碳中和背景下的供热技术路径发展初探

一、“双碳”目标区别于传统环保

传统环境保护主要是针对污染物排放进行。一般污染物排放的特点是，距离排放点越近，所受的危害越大;随着距离增加，由于污染物逐渐扩散等原因，其浓度也会降低，危害会逐渐降低。因此，对于传统环境污染物而言，各地政府和群众都会通过各种手段，积极推动限制本地污染物排放。而“双碳”目标下，二氧化碳本身毒性很小，基本对周边环境没有危害，其主要危害是产生温室效应，引起全球地表温度升高、气候变化，影响整个人类生存。我国在这一时期承诺碳中和，正是站在人类命运共同体角度提出，体现了我国大国担当精神。也正因为这一原因，在实现双碳目标时，大型和超大型城市要充分考虑经济因素，不一定像治理传统污染物那样，只靠努力减少碳排放或增加二氧化碳的吸收，还可以通过购买碳汇的方式实现碳中和。

二、供热行业如何实现碳中和

全部通过购买碳汇实现碳中和，显然是不现实的，供热行业必须通过自身努力减少碳排放。通常将供热系统分为热源、热网和热用户三大部分，笔者认为，供热行业要实现碳中和，这三方面都要有颠覆性转变。

（一）热源

一般认为，在实现碳中和目标时，热源更换是重点，必须彻底更换传统能源形式，但具体更换成什么形式，业内还没有统一共识。现在正在探索的，有核能、中深层地热、水源热泵，以及土壤源热泵等多种方式。笔者认为，以电为能源形式的热泵，应该是比较好的方式。这是因为，电动热泵可以应用“绿电”作为能源，将低品位热转化为高品位热用来供热，还可以充分收集余热或废热，在减少碳排放的同时还能减少热污染。在应用核能和低谷电储热等方式时，由于其产热量一般都会大于需用热量，因此，应充分考虑其散出的热量对气候的影响。双碳目标的根本目的，是减缓地球表面温度的上升，如果减少了温室气体排放，反而由于增加了热量、升高了地球表面温度，是得不偿失的。

在实现碳中和目标的能源形式还不能确定时，部分采用可再生能源，尝试多能互补的能源形式，是实现双碳目标的必经之路。北京地区供热以燃气锅炉为主要热源形式，可以采用电动热泵作为辅助热源，例如利用电动热泵吸收燃气锅炉排烟热量。试点项目中已经可以将燃气锅炉排烟温度降低到30℃。这样不但可以节约能源，还可以减少城市热岛效应，一举多得。

利用电动热泵还需要部分政策支持。首先，现有燃气锅炉房中，富余的电力负荷都很少，如果采用电动热泵，一般需要电力增容，费用较高。能否在冬季应用居住小区中闲置的夏季空调负荷，还需要技术和政策探讨。其次，由于当前北京用电还以煤电为主，电价相对较高，如果能有供热电价优惠，会促进合同能源管理公司投资在热源中增加电动热泵。

在传统供热系统中，水泵、换热器等重点设备的升级换代，也是供热节能和减少碳排放的关键。例如，集中供热中广泛应用的循环水泵，是系统中电能消耗最大的设备，一般设计效率为70%左右，而大多数循环水泵由于设计参数与实际运行参数差距很大，实际运行效率不足50%。

总之，在热源没有确定双碳技术路线时，逐步增加电动热泵等，利用可再生能源的设备与传统能源一起运行，通过数字化手段实现多能互补，减少煤和天然气等化石能源用量，同时优化热源中的关键设备，提升设备运行效率，是现行集中供热系统热源实现碳中和目标的可行之路。

（二）热网

热网是连接热源和热用户的供热管道。应该对现有的老旧管网进行更新改造，消除管网跑冒滴漏现象。北京地区供热管网，尤其是二次管网，由于存在产权不清、更新难度较大等问题，尤其是老旧小区，管网损失在整个供热能耗中占比最大。在对老旧小区二次管网改造中，不一定使用原有管材，应倡导采用塑料材质、铸铁材质等更耐腐蚀的管材。

供热系统一般采用热水循环系統，在传统供热中，为提升供热输送效率，必须提高输配水温。因此，在供热系统中，一般供热面积越大，管网温度越高。但要实现碳中和，关键是如何充分利用余热或废热资源。例如，随着数字技术应用，会建立很多分布式计算中心，它们都会排放大量热量。一般余热和废热的温度较低，无法用传统高温管网收集。当前供热领域输配技术的研究方向是，对连接用户和能源的管网进行降温运行，在余热端收集低温热量，在接近用热端，使用电动热泵对温度提升用于供热。这样做的另一个好处是，管网降温降压运行，输送热损失也能适当减少。

（三）热用户

原来提到供热系统碳中和，人们往往直接想到热源端改造，而笔者认为，热用户端的革命其实是最重要的。

首先，最重要的是对供热根本目的的重新认识。我国集中供热自产生以来，一直被认为是北方地区的保障性工作。但随着社会的发展进步，这一认识已经发生了本质的变化，从原来保障人民基本生存需求，变成了要满足人民日益增长的美好生活需求。以北京接诉即办为例，2020-2021年度12345市民服务热线供热工单中，反应“室温问题”68130件，占总工单92.7%，但根据供热单位反馈，入户测温达标率“18℃以上”占九成以上。多数用户投诉原因是“我觉得冷”，用户对供暖“18℃”的解释非常不满。2021年，有一条外地某主管领导说只要满足18℃就行的视频被骂上了热搜。究其原因是，供热的规划、设计、施工及收费制度等几乎所有相关环节，都是按照保障性原则进行的，但是在最终的供热服务上，又采用的是要满足用户舒适性原则，这就产生了矛盾问题。

