉房的形式相比，该方式的优势明显。

4.直接电加热在室内采用各种电加热、电加热膜等方式，末端装置的热利用率为100%，调节灵活，但使用高品位的电加热直接转换为热，浪费能源。目前，中国大型火力发电厂的平均热电转换效率为33%，加上运输损失，电加热效率仅为30%，远低于热电共产的170%，也低于燃煤和燃气加热的85~90%。法国、瑞士等国家采用部分电加热是由于丰富的水利资源，发电以水电和核电为主。我国仍以火电为主，采用电加热方式，实际上比锅炉房直接供热增加2倍的污染物排放量。仅从环保的角度来看，电热直接供暖的方式也是不可取的。

5.为了解决电力负解决电力负荷的峰值差距，缓解大型火力和峰值调整的困难，利用夜间谷值的电力供热，从电力系统运行的综合平衡来看，还有一定的道理。目前有这样几种电蓄热方式：①大型常压热水箱。每一万平米采暖面积约需85立方米水箱，占地成本高，蓄热损失也较大②高压蓄热水箱，可使蓄热温度提高到19℃，从而可使蓄热水箱容积减少至三分之一。但所占空间仍大，并且在居住区增加这样的高压容器总有一些安全问题。这两种方式最终还是以集中供热方式向末端供热，因此保留了集中供热调节不灵活，供热效率低等一系列问题。

③采用电热膜方式，利用建筑物本身的热湿性蓄热。暖气的最大负荷发生在夜间，电力负荷的低谷发生在后半夜，这种蓄热方式效果不好，为了蓄热夜间室内温度过高，热损失增加。④相变蓄热电采暖[1]。采用硅铝合金作为相变材料，体积与通常的铸铁供暖相同，但5小时内可以储存1天的供热量，实现高峰填补谷，其放热量可以随时人为控制，不需要供暖时可以随时关闭，应该是蓄热供暖的最佳解决方案。现在的问题是设备投资高，大概150元/m2，电力峰谷价格差距小。只有电力部门适当补贴这种暖气设备，将谷间电费降至0.20元/度以下，才能与个人煤气锅炉竞争。

6.电动空气热泵使用电加热的最佳方式是热泵方式。空气热泵是降低空气侧的温度，将热量转移到另一侧的空气和水中，使温度上升到暖气所要求的温度。此时，电用于实现热量从低温上升到高温，外温为0℃时，一次电产生约3.5度的热量，效率为350%，发电热电效率为33%，空气热泵的整体效率约为110%，比直接燃煤和燃气效率高。实际上，现在的窗户式和分体式空调的相当部分具有热泵功能，是成熟的技术。具有热泵功能的房间空调和单冷型房间空调价格差别并不大，因此考虑到空调的普及，采用热泵不会增加投资。

这种方式的问题是①热泵的性能随室外温度的下降而下降，外温下降到-5℃以下时，一般需要辅助供暖设备。此时用电伴热作为辅助手段，也远远高于整个冬季的所有电伴热效率，模拟分析的结果表明，在使用辅助电伴热后，北京地区的热泵供热功耗约为直接电伴热方式的一半。②房间空调器的末端是热风而不是一般的采暖散热器，许多人感觉不舒适，这可以通过一些措施来改进。例如，用户式中央空调和地板供暖相结合等，但首次投资必须增加。

7.电动水源热泵解决空气热泵外温低时效率下降的最佳方案是采用深井回灌方式的水源热泵。冬天从深井抽出地下水，用换热器冷却后，再次灌入另一个深井。热交换器得到的热量通过热泵提高温度成为暖气热源。夏天，从深井中取出地下水，通过热交换器升温后，回到另一个深井中，热交换器的另一侧是空调冷却水。这种方式实际上是在夏天将建筑物产生的热量存放在地下，供冬天暖气使用。冬天把建筑物的冷却量存放在地下，用于夏天的空调。华北地区民用建筑冬夏冷热负荷大致相当，采用此方式可保持地下热平衡。

2.煤气价格按1.4元/m3、36MJ/m3煤气值计算

从表中一次性能源消耗量和燃料种类可以看出COx的排放量和对大气的污染程度。可以看出，如果所有的电都是由燃煤电厂供应的，热电联产方式对大气污染最低，而电锅炉排放最高。运行费用也是热电联合生产方式最低的，只要有条件，就要大力发展热电联合生产的集中供热方式，改革供热计量收费方式，增加末端调节手段，进一步降低集中供热单位的能源消耗，增加现有热电联合生产的热源可能供热面积。

4.结论

1.大力发展热电联产集中供热方式，这是中国二十一世纪白皮书上写的基本国策，应从各方面支持和保证。如果可能访问热电共产集中供热网，则不允许采用其他方式访问。

2.不同燃料对应不同的最佳供热方式。燃煤对应的最佳方式是热电共产和集中供热，燃气、直接用电时集中供热方式不再合适，应发展与新燃料对应的新方式。

3.小区锅炉煤改天然气工程要慎重。有条件访问热电联产集中供热网的，应尽量访问。有条件取消集中供热，改为家庭独立的燃气锅炉的应尽可能争取。对于住户经济条件普遍较好，空调安装率较高的小区，甚至还可打深井，安装集中换热器利用原有供暖管网实现水的循环，在各家各户安装分散式水源热泵。

4.远离热电联产热网的新住宅区不应重建集中供热系统，应采用家庭小型燃气锅炉和深井灌溉系统统一提供循环水，各家庭设置小型水源热泵。

5.政策应支持深井回灌式水源热泵系统。有条件地区的新建住宅区和商业建筑应尽可能优先考虑这种方式，非常适合保护大气环境、保护住宅区环境、扩大电力负荷。一起考虑空调设备的投资，这种方式最初投资不高，运行费用最低。

6.对于城市燃煤炉供暖的用户，可以推进带辅助热源的空气热泵方式和蓄热式电加热方式。由于蓄热式电暖气方式具有最佳的对电力负荷削峰填谷效果。因此，除了电费优惠政策外，电力部门还应对蓄热式电暖设备给予补助金。

7.严禁各种电锅炉集中供热方式。电热膜、电加热等方式也应尽量控制使用。不能为了扩大现在的电力负荷而推进直接的电加热。我国电力系统的最大问题是峰谷差，直接电加热有助于减缓峰谷差。大力发展热泵技术，实现高效供热和发展相变电加热解决峰谷差异问题，是扩大电负荷的合理途径。各种热泵系统初始投资略高，但包括空调设备。几种热泵系统的投资都低于单独的采暖系统加上单独的空调系统，近年来我国房间空调器的拥有量一直以20％的速度递增，目前北京市每百户拥有空调器超过60台。从这个背景全面考虑暖气和空调的要求，热泵系统反而更经济。