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清洁供暖助力实现碳达峰碳中和 让温暖与蓝天同在
发布时间: 2022-10-10 11:43:27 关注度: 886

清洁供暖

   助力碳达峰碳中和



碳达峰、碳中和背景

Carbon peak, carbon neutral background



  气候变化是人类面临的全球性问题,随着各国二氧化碳排放,温室气体猛增,对生命系统形成威胁。在这一背景下,世界各国以全球协约的方式减排温室气体,2020年9月,中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。那么究竟什么是碳达峰、碳中和?我国为什么要提出这么目标?实现碳中和会给我们生活带来什么变化?为实现碳中和需要做什么?





1、

什么是碳达峰、碳中和?

碳达峰,就是指在某一个时点,二氧化碳的排放不再增长达到峰值,之后逐步回落。碳中和,是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量,通过植树造林、节能减排等形式,以抵消自身产生的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”。

  全球超130个国家和地区设定了碳中和目标,部分已经提出碳中和目标的国家:

       乌拉圭:2030年        英 国:2050年

       瑞  典:2045年        韩 国:2050年

       新西兰:2050年        德 国:2050年

       芬  兰:2035年        欧 盟:2050年

       美国加州:2045年          中 国:2060年



2、

我国为什么要提出碳达峰、碳中和目标?

 实现碳中和是我国贯彻新发展理念,推动高质量发展的必然要求。我国对全世界宣布碳中和目标,除了响应《巴黎协定》约定,积极应对气候变化,彰显大国责任和担当外,在加速我国经济和能源转型方面具有高瞻远瞩的战略意义。实现碳中和具有以下意义:

   (1)摆脱能源依赖

碳中和将推动我国发展以从化石能源为主向以非化石能源过渡,对中国实现能源独立,确保能源安全具有重要意义。

能源结构方面:

   能源结构:风能、太阳能和生物质能将成为主要的能源来源,预计未来化石能源占比仅9%;

   能源消费:各行业电气化率达到最高,用清洁的电满足自身能源需求;

   能源需求:随着能源结构改变,我国将不再严重依赖石油、煤炭等化石燃料的进口,国家能源安全水平彻底提升。

   (2)全球产业链重构

    零碳经济意味着全部价值链的转型,推动产业链上下游实现低碳生产竞争力。

   (3)国际标准重塑

    技术侧创新将改变能源利用方式,推动新的产业链和新的国际标准形成,并产生新的利润创造方式。

   (4)创造就业机会

    零碳经济将在可再生能源、电动汽车、电池、节能等领域创造大量稳定就业机会。

    (5)形成技术优势

    增强中国在全球多技术领域的领导地位,当前中国在新能源、电池技术、交通电气化、钢铁等领域具备发展优势,可形成技术优势。

清洁取暖相关政策及要求    

Clean heating policy



1、

国家相关政策及成效

      在我国北方地区,取暖是最重要的民生工程之一。但主要依靠煤炭“驱动”的取暖系统不仅消耗了大量不可再生能源,导致的雾霾天气更一度成为威胁群众健康的环境问题。

       2017年,十部委就印发了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》,采用地热能供暖、生物质供暖、空气源供暖、太阳能供暖、天然气供暖、煤改电等多种多样的清洁能源供暖方式,达到降低污染物排放和能源消耗的目的。近年来,中国各地加快探索冬季清洁能源取暖,进一步降低煤炭依赖和对大气的不良影响。2021年国务院政府工作报告中就明确:“强化大气污染综合治理和联防联控,加强细颗粒物和臭氧协同控制,北方地区清洁取暖率达到70%。”使群众在寒冷的冬日享受到温暖,助力实现碳达峰碳中和。

      截止2020 年底, 北方清洁取暖率达到约65%,其中京津冀及周边地区、汾渭平原等重点区域,累计完成散煤治理2500万余户。农村散煤治理对全国PM2.5浓度改善的贡献接近20%。


2、

 甘肃清洁取暖成效现状   

      甘肃省打赢蓝天保卫战2020年度实施方案《稳步发展清洁能源和新能源有序推进冬季清洁取暖》,要求在确保民生取暖安全的前提下,按照清洁替代、经济适用、居民可承受的原则,综合采用各类清洁取暖方式,替代燃煤取暖。逐步实施县级以上城市(含县城)城乡结合部及周边乡镇居民取暖土坑、土灶、小火炉煤改气、煤改电或洁净煤替代工程。主城区基本建成“无煤区”,确保环境空气质量优良率保持在80%以上。

      目前、兰州市、金昌市、临夏市和武威市共4个城市为国家分别在2021年和2022年批复的北方清洁能源取暖试点城市。这些试点城市清洁取暖的技术推广模式,也是为我省下一步全面执行清洁取暖提供借鉴。


