【视频公开课】江亿谈如何改变北方建筑供暖模式 缓解冬季雾霾现象
为了让更多渴求知识的人们听到绿色建筑的智慧之声，能源世界公众平台充分依托国际绿色建筑大会的资源优势，即日起推出“绿色建筑公开课”栏目，为受众提供专业的绿色建筑原创课程，来自于全球范围内的行业顶级嘉宾全面讲解和深度剖析业内焦点议题，内容涉及绿色建筑全生命周期，旨在促进绿色建筑的理论传播和成果转化，为受众搭建起绿色建筑领域强有力的网络视频交流平台。敬请关注！
改变北方建筑供暖模式 缓解冬季雾霾现象
江亿 ┃ 中国工程院院士；清华大学建筑节能研究中心教授
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=z0197u6026i&width=500&height=375&auto=0
嘉宾演讲速记
（来源于第12届国际绿色建筑大会分论坛，未经作者审阅。）
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。
这张图给出来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，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？这边给出来能源消费量，这是蓝图的比例，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。
比如说咱们的燃煤电场是用煤的最大用户，三分之一的煤都是它烧的，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PM2.517%。因此，我们着重治理的不是说把煤减少排放多少，而是由于燃烧导致的PM2.5的排放量降下来，这才能真正的解决我们大气污染问题。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，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，包括柴火直接做饭和点火，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，所以就导致在冬季三四个月、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。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。
这里边给出来三项大数，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，那就可以显著的改善冬季大气环境。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场，排放的不是那么严重，所以重点在治散煤。
改善我们国家东部地区，冬天雾霾很重要的环境，就是这里写的三件事情。但是怎么做呢？现在各地谈煤改气，但是煤改气困难太大，一个是气太贵，一个是气源不足，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，这件事情还是很远以后才可以去想的。不靠燃煤，改成燃气，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结果，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，其他的大量城镇很难都变成气。
这里面有一个问题是不用天然气，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，一个就是我们北方地区到处还都有的热电厂，除了发电之外，还有大量的低品类余热通过冷气塔上天。我们是工业大国，消耗了大量热源，大量排放了消耗能源的一半，至少是30%的能源，都以低品类、低温余热的方式排出来了。
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，最多是这个范围。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，这块能源冬天供热，夏天排放，并不是采用了半年，半年还浪费，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，比如说最近七八年在北方地区，不少的热电联产的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%，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。比如说典型的大同一热，烟囱里面有大量的热量，不论是燃煤还是燃气的。比如说济南北郊热电，经过脱硫之后六七十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。这些都和我们北方采暖配套，这里给出来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，给出了钢铁生产过程。每吨钢出四千千焦的余热，包括各种工业，炼铁、转炉炼钢、余热发电等等。比如说唐山市迁西钢厂就可以供全县的热。比如说有色金属厂、铝厂等等都可以利用余热。比如说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，里面也给出各个工艺出来的热量。
还是取京津冀地区，里面给出各个不同的城市，不同温度下出的热量，都给它加起来，规模以上的工业余热有多少呢？有三千万千瓦的功率。这是在发改委支持下在京津冀地区做的调研情况，把刚才说的热电厂的余热、工业余热的资源列出来，京津冀地区两项相加是95G兆瓦，九万五千万千瓦的热量。这个地区现在有的建筑面积是27亿平米，都拿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，每平米提供35瓦的余热热量。正好能够满足这些建筑的基础符合供热，到最冷的1月份还差一点，再补一点天然气作为20%，天气占总的供热是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预热，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。现在北京冬天消耗一百多亿方天然气，同时还可以省出大量的水。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。这些地方都已经建立和建成了完善的城市里面的集中供热网系统，再一个是各种各样的余热热源，跟你用热的这些地方是否匹配。仔细一看，除了北京太大的城市，周边没有工业，其他的地区都在一百公里以内能找到合适的热源，北京得接近二百公里的半径，像唐山、张家口这些地方的工业余热可以为北京供热，二百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，电场发电才能出热，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，重点是把水击、高差等问题，技术上有突破，长途也可以。
第二个是通过一些特殊技术，使得长途输送的时候，水管里面供回水温差达到一百度，或者同样的水循环输送达到一百倍，可以经上可行。在经济上出投资，运行耗电和管网的热损失等等，这些都做了仔细的分析。在刚才价格大幅下跌，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，最早我们有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，长距离输热也是后面好好发展的。
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，一百公里输送距离都能跟一百公里外的燃煤锅炉房相称，二百公里外可以跟天然气比较，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。不在太原盖电厂了，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电力需求的峰谷差。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，同时做条封电厂，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，解决峰谷差的问题。这样，就把一些矛盾把它解开。工业生产又怎么办呢？如果是一对一的工厂给那两个人供热，因为建筑相当于工业生产的冷却塔，你得把热排出去，天好了，不排热，我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，让一些举行蓄热罐可以缓解短期的生产波动。所以说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，比较好的实现供热的事情。所以说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？一个是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民住宅解决采暖问题的技术，做了不只是十种的方法，看一看哪个方法更好。把这十种东西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，室外冬天取热量，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。落地是从底下出来，或者是从这里出热风，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年做了二百多台从小规模到大规模的北京郊区的实验，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，如果一度电是五毛钱，花费是10到20块钱每平米。这个东西还有什么用呢？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，只要痛电就能供热，让它自主运行的时候，根据房间温度或开或行，每个村有一个控制器，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，比如说华北电管局和调动中心，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，比拿蓄电池和空气压缩蓄电启停和反应要快的多，最低的成本。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。
你如果强停强开老百姓的采暖你得负代价，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的削峰调谷的钱。如果说空调停五个小时，房间温度从18度降到15度，不影响采暖效果。
京津冀周边农村有一千五百万农户，如果考虑只有一半使用运行，可以产生两千万千瓦的电力调峰能力，两个加一块是三千五百万千瓦的电力调峰。解决京津冀地区电力供应问题，哪怕坝上地区都希望安更多风电厂，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。
也就是北京四大燃煤电厂改煤，投资360亿，减排0.27万吨PM2.5。同时，也可以改善农民生活水平，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。老百姓一年采暖需要花的钱，加上调峰调谷的返还，需要不到一千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。刚才说电力部门、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！
长按下方二维码购买第十二届国际绿色建筑大会论文集
《2016国际绿色建筑与建筑节能》
能源世界
依托资源优势和品牌价值
传播先进理念和前瞻技术搭建绿色建筑影响力平台推动中国绿色建筑发展！合作详询：
010-88585610转807
325178912（QQ）