摘要：對燃煤鍋爐供熱、天然氣鍋爐供熱、天然氣熱泵供熱、電動熱泵供熱等過程二氧化碳的排放量進(jìn)行了計算與分析。二氧化碳排放量最大的是燃煤鍋爐供熱，天然氣鍋爐供熱是燃煤鍋爐供熱的55%，電動熱泵供熱是燃煤鍋爐供熱的50%，天然氣熱泵供熱是燃煤鍋爐的31%。

關(guān)鍵詞：供熱方式；  燃?xì)忮仩t；燃?xì)鉄岜?；二氧化碳排?span lang="EN-US">

Impact of Natural Gas Heat Supply on Carbon Dioxide Emission

Abstract: The carbon dioxide emissions in heat supply process of devices such as coal-fired boiler，natural gas boiler，natural gas heat pump and electric heat pump are calculated and analyzed. The carbon dioxide emission of coal-fired boiler is maximum. The natural gas boiler，electric heat pump and electric heat pump are 55%,50%and 31%of that of coal-fired boiler，respectively.

Key words: heat supply mode；gas boiler；gas heat pump；carbon dioxide emission

1 概述

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，供熱消耗的能源不斷增加，排放的二氧化碳量越來越多。全世界主要二氧化碳排放國家的排放量見表1^[1]。由表1可知，美國2004年的排放量和l950-2002年的累計排放量均占世界第一位；我國2004年的二氧化碳排放量為世界第二位，1950-2002年的累計排放量為世界第三位；7個國家二氧化碳排放量合計約占全世界的60%。我國二氧化碳排放量增加速度加快，說明進(jìn)入21世紀(jì)后，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，能源消耗增加，導(dǎo)致二氧化碳排放量增加，我國二氧化碳的減排壓力越來越大。如果按目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，我國的二氧化碳排放量不久將會超過美國，碳減排的任務(wù)非常艱巨。

二氧化碳的排放量中，建筑供熱所致二氧化碳排放量占有相當(dāng)?shù)谋壤?，如何降低建筑供熱的二氧化碳排放量是碳減排的一個重要方向。隨著天然氣供應(yīng)的增加，天然氣供熱有所增加。推廣天然氣供熱，對于減少二氧化碳的排放有一定作用，如果使用不合理，其減排作用減弱很多。因此，對天然氣供熱過程的二氧化碳排放量需要進(jìn)行計算和分析比較，以期選擇合適的天然氣供熱技術(shù)。

2 供熱過程能源利用效率計算

目前我國供熱的主要熱源是燃煤鍋爐，也有天然氣鍋爐供熱、天然氣熱泵供熱和電動熱泵供熱等方式。為了計算供熱過程二氧化碳的排放量，首先要確定供熱過程的一次能源利用的效率。以北方地區(qū)10 000 m²建筑面積供熱為例，設(shè)熱指標(biāo)為50 W／m²，則供熱功率為500 kW。   

燃煤鍋爐和燃天然氣鍋爐供熱均為直接燃燒供熱，燃煤鍋爐制熟效率取80%，天然氣鍋爐制熱效率取85%。熱泵供熱是利用逆卡諾循環(huán)的原理將低品位的熱能提升到供暖熱水的溫度而進(jìn)行制熱。燃?xì)鉄岜弥茻釙r，壓縮機靠燃?xì)獍l(fā)動機驅(qū)動，其流程見圖l。電動熱泵制熱時，壓縮機采用電動機驅(qū)動。

熱泵循環(huán)過程工質(zhì)壓力與熱泵蒸發(fā)溫度和冷凝溫度有關(guān)。選R22為熱泵的工質(zhì)，假定工質(zhì)為等溫狀態(tài)下進(jìn)行冷凝與蒸發(fā)，壓縮機進(jìn)口工質(zhì)壓力為：

