多能互補(bǔ)的概念
多能互補(bǔ)分戶式供暖這個詞被大家說的頻率越來越高,那么到底什么是多能互補(bǔ)分戶式供暖?它的概念又是什么呢?我從宏觀和微觀兩個層面作一下解釋:首先是宏觀層面的概念,我們國家發(fā)改委在2016年印發(fā)的,《推進(jìn)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實(shí)施意見》中提出這個詞。也是從那時起這個詞開始變得很時髦,誰都想拿過來用,然后好像又順理成章地移到了家居系統(tǒng)。就目前現(xiàn)狀而言多能互補(bǔ)充其量是家庭中多個“生活服務(wù)”系統(tǒng)的協(xié)同工作。比如說我們的新風(fēng)系統(tǒng),比如說我們的供暖系統(tǒng)乃至我們的生活熱水系統(tǒng)等,它只是有多個系統(tǒng)在那里并存,但并不等于是多能互補(bǔ),更不是宏觀層面的多能互補(bǔ)。
這種宏觀層面的多能互補(bǔ),一是面向終端用戶的電、熱、冷、氣等多種的能源需求,建設(shè)一體化集成供能基礎(chǔ)設(shè)施,實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同供應(yīng)和綜合梯級利用,比如分布式能源系統(tǒng),這才是一個真正意義上的多能互補(bǔ)的系統(tǒng)。
分布式能源系統(tǒng),在發(fā)出電的同時,它的余熱可以供熱,而整個這樣一個系統(tǒng)供出的可能有電力,也可能有冷、熱水,輸入的既可以是燃?xì)庖部墒强稍偕茉础D茉垂?yīng)側(cè)層面,所謂的多能互補(bǔ)是指利用大型能源綜合基地的風(fēng)能、太陽能、水能、煤炭以及天然氣等資源的綜合優(yōu)勢,來推進(jìn)風(fēng)、光、水、火儲能互補(bǔ)系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行。比如說我國的西部能源基地,這才是宏觀層面上的多能互補(bǔ)的含義。
國際上對多能互補(bǔ)的定義:多能互補(bǔ)(即 policy to adopt a balanced energy mix),它是一種能源政策,并不是某種技術(shù)。按照不同資源條件和用能對象,采取多種能源互相補(bǔ)充,以緩解能源供需矛盾,合理保護(hù)自然資源,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。所強(qiáng)調(diào)的是能源結(jié)構(gòu)的平衡協(xié)調(diào),不僅僅是單一的依賴于電力或天然氣或其它某種特定能源形式,而是依賴各種能源的協(xié)調(diào)和平衡,所以多能互補(bǔ)在宏觀上體現(xiàn)了面向終端用戶的能源綜合利用與面向能源供給側(cè)綜合平衡的兩層含義。
微觀層面多能互補(bǔ)的概念是,面向終端用戶應(yīng)該需要的可再生能源與清潔能源集成優(yōu)化的能源系統(tǒng)。它經(jīng)常體現(xiàn)為太陽能、熱泵跟常規(guī)能源系統(tǒng)的補(bǔ)充。以天津市建筑設(shè)計院新建辦公樓為例,這是一個典型的微觀層面的多能互補(bǔ)系統(tǒng)。此系統(tǒng)集成了太陽能集熱器、太陽能驅(qū)動空氣源熱泵、地源熱泵以及太陽能熱驅(qū)動吸收式制冷。該系統(tǒng)從可再生能源利用角度,包括了太陽能、淺層地能以及空氣能;從清潔能源和輸入能源來講,包括了電力與天然氣。
微觀層面的多能互補(bǔ),首先一定要體現(xiàn)利用可再生能源,否則,就僅僅是一種概念,一個標(biāo)簽而已。其次,它應(yīng)該體現(xiàn)為用戶長期能源費(fèi)用的節(jié)約,不然,用戶為什么要采用投資相對高昂的多能互補(bǔ)系統(tǒng)呢?假如只是為了趕時髦,貼一個標(biāo)簽我是多能互補(bǔ)的,最后電費(fèi)也沒省,燃?xì)赓M(fèi)也沒省就毫無現(xiàn)實(shí)意義了。
分戶式供暖的發(fā)展前景
