2.66这个碳排放因子为什么只属于煤：天然气该用1.63，套错一季白记535公斤，华北热泵按碳排算反而是增碳的
一、2.66 不是测出来的，是四个数相乘乘出来的
凡是做过节能审查、碳排放报告或者绿色技术申报的人，都见过这个数：煤炭 2.66 tCO₂/tce。多数人把它当成一个实测常数直接引用，很少有人追问它为什么是 2.66 而不是 2.50 或 2.80。
把《省级温室气体清单编制指南》（发改办气候〔2011〕1041 号）给的原始参数拆开，它其实是四个因子连乘：
| 步骤 | 参数 | 数值 | 来源 |
|---|---|---|---|
| ① | 1 kgce 低位发热量 | 29.307 MJ | GB/T 2589《综合能耗计算通则》 |
| ② | 原煤单位热值含碳量 | 26.37 kgC/GJ | 省级温室气体清单编制指南 |
| ③ | 碳氧化率 | 0.94 | 同上 |
| ④ | CO₂/C 分子量比 | 3.6641 | 44.0095 ÷ 12.011，纯化学 |
连乘一遍：29.307 GJ/tce × 26.37 kgC/GJ = 772.8 kgC/tce，× 3.6641 = 2831.6 kgCO₂，× 0.94 = 2661.7 kgCO₂/tce ≈ 2.66。
四位有效数字全部来自标准文件，没有一个是"实测排放"。这意味着：2.66 只对原煤成立——它吃的是原煤的含碳量和原煤的氧化率。把这套参数原封不动套在别的燃料上，误差会大到不能用。
二、一个能套住九种燃料的公式：碳排放因子 = 3.2807 × 氧化率 ×（1 − 氢贡献热占比）
再把②拆一层。燃料里的热只有两个来源：碳和氢。
- 碳：C + O₂ → CO₂，放热 393.51 kJ/mol，折合 32 762 kJ/kgC
- 氢：H₂ + ½O₂ → H₂O(气)，放热 241.82 kJ/mol，折合 119 950 kJ/kgH
如果一种燃料全是碳，每放出 1 GJ 热必然排出 10⁶ ÷ 32 762 = 30.52 kgC。这是化石燃料含碳量的硬上限，任何燃料都不可能超过它。
实际燃料都含氢，氢放热不带碳，于是把含碳量按比例稀释掉：
单位热值含碳量 = 30.52 ×（1 − fH）kgC/GJ
其中 fH = 氢贡献的热量占燃料低位热值的比例
代回①×③×④，得到本档的核心公式：
碳排放因子 = 3.2807 × 碳氧化率 ×（1 − fH） tCO₂/tce
拿规范给的九种燃料逐一对账，偏差全部落在 ±0.25% 以内：
| 燃料 | 规范含碳量 kgC/GJ | 氧化率 | 反推 fH | 公式算值 | 规范值 | 偏差 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 原煤 | 26.37 | 0.94 | 13.61% | 2.662 | 2.66 | +0.07% |
| 焦炭 | 29.50 | 0.93 | 3.35% | 2.946 | 2.94 | +0.21% |
| 石油焦 | 27.50 | 0.98 | 9.90% | 2.894 | 2.89 | +0.14% |
| 燃料油 | 21.10 | 0.98 | 30.87% | 2.221 | 2.22 | +0.02% |
| 柴油 | 20.20 | 0.98 | 33.82% | 2.126 | 2.13 | −0.20% |
| 原油 | 20.10 | 0.98 | 34.15% | 2.115 | 2.11 | +0.25% |
| 煤油 | 19.50 | 0.98 | 36.11% | 2.052 | 2.05 | +0.10% |
| 汽油 | 18.90 | 0.98 | 38.08% | 1.989 | 1.99 | −0.05% |
| 天然气 | 15.30 | 0.99 | 49.87% | 1.627 | 1.63 | −0.21% |
两个必须单独拎出来的验证：
- 焦炭：反推 fH 只有 3.35%，几乎就是纯碳。焦炭本就是煤干馏脱掉挥发分（绝大部分是氢）之后的产物，化学上完全对得上。
