夏熱冬冷地區(qū)清潔供暖技術(shù)路線的探討

張志剛

(呼和浩特富泰熱力股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特010020)

1 概述

我國主要城市建筑熱工設(shè)計分區(qū)分為嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)和溫和地區(qū)。其中，夏熱冬冷地區(qū)是指長江中下游及其周圍地區(qū)，該地區(qū)的范圍大致為隴海線以南，南嶺以北，四川盆地以東，包括上海、重慶二直轄市，湖北、湖南、江西、安徽、浙江五省全部，四川、貴州二省東半部，江蘇、河南二省南半部，福建省北半部，陜西、甘肅二省南端，廣東、廣西二省區(qū)北端，涉及16個省、市、自治區(qū)。該地區(qū)面積約180×104km2，人口5.5×108人左右，國內(nèi)生產(chǎn)總值約占全國的48%，是一個人口密集、經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)。

20 世紀50 年代，以最冷月(1 月)平均氣溫0 ℃為分界線，即秦嶺—淮河線，該線以北地區(qū)城鎮(zhèn)實行集中供暖機制，農(nóng)村采用戶式供暖。該線以南則不進行集中供暖。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的高速增長，該地區(qū)的城鎮(zhèn)居民供暖的呼聲越來越高。與北方相比，更短的冬季供暖時間是制約集中供暖的要素，因此，根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點，將供暖和供冷聯(lián)合向區(qū)域供應(yīng)成為該地區(qū)集中供暖推動的可行方式。本文通過在夏熱冬冷地區(qū)的具體項目——合肥濱湖新區(qū)核心區(qū)區(qū)域能源項目的設(shè)計，闡述在該地區(qū)實施清潔供暖的可行性。

2 我國能源發(fā)展戰(zhàn)略

我國集中供暖區(qū)域占國土面積的70%左右，城市集中供暖面積及供暖管網(wǎng)長度逐年增高，農(nóng)村地區(qū)供暖需求與供暖能耗更是快速增長?！赌茉窗l(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》指出，要以開源、節(jié)流、減排為重點，確保能源安全供應(yīng)，轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式，調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新能源體制機制，著力提高能源效率，嚴格控制能源消費過快增長，著力發(fā)展清潔能源，推進能源綠色發(fā)展，著力推動科技進步，切實提高能源產(chǎn)業(yè)核心競爭力，打造中國能源升級版，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢提供安全可靠的能源保障。堅持節(jié)約、清潔、安全的戰(zhàn)略方針，加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系。實施綠色低碳戰(zhàn)略，推進能源消費革命。積極發(fā)展天然氣、核電、可再生能源等清潔能源，降低煤炭消費比重，推動能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。

3 夏熱冬冷地區(qū)清潔供暖途徑及技術(shù)

以“以電為主，宜電則電；以氣為輔，宜氣則氣，大力推進清潔能源供暖”為宗旨，建設(shè)清潔供暖體系。

① 太陽能供暖

在建筑物屋頂設(shè)置平板式太陽能集熱板，吸收太陽能后形成閉式循環(huán)，由循環(huán)水泵提供循環(huán)動力。太陽能供暖可作為集中供暖的補充熱源。例如，供暖面積500 m2，需集熱板160 m2，占地160 m2，太陽能供暖系統(tǒng)折合單位建筑面積造價約450元/m2。

② 風電供暖

利用風力發(fā)電作為能源，采用電蓄能鍋爐為熱源進行供暖。

③ 地熱供暖

地熱資源是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的可再生能源資源。地熱尾水應(yīng)梯級利用，盡量降低地熱尾水回灌溫度。地熱資源梯級利用后，熱利用率可達90%以上。

4.2.3 光線過于強烈或太暗 解決辦法：光線過于強烈，視野物像被“曝光”呈白色，適當降低光線強度，物像就會慢慢呈現(xiàn)出來。反之，用暗視野觀察物像時，注意避免物像被黑暗掩蓋。

④ 污水源熱泵

將污水低位熱能通過熱泵轉(zhuǎn)移到熱用戶。城市污水是一種較好的低溫熱源。污水夏季溫度低于室外溫度，冬季高于室外溫度，整個供暖期和供冷期，水溫波動不大。一般冬季水溫不低于10 ℃，夏季不超過30 ℃。原生污水中含有大量的熱能。城市社區(qū)產(chǎn)生的廢熱的40%在污水中。

⑤ 生物質(zhì)供暖

將農(nóng)林廢物粉碎、混合、擠壓、烘干等，制成各種成型(如塊狀、顆粒狀等)的可直接燃燒的新型清潔燃料，將其燃燒放出的熱量用于發(fā)電、供暖。

⑥ 核能供暖

核能是一種清潔、高效、優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)代能源，對核能的利用不但可以節(jié)省化石能源消耗，同時還可以減少燃燒化石能源所產(chǎn)生的各類有害物質(zhì)。核能常應(yīng)用于核電站、低溫核供熱站、海水淡化等。低溫核供熱站是利用低溫核反應(yīng)堆替代傳統(tǒng)燃煤、燃氣等燃料的供熱設(shè)施，由清華大學核能技術(shù)研究所設(shè)計實施，它是繼核電站之后又一和平利用原子能的成果，它的經(jīng)濟效益表現(xiàn)在低溫核供熱站系統(tǒng)簡單，單位功率投資比核電站低很多，與燃煤熱源相比投資相對較高，但核燃料成本比煤低得多，同時不排出灰渣、煙塵、SO2、NOx等有害物質(zhì)，對于1 000×104m2的供熱面積，每年可減少燃煤消耗30×104～50×104t，SO2排放量減少0.6×104t，煙塵排放量減少0.2×104t，NOx排放量減少2.7×104t，而核燃料消耗不足1.5×104t，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著。

