導(dǎo)語(yǔ)：采暖供熱系統(tǒng)管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著環(huán)保要求的提高和電力峰谷差的拉大，燃煤鍋爐采暖受到嚴(yán)格限制，而其他采暖形式，如燃?xì)獠膳?、電?dòng)采暖和蓄熱的應(yīng)用，開(kāi)始受到關(guān)注。本文對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)忮仩t、電爐、電動(dòng)熱泵以及蓄熱的應(yīng)用前景做初步的分析與探討。

關(guān)鍵詞：采暖蓄熱應(yīng)用

一、引言

近年來(lái)，我國(guó)大氣污染日益嚴(yán)重，人們要求保護(hù)環(huán)境、凈化天空的呼聲日益增高，而北方冬季城市空氣污染的重要來(lái)源是采暖燃煤鍋爐所排放的粉塵和有害氣體。與此同時(shí)，許多地區(qū)電力出現(xiàn)了相對(duì)過(guò)剩、電力峰谷差不斷拉大的現(xiàn)象。例如，東北電網(wǎng)系統(tǒng)的最大峰谷差已是最大負(fù)荷的37%，而華北電網(wǎng)已達(dá)峰負(fù)荷的40%[1]。為解決電力系統(tǒng)的這種供需矛盾，電力系統(tǒng)用戶(hù)側(cè)和發(fā)電側(cè)均采取了一定措施。在發(fā)電方面，一大批初投資巨大的抽水蓄能電站、運(yùn)行費(fèi)昂貴的燃油燃?xì)饧夥咫娬鞠嗬^建成并投入調(diào)峰運(yùn)行，甚至一些高參數(shù)的大型火電廠(chǎng)也以被迫降低發(fā)電效率為代價(jià)而參與電力調(diào)峰。同時(shí)，電力系統(tǒng)也加強(qiáng)了用戶(hù)側(cè)管理。例如，采取分時(shí)電價(jià)，鼓勵(lì)用戶(hù)在電力低谷時(shí)多用電，在電力高峰時(shí)少用電。

因此，在環(huán)保要求高的城市采暖供熱中，燃煤鍋爐房或燃煤爐灶將嚴(yán)格限制使用，取而代之的幾種可能的采暖形式主要有集中供熱的電鍋爐、大型電動(dòng)熱泵和燃?xì)忮仩t房以及分散在用戶(hù)房間內(nèi)的家用燃?xì)鉅t、電暖器等（見(jiàn)圖1）。同時(shí)，為減小電力網(wǎng)發(fā)電的峰谷差，也可考慮在供熱系統(tǒng)中設(shè)置蓄熱裝置，使得在滿(mǎn)足采暖要求的同時(shí)，對(duì)電力負(fù)荷起到削峰填谷的作用。為此，本文將對(duì)上述采暖系統(tǒng)形式的應(yīng)用作初步的分析與探討。

二、采暖供熱系統(tǒng)能耗和經(jīng)濟(jì)性

1.能耗

傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)消耗的能量是燃料，而電動(dòng)采暖系統(tǒng)所消耗的能量是電能。因此，為更全面分析各采暖系統(tǒng)效率，采用一次能耗率作為所耗能評(píng)價(jià)指標(biāo)。一次能耗率即單位供熱量所消耗的一次能源量。圖2為采暖系統(tǒng)在單位供熱量與相應(yīng)的一次能量之間的能量平衡圖。其中η為采暖系統(tǒng)供熱效率，即供熱量與輸入能耗之比。對(duì)于熱泵系統(tǒng)，η為熱泵性能系數(shù)與系統(tǒng)管道效率之積，對(duì)于鍋爐供熱系統(tǒng)，η為鍋爐采暖系統(tǒng)的熱效率與系統(tǒng)管道效率之積，對(duì)于熱電廠(chǎng)，η為熱電廠(chǎng)供熱量與燃料量之比；ηe為熱電廠(chǎng)的發(fā)電效率。