我國的地緣遼闊,南北方溫差很大,在中國這樣的背景下,就分戶供暖這件事,可能是未來的發(fā)展趨勢。因?yàn)樗覀冎耙姷降?,特別是北方地區(qū),到處都在搞大規(guī)模的城市集中供暖不太一樣。
《中國建筑節(jié)能發(fā)展白皮書》里面有兩段話: 第一段話,“對于城市,發(fā)展支持住戶可以根據(jù)不同需求采用獨(dú)立靈活的多種設(shè)備與系統(tǒng),根據(jù)住戶存在的差異性需求,來論證集中采暖和生出熱水系統(tǒng)的技術(shù)性,做到能源合理配置,滿足供暖、衛(wèi)浴熱水、空調(diào)等需求?!睆倪@句話里我們看到,不再簡單強(qiáng)調(diào)北方地區(qū)必須是集中供暖,而是要根據(jù)住戶存在的差異性需求,論證集中供暖的可實(shí)行性、技術(shù)性和適宜性。
第二段話:“對于農(nóng)村住宅在被動式技術(shù)的前提下,發(fā)展與生物質(zhì)能為主和可再生能源為主及電力、液化氣輔助的清潔能源供暖,生活熱水及飲用水系統(tǒng)”。
如何理解?第一點(diǎn)是農(nóng)村住宅的保溫普遍不好,所以應(yīng)通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能,降低供暖的能源需求,提高熱舒適性。第二點(diǎn)是農(nóng)村最有條件發(fā)展各種太陽能供暖和太陽能熱水的需求,因?yàn)檗r(nóng)村有足夠的面積來保持太陽能集熱裝置的安裝,不像城市的高層住宅要安裝太陽能裝置是受限制的。第三點(diǎn)是推廣秸稈薪柴顆粒壓縮與生物質(zhì)灶具實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料的高密度的儲存與燃燒。中國建筑節(jié)能路線圖白皮書里給出的這兩段話,實(shí)際是告訴我們,不論在中國的城市還是農(nóng)村,可能分戶供暖的形式會變得越來越多,乃至是一種趨勢。
建筑節(jié)能的發(fā)展,使建筑熱負(fù)荷顯著降低,客觀上為各種看似造價昂貴的多能互補(bǔ)系統(tǒng)的采用,提供經(jīng)濟(jì)上的可能性。畢竟負(fù)荷強(qiáng)度低了,能源系統(tǒng)的容量低了,盡管單價不低,但總造價可能做得不會很高。
同時,北方集中供暖顯著的熱損失凸顯分戶供暖的合理性,北京地區(qū)平均每平方米建筑的供暖熱量約為0.3個GJ,如果是熱電廠供熱的話,電廠要供出0.45個GJ,終端用戶才能得到0.3個GJ熱量,其中30%的熱量,在一個個的輸配環(huán)節(jié)中損失掉了。這里有城市熱網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié),有小區(qū)熱力站環(huán)節(jié),有建筑各個入口的環(huán)節(jié),有管網(wǎng)散熱損失、泄漏熱損失,更有管網(wǎng)熱力失調(diào)造成的過量供熱損失。如果用壁掛爐分戶供暖,以上熱損失統(tǒng)統(tǒng)沒有了,因?yàn)楸趻鞝t就安裝在住宅套內(nèi),制出的熱量全部給了戶內(nèi),不像越集中的系統(tǒng)熱量會有多方面的損失。分戶供暖的合理性和價值,體現(xiàn)在沒有了輸配環(huán)節(jié),也就避免了熱損失。
我們的非傳統(tǒng)供暖區(qū)域,像南方的部分省份。大約從十幾年前就有供暖的呼聲。按理說南方是應(yīng)該有供暖的,以前沒有是因?yàn)橛媱澖?jīng)濟(jì)年代以淮河畫了一條線,即淮河以北享受供暖,長江以南就不享受。因?yàn)槲易约壕褪巧L在長江邊上,我知道那個地方的冬天有多難受,我在老家冬天是要生凍瘡的,我到了天津反而好了。南方地區(qū)作為非傳統(tǒng)供暖地區(qū)需要供暖,但切不可盲目地把北方的集中供暖模式照搬過來,因?yàn)槟戏降奶攸c(diǎn)是熱負(fù)荷強(qiáng)度不高,供熱量也不高,在這種情況下,如果采用北方的集中方式供暖,其熱損失會比北方更加的嚴(yán)重。所以,非傳統(tǒng)供暖區(qū)域由于熱負(fù)荷強(qiáng)度低總熱量少,建筑的熱惰性相對低等特點(diǎn),它更適合采用分戶式的供暖的系統(tǒng)。分戶供暖也更有利于行為節(jié)能積極性的充分發(fā)揮。
