上海住宅空调能源的现状与发展

1、上海住宅空调能源的现状与开展摘要本文在对上海市住宅能耗现状及空调使用情况调研的根底上，分析了上海市住宅空调及住宅能耗的开展趋势及其对城市能源和环境造成的影响，指出今后住宅空调的能源和形式将日趋多样化。新建集合式住宅或住宅小区，将以DH和BHP为主，以天然气为燃料或以电力蓄能技术平抑负荷峰谷；独立式住宅将以燃气发动机驱动热泵或多联变频热泵的户式空调为主；而在单生公寓、SH住宅和旧有住宅中还会以房间空调器为主。从住宅能源的绿色化做起，促进绿色住宅的开展。关键词住宅空调能源区域供热供冷DH冷热电联供BHP2上海住宅能耗的现状与前景住宅能耗，主要指运行能耗或终端能耗enduseenergy。运行能耗中

2、又可分为使用能耗和固有能耗standbyenergy两部分。图1中的横坐标表示需求，纵坐标表示能耗，余线称为效劳曲线。很明显，需求越大或提供的效劳越多，能耗就越大。提供效劳的能耗就是使用能耗。假如我们可以进步能源转换效率，即减小效劳曲线的斜率，使效劳曲线更平坦，就可以以较小的代价能耗提供更多的效劳。效劳曲线并不是从原点出发。其起点与原点之间的间隔 即固有能耗。在建筑物里，固有能耗就是通过围护构造的冷热损失以及各种耗能以及各种耗能设备如电脑、电视机等的待机损失。我们应该尽量减少固有能耗，最好到达零损失。图1使用能耗与固有能耗研究住宅能耗，也应从使用能耗和固有能耗两方面着手。在使用能耗中，占比例最

3、大的当数空调耗电。目前上海住宅空调使用的能源百分之在是电力。而在电力空调中又以分体热泵型家用空调占绝对主导地位。根据国家统计局的统计，2000年上海每百户家庭拥有的空调器台数已经接近100台如图2所示。上海共有400万个家庭，就是说，按国家统计局数字，上海居民拥有400万台空调器，装机功率为350万k。图2上海每百户居民拥有空调器台数的增长我们在2001年夏季动用80余名学生在上海780户家庭进展了一次随机意味着调查。调查结果统计如下国统局是抽样调查500个家庭的2000年数据：上海每百户家庭的主要耗能设备拥有量有效数据780户表1设备名称每百户拥有量台设备名称每百户拥有量台设备名称每百户拥有

4、量台同济数据国统局同济数据国统局同济数据国统局电热水器34.963.6(热水淋浴器)微波炉88.778烘干机10.9-燃气热水器74.1电饭煲94.5-除尘器61.3-太阳能热水器2.7脱排油烟机92.8-音响66.231.8电热饮水机81.9-燃气灶93.2-台式电脑65.925.6冰箱104.3102.2洗衣机10193.4笔记本电脑14.2-空调器18196.4电视机177.7147我们调查的空调器拥有量远高于国家统计局数据。这可能是因为我们的调查对象主要是新建小区和收相对较高的白领。在780户家庭中，没有空调的仅21户，即空调的普及率达97.2%；安装家庭中央空调即户式空调的只有两户，

5、占总数的0.26%；而拥有家用空调最多的一户有7台独立式住宅。将调查情况与美国能源部1997年的统计数据见表2做比较。1997年美国住宅空调的普及率表2地区电力空调平均年能源费用支出美元每百户家庭电力空调的普及率%有中央空调的家庭百分比%全美1407247.1东北部746322.2中西部817851.4南部2019369.7西部1284127.6南大西洋地区19593假如单从住宅空调的普及率来看，上海超过美国的任何一个地区。而美国由于是以独立式住宅为主，因此中央空调户式空调普及率要远高于上海。上海很多家庭还仅限于只有一个房间安装房间空调器RA，解决有和无的问题，还谈不追求更舒适的室内环境品质。

6、另一方面，上海很多家庭空调使用时间很少。图3和图4是调查得到的空调使用情况。图3夏季空调使用情况调查748户图4冬季空调使用情况调查726户按表3的条件判别，并按上述调查结果加权平均，可以估算出上海住宅空调的全年平均使用小时数为800900小时。判别空调开启与否的温度频段和同时使用系数表3夏季同时使用系数0.5冬季同时使用系数0.4有人即开感觉热才开很热才开有人即开感觉热才开很热才开室外气温频段BIN2628321062地区从不开少数白天以及夜间相当多整个夏季全美2.451.225.121.3东北部3.661.521.510.4中西部2.953.729.613.7南部0.333.326.240