- 天然气：反推 fH = 49.87%。而纯甲烷按化学方程式正算——CH₄ 低位发热量 802.34 kJ/mol，其中碳贡献 393.51，4 个氢贡献 408.83，fH = 408.83 ÷ 802.34 = 50.95%。规范值 49.87% 与纯甲烷理论值只差 1.1 个百分点，差的部分正是天然气里少量乙烷、丙烷拉低的。
换句话说，甲烷将近一半的热量是氢给的，而氢一个碳原子都不带——这就是天然气碳排低的全部秘密。
三、和 0.902 是同一件事的两面
熟悉壁挂炉能效的人会记得另一个数：0.902，天然气低位热值与高位热值的比值。它和这里的 fH 是同源的。
甲烷里 4 个氢烧完生成 2 个水分子。如果氢是自由态，放热 2 × 241.82 = 483.64 kJ；但氢在甲烷里已经被"预支"了生成热 74.81 kJ，净贡献只剩 408.83 kJ，两者之差恰好等于甲烷的标准生成焓。
于是同一件事产生了两个后果：
- 热值口径上：生成的水带走 88.01 kJ 潜热，占低位热值 10.97% —— 这就是 0.902 的来历，也是冷凝炉能把效率标到 108% 的空间来源。
- 碳排口径上：氢只放热不带碳，把单位热值含碳量从 30.52 稀释到 15.30 —— 这就是天然气排放因子只有煤炭 58% 的原因。
氢碳比越高，效率看起来越漂亮、碳排也越低，两件好事来自同一个化学事实。
四、把 2.66 套在天然气上，一季凭空多记 535 公斤
最常见的错误做法：先把燃气折成标准煤，再乘 2.66。
以北京一套 100 ㎡ 三步节能住宅为例，采暖季净供热量 4559 kWh（按 121 天、设计温差 25.6 K 建模），配一台低位热效率 108% 的冷凝炉：
| 口径 | 耗气量 | 折标准煤 | 碳排放因子 | 一季碳排 |
|---|---|---|---|---|
| 正确：天然气专用因子 | 390.4 m³ | 519.2 kgce | 1.63 | 846 kg |
| 错误：套用煤炭 2.66 | 390.4 m³ | 519.2 kgce | 2.66 | 1381 kg |
凭空多出 535 kgCO₂，虚增 63.2%。换成普通炉（η = 90%），虚增量升到 642 kg。
换算到更直观的单位：每 1 kWh 热量，按煤炭口径算是 0.3267 kgCO₂，天然气实际只有 0.1998 kgCO₂，前者高估 63.5%。
还有一个容易忽略的口径坑。规范给天然气的低位发热量是 38 931 kJ/m³（10.81 kWh/m³），按此算出 2.16 kgCO₂/m³；但北京实际管网气源常在 35.6 MJ/m³（9.89 kWh/m³）左右，按实际热值算只有 1.98 kgCO₂/m³。居民按立方米买气，用规范值会再高估 9.4%。
有意思的是，在"已知需热量反算耗气量"的场景下，这两个热值口径会自己抵消——用 10.81 kWh/m³ 算出 390.4 m³、用 9.89 算出 426.8 m³，乘上各自的单方碳排，最后都是 844~846 kg。所以真正要命的不是热值口径，是排放因子选错。
五、电的两套口径差 41%：0.8060 还是 0.5703
电力这一侧同样有两套算法，而且差得更多：
| 口径 | 算法 | 结果 | 适用 |
|---|---|---|---|
| 等价折标法 | 0.303 kgce/kWh × 2.66 | 0.8060 kgCO₂/kWh | 节能审查报告 |
| 电网实际因子 | 生态环境部 2022 年全国电网平均 | 0.5703 kgCO₂/kWh | 碳排放核算 |
两者差 41.3%。原因是等价折标 0.303 假设"每度电都是标准煤烧出来的"，而实际电网里水电、核电、风电、光伏不排碳，超超临界机组的煤耗也远低于 0.303。反推一下：0.5703 ÷ 2.66 = 0.2144 kgce/kWh，即电网的"虚拟标煤"只有 0.2144，比等价折标低 29.2%。