清洁取暖相关技术  

National Clean Heating Effect



1、

生物质能供暖技术  

      生物质能源作为世界第四大能源,是一种清洁的可再生能源。生物质燃料供热技术使用可再生能源如木屑、草类、垃圾处理残留物和农作物肥料处理残留物作为燃料进行供暖。国内外以生物质为燃料建立的热电厂技术已经很成熟。我国是一个农业大国,农林生产中所产生的物质种类多,产量巨大,较常见的有:植物秸秆、玉米芯、稻壳、锯末等,利用生物质燃料供热具有很大的发展潜力。

       生物质采暖技术从2010年开始已经在我省开始推广,并形成了一定规模本土技术和设备的研发、生产的供应链,在兰州地区、武威、张掖、临夏等地区都得到了较好推广应用,同时也形成了“甘肃恒信节能环保科技有限公司”、“甘肃启荣生物质颗粒燃料生产有限公司”等一批本土企业。


技术优势:

      (1)生物质颗粒取暖炉的燃料环保颗粒燃料,具有环保的优点;

     (2)生物质颗粒燃料的热值高达4000大卡/公斤,取暖升温块;

     (3)生物质颗粒取暖炉外形美观大方、设计先进、科学控制、操作简单;

    (4)生物质颗粒充分燃烧后,烟无色无味,二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮等有毒气体的排放非常小;

    (5)生物质颗粒取暖炉是燃料就地取材,成本和燃气、电相比,成本低,减少了用户取暖成本;

    (6)生物质颗粒燃料与燃煤相比,燃烧后灰分少,烟气也不外泄,干净卫生,利用率大大提高,节约燃料;

    (7)同时兼顾了炊事,方便快捷。

       缺点:

      是生物质颗粒燃料受地域农业的限制,燃料供应不是很普及。



2、

太阳能+电辅助采暖技术

      技术原理:白天,系统在集热循环泵的作用下,集热器内的热量被带到储热水箱内,储存采暖热能, 当用户有采暖需求时,启动室内风机盘管,储热水箱内的热量在采暖循环泵的带动下,通过风机盘管传输给室内供暖。

      热水功能: 在有生活热水需求时,用户可开启预留的生活热水用水端,自来水经过储热水箱内的不锈钢盘管,与储热水箱换热,为用户提供可饮用和炊事的生活热水。


“太阳能+电辅助”蓄热式户用供暖系统原理图

太阳能集热器

储热水箱

      技术优势:

      (1) 全年热水功能。自来水加热后水质不会改变,可直接用于炊事和洗浴,采暖季水温可达30℃,春、夏、秋非采暖期水温可高达 60℃以上,每年可节约千元,同时节约购买太阳能热水器的开支。

      (2) 超低的采暖费用。太阳能是目前地球上唯一免费能源,每平米运行费用10元左右,是唯一低于燃煤采暖模式。在采暖期的前后两个月,每年11月和3月份采暖时,在天气晴好条件下,可完全依靠太阳能光热采暖,每天仅需1元钱。

      (3)超长使用年限。大部分采暖设备使用年限均为 5~8 年,太阳能采暖系统使用年限约 20 年,远远高于其他采暖模式,可大大减少用户设备更新负担。

      (4)系统操作最简单。系统采用全智能自动控制,自动运行,无需任何操作。用户只需根据自身取暖需求,一键操作采暖起、止时间即可,很适合目前农村年轻人外出打工,家里只有老人、妇女、儿童的居住现状。

      (5)运行最安全。太阳能系统运行负荷小于 200 瓦,阴雨天若启动电辅助加热系统,辅助加热系统全自动间歇运行,电负荷小于 2.4kW ,用户无需电网改造,经济安全。

      总体运行费用:通过寒冷地区实体工程测试数据分析得到:“太阳能+电辅助”蓄热式户用供暖系统在不同天气环境下,保持室内温度 14~18℃,平均运行费用约为:晴好天气 3~5元/天、 阴雨天气 6~8元/天、极寒天气 10~16元/天。一个采暖季,一个普通家庭,预估每年采暖费用支出约1300元,与原来烧煤费用相仿,但是更安全、更环保、更洁净、更健康。


3、

空气源热泵供暖技术  

技术原理:空气源热泵供暖机组利用少量电力驱动压缩机工作,吸入空气中的低温热量,通过冷凝器或蒸发器进行热交换,加热冷水,然后通过循环系统将热水转移到建筑物中,最后通过供暖终端(地板供暖、地板供暖机、风扇盘管、暖气片等)满足用户的供暖需求。

空源热泵系统原理图

空源热泵热风供暖设备

空源热泵热水系统供暖设备

技术优势:

(1)适用范围广。由于空气源热泵主要采用空气中的低温热量加热,理论上只要有空气,空气源热泵就可以使用,不受天气、环境等因素的影响。虽然在 -25℃以下的极端环境工作受限,但基本上可以满足我国北方大部分地区的冬季供暖需求。

(2)节能效果突出。空气源热泵不通过电-热转换加热,所以空气源热泵生产热水的效率很高。每耗电1kW平均可产生4kW热能,是电热水器的4倍,太阳能热水器的2倍。

(3)环保安全、耐用。空能热泵制热时不需要燃气,不需要煤,不需要油,不需要明火,不需要排放,同时水电分离,不仅环保,而且不会发生火灾,爆炸,中毒,触电等安全事故。一般使用寿命12~15年。

(4)智能化程度高。空能热泵内置微机安全系统,用户只要在使用时首次设置好,热泵就会根据室外温度和水箱热水情况,自动进行补水、加热、断电、保温、加热等工作,无需人工值班。

运行费用预算(含设备采购安装费):

名称

供暖面积

初投资

运行费用

空气源热风系统

(2台风机)

约60m2

9900元/户

约1575元/供暖期

约10.5元/天

空气源热水暖气片供暖系统

(2组暖气片)

约60m2

9900元/户

约1500元/供暖期

约10元/天



4、

分布式太阳能+空气能联合供暖技术

      太阳能+空气能联合供暖系统中的太阳能采用无冻、无漏、无腐蚀、无隐患空气式太阳能;空气能采用超低温-45℃热泵;控制采用环境自适应变温控制技术,自带远程数据模块,无人值守,远程操控。

 河西农村示范建筑

 “太阳能”与“空气能”双能组合供暖系统

技术优势:

      (1)分布式太阳能空气能热泵联合供暖技术统原理简单、使用无安全隐患;

      (2)初期投资低、热转化效率高、且设备占地面积小;

      (3)可以直接替换分散的小煤锅炉,也可单独安装于农户屋面,比燃煤节约30%~60%能耗,冬季室内平均温度可在20℃~25℃,每月采暖费2.5元/m2~3.5元/m2,与我省现行的月采暖费5.1元/m2比较,可大大节约用户取暖成本约40%。



5、

中深地岩热供暖  

      地岩热是一种普遍埋藏于距地表1000m~6000m深处、温度为150℃~650℃的、没有水或蒸汽的热岩体,平均地温梯度为30℃/km,其热能赋存于各种变质岩或结晶类岩体中。

      工作原理:中深层地岩热供暖的工作原理是利用钻机向地下2000m~3000m的岩层钻孔,孔径约为200mm。在钻孔中安装密闭的金属换热器,以水作为循环介质注入换热器,通过热传导将岩层中的热能导出,再由地面专用设备系统向建筑物或末端供热,满足人们对采暖、热水、制冷等能源需求,实现地热开发“井下换热,取热不取水”的利用。地岩热是公认的清洁能源,具有安全性好、利用率高等特点,具体如下:

中深层无干扰地炎热供暖原理图

      技术优势:

      (1)突破用地制约,在受热建筑物附近向地下钻孔,不需建市政配套管网,具有普遍适用性。   

      (2)井下封闭换热,取热不取水,保护水资源,对地下水、土壤等自然环境无干扰。

      (3)热交换、输送、储存、使用均为低温、低压物理过程, 安全可靠。

      (4)自动化程度高,无人值守,运行成本低,系统与建筑同寿命。

      (5)绿色低碳,无废液、废气、废渣排放,不产生CO2排放。

缺点:但是初投资较大,适合较多用户集中的供暖。

      运行费用:初始投资折合每平方米供暖面积约230~260元/m2(节能居住建筑),供暖成本1.5~2元/m2·月(电价0.5元/度)。



农村建筑能效提升改造技术

Energy efficiency improvement and transformation

 technology of rural buildings


1、

农村建筑的耗能现状

由上图可见:

      (1)随着建筑外观的升级变化,为了满足屋内日照和采光,门窗面积较大。但也造成门窗和窗口节点缝隙损失的热量约占50%。这就意味着咱们自建房的热量有一半都是从门窗流失的。

      (2)农村自建房的墙体基本上都用红砖、空心砖或者加气砖,外墙也基本不敷贴保温板,都是不节能建筑,从墙体的流失的热量占25%。

      (3)农村自建房的屋面一般都不做保温隔热措施,也是热量散失或者传入的主要途径,导致夏热冬冷,屋面的热量流失占15%。

 因此,冬季为了达到清洁能源应该的最佳效果,需要给建筑穿衣服、戴帽子,保证热量不散失。一般需要对外墙、门窗、屋面做保温改造,根据区域气候类型和建筑类型,选择适宜的保温改造措施,门窗选用断桥铝合金门窗。



