利用工業余熱分片集中供暖的減排及經濟效益研究
——基于湘潭市天元美居樂小區的調查分析

周 俊

（湖南科技大學商學院，湖南 湘潭 411201）

一、引言

隨著收入的增長，人們對生活質量的要求在逐步提高，南方集中供暖成為熱門話題。在2012年年末的兩會上，全國政協委員張曉梅提出，傳統的秦嶺—淮河供暖線已經過時，南方冬季的陰冷天氣遠比北方難熬。南方濕度高，多大風天氣。根據研究，濕度每增加10%，體感溫度下降1度，而南方冬季濕冷，大部分地區相對濕度達70%，某些地區甚至是90%以上。所以，南方冬季的體感溫度比觀測溫度低5攝氏度左右。近幾年，一些南方城市紛紛啟動供暖項目，創新了供暖方式。比如，長沙市定位于淺層地溫能開發利用供暖，杭州市推出天然氣家庭分戶式供暖服務，揚州市政府則計劃未來實行分片集中供熱。

不少學者如李丹（2013）、張東凱（2014）等分析了夏熱冬冷地區的供暖需求、必要性與技術可行性；另一方面，對于城市燃煤集中供暖帶來的排放問題，張磊（2015）分析了北方集中供暖的耗煤和減排潛力問題，龐軍、吳建等（2015）測算了北方15個重點供暖城市天然氣替代燃煤集中供暖的減排效果等等；我們研究的問題是，在節能減排的要求下，基于清潔能源的分片集體供暖方式，相對于家庭分戶獨立采暖，是否能更節約能源？節約的幅度是多少？經濟效率是否更好？對這些問題的回答，有助于對南方城市集體供暖給出可靠的判斷基礎。

二、利用工業余熱分片集中供暖的調查研究

集中供暖的熱源豐富多樣，現有的國內外供熱熱源有傳統的煤、石油、天然氣等化石能源以及用電發熱。隨著科技的發展和環境規制的要求，清潔能源的開發利用稱為趨勢，垃圾和植物廢料焚燒、熱電廠余熱、地熱和太陽能光熱、風電余熱供暖逐漸在國內外普及，CO2空氣能熱泵供熱等新型供暖技術也逐漸完善。集中供暖形式也有城市集中供暖、片區集中供暖以及分戶式集中供暖形式。從南方地域特點和節能減排的角度看，利用熱電廠余熱、空氣能分片分區供熱應該是很好的選擇。為此，筆者和調研小組調查了湘潭市的一個利用工業余熱集中供暖服務的小區，①調研小組成員：肖丹妮，陽茜雨，陽歡，胡欣悅，黃子雄，黃蘭。在節能減排、成本費用、使用感受方面獲得了第一手資料，并據此展開了估算。

（一）調查概況與研究思路

結合研究目的與筆者所在的湘潭市的實際情況，我們選擇了城區的天元美居樂小區作為調查地點。該小區的集中供暖項目產熱來源是大唐發電廠的工業余熱；它利用蒸汽加熱水，然后再將水輸送到天元美居樂小區，實現集中供暖。該小區占地面積280余畝，戶型面積從85 133平方米不等，約有7 000戶；分三期建設。該小區的第一期項目沒有使用集中供暖，居民以空調為主進行取暖；第二期和第三期項目的住戶才可申請安裝集中供暖的管道；第三期項目則剛剛基本建造完成。我們以第一期住戶作為對照組，通過對比第一期與第二、第三期住戶在冬季的耗電耗能量，可估算出集中供暖相對于使用空調等傳統取暖方式的節能量。

由于該種集中供暖基本相當于零耗能，所以我們的計算思路是：收集冬季用電量和春季用電量，兩者的差值為正常氣溫環境下冬季相比于春季而多耗費的電量；由于這一差值主要源于氣溫差異，而集中供暖相當于把住戶房間從冬季變為了春季，所以它可視為集中供暖的能源節約量。雖然一個住戶的冬季與春季用電量之差帶有較多個體隨機因素，不過，如果我們有較多住戶的數據信息，就可以把握平均意義上的兩個季節的能耗之差。進而基于調查的數據，用回歸方法獲得冬季與春秋季的能耗差與居民住宅面積之間的定量關系；再代入大唐發電廠集中供暖項目的總負荷容量，即可計算出該集中供暖項目的電力節能量，進而推算出污染減排量。

根據以上思路，我們設計了一個調查問卷，于2018年4月15日（周日）在該小區進行了實地問卷調查，共獲得96份答卷。經過篩選①有的調查問卷表上，春季用電量比冬季用電量還更高，有的則是用電量與電費數據不匹配，還有的房屋面積過大，用電量超過正常水平太多等等。去掉異常值，整理出75份有效答卷。問卷調查了住戶的房屋朝向、住房面積、冬季（11月、12月、1月、2月）的平均月用電電費與用電量、春秋季（10月、3月、4月）的平均月用電電費與用電量、電器設備的數量與費用、集中供暖的安裝使用費用、與步步高商場相比的制暖效果等。

（二）集中供暖的節能減排效應

1.數據處理與描述性指標。考慮到完成調查問卷的人可能不記得準確的用電量，所以我們在設置調查問卷時，使用的是月度電量的區間范圍。而為了適合計量回歸的需要，我們對搜集來的數據做了適當的處理。具體而言，以問卷上的用電量為基礎，結合房屋面積與房屋朝向對原始數據進行修正。通常來說，房屋面積較大的，使用空調等電器取暖的耗電量會較高。對此，我們把用電量相同的住戶數據，按房面積進行排序，計算出面積的均值，再以均值為基準、以用電量在該區間服從平均分布來估算用電量。另外，房屋的朝向也會帶來不同的冷暖體驗。我們在原始數據數據的基礎上，針對西南朝向的減去10度電，東南方向的減去5度，南北通透的不加也不減，西北方向的加10度，東北方向加20度。以上兩個方面的修正合成在一起，形成為能耗差數據。