7、.1西部3.759.821.814.7南大西洋地区54根据上述分析，可以预测今后上海能耗趋势：1家用空调拥有量将进一步进步，从一户一机向一室一机开展。以十五期间新增住宅面积7000万2计算，假定入住率为70%、每平方米装机冷量50、家用空调平均P为2.5，可以估计约需要50万k装机功率。再假定现有家庭每百户空调器拥有量以平均每年10台的速度增加，5年后可达150台按国统局数据。那么约需增加200万台RA，装机电功率约160万k。就是说，5年后仅居民空调就需要增加电力供应200万k。2上海是典型的夏热冬冷气候。方案经济时代没有采暖，北方采暖地区的人冬天很不情愿到上海，因为忍受不了室内温度比室外还

8、要低的环境。我们的调查发现，冬季根本不用空调的家庭比例占28%以上，多数人还是靠增加穿衣量来保暖御寒。这种状态可以解释为一种生活习惯或适应性，但可能更重要的原因是能源费高上海的居民电价根本与美国的平均程度一样。假如考虑到冬季是各种老年性疾病的高发时段，老年人冬季死亡率也较高，可以认为，随着人们生活程度的进步和老龄化社会的到来，上海冬季采暖的能源需求逐年上升。而目前普遍使用的热泵型分体空调在严寒条件下很难使室温到达舒适标准。因此必须关注上海住宅采暖问题。3人们的安康意识和环境意识是社会文献程度和经济程度的标志。目前没有新的RA不可能保证良好的室内空气品质。假定一间全密闭的152的双人卧室，2初始

9、浓度600pp，经过一夜会使浓度升高到1200pp。而上海地区夏季温度和相对湿度都较高，不可能完全利用自然通风。国外有部分学者认为，解决住宅室内空气品质的根本措施只能是机械通风。因此，今后上海住宅夏季空调能耗趋势必然是：使用时间处长、空调负荷增大、带有新风和空气净化装置。4近来户式空调逐渐成为消费时尚。为了迎合消费者节约一次投资的需要，如今的户式空调尤其是末端用风机盘管的水-空气形式由于多了一道换热程序，又没有自控，其系统能效比只会低于RA。户式空调比较合适美国的独立式住宅，假如辅以自控和新风，是可以得到较好的室内环境品质的。但它并不完全合适中国的高密度住宅和目前的经济程度。2000年夏季，我

10、们曾在深圳某高档住宅楼安装风机盘和加新风的户式空调进展调查，尽管室内热环境远未到达舒适标准，但平均耗电量却仍为0.279kh/人2，高昂的电费平均月电费1280元使这些高收住户都感到难以承受。多数人家与上海普遍情况一样，在感到很热时才开启空调。户式空调并未到达改善室内环境品质的初衷。3上海住宅空调对城市能源和环境的影响上海同中国其他沿海大城市一样，电力供应主要依靠自有火力发电才能，缺乏部分从华工电网购入。上海的发电效率较高，2000年发电煤耗332g标煤/kh，假如算上厂自用电和线损，供电煤耗约372g标煤/kh，效率为33%。由于夏季空调的大量使用，近几年顶峰负荷和峰谷差不断加大。2000年

11、用电顶峰为1042万k，2001年更到达1089万k。2000年最大电力峰谷差434.6万k。从表5可以看出，以煤为燃料的火力发电厂会给大气质量和地球环境带来很大的破坏。因此，在考虑住宅空调能源时，一定要把环境影响考虑在内。在上海等沿海大城市中，无节制地开展风冷型的电力会造成严重的电力供应紧张和环境污染。火电厂每发电1度所产生的污染表5燃料S2g/khN2g/khTSPg/kh2kg/kh灰渣g/kh燃煤9.143.320.571.58663.01燃油6.750.680.300.860燃气0.400.060.6052000年以来，美国加州出现了电力危机。我们可以注意到，加州三次大范围分区停电，

12、都是出如今气候反常的当口，或是寒流、或是热浪侵袭。这说明，空调或电力采暖给电网带来的不平衡负荷或冲击性负荷，是造成加州电力危机的主要原因之一。所幸今夏加州并未出现人们所担忧的高温，使加州电力供应躲过一劫。911以后，媒体和公众的注意力转移，加州电力危机的阴影似乎已被淡忘。但必须指出，加州出现电力危机的条件，如家庭和楼宇空调的日益普及、高新技术企业对建筑环境依赖性的增加等，在上海都是存在的，只不过上海的经济开展和居民收入还没有到达加州的程度，因此这种危机对上海还是潜在的，但又是可望而可及的。以上海市如今的家用空调器拥有量估算，其总功率已占上海自有发电才能的37%。假如这些空调器按年平均满负荷运行

13、1000小时计算，那么将产生3万吨二氧化硫，占2000年上海全年排放总量的6.4%，几乎是1997年海地全省一年排放量的一倍；并将排放510吨2，相当于格鲁吉亚或波黑一个国家1998年全年排放量。家用空调器成为家庭中最大的温室气体排放源。4上海城市能源绿色化前景2001年是中国年，北京申奥成功、上海举办APE会议、中国入世，给上海带来前所未有的开展机遇。东部地区能源构造的调整，成为国家可持续开展战略中的重要一环。西气东输、西电东送，上海都是受益者。清洁的天然气、清洁的水电资源将源源不断供应上海，同时也会推进我国西部地区的开展。2000年末，东海天然气日供气量已到达120万3,浦东地区已经普及天