因?yàn)榉謶艄┡苯佑嬃渴召M(fèi),少用熱就少花錢,電表、燃?xì)獗碜x數(shù)一目了然,而如果是熱力公司供暖,按面積收費(fèi),人們就不會在乎是否太熱浪費(fèi)了熱量,溫度高就開窗戶,反正按面積交費(fèi)了。如果屋里稍微不熱就要投訴,所以分戶供暖和集中供暖是不一樣的。因此,可以總結(jié)為多能互補(bǔ)分戶供暖會有廣闊的發(fā)展空間,也是一種趨勢。我個人的理解是:中國有廣大的氣候區(qū)域跨度,有遼闊的農(nóng)村, 經(jīng)濟(jì)水平提高迅速,同時隨著科技和創(chuàng)新的不斷發(fā)展,肯定會有更多的新技術(shù)涌現(xiàn),在這樣一個條件下,中國的分戶式供暖一定有廣闊的發(fā)展前景。
分戶式供暖中多能互補(bǔ)的形式
分戶式供暖其實(shí)并不復(fù)雜,其形式無非是燃?xì)獗趻鞝t配上散熱器,然后還有空氣源熱泵?,F(xiàn)在北京地區(qū)正在實(shí)行所謂的煤改電,我管它叫煤改清潔能源,它也是一種分戶供暖。分戶供暖有多種多樣的形式,假如我在自己的別墅里弄一個地源熱泵也叫分戶供暖。分戶供暖這件事它并不稀奇,但提到了多能互補(bǔ),它可是有N多種形式。在這么多的形式里到底哪種適合你所在地區(qū)?也許這就是未來的空間或方向,也是未來我們企業(yè)廠家可能的方向。實(shí)際上,對于分戶供暖系統(tǒng)我更傾向于說分戶供熱系統(tǒng)。
我之所以更傾向于說分戶供熱系統(tǒng),因?yàn)槲腋杏X,這樣的一個系統(tǒng)的本質(zhì)應(yīng)該是,太陽能與各種形式能源或者熱泵的,必須有可再生能源的利用,包括太陽能、淺層地能、空氣能。當(dāng)然,從廣義上講全是太陽能,從狹義上講包括太陽能淺層地能和空氣能等。輸入的清潔能源就是接入到我們家的能源——電力、燃?xì)狻R韵陆榻B六種多能互補(bǔ)的形式。
太陽能+燃?xì)獗趻鞝t是多能互補(bǔ)最常見的一種形式。此系統(tǒng)中,燃?xì)獗趻鞝t的角色是輔助熱源,既充分利用了太陽能,亦能保證沒有陽光時系統(tǒng)的正常使用,還同時解決了生活熱水需求,所以稱太陽能+壁掛爐系統(tǒng)。
第二種形式有點(diǎn)復(fù)雜,真正用起來的并不多,系統(tǒng)中既有太陽能,又有燃?xì)獗趻鞝t,還有空氣源熱泵,多能互補(bǔ),工作起來,優(yōu)先利用太陽能,沒有陽光時用空氣源熱泵,最后再不行就補(bǔ)點(diǎn)燃?xì)?。但此系統(tǒng)比較復(fù)雜,運(yùn)行好了不容易。
第三種形式是太陽能+空氣源熱泵,值得大家重視。但因?yàn)樘柲芘c空氣源熱泵運(yùn)行都會受氣候的影響,所以系統(tǒng)配置投資較高,運(yùn)行策略的制定較復(fù)雜,實(shí)踐中有應(yīng)用,其效果與效益的反饋還很少。
第四種形式是空氣源熱泵水機(jī),這種形式在供暖“煤改電”如火如荼推動的情形下,應(yīng)用越來越多。在空氣源熱泵現(xiàn)在的價格變得讓人可以接受,燃?xì)獗趻鞝t的價格也不是那么太高的情況下,出現(xiàn)了空氣源熱泵+燃?xì)獗趻鞝t組合,此系統(tǒng)通過燃?xì)獗趻鞝t,彌補(bǔ)了空氣源熱泵某些天氣狀況下,工作起來比較困難,比如冬天的一段特定時間內(nèi)由于結(jié)霜,使供暖效果變差或效率低的問題,讓供暖效果有保證。其次,由于避開了空氣源熱泵效率最低時段,而整個供暖期間的平均能效并不低,其能源費(fèi)用也可以接受,可以歸為第五種形式。
第六種太陽能集熱與水源熱泵的耦合或稱太陽能+熱泵供暖,工作原理是太陽能集熱進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器,通過熱泵制出滿足供暖與生活用熱需求的熱水。
總之以上各種分戶供暖系統(tǒng)形式在非傳統(tǒng)的供暖區(qū)域都有應(yīng)用的可能,但燃?xì)獗趻鞝t往往最容易被接受。同時相信太陽能+燃?xì)獗趻鞝t的形式一定會有更大發(fā)展。
