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改变北方建筑供暖模式,缓解冬季雾霾现象

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中国工程院院士、清华大学建筑节能中心江亿教授在第十二届国际绿色建筑大会上的主题演讲

尊敬的各位来宾:

利用这个机会和大家探讨一下怎么把雾霾这个事解开,尤其是破解北方冬天东部地区雾霾的现象,现在成了老百姓、全民关注的大问题。

这里有一些雾霾状况下的数据。这张图给出了我国北方城市出现严重雾霾的天数和燃煤消耗总量的相互关系。从上世纪60年代到现在,直方图是燃煤的量,连线是出现严重雾霾天数的情况,这二者是非常相关的。至少从这里能够看出煤炭的消费和出现大规模的严重雾霾这件事情是很有关系的。但是是哪些煤炭消费导致严重雾霾呢?这边给出了能源消费量,蓝图是比例,红图是由于能源导致直接的PM2.5污染物排放的比例,可以看出来这二者是不相关的。比如说燃煤电厂是用煤的最大用户,三分之一的煤都是它烧的,但由于各种清洁煤燃烧技术做的非常好,它对PM2.5直接排放的贡献很小,只占6%。但是农村的散煤消耗很少,只占总的燃煤量不到7%,但是它导致的直接排放的PM2.5是17%。因此,着重治理雾霾不是把煤减少多少,而是把由于燃烧导致的PM2.5的排放量降下来,这才能真正的解决大气污染问题。

从这张图上可以看出关键的大头有两个,一个是工业生产过程导致排放量高,另一个是冬天城里的燃煤锅炉的燃烧,冬天农村散煤燃烧和秸秆燃烧。不一定在地里烧荒,柴火直接做饭点火也造成巨大的排放量,这三者目前是PM2.5直接排放的主要原因。当然,还有像汽车尾气、燃气锅炉燃烧、燃气电厂和煤厂、氮氧化合物形成的等等。这种燃烧,由于像散煤燃烧,用于城镇和农村的燃煤供热,所以就导致了在冬季三四个月、或五个月里面出现严重雾霾的天数在北方往往是最多的,这里面无论是北京、太原、大同、银川的数据都是这样的。所以,我们关注要缓解雾霾现象,很重要的一个是要关注冬季出现高排放量的污染源。

这里边给出了三项大数,一个就是农村的散煤燃烧,量不大,但是占PM2.5的比例很高;一个是农村的秸秆直接或者是灶火里面燃烧;再一个是城镇冬天供暖燃煤锅炉。如果把这三件取消了,就可以把我们国家冬天由于燃料直接燃烧导致的PM2.5排放污染源,减少一半以上,就可以显著地改善冬季大气环境。反过来大型燃煤电厂耗煤量很大,但是各种燃煤技术集中的用在了大型燃煤电厂,排放的不是那么严重,所以重点在治理散煤。

改善我国东部地区冬天雾霾严重的大气环境,就是这里所讲到的三件事情。但是怎么做呢?现在各地都谈煤改气,但是煤改气困难太大,气太贵,气源不足,农村也没有有效的燃气网供应。所以,很难设想中国北方地区到了冬天城乡都靠天然气供热。有其他的办法吗?实际上是有可能的,在这里我就做一些初步的调查研究。首先是怎么把城里的燃煤锅炉房取消,北京市四五环取消的差不多,但其他的大量城镇很难都变成燃气锅炉房。但问题是不用天然气,我们上哪里找热呢?城市采暖的热源到底在哪里?实际上有两个巨大的潜在的热源,一个就是北方地区到处都有的热电厂,除了发电之外,还有大量的低品类余热通过冷气塔上天了。另外,我们是工业大国,消耗了大量能源,大量排放了,消耗能源的一半,至少是30%的能源,都以低品位、低温余热的方式排出去了。

所以,这两块是巨大的、可以用来解决北方供暖的热,这些热量实际排放的温度都在30度到70度、80度。这样一个热量,在夏季如果外温是35度,按照热力学原理,这些热量很难有什么利用价值,跟垃圾差不多。但是到了寒冷的冬天,外温是零度或者比零度低,排放的热量还是四五十度,它就是非常好的供热热源,正好是物尽其用,在它有价值的时候,好好把它用上了。当它相当于垃圾的时候,排放了就可以了。

热电厂的热都在哪里?一个是烟囱排的热,再一个是冷却塔排的热,这两块都可以有效的回收。比如,近七八年在北方地区,不少的热电联产电厂经过进一步改造,把冷却塔或者锅炉排的热量收回,在这个基础上至少增加30%的热能,不增加电厂的燃煤总量,也不减少实际的发电量,这是一个非常有效的利用余热的途径。比如济南北郊热电,经过脱硫之后60-70度的排烟提出来作为供热用,可以回收7%到9%的总热量,相当于总燃煤热量增加7%到9%,出的热量增加15%到20%。

对于燃气的蒸汽联合循环电厂排烟,把这块热量找回来,能够使得总的能源利用率提高15%,相当于热电联产电厂增加50%还多。这里给出了京津冀地区热电厂的分布,星罗棋布,到处都能找到好多,有具体的数据。

