壁挂炉热效率105%看着吓人，换成可用能只剩6.9%：一立方气真正办正事的只有0.61度电

一、先给结论：六种热源的"可用能效率"排一排

热效率我们都很熟：燃气壁挂炉 90%，冷凝炉 105%，空气源热泵 COP 3。但热效率只回答"多少热量进了房间"，不回答"这些热量有几分是真正在干活的"。同一份热量，1000 ℃ 的和 20 ℃ 的，能干的活完全不是一回事。

换成"可用能"（exergy，工程上也叫有效能）口径重算一遍，六种常见热源的排序是这样的（室外 0 ℃、室内 20 ℃）：

• 电阻电暖器：6.82%
• 普通燃气壁挂炉（热效率 90%）：5.92%
• 冷凝壁挂炉（热效率 105%）：6.91%
• 空气源热泵 + 暖气片（供水 45 ℃）：17.30%
• 空气源热泵 + 地暖（供水 35 ℃）：20.25%
• 理想可逆热泵（理论上限）：100%

一句话：凡是靠"烧"的采暖，全在 6%~7% 这个窄带里打转，彼此差别不到 1 个百分点；热泵一下子跳到 17%~20%，这是这张表里唯一的数量级跃迁。而冷凝炉那个吓人的 105%，在可用能口径下是 6.91%。

二、房间要的不是"热量"，是"20 ℃ 的热量"

热量有品位。判断一份热量在温度 T 下有多少"能干活的部分"，用卡诺因子：

f = 1 - T0 / T （T 与 T0 都用开尔文，为什么必须用绝对温标见绝对零度与开尔文那一篇）

取室外 T0 = 273.15 K（0 ℃）、室内 Tr = 293.15 K（20 ℃）：

fr = 1 - 273.15 / 293.15 = 0.06822

意思是：往 20 ℃ 的房间里送 1 kWh 热量，其中只有 0.06822 kWh 属于可用能，剩下的 0.93178 kWh 从送进去那一刻起就已经没法再拿来干活了。反过来读这个数更有意思：1 kWh 的电是纯可用能，若交给一台理想可逆热泵，能往 20 ℃ 的房间搬进 1 / 0.06822 = 14.658 kWh 的热量。这就是 20 ℃ 供暖的 COP 理论天花板，实际机器离它还有多远，后面会算。

本文后面所有的"效率"，分子都是这个 0.06822（房间真正需要的可用能），分母是你实际投入的可用能。

三、燃气那一侧：一立方气里只有 0.61 度电在办正事

天然气低热值取 35.6 MJ/m³ = 9.8889 kWh/m³。但低热值是"热量"，不是"可用能"。甲烷的标准化学可用能是 831.65 kJ/mol，低热值是 802.3 kJ/mol，两者之比：

φ = 831.65 / 802.3 = 1.03658

这个系数接近 1 不是巧合，可以自己验一遍：按 25 ℃ 标准态的生成自由能算，CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O(g) 的 -ΔG° = 800.78 kJ/mol，与低热值 802.29 kJ/mol 只差 0.18%。也就是说甲烷烧出来的可用能几乎就等于它放出来的热，φ ≈ 1 是一条可以从热力学数据表直接查出来的结论。

于是 1 m³ 天然气携带的可用能 = 9.8889 × 1.03658 = 10.2506 kWh。

再看产出端。普通壁挂炉热效率取 90%（低热值口径，关于这个口径为什么能标出 105% 甚至 108%，见壁挂炉热效率口径那篇），1 m³ 气供到房间的热量 = 9.8889 × 0.90 = 8.9000 kWh，其中可用能 = 8.9000 × 0.06822 = 0.6072 kWh。

全链可用能效率 = 0.6072 / 10.2506 = 5.92%。

翻译成人话：烧掉一立方天然气，落到"把房间维持在 20 ℃"这件事上的可用能，只有 0.61 度电那么多。你为 10.25 度电的可用能付了钱，拿到手 0.61 度电的成效。

四、105% 的那 15 个百分点，去哪了

冷凝炉热效率取 105%。每供 1 kWh 热，投入的化学可用能 = 1.03658 / 1.05 = 0.98722 kWh，全链可用能效率 = 0.06822 / 0.98722 = 6.91%。

和上面那台普通炉放一起看：

• 热效率：90% → 105%，涨 15 个百分点，倍率 1.1667
• 可用能效率：5.92% → 6.91%，涨 0.99 个百分点，倍率 1.1667

两个倍率一模一样，这不是巧合——因为分母里唯一变化的就是燃料量。结论很干脆：冷凝炉在可用能视角下没有任何额外红利，它就是实打实少烧了 16.7% 的气。热效率涨的那 15 个百分点，换成可用能只涨了不到 1 个百分点。105% 和 6.91% 是同一台炉子的两个口径，相差 15.2 倍。

五、拆开两级看：锅炉那一级 17.7%，末端那一级销毁 66.6%

把链条拆成"锅炉"和"末端"两段，能看到更尖锐的东西。

普通炉走 80/60 ℃，平均水温 70 ℃ = 343.15 K，此时每 kWh 热的可用能 f = 1 - 273.15 / 343.15 = 0.20399。

• 锅炉环节：0.20399 / 1.15176 = 17.71%——82.3% 的可用能销毁在"上千度的火焰把 70 ℃ 的水加热"这一级
• 末端环节：从 343.15 K 降到 293.15 K，销毁 (0.20399 - 0.06822) / 0.20399 = 66.56%
• 两级相乘：17.71% × (1 - 66.56%) = 5.92%，与第三节独立算出的全链值精确闭合

