多能互补的概念

　　多能互补分户式供暖这个词被大家说的频率越来越高，那么到底什么是多能互补分户式供暖？它的概念又是什么呢？我从宏观和微观两个层面作一下解释：首先是宏观层面的概念，我们国家发改委在2016年印发的，《推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》中提出这个词。也是从那时起这个词开始变得很时髦，谁都想拿过来用，然后好像又顺理成章地移到了家居系统。就目前现状而言多能互补充其量是家庭中多个“生活服务”系统的协同工作。比如说我们的新风系统，比如说我们的供暖系统乃至我们的生活热水系统等，它只是有多个系统在那里并存，但并不等于是多能互补，更不是宏观层面的多能互补。

　　这种宏观层面的多能互补，一是面向终端用户的电、热、冷、气等多种的能源需求，建设一体化集成供能基础设施，实现多能源协同供应和综合梯级利用，比如分布式能源系统，这才是一个真正意义上的多能互补的系统。

　　分布式能源系统，在发出电的同时，它的余热可以供热，而整个这样一个系统供出的可能有电力，也可能有冷、热水，输入的既可以是燃气也可是可再生能源。能源供应侧层面，所谓的多能互补是指利用大型能源综合基地的风能、太阳能、水能、煤炭以及天然气等资源的综合优势，来推进风、光、水、火储能互补系统建设与运行。比如说我国的西部能源基地，这才是宏观层面上的多能互补的含义。

　　国际上对多能互补的定义：多能互补（即 policy to adopt a balanced energy mix），它是一种能源政策，并不是某种技术。按照不同资源条件和用能对象，采取多种能源互相补充，以缓解能源供需矛盾，合理保护自然资源，促进生态环境良性循环。所强调的是能源结构的平衡协调，不仅仅是单一的依赖于电力或天然气或其它某种特定能源形式，而是依赖各种能源的协调和平衡，所以多能互补在宏观上体现了面向终端用户的能源综合利用与面向能源供给侧综合平衡的两层含义。

　　微观层面多能互补的概念是，面向终端用户应该需要的可再生能源与清洁能源集成优化的能源系统。它经常体现为太阳能、热泵跟常规能源系统的补充。以天津市建筑设计院新建办公楼为例，这是一个典型的微观层面的多能互补系统。此系统集成了太阳能集热器、太阳能驱动空气源热泵、地源热泵以及太阳能热驱动吸收式制冷。该系统从可再生能源利用角度，包括了太阳能、浅层地能以及空气能；从清洁能源和输入能源来讲，包括了电力与天然气。

　　微观层面的多能互补，首先一定要体现利用可再生能源，否则，就仅仅是一种概念，一个标签而已。其次，它应该体现为用户长期能源费用的节约，不然，用户为什么要采用投资相对高昂的多能互补系统呢？假如只是为了赶时髦，贴一个标签我是多能互补的，最后电费也没省，燃气费也没省就毫无现实意义了。

　　分户式供暖的发展前景

　　我国的地缘辽阔，南北方温差很大，在中国这样的背景下，就分户供暖这件事，可能是未来的发展趋势。因为它跟我们之前见到的，特别是北方地区，到处都在搞大规模的城市集中供暖不太一样。

　　《中国建筑节能发展白皮书》里面有两段话： 第一段话，“对于城市，发展支持住户可以根据不同需求采用独立灵活的多种设备与系统，根据住户存在的差异性需求，来论证集中采暖和生出热水系统的技术性，做到能源合理配置，满足供暖、卫浴热水、空调等需求。”从这句话里我们看到，不再简单强调北方地区必须是集中供暖，而是要根据住户存在的差异性需求，论证集中供暖的可实行性、技术性和适宜性。