對(duì)于鍋爐采暖系統(tǒng)，單位供熱量b為：

對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，1/η份的燃料在提供1份熱量的同時(shí)，又發(fā)出ηe/η份電量。如果這些電由電力系統(tǒng)中其他電廠(chǎng)產(chǎn)生，則需耗費(fèi)的燃料量為為電力系統(tǒng)發(fā)電效率。于是，單位供熱量熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗為：

對(duì)于電動(dòng)采暖系統(tǒng)，所耗電能由電力系統(tǒng)提供，于是：

實(shí)際上，一個(gè)采暖季的采暖能耗不僅取決于單位供熱量采暖系統(tǒng)的一次能耗，還取決于采暖系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。對(duì)于家用采暖裝置，如家用熱泵、家用燃?xì)鉅t和電暖器等，由于系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活，啟停方便，根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整供熱工況，可在房間有人時(shí)供熱，而在無(wú)人時(shí)采暖設(shè)備停止運(yùn)行，從而減小最大采暖負(fù)荷時(shí)間數(shù)，降低單位采暖面積的供熱能耗。對(duì)于傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)，如鍋爐房或熱電聯(lián)產(chǎn)，由于運(yùn)行調(diào)節(jié)慣性大，設(shè)備啟停不便，一般房間內(nèi)不單獨(dú)進(jìn)行供熱量調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在整個(gè)采暖季不間斷供熱，最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)大，造成單位采暖面積能耗的增加。對(duì)于北京地區(qū)，不間斷供熱的最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)h可取為2000。引入采暖系統(tǒng)可調(diào)節(jié)系數(shù)λ的概念，定義為采暖系統(tǒng)實(shí)際最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)與整個(gè)采暖季不間斷采暖的最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)之比。對(duì)于家用采暖裝置，可調(diào)節(jié)系數(shù)一般為0.5至0.8，本文取為0.65，對(duì)于集中供熱系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)系數(shù)一般為1。于是，考慮到可調(diào)節(jié)系數(shù)的采暖系統(tǒng)一次能耗率為：

系統(tǒng)一次能耗率表示單位供熱容量的采暖系統(tǒng)單位時(shí)間能耗，它反映出在考慮可調(diào)節(jié)系數(shù)后采暖系統(tǒng)的能源利用效率。圖3給出各系統(tǒng)的一次能耗率，其中有關(guān)參數(shù)的取值見(jiàn)表1?？梢钥闯?，設(shè)置蓄熱器的電鍋爐采暖一次能耗最大，電鍋爐由于沒(méi)有蓄熱損失而一次能耗次之，考慮到可調(diào)節(jié)系數(shù)，電暖器的一次能耗小于以上兩種采暖系統(tǒng)。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗最小。家用燃?xì)鉅t和家用熱泵雖然能耗明顯高于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，但由于可調(diào)節(jié)系數(shù)的影響，其一次能耗率與熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相近。

2.經(jīng)濟(jì)性

采暖供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性可從單位供熱容量年運(yùn)行成本加以評(píng)價(jià)，年運(yùn)行成本C由初投資的折舊和運(yùn)行費(fèi)組成。為使問(wèn)題更加簡(jiǎn)明，在運(yùn)行費(fèi)中僅考慮能耗費(fèi)。

在經(jīng)濟(jì)分析中，采暖系統(tǒng)消費(fèi)和產(chǎn)生單位電量的價(jià)值在不同時(shí)刻是不同的。小時(shí)級(jí)的單位電能生產(chǎn)和消費(fèi)的價(jià)值可由電能價(jià)值當(dāng)量衡量和反映[2]。電力負(fù)荷高峰期和低谷期電能價(jià)值當(dāng)量是不同。圖4給出了我國(guó)某電網(wǎng)小時(shí)級(jí)電能價(jià)值當(dāng)量典型日分布。