冷凝炉走 50/30 ℃，平均 40 ℃ = 313.15 K，f = 0.12773：

• 锅炉环节：0.12773 / 0.98722 = 12.94%
• 末端环节：销毁 46.59%
• 相乘：12.94% × 53.41% = 6.91% ✓

注意这里有个反直觉的地方：冷凝炉的"锅炉环节"反而更低（12.94% < 17.71%）。因为它把供水温度压低了，产出的热更不值钱——每 kWh 热的可用能从 0.204 掉到 0.128，降了 37.4%。省下的燃料（14.3%）刚好抵消掉品位的下滑，净得 16.7%。低温供热在可用能意义上不是免费的，它降低的是产品的品位。

六、热泵为什么能跳到 17%~20%

热泵的机组效率不是拍的，直接引用站内空气能热泵 COP 那篇用 GB/T 25127.2 低温名义工况反标定出来的第二定律效率 ηex = 0.455，端差取冷凝 +5 K、蒸发 -8 K。

室外 0 ℃、供水 45 ℃：Tc = 323.15 K，Te = 265.15 K，逆卡诺上限 COP = 323.15 / 58 = 5.5716，实测级 COP = 0.455 × 5.5716 = 2.5351。

电是纯可用能，供 1 kWh 热需投入 1 / 2.5351 = 0.39447 kWh。

• 全链可用能效率 = 0.06822 / 0.39447 = 17.30%
• 机组环节（按 45 ℃ 热水 318.15 K 的可用能 0.14144 计）= 0.14144 / 0.39447 = 35.86%
• 末端环节销毁 = (0.14144 - 0.06822) / 0.14144 = 51.77%
• 相乘：35.86% × 48.23% = 17.30% ✓

这个 COP = 2.5351 是 0 ℃ 工况点的值，与那篇给的季节实测（55 ℃ 末端季节 COP 2.34、35 ℃ 末端季节 COP 3.33）相容——45 ℃ 刚好落在中间，且工况点值低于季节均值（季节里包含更暖的白天），方向也对。

七、末端才是最大的黑洞

保持机组不变（ηex 恒为 0.455），只改供水温度：

• 供水 55 ℃：COP 2.229，全链 15.21%，末端销毁 59.29%
• 供水 45 ℃：COP 2.535，全链 17.30%，末端销毁 51.77%
• 供水 35 ℃：COP 2.968，全链 20.25%，末端销毁 39.93%
• 供水 30 ℃：COP 3.261，全链 22.25%，末端销毁 31.06%

三个读法：

第一，供水温度每降 10 ℃，末端那一级少销毁 8~12 个百分点的可用能。这是表里最陡的一列。

第二，降低供水温度是唯一不需要机组进步就能拿到的收益。从 55 ℃ 降到 30 ℃，机组的 ηex 一分钟没动过，全链效率却从 15.21% 涨到 22.25%，涨了 46%。

第三，暖气片末端在可用能意义上是一台"品位焚化炉"。45 ℃ 供的热，一半以上的可用能是在散热器表面那 25 K 温差里被销毁掉的。想让热泵值回票价，末端必须低温化——地暖 35 ℃、或者加大片数把供水压到 40 ℃ 以下，比换一台更贵的机器管用得多。

八、一个反直觉对照：电阻电暖器 6.82%，比烧气还高

电是纯可用能，1 kWh 电进电暖器出 1 kWh 热，直接产在房间里，收益可用能 0.06822 kWh ⇒ 可用能效率 6.82%。这个数比普通壁挂炉的 5.92% 还高 15%，和冷凝炉的 6.91% 基本持平。

原因是电暖器没有"上千度火焰烧 70 ℃ 水"这一级，它把高温的账让发电厂去算了。

⚠️ 这条千万别当成"电采暖划算"的依据。它是用户侧投入的可用能口径；电是二次能源，发电厂那一侧的账（大约六成以上的燃料可用能在发电环节就销毁了）没有算进来。按一次能源口径，直热式电采暖是这张表里最差的一个。

九、本篇不算什么

• 不算机组内部循环、压缩机效率、制冷剂选型——热泵 COP 那篇已经用 ηex = 0.455 做过标定，本文直接引用，不重推。
• 不算热效率高低位热值的口径之争（那篇 108% 的已经讲透），本文只借用它的口径结论。
• 不算散热器要配多少片、面积怎么算，也不算辐射散热的常数推导和隔墙传热损失——本文只关心热量交到房间时的温度。
• 不算热泵 COP 随室外温度的全季节曲线，只取 0 ℃ 一个工况点做对照。
• 不算冷凝炉与普炉的选型、回本年限（见冷凝炉和普通炉对比那篇）。

十、现场能直接用上的三条判据

1. 判断一台热源值不值，别看热效率，看它把热交到你手里时是多少度。供水温度每降 10 ℃，末端那一级少销毁 8~12 个百分点的可用能，这条对热泵和冷凝炉同时成立。

2. 热泵配 45 ℃ 以上的暖气片，等于把机组辛苦提上来的品位在散热器里烧掉一半（51.77%）。预算有限时，优先把钱花在低温末端上（地暖，或者加大散热面积把供水压到 40 ℃ 以下），比升级机器划算。

3. 冷凝炉的 105% 不是"凭空多出 15 个点"，换成可用能只多不到 1 个百分点。但它确实实打实少烧了 16.7% 的气——省气是真的，别神话它就行。

最后留一个尺度感：这张表里最好的组合（30 ℃ 供水 + 热泵）也只有 22.25%，离 100% 的理论上限还差 4.5 倍。用高品位能源去填一个 20 ℃ 的坑，这件事本身就极其浪费可用能——单位换算那篇里那句"1 度电 = 3.6 兆焦"，说的正是这两种度量方式的分野。

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