我国北方地区的媒体上，每年在采暖季开始前，都会关注今年是否提前供暖，在停暖前都会讨论是不是延长供暖，提前和延长供暖的区域都会受到群众欢迎。我国南方地区要求集中采暖的呼聲也不断高涨，一些经济条件较好的区域已经开始了集中供热。这些增加的能源消耗，会增加大量的碳排放。

如何解决这一矛盾？笔者认为，应该彻底改变对当前集中供热的认识。现在的供热已经不再是保障性公共服务了，应该明确调整成“满足用户舒适生活为目标”。要回归热的商品属性，用市场机制解决供热方、用热方及节能减排的矛盾。

其次，在转变对集中供热认识以后，应该重新梳理热计量问题。我国在2000年和2010年左右，先后两次大规模推进热计量政策，很多建筑都安装了热计量设备，但大多数没有真正实施热计量。究其原因，笔者认为，是当前的热计量方式损害了供热方的利益，其主要体现在计量后的热费上。

一是各地热计量政策都有热价封顶政策。以北京为例，规定用户热计量为两步制热价，即基础热价和计量热价，供热单位先按照面积热价进行收费，供暖季结束按照热量进行结算。当基础热价加上计量热价低于现行面积热价时，供热单位要给用户退费。当基础热价加上计量热价高于现行面积热价时，只按照面积热价收费，高出部分用户不再承担。也就是俗称的“多退，少不补”政策。由于用户少用热，供热单位就得退费;多用热，供热单位没处收钱。总体执行热计量，供热单位收入是少于面积收费的。实行热计量后，供热方运行成本是增加的，增加的部分包括热计量器具的更新维修保养费用、计量器具定期检定费用以及由于增加了热计量设备造成管网阻力增加等费用。供热方在热计量后成本上升、收入下降，供热单位没有实施热计量的积极性，更不会在热计量系统中主动增加供热量。

二是部分区域的两步制热价中，计量热价较低，不足以涵盖燃料成本。以北京为例，现行的变动热价为0.16元/Kwh，以燃气价格2.78元/立方米，每千瓦时单燃料成本0.278元/Kwh（以天然气热值10Kwh/立方米估算），造成供热单位每多供1Kwh，至少赔0.12元。

第三，理顺计量热价后，要加强分室室温调控。原来说到分室调控室温，往往强调行为节能。以笔者经验来看，分室温控的重点不是用户经常根据上班或下班进行的行为调节，而是根据自身对温度的合理需求调节室内温度，同时可以利用太阳辐射等热量节能的手段。以供热一线经验来看，用户室内不同房间的室温差异越来越大，有时阳面房间和阴面房间的室内温度差4℃～6℃。在新建建筑中应用较多的地板辐射采暖中，很多客厅温度很高，但卧室由于放一张大床再加一个落地衣柜，大大遮挡了散热面积，造成卧室温度很低的问题。

在一般建筑暖通设计时，都会根据建筑朝向等因素考虑选择散热器，但这只是达到静态热平衡。例如，南向房间设计的散热器都会小于北向房间。但一般情况下，用户回家是晚上，并没有太阳照射，而南向房间一般窗户较大，冷辐射较多，就会感觉室内温度偏低。由于新建建筑保温等条件都好于过去，外界动态因素对室温影响变大，因此加强户内分室温度的自适应调节，才能实现在满足用户使用需求的同时，达到节能减排。

三、实现“双碳”目标的途径：智能供热

智能供热，是通过在室外、热源、热网、热力入口等位置增加温度、压力及流量等“触点”，由系统根据已有的“知识地图”，对供热量等参数进行动态调节，满足用户对热量需求的调节系统。

供热行业原来管理非常粗放，现场基本不具备远传传感器，基本靠有责任心的运行人员根据经验进行调节。随着我国劳动力市场变化，一线优秀运行人员越来越少，需要通过数字化手段，将好的一线运行人员调节进行模型化，用电脑代替人脑，实现模型化运行。并通过增加天气等因素，对供热系统进行前馈控制，在用户端增加触点，对系统进行反馈调节，达到在满足用户需求的条件下节能的目的。

笔者认为，碳中和下的供热系统，应该是一个与周边余热资源连接的综合供热系统，由多种能源供给热量，在这种多能互补的系统中，智能调节供热量尤为重要。智能供热通过采集热源、热网和热用户运行数据，对需用热量进行判断，调节各热源供给热量，保证热源经济且环保，达到低碳供热。

综上所述，在供热行业碳中和技术路径还没有完全确定时，通过热源、热网和热用户的改变，以及采用智能供热的方法，可以大大减少碳排放，再补充购买部分碳汇，就能加快北京地区供热行业实现碳中和的步伐。

（压题图片：智能供热平台 作者提供）

（责任编辑：严陈玲）

作者简介：丁琦（1973—），北京人，北京金房暖通节能技术股份有限公司副总裁，研究方向：暖通节能技术。