再一个是工业余热。钢铁生产过程中每吨钢可产生4000千焦的余热,包括各种工业,炼铁、转炉炼钢、余热发电等等。唐山市迁西钢厂就可以供全县的热。有色金属厂、铝厂等等都可以利用余热。赤峰一个中规模的炼铜厂,可以为380万平米的区域提供冬天采暖的热源。

京津冀地区的各个不同的城市,不同温度下产出的热量都加起来,规模以上的工业余热有多少呢?有3000万千瓦的功率。这是在发改委支持下在京津冀地区做的调研情况,把热电厂的余热、工业余热的资源列出来,京津冀地区两项相加是95G兆瓦,9500万千瓦的热量。这个地区现有建筑面积是27亿平米,都用这块热量为京津冀地区县城以上规模的城市的所有房子供热,每平米可提供35瓦的余热热量,正好能够满足这些建筑的基础负荷供热,到最冷的1月份还差一点,再补一点天然气,天然气占总的供热是7%到8%,剩下全部靠工业余热和电厂的余热即可满足要求。

这么算下来,整个京津冀地区只要用工业余热和电厂余热,再加上30亿立方米的天然气,就能把北京、天津和河北省供热解决。现在北京冬天消耗100多亿m3天然气,同时还可以节省出大量的水。不管是冷却塔还是烟囱,电厂排热都是通过水蒸发排到天上,把热收回来,同时把水收回来了,这个量很大,是南水北调中线工程的40%的量。

这些数字看起来能够激动人心,但是我们能不能实现呢?首先这么做,必须县以上的城市有集中供热网,才能把热送过去。这些地方都已经建成了完善的城市集中供热网系统。再一个是各种各样的余热热源,与用热的这些地方是否匹配。除了北京超大的城市,周边没有工业,其他的地区都在100公里以内能找到合适的热源。北京得接近200公里的半径,像唐山、张家口这些地方的工业余热可以为北京供热,200公里的长途输送是否划得来?经济上是否合算?

第三个问题是无论是电厂还是工业余热,电厂发电才能出热,发电要根据供电需求发;工厂要生产才有余热,得根据工厂的生产情况来定。用热的用户由老天爷决定什么时候用热,这二者怎么匹配和相互协调?研究表明首先长途输热是可行的,因为这些年有很多技术突破,重点是水击、高差等问题技术上有突破,长途输热也可以。通过一些特殊技术,使得长途输送的时候,水管里面供回水温差达到100度,或者同样的水循环输送达到100倍可行。在经济上,初投资、运行耗电和管网的热损失等等,这些都做了仔细的分析。在钢材价格大幅下跌,能源价格大幅度上涨,这些东西原来不可能,现在变成技术上可行,经济上也是特别合适的。

同时,还应该考虑把燃煤取消了,减少了废气排放,这里面应该有巨大的经济收益。即使不算收益,经济上都合适,再考虑上这一块更可以做了。因此,从社会发展上看,最早我们由长途变成短距离输送,现在跨国、跨州的长距离输送天然气成为了世界上普遍的现象。接下来是热量,以前觉得热量短途走,现在根据能源、环境和钢铁的状况的变化,长距离输热也是值得好好发展的。所以,如果能建设区域性的长途输热网,成为一个宝贵的基础设施,后人都会有好处。这张图可以看出和燃煤比,输送的热量成本很低,100公里输送距离都能和100公里外的燃煤锅炉房相称,200公里外可以和天然气比较,经济上完全可行。现在正在实施的大工程,从山西的古交电厂到太原市区的热量输送工程,和修高速一样,一米四的管子四根修大水道,不在太原建电厂,用已有的古交电厂解决供暖问题。

还有热电协同问题,我国电力系统存在严重的电力需求侧的峰谷差。风力发电、光伏发电又构成电源侧随机波动,弃风频繁。热电联产,以热定电,使热电联产电厂不承担电力调峰,必须改变热电联产模式,使热电厂兼顾电力调峰。传统上热电联产都认为以热定电,在电网调度里面,都是一个又臭又硬的石头,否则影响城市供热和民生。实际上,现在认识到热电联产电厂可以不以热定电,同时做为调峰电厂,可以比纯火电厂调峰更快。可以通过建设巨型蓄热水罐,不光供热,还解决峰谷差的问题。这样,就把一些矛盾解开了。

工业生产又怎么办呢?如果是一对一的工厂供热,因为建筑相当于工业生产的冷却塔,得把热排出去,天好了,不排热,这个工厂就出现问题了。供需关系上有很大矛盾,不存在相互双方依存的模式。如果实现大联网,多热源、多热汇,让一些蓄热罐可以缓解短期的生产波动。取热电厂热量为工业余热调峰,用的电也多,工业生产也多,电厂按照小热大电运行。工业生产少,工业余热不足,电力需求小,电厂按照大热小电运行,可以互相协调,互通有无,比较好的实现供热。城镇建筑冬季热源可以采取这种方式解决供热问题。