做节能报告时用 0.8060 没问题，那是制度口径；但拿它去论证"热泵更低碳"，结论会系统性失真。
六、六种热源一季排多少：冷凝炉 846 公斤，华北热泵反而更多
同样的 4559 kWh 净供热量，六种常见热源的采暖季碳排：
| 热源方案 | 能耗 | 一季碳排 kgCO₂ | 相对冷凝炉 |
|---|---|---|---|
| 冷凝壁挂炉 η=108% | 390.4 m³ | 846 | 基准 |
| 热泵 季节 COP 3.5 | 1302.6 kWh | 743 | −12.2% |
| 热泵 季节 COP 3.0 | 1519.7 kWh | 867 | +2.4% |
| 热泵 季节 COP 2.8 | 1628.2 kWh | 929 | +9.8% |
| 普通壁挂炉 η=90% | 468.4 m³ | 1016 | +20.0% |
| 热泵 季节 COP 2.3 | 1982.2 kWh | 1130 | +33.6% |
| 燃煤锅炉房（锅炉 0.75 × 管网 0.90） | 829.7 kgce | 2207 | +161% |
| 直热式电采暖 | 4559 kWh | 2600 | +207% |
结论足够反直觉：华北地区空气源热泵的实测季节能效普遍在 2.3~2.8 之间，按碳排算比冷凝炉还多 10%~34%。热泵在华北省的是运行费和颗粒物，不是碳——至少在当前的电网结构下不是。
七、临界 COP 该是多少：2.854 × η，折标法低估了 15%
令热泵碳排等于燃气炉碳排，可以直接解出临界能效比：
COP* = 电网碳因子 ÷（天然气每 kWh 碳排 ÷ η）= 0.5703 × η ÷ 0.1998 = 2.854 η
- 对标普通炉 η = 0.90：COP* = 2.56
- 对标冷凝炉 η = 1.08：COP* = 3.07
而按折标当量系数（0.1229 kgce/kWh 一视同仁）推出来的临界值是 2.482 η，即 2.23 / 2.68，系统性低估约 14.6%。低估的根源是：折标只按热值除，看不见"碳"这件事，等于默认天然气和煤一样脏——而实际上天然气单位热值的碳只有煤的 58%。
所以正确顺序是：先算碳，别先折标。
这个门槛也不是固定的。电网碳因子从 2015 年的 0.6101 降到 2022 年的 0.5703，还在往下走。若降到 0.45，COP* 会掉到 2.252 η，冷凝炉对标值 2.43，届时华北主流热泵就能真正赢下碳排。
八、三步算出自家一季碳排
- 定净供热量：建筑面积 × 采暖季耗热量指标 × 121 天 × 24 h。三步节能住宅约 45.6 kWh/㎡，100 ㎡ 即 4559 kWh；老房子按 80~100 kWh/㎡ 估。
- 选对排放因子：天然气 1.63 tCO₂/tce（或 1.98~2.16 kgCO₂/m³），煤 2.66，电 0.5703 kgCO₂/kWh。不要跨燃料混用。
- 除效率：燃气除以低位热效率，热泵除以季节 COP，直电直接乘。
举个对照：同样 100 ㎡ 老房子（按 95 kWh/㎡，即 9496 kWh 净供热），冷凝炉一季约 1762 kgCO₂，燃煤锅炉房约 4596 kg，直电采暖 5416 kg。热源侧的差距，比多数人以为的换炉子大得多。
九、四条实用结论
- 2.66 只属于原煤。焦炭 2.94、石油焦 2.89 比它还高，天然气只有 1.63，用错了就是 60% 量级的偏差。
- 碳排放因子的差异只有一个根因：氢替碳放了多少热。30.52 kgC/GJ 是纯碳极限，九种燃料全部落在 3.2807 × 氧化率 ×（1 − fH）这条线上。
- 华北空气源热泵在现行电网下按碳算是增碳的，COP 要过 2.56（对标普通炉）或 3.07（对标冷凝炉）才谈得上减碳。
- 减碳优先序是"换掉煤"而不是"换掉气"：燃煤锅炉房 2207 kg → 冷凝炉 846 kg，一步减 62%；而冷凝炉换热泵（COP 2.8）反而多 10%。
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