　　第二段话：“对于农村住宅在被动式技术的前提下，发展与生物质能为主和可再生能源为主及电力、液化气辅助的清洁能源供暖，生活热水及饮用水系统”。

　　如何理解？第一点是农村住宅的保温普遍不好，所以应通过提高围护结构保温性能，降低供暖的能源需求，提高热舒适性。第二点是农村最有条件发展各种太阳能供暖和太阳能热水的需求，因为农村有足够的面积来保持太阳能集热装置的安装，不像城市的高层住宅要安装太阳能装置是受限制的。第三点是推广秸秆薪柴颗粒压缩与生物质灶具实现生物质燃料的高密度的储存与燃烧。中国建筑节能路线图白皮书里给出的这两段话，实际是告诉我们，不论在中国的城市还是农村，可能分户供暖的形式会变得越来越多，乃至是一种趋势。

　　建筑节能的发展，使建筑热负荷显著降低，客观上为各种看似造价昂贵的多能互补系统的采用，提供经济上的可能性。毕竟负荷强度低了，能源系统的容量低了，尽管单价不低，但总造价可能做得不会很高。

　　同时，北方集中供暖显著的热损失凸显分户供暖的合理性，北京地区平均每平方米建筑的供暖热量约为0.3个GJ，如果是热电厂供热的话，电厂要供出0.45个GJ，终端用户才能得到0.3个GJ热量，其中30%的热量，在一个个的输配环节中损失掉了。这里有城市热网络环节，有小区热力站环节，有建筑各个入口的环节，有管网散热损失、泄漏热损失，更有管网热力失调造成的过量供热损失。如果用壁挂炉分户供暖，以上热损失统统没有了，因为壁挂炉就安装在住宅套内，制出的热量全部给了户内，不像越集中的系统热量会有多方面的损失。分户供暖的合理性和价值，体现在没有了输配环节，也就避免了热损失。

　　我们的非传统供暖区域，像南方的部分省份。大约从十几年前就有供暖的呼声。按理说南方是应该有供暖的，以前没有是因为计划经济年代以淮河画了一条线，即淮河以北享受供暖，长江以南就不享受。因为我自己就是生长在长江边上，我知道那个地方的冬天有多难受，我在老家冬天是要生冻疮的，我到了天津反而好了。南方地区作为非传统供暖地区需要供暖，但切不可盲目地把北方的集中供暖模式照搬过来，因为南方的特点是热负荷强度不高，供热量也不高，在这种情况下，如果采用北方的集中方式供暖，其热损失会比北方更加的严重。所以，非传统供暖区域由于热负荷强度低总热量少，建筑的热惰性相对低等特点，它更适合采用分户式的供暖的系统。分户供暖也更有利于行为节能积极性的充分发挥。

　　因为分户供暖直接计量收费，少用热就少花钱，电表、燃气表读数一目了然，而如果是热力公司供暖，按面积收费，人们就不会在乎是否太热浪费了热量，温度高就开窗户，反正按面积交费了。如果屋里稍微不热就要投诉，所以分户供暖和集中供暖是不一样的。因此，可以总结为多能互补分户供暖会有广阔的发展空间，也是一种趋势。我个人的理解是：中国有广大的气候区域跨度，有辽阔的农村， 经济水平提高迅速，同时随着科技和创新的不断发展，肯定会有更多的新技术涌现，在这样一个条件下，中国的分户式供暖一定有广阔的发展前景。

　　分户式供暖中多能互补的形式

　　分户式供暖其实并不复杂，其形式无非是燃气壁挂炉配上散热器，然后还有空气源热泵。现在北京地区正在实行所谓的煤改电，我管它叫煤改清洁能源，它也是一种分户供暖。分户供暖有多种多样的形式，假如我在自己的别墅里弄一个地源热泵也叫分户供暖。分户供暖这件事它并不稀奇，但提到了多能互补，它可是有N多种形式。在这么多的形式里到底哪种适合你所在地区？也许这就是未来的空间或方向，也是未来我们企业厂家可能的方向。实际上，对于分户供暖系统我更倾向于说分户供热系统。

　　我之所以更倾向于说分户供热系统，因为我感觉，这样的一个系统的本质应该是，太阳能与各种形式能源或者热泵的，必须有可再生能源的利用，包括太阳能、浅层地能、空气能。当然，从广义上讲全是太阳能，从狭义上讲包括太阳能浅层地能和空气能等。输入的清洁能源就是接入到我们家的能源——电力、燃气。以下介绍六种多能互补的形式。