再来看农村,散煤加秸秆导致大量污染,是目前治理雾霾很重要的一个战场。怎么做呢?把房子盖好了解决保温,同时也应该改变采暖方式。我们对十种不同的、现有的、可以为人们住宅解决采暖问题的技术做了调研,看一看哪个方法更好。经过了一年到两年的长期测试,多方面比较,最后综合下来,在农村又简单、可行,又能够满足要求的是空气低温的空气源热泵热风机。冬天室外取热量,经过热泵提升,升温之后把热风送到屋子里去,但是不是现在的空调机,上面送热风,屋子里上热下冷很干燥。无论是能耗上还是效果上,都能比较好的解决问题,这是一个样板的产品,是从底下出热风,使得脚底下热,垂直没有那么大温差,而且还有很多的专门措施。在2013年到2015年做了200多台,从小规模到大规模在北京郊区实验,并且进行了详细的测试和跟踪,都获得很好的效果。

这里有一些典型示范户,如果1度电是五毛钱,花费是每平米10到20块钱。这个东西还有一个巨大的功能,在空气源热泵上可以装一个采用电力载波的控制器,实现对每台机器实行强开、强关和自主运行三种状态。强开的时候,只要通电就能供热;让它自主运行的时候,根据房间温度或开或关。每个村有一个控制器,可对全村的空调实行这三种命令。通过手机通信卡,现在都讲互联网+,可以直接由电力调动。比如华北电管局调动中心,对河北省整个农村上千万个机器统一进行调动,这样使得装在农村巨大量的空气源热泵热风机,成为电网最好的调峰装置。需要消化的时候都开启,出现电力供应紧张可以分片分区的调控,比蓄电池和空气压缩蓄电启停和反应要快的多,成本最低。而且解决了农民采暖问题和电网的调峰问题,改善农民生活,把煤取消了,是一石三鸟或者三石多鸟的方式。

如果强停强开老百姓的采暖得负代价,从电网的调峰上来看可以对每千瓦时的强停或者强开给两毛钱的补贴。可以通过本身的蓄能或者用能削峰调谷。如果热风机停5个小时,房间温度从18度降到15度,基本不影响采暖效果。

京津冀周边农村有1500万农户,如果考虑只有一半使用运行,可以产生2000万千瓦的电力调峰能力,两个加一块是3500万千瓦的电力调峰。解决京津冀地区电力供应问题,哪怕坝上地区都希望安装更多的风电厂,现在是不行,不是输送问题,是调节问题。这样一来,京津冀电网有大量的便利调峰能力,也可以把燃煤取消,实现减排7.4万吨PM2.5的效果。这样的东西一台3500块钱,如果国家能够补贴三分之一,一户有三台,总的补贴投入是350亿元。老百姓一年采暖需要花的钱,加上调峰调谷的返还,需要不到1000块钱满足一户冬天采暖的需要。效果好,比煤便宜,彻底取消燃煤,农村也干净了,PM2.5也不会进城,电力的削峰填谷也解决了。

所以,真正解决能源问题,恐怕得热电协同,城乡统筹,多个行当凑在一起整体协调,互相配合。电力部门、工业部门、建筑部门互相协调,城市、农村互相协调。这几个东西合并在一起统一优化,互相配合,最后拿出一个创新的新系统,把我们的这个城市做的干干净净,把PM2.5取消掉。同时,保护民生,提升城乡老百姓的生活水平。

谢谢大家!


地方简讯


北京市发布地方标准《绿色建筑工程验收规范》

2016年4月14日,北京市住房和城乡建设委员会印发了关于《绿色建筑工程验收规范》的通知(京建发[2016]93号)。该规范由北京市住房和城乡科技促进中心、北京市建设工程安全质量监督总站、中国建筑科学研究院主编,经北京市质量技术监督局批准,由北京市质量技术监督局和北京市住房和城乡建设委员会共同发布,编号为DB11/T1315-2015,自2016年4月1日起实施。通知要求凡在2013年6月1日后通过绿色建筑施工图审查的民用建筑项目,竣工验收时需按照该规范完成建筑工程验收,并报住房城乡建设行政主管部门备案。


消息来源

北京市住房和城乡建设委官网


《湖南省绿色建筑评价标准》DBJ43/T314-2015宣贯培训在湘举行

2016年3月11-12日,湖南省举办了《湖南省绿色建筑评价标准》DBJ43/T314-2015宣贯培训,本次培训由湖南省建设科技与建筑节能协会主办,湖南省建设科技与建筑节能协会绿色建筑专业委员会(以下简称“湖南省绿专委”)承办。大会在长沙理工大学国际学术交流中心举行,来自各市州住房和城乡建设部门相关负责人、各大设计院、科研院所、施工单位的约300多位专业技术人员及管理人员参会,为湖南省绿色建筑的发展开启了新篇章。

培训课程紧密结合绿色建筑技术的最新发展动态和趋势,由《标准》编制组主要成员就编制概况、总则和基本规定和“提高与创新”评价要求,节能和能源利用、节地与室外环境、节水和水资源利用、节材与材料资源利用、施工管理、室内环境、运营管理做了专题讲解。


消息来源

湖南省绿建委


来源:《绿色建筑与建筑节能》2016年第4期

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