表1給出了兩個季節段的月用電量的描述性指標。從中可看到，平均而言，冬季用電量比春秋季的高出了大約80%；眾數值低于均值，說明住戶用電量是右偏分布，有較多的住戶是收入一般型的；標準差的數值較大，說明住戶們有著明顯的個體特征。

表1 調查住戶的月用電量概況 單位：度

2.單位住宅面積的能耗分析。用線性回歸來擬合月均能耗差Elec與住房面積Area之間的關系。鑒于這是一個基于截面數據的回歸，容易出現了異方差現象。因此，我們考慮對回歸模型進行懷特異方差修正。表2展示了針對回歸方程各種設定下的結果。

從第二列看，住房面積Area前的系數β1的t統計量值為4.81，在5%水平上統計顯著。這表明，住房面積對取暖能耗有著顯著影響，R2值對于截面數據是可以接受的。模型B是使用了懷特異方差修正后的回歸結果。去掉不顯著的截距項后，第三列顯示住房面積系數的t統計量值有所下降，不過仍然統計顯著，系數值基本相同。綜上來看，模型D對于把握取暖能耗與住宅面積之間的關系，是更合適的。這表明，對于一套100平方米的住宅，冬季相比于春季需多發生取暖月能耗約為130度電，從而整個寒冷時間段（11月、12月、1月、2月）取暖能耗為520.8度電。即如果該戶居民使用工業余熱集中供暖，而不是家庭分散電器等取暖，將一年節省520.8度電。

表2 月能耗差對住房面積的計量回歸

3.節約能源與減少排放的估算。工業余熱進行供暖本身就是一種環保的、節能的項目。為簡便起見，這里不考慮項目運轉過程中所耗費的能源。從節能的相對幅度看，集中供暖的節能百分比為44.53%，即：

鑒于只有第二、第三期工程可使用集中供暖，根據模型D，該小區集中供暖在冬季的節能絕對量約為350萬度電，即：1.302×106×4×2÷3=3.472×106。這些電量折合電費支出為115.8萬元，根據340克標準煤燃燒的熱能相當于1千瓦時的電能，所以上述節能量約合1 180.5噸標準煤。工業鍋爐每燃燒1噸標準煤，產生2 620千克二氧化碳、85千克二氧化硫，7.4千克氮氧化物。因此，如果天元美居樂的工業余熱集中供暖能充分利用起來，一個冬季可減少二氧化碳排放3 092.9噸，減少二氧化硫排放100.3噸，減少氮氧化物排放8.74噸。

表3 月電費差對住房面積的計量回歸

（三）集中供暖的經濟效益分析

出于穩健性，我們也以一戶的冬季電費的月支出與春秋季電費的月支出之差cost來表達一個住戶因取暖而多發生的月度電費支出，對住房面積Area做回歸，結果（如表3所示）。

由第二列可見，斜率項顯著，表明住房面積對取暖電費支出有顯著影響，R2的表現正常；通過進一步做了懷特異方差修正，去掉不顯著的截距項后，斜率項的t統計量的數值大幅度提升；綜合來看，選擇模型H作為取暖電費與住房面積之間關系的基準方程。該模型表明，房屋面積每增加1平方米，冬季取暖的電費將增加0.868元。這個數值的合理性如何呢？城區居民用電的定價分為三檔：一檔用電量下的電價為每度電0.588元，二檔的為0.638元，三檔的為0.938元。由于取暖用電勢必發生在基本用電的基礎之上，所以這增加的電費有很大的可能性發生在電費收費的第二檔和第三檔，即0.638～0.938元之間。鑒于第三檔的用電量并不難達到，取暖用電非常有可能有許多用電量發生第三檔。因此，0.868元這個估計值不僅因其介于0.638～0.938元之間而比較合理，也因其更靠近0.938元而強化了其合理性。這一觀察支撐了前文取暖耗電量的回歸結果，為我們的節能估算提供了一個支持性的證據。

基于以上回歸結果，對于一套100平方米的住宅，冬季相比于春季需多發生取暖月電費為86.8元，從而整個寒冷時間段（11月、12月、1月、2月）的取暖電費為347.2元。即，如果該戶居民使用集中供暖，而不是傳統的空調等電器取暖，將一年節省347.2元的電費支出。該小區家庭收取供暖費用26元/m2每采暖季（4個月），對比北方供暖收費標準，這個價格是住戶和供熱公司雙方能接受的。

（四）工業余熱集中供暖的使用效果

調查還涵蓋了使用效果方面，調查顯示，集中供暖比之空調供暖效果更好。大部分住戶都認為該集中供暖方式的供暖效果更好，溫度適宜，受熱均勻；而使用空調供暖的住戶則反映，空調供暖制熱不均勻，空氣干燥，如果額外增加空氣加濕器和其他的供暖小家電，則造成能源與資源的重復浪費。

三、結語

本文調查估算了一種集中供暖方式的節能減排和經濟效應，由本次調研可見，工業余熱集中供暖不僅節能減排，還能提供更好的生活質量。但工業余熱集中供暖的范圍有限，南方城市如何在節能減排的背景下，創新集中供暖的方式，是值得嘗試和研究的。隨著城市越來越傾向于緊湊集約型發展規劃，選擇恰當的供暖方式，南方集中供暖將比獨立分戶住宅取暖的熱源利用更加集約高效，集中供暖將成為一種必然。