2、

既有农房节能改造技术

      (1)建筑外墙铺贴保温板

      我国北方的房屋大多数坐北朝南,外墙是影响农房能耗大小的重要部位,在节能改造中起着非常重要的地位。外墙的节能改造应在原有外墙基础上加设保温层,并应与建筑的立面改造相结合。一般可铺贴厚度60mm~100mm的保温板,再用锚栓固定并铺贴网格布,市场上常见的有XPS板、岩棉板、TPS板等。

现场施工图

外墙保温构造示意图

      (2)建筑屋面铺贴保温板

      提高农房屋面的保温隔热能力,可有效地抵御室外冷热空气传递,减少建筑耗能。农村建筑屋面根据气候环境特点具有多样化,有木屋架坡屋面、木屋架平屋顶、钢筋混凝土平屋面等多种形式,一般铺贴60mm~100mm厚的有机保温板,但施工前要一定检查和确定屋面的荷载和防水性能。

屋面保温构造示意图

      (3)门窗改造

      农村大部门门窗为木门窗、钢门窗和推拉铝合金门窗,节能型门窗因造价等使用比例很小,造成散热严重。目前通常有两种办法:一种是在原来门窗的基础上增设一层门窗,不拆除原来的,但前提是门窗洞口要符合条件;还有一种是拆除原来门窗,更换为中空玻璃的断桥铝合金门窗或断桥塑料节能门窗。根据型材、玻璃、五金配件的种类,节能门窗造价大约350元/m2~650元/m2。

断桥铝合金常见的平开、上悬、推拉型节能门窗

常见断桥铝合金内平开窗


3、

新建节能型农房

      为了达到建筑节能要求和获得最佳的采暖效果,农村自建房从开始建造时,就设计成节能房,目前农村推广较为成熟,造价较低的一种建造技术—装配式低能耗空腔EPS模块房屋。

      该技术是将空腔聚苯模块拼装组合成空腔墙体,其内置入钢筋、浇筑混凝土,构成保温承重装配一体化工业与民用建筑的外墙。适用于耐火等级为三级及以下、抗震设防烈度8度及以下、地上建筑高度 15m及以下、地上建筑层数3层及以下、建筑层高不大于5.1m(无扶墙柱时)的工业与民用建筑外墙。


       装配式低能耗空腔EPS模块房屋的工程造价约为1200~1500元/m2,与相同标准的砌体结构相比较,工程造价降低5%~15%,工期缩短20%~40%,尤其降低人工成本。建成后,全年房屋内的平均温度15℃~18℃,减少了取暖时间,大大降低了取暖成本。

      目前,该技术在我省兰州市、陇南市、庆阳市、临夏市等地推广成熟,也有相应的产业支撑。

典型案例

Building energy conservation technology



1、

改造前建筑特点:

(1)墙体是红砖砌筑、外墙和屋面均无保温措施;

(2)门窗为铝合金单层玻璃推拉窗;

(3)用火炉烧散煤采暖、烧水做饭;

(4)北方地区同时还要通过烧火炕来辅助采暖。

(5)冬季的室内平均温度5℃左右,冬天在采暖条件下15℃左右,舒适感不强。


2、

能效提升措施:

(1)外墙贴70mm石墨聚苯板;

(2)窗户更换为断桥铝合金中空玻璃外平开窗;

(3)冬季门口加保温加厚门帘;

(4)采用空气源热泵风机采暖。


3、

改造效果:

(1)室内环境品质提升,无烟尘;

(2)不采暖室内房间(杂物间、厨房)平均温度约13℃~16℃;

(3)采暖室内房间(主房和厢房)的平均温度约20℃~24℃;

(4)采暖费用(电费)支出约800元(电费0.51元/度),比烧煤的节省700元;随着煤炭价格提高,经济效益会更加凸显;

(5)减少采暖天数,建筑能效提升约45%。


4、

农村住房节能改造的意义:

(1)能有效改善和提高农村住房室内环境的舒适度;

(2)采用可再生的清洁能源供暖,真正实现节能低碳;

(3)经过节能改造,即使冬季不取暖室内温度也可达到12℃以上,通过辅助供暖室内温度可达20℃以上,完全满足居住需求;

(4)用户一个采暖季可以节约50%的能源消耗,减少约50%的污染物排放,符合节能减排的政策导向;

(5)改造后住房可以节约50%采暖费用支出,经济效益显著;

(6)通过对农村住房节能改造,农村住房建筑外观焕然一新,也符合美丽乡村的建设要求。



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