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燃烧效率达到极致
2018-09-21 15:46
原创  Ieee Spectrum

房屋供暖:燃烧效率达到极致A.jpg

如果我们的气候模型是正确的,并且确实必须把全球变暖的温升控制在2摄氏度以内,我们就不得不采取史无前例的措施来减少碳排放。通常人们的注意力都集中在能取得更高能源效率的新技术上,比如发光二极管,或者是引入全新能量转换模式的新技术上,比如电动汽车。而能量保存原则上是一种更加实际的解决方案,但遗憾的是,几乎没有办法来让寒冷地区长期以来最大的能源消耗大户——房屋供暖——采取这种解决方案。

地球上有超过10亿人口需要房屋供暖:欧盟有约3.5亿居民居住在温暖的地中海气候之外,北美约4亿人口居住在美国南部和西南部以外的地方,中国也有4亿人口生活在东北部、北部和西部地区。在几乎所有你能看到的地方,最有效的可行技术都已达到了效率的极致。

令人吃惊的是高效率系统的扩散速度如此迅速。20世纪50年代,我家位于捷克和德国的边境上,采用笨重的铸铁炉子燃烧木头来给房屋供暖,燃烧效率不会高于35%。60年代初期,我来到布拉格学习,那里的房屋依靠一种低品质的褐煤供能,我当时用的火炉的燃烧效率在45%~50%之间。60年代末期,我搬到了宾夕法尼亚州郊区的一栋住宅的高层,那里的老式炉子烧油供暖,燃烧效率在55%~60%之间。到了1973年,我在加拿大居住的第一栋房屋的炉子采用天然气供暖,其燃烧效率为65%。17年后我住在更新式、超高效的家里,安装的炉子达到了94%的燃烧效率,最终,它被一个燃烧效率达97%的新式炉子所取代。

这种燃料与效率的不断进步在北半球不断上演。由于北美廉价的天然气,以及欧洲市场中荷兰、北海地区和俄罗斯天然气的整合(价格更高但更容易买到),这些最洁净的化石燃料代替了木头、煤炭和燃油,成为了大部分在北半球生活的人们所赖以生存的基础。在加拿大,中等效率(78%~84%)的炉子于2009年停止了生产,目前所有的新建房屋都被硬性规定要采用高效率(不低于90%)的炉子。这种情况在西方的一些地区很快也会实现,而在中国,不断增长的天然气进口量已经使煤炭逐渐淡出供暖领域。

未来的效率提升幅度将不得不源自其他方面。在房屋外立面采用更好的绝缘材料(尤其是打造更好的窗户)显而易见(虽然通常很昂贵)是第一步。转换为地热供暖目前也已可行,但这要受成本和空间的限制,而且必不可少都要打造地热井。太阳能供暖也是可能的,但在最需要它的地点和时间——极度寒冷的天气、长期寒冷但阴天多云的天气、暴风雪以及太阳能电池组件被厚厚的大雪所覆盖的情况下——它总是不能很好地奏效。

限制全球变暖的长期需求最终会导致一些无法想象的事情发生吗?我指的是那些最为经济的明智选择,以及将对降低来自供暖的碳排放作出最重大、最长期贡献的选择:限制房屋的规模。在北美,我们可以不建造巨无霸豪宅这种占地面积巨大的大型房屋。而在热带地区,不建造类似的房屋则可节省与房屋供暖截然相反的费用——目前空调设备所浪费的能源费用。■

作者:Vaclav Smil

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