式中 p₁——壓縮機進(jìn)口工質(zhì)蒸氣絕對壓力，kPa

     p₀——T0時工質(zhì)飽和蒸氣絕對壓力，kPa

     q_R22——工質(zhì)R22的蒸發(fā)或冷凝潛熱，kJ／kg

     M——工質(zhì)的摩爾質(zhì)量，kg／kmol

     R——摩爾氣體常數(shù)，kJ／(kmol·K)

     T₁——工質(zhì)蒸發(fā)溫度，K

     T₀——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度，K，取273 K

壓縮機出口工質(zhì)壓力為：

式中 p₂——壓縮機出口工質(zhì)蒸氣絕對壓力，kPa

     T₂——工質(zhì)冷凝溫度，K

熱泵制熱系數(shù)計算式為：

式中 I_COP,h——熱泵制熱系數(shù),h

     η_b——壓縮機效率，取85%

     η_c——冷凝器效率，取80%

     к——工質(zhì)R22的等熵指數(shù)，為1.194

由式(3)可以計算得到不同蒸發(fā)溫度和冷凝溫度時的熱泵制熱性能系數(shù)(見表2)。

電動熱泵的制熱效率為：

式中 η_DHP——電動熱泵的制熱效率

     η_dj——電動機的效率，取85%

燃?xì)鉄岜玫闹茻嵝蕿椋?span lang="EN-US">

式中 η_GHP——燃?xì)鉄岜玫闹茻嵝?span lang="EN-US">

      h_rj——燃?xì)獍l(fā)動機的效率，取30%

     η_rhs——燃?xì)獍l(fā)動機余熱回收率，取30%

熱泵蒸發(fā)溫度為15℃和冷凝溫度為60℃時的制熱性能系數(shù)為4.1，由式(4)、(5)可以得到電動熱泵和燃?xì)鉄岜玫闹茻嵝?。不同供熱過程的制熱效率見表3。

3 供熱過程二氧化碳排放量的計算

為了計算各種過程的二氧化碳排放量，首先要確定二氧化碳排放因子：標(biāo)煤為2.7716 kg／kg，天然氣為l.994 kg／m³，電力為0.749 6 k9／(kW·h)^[2]。

供熱功率為500 kW，1個供暖期時間取2 800h，每個供暖期的供熱量為5 040 GJ，則二氧化碳排放量計算式為：

式中 E——二氧化碳排放量，t／a

    α——二氧化碳排放因子

    β——制熱效率

    Q——供熱系統(tǒng)耗能的熱當(dāng)量，標(biāo)煤為29.31MJ／kg，天然氣為36.OO MJ／m³，電力為3.60 MJ／(kW·h)。

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，由式(6)可以計算得到不同供熱過程韻二氧化碳排放量(見表4)。由表4可知，燃煤鍋爐的二氧化碳排放量最大，天然氣熱泵排放量最小，天然氣鍋爐與電動熱泵的排放量居中。

4結(jié)語

①二氧化碳的排放量中，建筑供熱所致二氧化碳排放量占有相當(dāng)?shù)谋壤绾谓档徒ㄖ岬亩趸寂欧帕渴茄芯康囊粋€重要方向。

②由計算可知，天然氣供熱與燃煤鍋爐供熱相比，二氧化碳的排放量少，體現(xiàn)了環(huán)境友好型能源的功能，是減排二氧化碳的重要措施。

③天然氣是優(yōu)質(zhì)能源，應(yīng)該優(yōu)化利用。相對而言，天然氣熱泵供熱的二氧化碳排放量僅為天然氣鍋爐供熱二氧化碳排放量的56%，采用天然氣熱泵供熱對于減排二氧化碳更為有效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金涌.資源·能源·環(huán)境·社會——循環(huán)經(jīng)濟(jì)科學(xué)工程原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：297.

[2] 叢林.集中供熱熱源及一次網(wǎng)能效基準(zhǔn)線及核證方法研究(碩士論文)[D].天津：天津大學(xué)，2011：43-44.

本文作者：陳莉 李文碩 譚振剛 段國棟