為了不給大家產(chǎn)生任何誤導(dǎo),我說一下自己的理解和總結(jié)。對于多能互補(bǔ)分戶供暖這件事,大家千萬不能把它當(dāng)一個簡單的標(biāo)簽,從道理上講,它更適合于城市居住建筑的分戶供暖,包括生活熱水,究竟采用何種形式,應(yīng)該是因地制宜。無論是采用哪種形式,或者說哪個地區(qū)應(yīng)該主推哪種形式,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝唾Y源條件、能源價格、適應(yīng)性乃至用戶的行為習(xí)慣來決定,而不是只一味的“趕時髦”。所以多能互補(bǔ)分戶供暖一定要因地制宜。另外要深刻理解采用多能互補(bǔ)分戶供暖的目的,即它一定要體現(xiàn)利用可再生能源和用戶能源費(fèi)用的節(jié)約,例如供暖能耗中的50%是由可再生能源提供的,如太陽能、空氣能或其他。否則分戶供暖中的多能互補(bǔ)就沒什么意義。在強(qiáng)調(diào)可再生能源利用的同時,還要考慮用戶付出的燃?xì)赓M(fèi)、電費(fèi),一定要低于純常規(guī)能源供暖30%,否則很難推廣,因?yàn)橛脩艉茈y接受性價比不好的供暖系統(tǒng),哪怕它有“多能互補(bǔ)”的標(biāo)簽。
多能互補(bǔ)發(fā)展趨勢
雖然我講的是多能互補(bǔ),但我要著重強(qiáng)調(diào)的是,切不可刻意地去追求“多能”,多能互補(bǔ)并不是能源形式越多越好。越多系統(tǒng)越復(fù)雜,而往往相對簡單的系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。若貪多把什么東西都搞在一起,那么一定是高造價,而且多能的協(xié)調(diào)也是比較復(fù)雜的,都搞到一起預(yù)期的效果就很難實(shí)現(xiàn)。我認(rèn)為多能互補(bǔ)真要去實(shí)現(xiàn)的話,還是兩種能源的互補(bǔ)可能會做的好一點(diǎn),其關(guān)系也會更清晰一些,包括太陽能+燃?xì)獗趻鞝t、太陽能+熱泵、熱泵+燃?xì)獗趻鞝t,這幾種形式相對簡單一些、清晰一些,性價比也更好些。另一個重要問題,大家在做多能互補(bǔ)系統(tǒng)的時候,往往忽略了末端的重要性,適合低溫運(yùn)行的末端可以提高可再生能源的利用率,提高系統(tǒng)的能效,例如輻射型末端與低溫型散熱器,而燃?xì)獗趻鞝t系統(tǒng)更適合采用板式散熱器供暖。盡管我舉了幾種分戶供暖系統(tǒng)形式例子,但嚴(yán)格意義上也只是泛泛而談,他們里面仍然有許多可優(yōu)化的空間,仍然可以衍生出更多、更具體、更豐富多彩的多能互補(bǔ)的新形式。我也說過,現(xiàn)在的多能互補(bǔ)這件事,更多還是停留在概念上,真要做好這篇文章,在系統(tǒng)的細(xì)節(jié)上還有很多需要優(yōu)化的地方,不僅僅是我講敘的這些概念流程,它們只是系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能,究竟是串聯(lián)還是并聯(lián),是前置還是后置,都應(yīng)該具體情況具體研究,并不是我說的都對,我畢竟沒有仔細(xì)挨個地去研究它,所以我的觀點(diǎn)也不見得都對,但它總的邏輯應(yīng)該是對的。在這里,我想提出的是,我國北方農(nóng)村的多能互補(bǔ)分戶供暖會有很大的發(fā)展空間。因?yàn)楝F(xiàn)狀一是室內(nèi)供暖標(biāo)準(zhǔn)很低,二是供暖系統(tǒng)的熱效率低下,污染嚴(yán)重,所以農(nóng)村應(yīng)該是我們做多能互補(bǔ)分戶供暖產(chǎn)品、研究、項(xiàng)目的同行們更應(yīng)該去關(guān)注的發(fā)展空間巨大的領(lǐng)域。
前面已經(jīng)強(qiáng)調(diào)多能互補(bǔ)的目的,一是利用可再生能源,二是通過多能形式的選擇,降低用戶能源費(fèi)用。具體多能互補(bǔ)分戶供暖形式的選擇應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚰茉礂l件,能源價格及住戶的趨向綜合來確定,它不是唯一的。