　　太阳能＋燃气壁挂炉是多能互补最常见的一种形式。此系统中，燃气壁挂炉的角色是辅助热源，既充分利用了太阳能，亦能保证没有阳光时系统的正常使用，还同时解决了生活热水需求，所以称太阳能＋壁挂炉系统。

　　第二种形式有点复杂，真正用起来的并不多，系统中既有太阳能，又有燃气壁挂炉，还有空气源热泵，多能互补，工作起来，优先利用太阳能，没有阳光时用空气源热泵，最后再不行就补点燃气。但此系统比较复杂，运行好了不容易。

　　第三种形式是太阳能＋空气源热泵，值得大家重视。但因为太阳能与空气源热泵运行都会受气候的影响，所以系统配置投资较高，运行策略的制定较复杂，实践中有应用，其效果与效益的反馈还很少。

　　第四种形式是空气源热泵水机，这种形式在供暖“煤改电”如火如荼推动的情形下，应用越来越多。在空气源热泵现在的价格变得让人可以接受，燃气壁挂炉的价格也不是那么太高的情况下，出现了空气源热泵+燃气壁挂炉组合，此系统通过燃气壁挂炉，弥补了空气源热泵某些天气状况下，工作起来比较困难，比如冬天的一段特定时间内由于结霜，使供暖效果变差或效率低的问题，让供暖效果有保证。其次，由于避开了空气源热泵效率最低时段，而整个供暖期间的平均能效并不低，其能源费用也可以接受，可以归为第五种形式。

　　第六种太阳能集热与水源热泵的耦合或称太阳能＋热泵供暖，工作原理是太阳能集热进入热泵蒸发器，通过热泵制出满足供暖与生活用热需求的热水。

　　总之以上各种分户供暖系统形式在非传统的供暖区域都有应用的可能，但燃气壁挂炉往往最容易被接受。同时相信太阳能+燃气壁挂炉的形式一定会有更大发展。

　　为了不给大家产生任何误导，我说一下自己的理解和总结。对于多能互补分户供暖这件事，大家千万不能把它当一个简单的标签，从道理上讲，它更适合于城市居住建筑的分户供暖，包括生活热水，究竟采用何种形式，应该是因地制宜。无论是采用哪种形式，或者说哪个地区应该主推哪种形式，应根据当地气候和资源条件、能源价格、适应性乃至用户的行为习惯来决定，而不是只一味的“赶时髦”。所以多能互补分户供暖一定要因地制宜。另外要深刻理解采用多能互补分户供暖的目的，即它一定要体现利用可再生能源和用户能源费用的节约，例如供暖能耗中的50%是由可再生能源提供的，如太阳能、空气能或其他。否则分户供暖中的多能互补就没什么意义。在强调可再生能源利用的同时，还要考虑用户付出的燃气费、电费，一定要低于纯常规能源供暖30%，否则很难推广，因为用户很难接受性价比不好的供暖系统，哪怕它有“多能互补”的标签。

　　多能互补发展趋势

　　虽然我讲的是多能互补，但我要着重强调的是，切不可刻意地去追求“多能”，多能互补并不是能源形式越多越好。越多系统越复杂，而往往相对简单的系统更容易实现预期的效果。若贪多把什么东西都搞在一起，那么一定是高造价，而且多能的协调也是比较复杂的，都搞到一起预期的效果就很难实现。我认为多能互补真要去实现的话，还是两种能源的互补可能会做的好一点，其关系也会更清晰一些，包括太阳能+燃气壁挂炉、太阳能＋热泵、热泵＋燃气壁挂炉，这几种形式相对简单一些、清晰一些，性价比也更好些。另一个重要问题，大家在做多能互补系统的时候，往往忽略了末端的重要性，适合低温运行的末端可以提高可再生能源的利用率，提高系统的能效，例如辐射型末端与低温型散热器，而燃气壁挂炉系统更适合采用板式散热器供暖。尽管我举了几种分户供暖系统形式例子，但严格意义上也只是泛泛而谈，他们里面仍然有许多可优化的空间，仍然可以衍生出更多、更具体、更丰富多彩的多能互补的新形式。我也说过，现在的多能互补这件事，更多还是停留在概念上，真要做好这篇文章，在系统的细节上还有很多需要优化的地方，不仅仅是我讲叙的这些概念流程，它们只是系统能实现的功能，究竟是串联还是并联，是前置还是后置，都应该具体情况具体研究，并不是我说的都对，我毕竟没有仔细挨个地去研究它，所以我的观点也不见得都对，但它总的逻辑应该是对的。在这里，我想提出的是，我国北方农村的多能互补分户供暖会有很大的发展空间。因为现状一是室内供暖标准很低，二是供暖系统的热效率低下，污染严重，所以农村应该是我们做多能互补分户供暖产品、研究、项目的同行们更应该去关注的发展空间巨大的领域。

