張國凱 山東建筑大學設計集團有限公司
自2017 年來，國家積極推進北方地區冬季清潔供暖工作，在節能減排方面取得了顯著成效。山東省人民政府辦公廳2018 年印發了《山東省冬季清潔取暖規劃（2018-2022 年）》（簡稱《規劃》），認真貫徹落實清潔取暖工作。根據《規劃》，至2022 年山東省取暖用能可再生能源占比40%、燃煤占比60%。結合山東省清潔供暖實際改造情況和有碳排放的清潔供暖方式，本文選取燃煤熱電聯產、燃氣壁掛爐、地源熱泵、空氣源熱泵4 種清潔供暖方式作為重點研究對象。
1.1 燃煤熱電聯產
大型清潔化燃煤熱電聯產是山東省集中供暖的主要形式。近年來，山東省全面淘汰35t/h 以下燃煤鍋爐；
關停單機容量30 萬kW 以下非所在地區唯一、不可替代民生熱源燃煤機組及配套鍋爐；
大力挖掘現狀60 萬kW 及100 萬kW 機組的供熱潛力，利用其乏汽、循環冷卻水余熱供暖。
1.2 燃氣壁掛爐
燃氣壁掛爐作為集中供暖的有效補充，適用于獨棟別墅、城中村和燃氣管網已覆蓋或者容易通達的鄉鎮與農村新型社區的分散供暖。因為其既能滿足供暖需求，又能滿足老百姓的生活做飯需求，所以“氣代煤”在山東省清潔供暖改造中接受程度較高。但農村地區建筑條件差、農民安全意識差及燃氣管網建設落后等因素，一定程度上限制了燃氣壁掛爐的發展。
1.3 地源熱泵
地源熱泵主要指利用淺層地熱能供暖，可用于分布式或者分散取暖?？紤]其冬夏季熱平衡性，尤其適用于學校、醫院及大型商場等類型的公共建筑。
1.4 空氣源熱泵
空氣源熱泵可以集中、可以分散。集中式空氣源熱泵適合作為城鎮集中供熱管網和燃氣管網覆蓋不到的相對獨立區域及農村地區的新型社區和學校、醫院、便民服務中心等公共建筑。分戶式空氣源熱泵或熱泵熱風機適合于建筑密度低且經濟可承受的城中村、農村社區等建筑。
2.1 二氧化碳排放因子
本文介紹的清潔供暖方式涉及到的化石燃料有煤炭、天然氣，其中煤炭以原煤、天然氣以油田天然氣為例計算二氧化碳排放因子（見表1），計算公式見式（1）。
表1 原煤、油田天然氣的二氧化碳排放因子
式中EF—二氧化碳排放因子，kg co2/kg；
Q—燃料的平均低位發熱量，GJ/kg；
CC—燃料的單位熱值含碳量，t c/GJ；
OF—燃料碳的氧化率; 44/12—二氧化碳與碳的相對分子質量之比。
消耗外購電力產生的二氧化碳排放因子主要與電力等價值、煤電發電量與清潔能源發電量的比例有關，本文采用《二氧化碳排放核算和報告要求 熱力生產和供應業》DB11/T 1784—2020 中推薦值0.604 tco2/MWh。
2.2 碳排放總量計算公式
確定燃料的二氧化碳排放因子后，再根據建筑物的熱負荷及每種供暖方式的效率確定燃料的總量，最后計算每種供暖方式的二氧化碳排放量見式（2）。
式中 E—二氧化碳排放量，kg；
B—燃料的總量，kg。
2.2.1 燃煤總量的計算（熱電聯產）
式中B煤—原煤的總量，kg；
A—建筑物的面積，m2；
q1—單位建筑面積能耗，GJ/m2；
b—熱電聯產供熱標準煤耗，kg/GJ，可取38 kg/GJ；
29307/20934—標準煤發熱量與原煤平均低位發熱量之比。
2.2.2 天然氣總量的計算（燃氣壁掛爐）
式中B氣—天然氣的總量，m3；
A—建筑物的面積，m2；
