不同集中供暖方式的综合评价及优化研究

自2006年以来，中国采暖燃煤所排放的CO2量高达1.9×108t/a，排放的SO2量高达0.3×108t/a，排放的烟尘量高达0.35×108t/a。在中国经济增长和城市化进程发展迅速的情况下，人均供热能耗呈现大幅增加的趋势，污染物及碳排放量的控制也迫在眉睫。沈阳地区建筑总能耗已占到辽宁省建筑总能耗的70%以上，其中用于采暖、生产和生活用热水的能耗高达约4.59×104t标准煤。造成能耗居高不下的主要原因是锅炉的容量小，运行效率低，供热质量低，产生的废气及烟尘浓度大，设备需要更新换代，维护成本较高，资源浪费严重等。

为了研究现阶段气候变化给人们生活带来的巨大影响，其首要前提是对可持续发展环境篇章中影响节能、减排的复杂因素加以分析讨论。目前，较多的学者对环境方面的探讨已采用了多领域交叉的综合分析方法来解决既有建筑采暖系统所存在的问题。研究如何在优化建筑采暖系统的基础上提高能源利用效率、节省能源消耗及运行维护费用，以实现节能减排的最终目标。

以沈阳地区为调研对象，根据实测数据对比分析沈阳地区不同公共建筑使用燃煤、燃气集中供暖方式的用能情况，并分析了不同供热供暖方式的供热系统构成。根据建筑的功能类型分析其建筑能耗的利用情况。说明在目前的控制及使用情况下，热效率低、碳排放量大等问题不容忽视，应高度重视各个环节的节能减排效率。

集中供暖方式的能效分析

按照热源形式将集中供热方式划分为区域集中供暖系统和热电联产集中供暖系统。焓效率，是目前广泛采用的评价供热方式能效的方法，即有效利用的能量与消耗能量的比值。在大型的区域集中供暖系统中，燃气锅炉房的系统供热焓效率能够达到90%，焓效率位于其后的分别是大型燃煤锅炉房、燃油锅炉房和热电联产供热。新型供热系统的研究主要集中在热泵及太阳能热水系统的供热能效上，热泵系统的焓效率可达到45%左右。综合研究供暖系统的能源利用程度，大型燃煤、燃油、燃气锅炉房的能量利用率是较高的。主要原因是优化后的锅炉具有容量大，热能有效利用率高，热量传输过程的热损失小，节约能耗的程度明显等优点。

利用综合比较分析的方法对不同的集中供暖方式所提供的总热量、能否满足供热面积、能源转换效率等方面进行对比分析，得到大型燃油、燃气、燃煤锅炉较热电联产、热泵系统具有较高的热能转换效率。而且随着规模的增大，能量转换的利用率越高。从设计、建造、运行、能源消耗、污染物排放的浓度对大气环境的影响等角度进行对比分析，得到虽然燃煤锅炉集中供暖方式的运行管理费用和能源消耗费用较低，但其对大气环境的影响较为严重;虽然现阶段的建设范围较广泛，但并不被视为一种理想的集中供暖方式。而在太阳能或地源热泵等新兴采暖技术领域，虽然其初投资费用较高，运行管理费用亦较高，但这些新型系统对环境的影响最小，可视为较理性的供暖方式，并适合大面积推广应用。但是，结合目前城镇采暖系统的基本情况分析，热电联产在建造初投资、热传输效率、运行维护管理和环境影响方面仍然是目前比较值得考虑发展的集中供暖方式。

公共建筑供暖能耗的对比分析

2007年至2008年间，对辽宁省沈阳市的几栋公共建筑进行了实测调查，不同公共建筑所使用的采暖降温方式是不同的。通过图1的比较可以看出，辽宁省农业科学院、省水利厅机关服务中心、辽宁省残疾人康复中心均应用大型燃煤锅炉进行集中供热，耗煤量均在15000KJ/m2以上;而省体育彩票发行中心由于其建筑面积较小，耗煤量仅为5000KJ/m2。而通过图2应用天然气供暖建筑的对比分析可以看出，能源消耗量较耗煤量减少了1/3，国家检察官培训学院辽宁分院耗天然气量最多，达到12000KJ/m2;辽宁省环境监测中心站耗天然气量最少，仅为4000KJ/m2。

虽然使用燃气锅炉的经济效益比燃煤锅炉高，但是应用燃煤锅炉供暖时，其消耗能源的评估指标过大，维护管理的人员较多，操作繁琐，不灵活。特别是在严寒的冬季采暖期内，燃煤锅炉产生大量的废气，成为市区大气环境污染的主要来源之一。而采用燃气锅炉的热效率能够提高30%，排放到大气中的CO浓度较燃煤锅炉降低100倍，CO2浓度较燃煤锅炉降低22%，氮氧化物的浓度有效降低50%，能够较好的解决环境污染问题。

节能减排优化策略

对集中供暖系统进行环境评价的目的是要在其投资建设过程中和运行采暖过程中对大气环境和人们的生活健康造成的影响程度进行的综合分析和评价，并给出对环境保护有益的可行对策，进一步完善集中供热项目的环境及社会效益。对大型集中供热项目对环境的影响评价分析内容主要包括：供热锅炉系统、供热管网热损耗、热力输配站和泵站等方面。由于该建设项目具有建设范围广、供热面积分布广、管线长等特点，应分别讨论上述各方面对城镇敏感区域的环境影响进行特殊性分析。对大型锅炉房进行分散扩建，既会带来大量的资源浪费，又会造成较多的污染排放问题。因此，应用容量大、热效率高的集中供热系统代替容量小、热效率低的分散式供热锅炉房，既能有效缓解能源利用效率低的实际应用问题，又能有效降低燃煤产生污染物对大气环境造成的危害程度。

根据综合评价指标分析看，燃气锅炉在综合效益上有着不可替代的优势。燃气锅炉使用不合理燃料供暖时，可适当调整燃料形式及结构，直接改善燃烧气体的洁净程度，提高热能转换效率，对节能减排起到巨大的推动作用，在很大程度上减少了有害气体对大气的污染，有效改善人们的生活、工作环境。从初投资的角度进行对比分析，可以看出，燃煤锅炉的初投资最高，燃气锅炉的初投资费用最高。

将太阳能等可再生能源热利用技术与日常大型供热锅炉系统联合供暖，能够有效提高供热效率。当太阳能集热器提供热量供给热水时，锅炉不必启动，可节省不必要的能量损失，间接减少了碳排放量。这种联合供暖技术在未来的采暖工程中将会获得广泛应用。利用无污染的可再生能源，如太阳能、地热能、生物质能等作为热源，可以大大缓解化石燃料燃烧后产生的污染物对大气环境产生的严重损害。

室外供热管网也是对供暖系统进行综合评价影响较大的组成部分，其投资费用高，施工量繁重。保证其安全运行、维修检查方便，对提高环境效益、节省劳动力开支具有重要的现实意义。管网的走向及设计布置的合理性严重影响建筑室内舒适性、城市整体规划、水文地质条件等多个方面。应当经过专业技术设计、审查、经济和环境综合评价确定。

通过对上述不同集中供暖方式的能耗分析及综合评价，得到如下结论：

a)利用焓效率高、污染物排放量小的集中供热系统有利于提高供热效率，将成为供热系统设计的最终发展目标;

b)热电联产技术将以其建设投资费用低，运行能效高的优点成为建筑及住宅供暖的发展方向;

c)集中供热系统对环境的影响不仅取决于所使用供热方式及热源形式密切相关，而且与热网的设计布置形式、建筑使用功能及建筑本体结构密切相关。