多能互補分戶供暖將有廣闊的發(fā)展空間在首屆中國舒適家居行業(yè)發(fā)展高層論壇上的演講

天津市建筑設(shè)計院總工程師 伍小亭

多能互補分戶供暖將有廣闊的發(fā)展空間在首屆中國舒適家居行業(yè)發(fā)展高層論壇上的演講

天津市建筑設(shè)計院總工程師 伍小亭

多能互補的概念

多能互補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，《推進多能互補集成優(yōu)化示范工程建設(shè)的實施意見》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，更不是宏觀層面的多能互補。

這種宏觀層面的多能互補，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，輸入的既可以是燃氣也可是可再生能源。能源供應(yīng)側(cè)層面，所謂的多能互補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，來推進風(fēng)、光、水、火儲能互補系統(tǒng)建設(shè)與運行。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的含義。

天津市建筑設(shè)計院新建辦公樓

國際上對多能互補的定義：多能互補（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充，以緩解能源供需矛盾，合理保護自然資源，促進生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。所強調(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，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，一個標簽而已。其次，它應(yīng)該體現(xiàn)為用戶長期能源費用的節(jié)約，不然，用戶為什么要采用投資相對高昂的多能互補系統(tǒng)呢？假如只是為了趕時髦，貼一個標簽我是多能互補的，最后電費也沒省，燃氣費也沒省就毫無現(xiàn)實意義了。

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。因為它跟我們之前見到的，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？第一點是農(nóng)村住宅的保溫普遍不好，所以應(yīng)通過提高圍護結(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，因為農(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。第三點是推廣秸稈薪柴顆粒壓縮與生物質(zhì)灶具實現(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，使建筑熱負荷顯著降低，客觀上為各種看似造價昂貴的多能互補系統(tǒng)的采用，提供經(jīng)濟上的可能性。畢竟負荷強度低了，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，因為壁掛爐就安裝在住宅套內(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，以前沒有是因為計劃經(jīng)濟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。因為我自己就是生長在長江邊上，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，因為南方的特點是熱負荷強度不高，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重。所以，非傳統(tǒng)供暖區(qū)域由于熱負荷強度低總熱量少，建筑的熱惰性相對低等特點，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。

因為分戶供暖直接計量收費，少用熱就少花錢，電表、燃氣表讀數(shù)一目了然，而如果是熱力公司供暖，按面積收費，人們就不會在乎是否太熱浪費了熱量，溫度高就開窗戶，反正按面積交費了。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的形式

分戶式供暖其實并不復(fù)雜，其形式無非是燃氣壁掛爐配上散熱器，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，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)，因為我感覺，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、燃氣。以下介紹六種多能互補的形式。

太陽能＋燃氣壁掛爐是多能互補最常見的一種形式。此系統(tǒng)中，燃氣壁掛爐的角色是輔助熱源，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)。

第二種形式有點復(fù)雜，真正用起來的并不多，系統(tǒng)中既有太陽能，又有燃氣壁掛爐，還有空氣源熱泵，多能互補，工作起來，優(yōu)先利用太陽能，沒有陽光時用空氣源熱泵，最后再不行就補點燃氣。但此系統(tǒng)比較復(fù)雜，運行好了不容易。

第三種形式是太陽能＋空氣源熱泵，值得大家重視。但因為太陽能與空氣源熱泵運行都會受氣候的影響，所以系統(tǒng)配置投資較高，運行策略的制定較復(fù)雜，實踐中有應(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，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，燃氣壁掛爐的價格也不是那么太高的情況下，出現(xiàn)了空氣源熱泵+燃氣壁掛爐組合，此系統(tǒng)通過燃氣壁掛爐，彌補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，但燃氣壁掛爐往往最容易被接受。同時相信太陽能+燃氣壁掛爐的形式一定會有更大發(fā)展。

圖1 太陽能+燃氣壁掛爐

圖2 太陽能+燃氣壁掛爐+空氣源熱泵

圖3 太陽能 + 空氣源熱泵

圖4 太陽能 +水源熱泵

圖5 空氣源熱泵 + 燃氣壁掛爐

圖6 太陽能集熱與水源熱泵的耦合

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)。對于多能互補分戶供暖這件事，大家千萬不能把它當一個簡單的標簽，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?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”。所以多能互補分戶供暖一定要因地制宜。另外要深刻理解采用多能互補分戶供暖的目的，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就沒什么意義。在強調(diào)可再生能源利用的同時，還要考慮用戶付出的燃氣費、電費，一定要低于純常規(guī)能源供暖30%，否則很難推廣，因為用戶很難接受性價比不好的供暖系統(tǒng)，哪怕它有“多能互補”的標簽。

多能互補發(fā)展趨勢

雖然我講的是多能互補，但我要著重強調(diào)的是，切不可刻意地去追求“多能”，多能互補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)期的效果就很難實現(xiàn)。我認為多能互補真要去實現(xiàn)的話，還是兩種能源的互補可能會做的好一點，其關(guān)系也會更清晰一些，包括太陽能+燃氣壁掛爐、太陽能＋熱泵、熱泵＋燃氣壁掛爐，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，大家在做多能互補系統(tǒng)的時候，往往忽略了末端的重要性，適合低溫運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，而燃氣壁掛爐系統(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的新形式。我也說過，現(xiàn)在的多能互補這件事，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，我畢竟沒有仔細挨個地去研究它，所以我的觀點也不見得都對，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)村的多能互補分戶供暖會有很大的發(fā)展空間。因為現(xiàn)狀一是室內(nèi)供暖標準很低，二是供暖系統(tǒng)的熱效率低下，污染嚴重，所以農(nóng)村應(yīng)該是我們做多能互補分戶供暖產(chǎn)品、研究、項目的同行們更應(yīng)該去關(guān)注的發(fā)展空間巨大的領(lǐng)域。

前面已經(jīng)強調(diào)多能互補的目的，一是利用可再生能源，二是通過多能形式的選擇，降低用戶能源費用。具體多能互補分戶供暖形式的選擇應(yīng)該根據(jù)當?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)互補含義更加豐滿。

作為供暖，散熱器有它很多的優(yōu)勢，因為其供暖原理是直接進入到空氣。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，又如毛細管輻射末端，當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。我將其稱為弱強制對流散熱器，以區(qū)別于傳統(tǒng)的散熱器與風(fēng)機盤管，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，要不就是靠高強度的強制對流散熱。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)該說多能互補分戶供暖高效運行的核心，實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。所以我一再強調(diào)千萬不要拿它當標簽，但它是一種方向。因為畢竟市場已經(jīng)有較成熟的多能互補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)，最終既沒有實現(xiàn)再生能源的充分利用，也不能降低用戶的能源費用，誰對此負責(zé)，這是個痛點。當然這個痛點也是有志于做這方面業(yè)務(wù)企業(yè)家的機會。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分戶供暖系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。

最后我強調(diào)：多能互補分戶供暖這件事，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>

伍小亭，天津市建筑設(shè)計院總工程師、綠色建筑機電技術(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）

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1671-3362（2017）07-0022-04