q1—單位建筑面積能耗，GJ/m2；
ξ—燃氣壁掛爐的效率，可取0.9；
38.931×10-3—油田天然氣平均低位發熱量，GJ/m3。
2.3.3 外購電力總量的計算（熱泵）
式中B電—外購電力的總量，MWh；
A—建筑物的面積，m2；
q2—熱指標，W/m2；
N—采暖期天數，山東可取120d；
COP—制熱量與其消耗功率之比(見表2)，W/W。
表2 熱泵機組性能系數（COP）限定值
濟南市某老舊小區在“三供一業”移交過程中，進行了節能減排改造。小區供暖總建筑面積9.6萬m2，改造前綜合熱指標（q2）50 W/m2，單位建筑面積能耗（q1）0.37GJ//m2，改造后綜合熱指標（q2）38W/m2，單位建筑面積能耗（q1）0.28GJ/m2。其中，q1與q2的轉化計算見式（6）。
式中ti—室內計算溫度，℃，可取18℃；
ta—采暖期室外平均溫度，℃，濟南可取1.4℃；
to.h—采暖室外計算溫度，℃，濟南可取-5.3℃。
小區改造前是由2臺29MW 的燃煤熱水鍋爐作為熱源，由于其熱效率低且污染嚴重，本次改造關停兩臺鍋爐。在新的熱源方案確定時，進行了不同供暖方式的二氧化碳排放量計算（見表3）。根據計算結果，地源熱泵供暖方式二氧化碳排放量最低，但小區夏季并不集中制冷，考慮其冬夏季熱平衡性，同時老舊小區地埋管敷設較困難，因而此供暖方式并不適合該小區。空氣源熱泵供暖方式二氧化碳排放量大于燃氣壁掛爐供暖方式，這是因為現階段消耗的外購電力中煤電發電量的占比較大，隨著我國下一步清潔能源發電量的增加，外購電力的二氧化碳排放因子下降，空氣源熱泵供暖方式前景廣闊。另外，通過對比每種供暖方式改造前后的二氧化碳排放量，可以明顯發現節能改造對減少碳排放的貢獻巨大。綜上，確定小區利用集中式空氣源熱泵的供暖方式。
表3 濟南市某老舊小區節能改造前后二氧化碳排放量對比
根據山東地區相關數據資料及通過相關計算，對比4 種供暖方式碳排放得出：①燃煤熱電聯產集中供暖＞空氣源熱泵＞燃氣壁掛爐＞地源熱泵，因此有條件的地區應大力推廣地熱供暖。②隨著我國光伏發電量、風力發電量及核能發電量的占比增加，空氣源熱泵供暖方式二氧化碳排放量將大幅減少，因此空氣源熱泵供暖方式發展前景廣闊。③進行節能改造后，每種供暖方式的二氧化碳排放量均大幅降低，因此應降低建筑物的能耗，大力推廣老舊小區建筑的節能改造。
猜你喜歡壁掛爐發電量源熱泵暖通空調設計中地源熱泵實踐建材發展導向(2022年3期)2022-04-199月份全國發電量同比下降0.4%礦山安全信息(2022年34期)2022-04-07空氣源熱泵用于天然氣加熱的經濟環保性煤氣與熱力(2021年9期)2021-11-06空氣源熱泵供暖期耗電量計算煤氣與熱力(2021年6期)2021-07-282019年全國發電量同比增長3.5%中國煤炭(2020年2期)2020-01-21全預混壁掛爐保養預警設計及應用探討日用電器(2019年6期)2019-07-17全國上半年水力發電量同比增長2.9%水電站設計(2018年3期)2018-03-26肯尼亞火電發電量下降電站輔機(2016年4期)2016-05-17壁掛爐市場的深耕與精耕現代家電(2016年13期)2016-02-05地源熱泵系統的研究與應用中國資源綜合利用(2016年9期)2016-01-22