　　前面已经强调多能互补的目的，一是利用可再生能源，二是通过多能形式的选择，降低用户能源费用。具体多能互补分户供暖形式的选择应该根据当地的气候能源条件，能源价格及住户的趋向综合来确定，它不是唯一的。

　　关于多能互补分户供暖的发展趋势，我觉得应该是分户的能源系统组合集成。而多数情况下，我们现在所说的多能互补系统，多指的是能源以及室内环境系统，新风系统的总和通常包括供暖、生活热水、冷热空调、新风，甚至还包括太阳能光热、光伏融合系统。太阳能光热、光伏的融合不仅能提高光伏的效率，同时还为供暖提供了能源。有趣的是，光伏发电系统通过逆变器，将直流电转换为满足家用电器使用的交流电，而家用电器如果光伏以其发出的直流电，驱动家用电器应该是使用直流电的，将使多能源系统互补含义更加丰满。

　　作为供暖，散热器有它很多的优势，因为其供暖原理是直接进入到空气。地面辐射暖的原理，是加热房间与家具的各个表面，他们再去加热空气。以可再生能源为主的系统，应该更多的考虑辐射型末端，如地面辐射采暖，又如毛细管辐射末端，当然我们也欣喜地看到了一种称作低温散热器的新型散热器产品，可以用于低温供暖。我将其称为弱强制对流散热器，以区别于传统的散热器与风机盘管，他们要不就是纯粹的自然对流散热，而自然对流散热，当热介质温度降低时，其单位面积或者单位长度的散热量太小了，要不就是靠高强度的强制对流散热。而这种低温散热器，在自然对流散热器上安装了极小的风扇，类似于电脑机箱风扇，你几乎感觉不到它的存在，但测试报告显示，其散热量几乎翻倍，甚至比翻倍还高。仅从逻辑分析，地板采暖的能耗，相对散热器供暖是偏高的。

　　应该说多能互补分户供暖高效运行的核心，实际上就是能源自动控制系统，它也是智能家居系统的一个重要组成部分。但智能控制也是说起来容易，做好了比较难。所以我一再强调千万不要拿它当标签，但它是一种方向。因为毕竟市场已经有较成熟的多能互补分户供暖做自动控制系统在销售。还要指出的是，要想做好多能互补分户供暖系统，需要好的集成商，否则没有单一的责任追究制，到头来还是卖热泵的卖热泵，卖新风的只卖新风，最终既没有实现再生能源的充分利用，也不能降低用户的能源费用，谁对此负责，这是个痛点。当然这个痛点也是有志于做这方面业务企业家的机会。我觉得暖通空调背景的自控集成商较其它背景的集成商好些，责任追究也单一些。所以，集成商也是多能互补分户供暖系统成功的关键。

　　最后我强调：多能互补分户供暖这件事，应该积极对待，但切忌盲目，还有很多可研究的地方等待我们去探讨。

　　作者简介：伍小亭，天津市建筑设计院总工程师、绿色建筑机电技术研发中心主任、教授高级工程师、国家注册公用设备工程师、国务院批准享受政府特殊津贴专家，中国建筑学会暖通空调分会、中国勘察设计协会建筑环境与设备分会副理事长。

　　（根据录音整理）