基于碳足迹分析的典型供暖方式研究

2015-12-26王恒康葛晓华袁进山西省生态环境研究中心

节能与环保 2015年9期

文 // 王恒康葛晓华袁进山西省生态环境研究中心

基于碳足迹分析的典型供暖方式研究

文 // 王恒康葛晓华袁进山西省生态环境研究中心

据统计，我国建筑能耗占全社会总能耗的27%左右，其中建筑物供暖的能耗占整个建筑能耗的60%左右。我国目前仍以燃煤供暖为主要供暖方式，煤炭燃烧过程中必然产生大量的二氧化碳和其它有害物质。随着人民生活水平的提高，对供暖方式的经济、环保、节能等提出了更高要求，因此热泵技术、燃气壁挂炉等一些新型供暖方式不断涌现。

目前，有关供暖方式能耗的研究比较多，但对典型供暖方式进行碳排放分析的研究还比较少。本文拟对典型供暖方式的碳足迹进行研究，并在碳足迹分析的基础上对供暖方式进行综合评价，从而对主要碳减排措施的减排潜力进行分析。

1 供暖方式介绍

目前，供暖方式呈现以集中供暖为主，其它供暖方式并存的局面。本文选择了包括热电联产集中供暖、大型燃煤锅炉集中供暖、壁挂燃气炉供暖、热泵技术、低温辐射电热膜供暖等12种供暖方式，结合相关文献及工程实例对其特点和应用范围进行了整理归纳（见表1）。

表1 典型供暖方式及其特点

2 研究边界及方法

2.1 研究边界

由于目前电热膜等二次能源供暖与煤、天然气等一次能源供暖方式并存，为了客观评价各种供暖方式的碳排放，本研究将所有供暖方式的能耗追溯到一次能源，分析能量从产生、输送到用户端的消耗情况，从能源消耗导致碳排放的角度分析各种供暖技术各环节的碳排放。随着能源管理体制的改革，能量产生端、输送端、用户端的低碳发展将由不同的主体完成，从生产端、输送过程、用户端来分析供暖方式碳排放更有意义。

2.2 研究方法

2.2.1 碳排放核算方法

本文以太原市某集中住宅为研究对象，按所有供暖方式都满足32W/m2，从用户端、输送过程、产生端的能源利用效率，推算各种供暖方式单位面积(万平方米)每小时的能量产生端所需能量，折算成煤油气等一次能源消耗量，计算出各种一次能源燃烧时的碳排放量，然后按热量在生产、输送、用户三个环节的损耗或消耗量，算出各环节碳排放量。产生端能源利用效率、输送中能量损失比例、用户端能源利用效率是影响研究的关键参数（表2）。

2.2.2 碳排放评价方法

通过调研并结合市场实际情况，建立包括单位面积碳排放量、单位面积初始投资、单位面积耗能成本、技术推广程度、技术发展潜力、技术适用性六项指标的评价体系，并对12种供暖方式进行评价。单位面积碳排放量和单位面积能耗成本通过计算得到，单位面积初始投资通过查阅相关文献及专家咨询得到，技术推广度、技术发展潜力、技术适用性分1～5个等级，通过供暖公司专家评估得到。为了将单位面积的碳排放量、单位面积初始投资、单位面积耗能成本指标与其它指标具有可比性，将单位面积碳排放量等3项指标按最优值为5进行折算。

图1

图2

表2 碳排放分析关键参数

图3

图4

在专家咨询及文献调研的基础上，对各指标的权重进行分配。单位面积碳排放量、单位面积初始投资、单位面积能耗成本、技术发展潜力的权重为0.2，技术推广程度、技术适用性两项指标的权重为0.1。各指标得分与各自权重的积相加得到综合得分，作为技术评价的依据。

3 研究结果分析

图5

3.1 典型供暖方式碳排放分析

3.1.1 碳排放总量分析

从图1可以看出，燃煤供暖的碳排放量比其他供暖方式高，其中小型燃煤锅炉的碳排放量最高，达到160kg/万m2·h。大型燃煤锅炉供暖、电热膜供暖、空调供暖排放量稍小于小型燃煤锅炉。燃油、燃气、燃气分布式能源、壁挂式燃气炉等供暖方式排放量处于中等水平。热泵碳排放水平偏低，其中最低的地下水源热泵技术碳排放仅为小型燃煤锅炉的22%。

3.1.2 不同环节碳排放分析

从图2和图3可以看出，能量生产端碳排放占比对比：小型燃煤锅炉的碳排放占比最高，达到45%；大型燃煤锅炉、热电联产、空调供暖、低温电热膜供暖、热泵技术等以煤作为一次能源的供暖方式碳排放占比基本相当，在30%左右；燃气、燃油等供暖方式碳排放占比相对较低。能量生产端碳排放量对比：小型燃煤锅炉供暖碳排放量最高，达到91kg/万m2·h，大型燃煤锅炉、热电联产、电热膜、空调供暖等方式碳排放量在50kg/万m2·h左右。燃气的供暖方式碳排放相对较低。可见一次能源的种类是影响能量生产端碳排放量及其占比的关键因素。

从图2和图4可以看出，能量输送过程碳排放占比对比：燃气锅炉和小型燃煤锅炉较低，大型燃煤锅炉和热电联产最高，其它供暖方式相当。能量输送过程碳排放量对比：大型燃煤锅炉和热电联产由于供热面积大，管网长，热损失大，碳排放水平较高；热泵技术和壁挂式燃气炉在能量输送过程中碳排放量较低，其它7种供暖方式碳排放量相当。

表3 各种供暖方式评价指标

从图2和图5可以看出，用户端碳排放占比对比：壁挂式燃气炉能源转换等过程均在用户端完成，所以占比100%。整体可以看出壁挂式燃气炉、燃气分布式能源、燃气锅炉占比较高，燃油锅炉占比其次，燃煤锅炉、电热膜、热泵等以煤为一次能源的供暖方式占比相对较低。一次能源种类是影响用户端占比的关键因素。用户端碳排放量对比：燃气和燃油供暖方式排放量在70～85kg/万m2·h，热泵技术在30～40kg/万m2·h，其他供暖方式排放量在100kg/万m2·h以上。

因此，影响能量生产端和用户端碳排放占比的关键因素是一次能源种类，影响输送过程碳排放占比的关键因素是供暖方式能量输送的距离。三个环节碳排放量受综合因素影响，整体上受一次能源种类影响较大。

3.2 典型供暖方式评价

3.2.1 评价指标的确定

从表3中可以看出，小型燃煤锅炉单位面积碳排放量最高，达160kg/万m2·h，地下水源热泵最低。热泵的单位面积初始投资较其它方式高，分户供暖方式较集中供暖初始投资高。电供暖方式的运行成本最高，热泵和燃煤供暖方式能耗成本较低。

3.2.2 典型供暖方式评价结果

从表4中可以得出，热电联产与大型燃煤锅炉虽然碳排放较多，但是由于能耗成本低、技术应用较广，适应性强等因素，综合得分较高。热电联产与大型燃煤锅炉综合得分比较接近，从碳排放、能耗成本等方面比较热电联产技术占优势；从技术推广程度等角度，热电联产稍处劣势。大型燃煤锅炉、热电联产、地下水源热泵、低温空气源热泵、土壤源热泵、分布式燃气能源处于12种供暖技术上游。热泵由于碳排放低、能耗成本低、发展潜力大等优势，综合得分均较高。