14、然气。城市能源的绿色化已成为不可逆转之势。作为住宅空调的能源，今后的开展第一是要增加燃气空调的比例，充分利用天然气；第二是要平抑电力负荷峰谷，第三是要逐步推广所谓第二代能源系统。燃气负荷与电力负荷正好出现颠倒的峰谷见图7。可以实现互补。燃气空调的应用形式有很多，但最合适户式空调使用的燃气发动机热泵GHP在我国还是空白。所以目前燃气空调的主流形式还是直燃机。家用直燃机还处在研制阶段。因此以直燃机为冷热源的燃气空调比较合适的应用方式是小区集中供冷供热供热水。图7上海2000年供气供电趋势有人提出用天然气发电再用电力空调的方案。这确是解决平衡燃气和电力负荷峰谷、改善城市环境的途径之一。但从经济角度分

15、析，天然气结合循环发电的供电效率可达43%46%，假如末端用风冷热泵P=2.5，那么制冷的一次能效率约在1.2左右，根本与直燃机持平。但结合循环电厂的投资为8000元/k，风冷热泵冷热水机组的投资6000元/Rt,折算每k冷量投资约在5000元左右。而直燃机的投资仅为每k冷量1500元包括冷却塔，均不包括输配管投资。有人可能会产生疑问：建电厂并不需要建筑业主直接投资，为什么要算在冷量投资之中？确实，电厂的投资并不直接表达在业主一次投资中，但会以电价形式表达在运行本钱即二次投资中。天然气与优质低硫煤的能量本钱比大约是3.47。这种高本钱的电力很难被传统工业产业承受，只能由电力的高端市场，即建筑空

16、调来消化。而这样一来又解决不了空调所造成的不平衡电力负荷问题，使发电设备年利用小时数进一步下降1999年全国平均为4350小时，制冷效益更差。与其这样，不如直接用天然气实现空调和采暖。因此，用直燃机实现集合式住宅小区或住宅楼的集中供冷供热是上海住宅空调能源绿色化的可行方向之一。当然，无论今后燃气空调怎样开展，电力始终还将是住宅空调能源的半壁江山。夏季用蓄冰空调是平抑昼夜电力负荷峰谷的有效措施。同样，目前家用蓄冰空调装置还没有进入市常所以蓄冰空调也只能用于小区或楼宇的集中供冷。还可以将制冷机的冷凝热回收作为卫生热水供应的热源。电力直接加热采暖是不合理用能方式，不能提倡。但一旦西部优质的水电成为上

17、海电力供应的主要来源，而且价格也低廉时，住宅中可以考虑辐射式电采暖等有利于改善室内环境品质的采暖方式。在目前情况下，蓄热式电采暖水蓄热或相变材料蓄热可以起到平抑电力负荷的昼夜峰谷差的作用，是正在研究开展中的技术。另外，进步风冷热泵在冬季的运行效率和季节能效比，也是利用电力在冬季采暖的可行方法。例如，利用燃气燃烧加热热泵室外机，可以进步热泵的效率。第二代能源系统是以气态燃料为主、以可再生能源为辅，实现能源供应的小型化、分散化和综合化。第二代能源系统在建筑中的应用就是实现建筑冷热电联供BHP或Trigeneratin。由于将发电过程中的排热加以回收利用，经余热锅炉供热供热水、经吸收式制冷机供冷，因

18、此BHP的综合一次能效率可以到达80%以上。较之常规火力发电效率高一倍数多。由于是就地发电输电，大大减少线损。还有人提议将余热锅炉最后排出的100左右的低品位烟气通入植物暖房，其热量供暖房加热、2供植物光合作用、氮氧化物和水蒸汽供植物吸收，最终实现污染物的零排放。用于BHP的形式主要有三种：内燃机、微型燃气轮机irturbine,TG和燃料电池。三种BHP方式的比较表6100k机组电效率%热效率%温度范围系统效率%热电比T/E燃料消耗比热电分供/热电联供内燃发动机355590120热水、低位蒸汽901.571.65燃料电池453580100热水800.781.97微燃机3050500中位蒸汽801.661.67建立以天然气为燃料的燃气冷热电联供系统,以替代常规的锅炉采暖和电力空调制冷系统,不仅一次能效率高、实现能量的梯级利用、缓解夏季制冷用电顶峰、大大减少污染物和温室气体排放、有利于环保，而且从能源平安的角度看，无论是北约轰炸南斯拉夫还是台湾大地震都证明了分散的微电力是提供不连续电源最有效的方法。1997年2月，由日本创造生活价值的住宅开发工程研究组开发的60k燃气发动机热电联产系统在一个有132个住户、平均面积782/户的住宅小区建立完毕并开场运行。勿庸置疑，冷热电联供是上海集合式住宅空调冷热源的开展方向。5结论上海住宅空调开展空间很大，环境能