關(guān)于多能互補(bǔ)分戶供暖的發(fā)展趨勢,我覺得應(yīng)該是分戶的能源系統(tǒng)組合集成。而多數(shù)情況下,我們現(xiàn)在所說的多能互補(bǔ)系統(tǒng),多指的是能源以及室內(nèi)環(huán)境系統(tǒng),新風(fēng)系統(tǒng)的總和通常包括供暖、生活熱水、冷熱空調(diào)、新風(fēng),甚至還包括太陽能光熱、光伏融合系統(tǒng)。太陽能光熱、光伏的融合不僅能提高光伏的效率,同時還為供暖提供了能源。有趣的是,光伏發(fā)電系統(tǒng)通過逆變器,將直流電轉(zhuǎn)換為滿足家用電器使用的交流電,而家用電器如果光伏以其發(fā)出的直流電,驅(qū)動家用電器應(yīng)該是使用直流電的,將使多能源系統(tǒng)互補(bǔ)含義更加豐滿。
作為供暖,散熱器有它很多的優(yōu)勢,因?yàn)槠涔┡硎侵苯舆M(jìn)入到空氣。地面輻射暖的原理,是加熱房間與家具的各個表面,他們再去加熱空氣。以可再生能源為主的系統(tǒng),應(yīng)該更多的考慮輻射型末端,如地面輻射采暖,又如毛細(xì)管輻射末端,當(dāng)然我們也欣喜地看到了一種稱作低溫散熱器的新型散熱器產(chǎn)品,可以用于低溫供暖。我將其稱為弱強(qiáng)制對流散熱器,以區(qū)別于傳統(tǒng)的散熱器與風(fēng)機(jī)盤管,他們要不就是純粹的自然對流散熱,而自然對流散熱,當(dāng)熱介質(zhì)溫度降低時,其單位面積或者單位長度的散熱量太小了,要不就是靠高強(qiáng)度的強(qiáng)制對流散熱。而這種低溫散熱器,在自然對流散熱器上安裝了極小的風(fēng)扇,類似于電腦機(jī)箱風(fēng)扇,你幾乎感覺不到它的存在,但測試報告顯示,其散熱量幾乎翻倍,甚至比翻倍還高。僅從邏輯分析,地板采暖的能耗,相對散熱器供暖是偏高的。
應(yīng)該說多能互補(bǔ)分戶供暖高效運(yùn)行的核心,實(shí)際上就是能源自動控制系統(tǒng),它也是智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分。但智能控制也是說起來容易,做好了比較難。所以我一再強(qiáng)調(diào)千萬不要拿它當(dāng)標(biāo)簽,但它是一種方向。因?yàn)楫吘故袌鲆呀?jīng)有較成熟的多能互補(bǔ)分戶供暖做自動控制系統(tǒng)在銷售。還要指出的是,要想做好多能互補(bǔ)分戶供暖系統(tǒng),需要好的集成商,否則沒有單一的責(zé)任追究制,到頭來還是賣熱泵的賣熱泵,賣新風(fēng)的只賣新風(fēng),最終既沒有實(shí)現(xiàn)再生能源的充分利用,也不能降低用戶的能源費(fèi)用,誰對此負(fù)責(zé),這是個痛點(diǎn)。當(dāng)然這個痛點(diǎn)也是有志于做這方面業(yè)務(wù)企業(yè)家的機(jī)會。我覺得暖通空調(diào)背景的自控集成商較其它背景的集成商好些,責(zé)任追究也單一些。所以,集成商也是多能互補(bǔ)分戶供暖系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。
最后我強(qiáng)調(diào):多能互補(bǔ)分戶供暖這件事,應(yīng)該積極對待,但切忌盲目,還有很多可研究的地方等待我們?nèi)ヌ接憽?/p>
作者簡介:伍小亭,天津市建筑設(shè)計院總工程師、綠色建筑機(jī)電技術(shù)研發(fā)中心主任、教授高級工程師、國家注冊公用設(shè)備工程師、國務(wù)院批準(zhǔn)享受政府特殊津貼專家,中國建筑學(xué)會暖通空調(diào)分會、中國勘察設(shè)計協(xié)會建筑環(huán)境與設(shè)備分會副理事長。
(根據(jù)錄音整理)
【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】C
【文章編號】1671-3362(2017)07-0022-04