⑦ 燃氣供暖

冷熱電三聯(lián)供：以燃氣作為一次能源同時生產(chǎn)電力、熱能和冷能。以獨(多)棟建筑且有冷、熱負荷需求的公共建筑為對象，建立集中能源站，實現(xiàn)能源按品位梯級利用。冬季利用發(fā)電余熱為供暖提供熱源；夏季則把發(fā)電余熱轉(zhuǎn)換為冷能，作為空調(diào)冷源。三聯(lián)供系統(tǒng)適用項目為：有冷熱負荷需求的用戶及電力接入困難的用戶或需要備用發(fā)電機的用戶。

分散燃氣供暖：指對單體建筑物采用燃氣供暖熱水爐或燃氣直燃機等方式供暖、供冷。供暖熱水爐因其安裝調(diào)節(jié)方式靈活，適用于低密度住宅別墅區(qū)及沿海旅游區(qū)供暖。燃氣直燃機可用于有冷、熱負荷需求的單體公共建筑。分散的供暖、供冷模式可節(jié)省管網(wǎng)投資，減少市政設(shè)施用地。

4 實際應(yīng)用項目

4.1 建筑面積及冷熱負荷

合肥市濱湖新區(qū)核心區(qū)占地面積17.8 km2，建筑面積374×104m2，詳見表1。

表1 規(guī)劃建筑面積

考慮建筑個體之間空調(diào)使用上存在同時使用系數(shù)，根據(jù)建筑類型及相關(guān)資料，同時使用系數(shù)采用0.56。從負荷調(diào)查可得知考慮同時使用系數(shù)后的建筑總冷、熱負荷，夏季峰值負荷為174.9 MW，出現(xiàn)在7月25日前后的26 d之內(nèi)，冬季峰值負荷為86.6 MW，出現(xiàn)在1月14日前后的13 d之內(nèi)，夏季峰值負荷為全年峰值負荷。

4.2 全年冷熱負荷

① 全年冷負荷

供冷時間根據(jù)室外溫度確定，室外日平均溫度不高于20 ℃，且連續(xù)5 d日最高溫度不大于25 ℃時，為供冷分界點。合肥供冷時間為159 d，以7月25日為最高負荷日向前后推算，可得部分負荷運行時間及負荷率見表2。供冷期總供冷量為249 490 MW·h。

表2 冷負荷部分負荷運行時間及負荷率

② 全年熱負荷

供暖時間根據(jù)室外溫度確定，室外日平均溫度不低于8 ℃，且連續(xù)5 d日最低溫度不小于5 ℃時，為供熱分界點，合肥供暖時間為100 d。以1月14日為最高負荷日向前后推算，部分負荷運行時間及負荷率見表3。供暖期總供熱量為108 696 MW·h。

表3 熱負荷部分負荷運行時間及負荷率

4.3 冷熱源方案

本項目建設(shè)區(qū)域能源站3座，夏季供冷,冬季供暖。夏季供、回水溫度分別為4 ℃、12 ℃，冬季供、

回水溫度分別為55 ℃、41 ℃。能源站供冷、供熱方案見表4。

表4 能源站工藝方案匯總

區(qū)域能源負荷平衡分析見表5，由表5可見，最大供冷能力大于最大冷負荷，最大供熱能力大于最大熱負荷。

表5 區(qū)域能源負荷平衡分析

5 結(jié)論

合肥濱湖新區(qū)區(qū)域供暖供冷項目采用天然氣分布式能源、地源熱泵、再生水源熱泵、冰蓄冷及水蓄能等多種能源形式相結(jié)合的復(fù)合型能源，天然氣分布式能源發(fā)電并網(wǎng)不上網(wǎng)，生產(chǎn)出的電力主要用于制冷蓄冰、動力驅(qū)動、能源站照明等內(nèi)部用途。利用復(fù)合型能源能夠有效保障項目運行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，確保項目具有可持續(xù)發(fā)展能力。

項目總投資為93 834.66×104元，主要供暖供冷用戶為商業(yè)、公共建筑用戶。夏熱冬冷地區(qū)建立區(qū)域能源站集中供暖供冷，通過財務(wù)分析，本項目增量效應(yīng)較好，項目運行后有還款能力。項目建成后可以提高城市現(xiàn)代化水平，具有良好的社會效益、環(huán)境效益，是國家產(chǎn)業(yè)政策重點支持的行業(yè)。

夏熱冬冷地區(qū)利用清潔能源集中供暖，需要政府在政策和經(jīng)濟上給予支持。