對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，年運(yùn)行成本由下式獲得：其中，k為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)初投資，元/kw(熱)；r為折舊率；f為燃料費(fèi)；e為熱電廠(chǎng)發(fā)電的電能價(jià)值當(dāng)量，元/kw.h。

而燃?xì)忮仩t采暖系統(tǒng)，年運(yùn)行成本由下式計(jì)算：

對(duì)于電動(dòng)采暖系統(tǒng)，年運(yùn)行成本可計(jì)算為：

初投資取值如表1所示，其中熱源投資對(duì)于集中供熱系統(tǒng)包括設(shè)備和土建兩部分，電能價(jià)值當(dāng)量取值如圖4。圖5給出各采暖系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)。可以看出，電爐采暖的年運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)高于其它系統(tǒng)，而熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性則是所有采暖系統(tǒng)中最好的。其它采暖形式之間的經(jīng)濟(jì)性差別不十分明顯。對(duì)于具體的采暖系統(tǒng)，系統(tǒng)初投資和效率與表1中的值會(huì)有所不同，各地的能源價(jià)格的制定也存在差別，因此，除了熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性明顯偏好、電爐采暖的經(jīng)濟(jì)性明顯偏差外，其它采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析和評(píng)價(jià)。

三、各采暖系統(tǒng)應(yīng)用分析

1.傳統(tǒng)采暖供熱系統(tǒng)

傳統(tǒng)的采暖供熱系統(tǒng)主要有鍋爐采暖系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)。

1）鍋爐采暖

包括以鍋爐房為熱源的集中供熱系統(tǒng)和分散在各用戶(hù)房間的家用爐灶。按燃料分又有燃煤鍋爐和燃油、氣鍋爐（燃油、氣鍋爐房和家用壁掛氣爐）等。

●燃煤鍋爐包括燃煤鍋爐房和家用小煤爐。家用小煤爐由于投資小、燃料價(jià)低而在小城鎮(zhèn)的分散住宅使用較多，燃煤鍋爐房則主要應(yīng)用于一個(gè)小區(qū)的獨(dú)立供熱或承擔(dān)大型區(qū)域供熱系統(tǒng)的尖峰負(fù)荷。燃煤鍋爐運(yùn)行成本低，在我國(guó)城鎮(zhèn)采暖中使用最為普遍。但是，由于能源轉(zhuǎn)換效率很低，對(duì)大氣的污染在所有采暖系統(tǒng)中是嚴(yán)重的，因此這種采暖形式在環(huán)保要求高的城市，尤其是北京的使用，應(yīng)嚴(yán)格加以控制。

●燃油、氣鍋爐包括應(yīng)用于小區(qū)或單個(gè)樓宇采暖的集中式燃油、氣鍋爐供熱系統(tǒng)和以壁掛氣爐等形式設(shè)置在房間內(nèi)的家用燃?xì)鉅t等。由于天然氣等是清潔燃料，這種采暖系統(tǒng)的環(huán)境污染遠(yuǎn)小于燃煤系統(tǒng)。目前，天然氣的進(jìn)京，環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，使得燃?xì)忮仩t在北京的應(yīng)用和推廣成為可能。另外，燃油、氣鍋爐運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，尤其家用以壁掛氣爐，可根據(jù)人們的作息情況隨時(shí)做啟停和供熱量調(diào)整，從而減少了系統(tǒng)運(yùn)行的最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)，節(jié)省了燃料量和運(yùn)行費(fèi)。但是，當(dāng)考慮到天然氣管網(wǎng)的追加投資，燃?xì)忮仩t采暖系統(tǒng)的初投資會(huì)明顯增高。在運(yùn)行費(fèi)方面，由于油、氣等燃料價(jià)格昂貴，系統(tǒng)的一次能耗也較高（如圖3），使得燃油、氣鍋爐的運(yùn)行費(fèi)昂貴。因此，燃油、氣鍋爐采暖系統(tǒng)，尤其是集中式燃油、氣鍋爐供熱的推廣和應(yīng)用，應(yīng)在深入的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析基礎(chǔ)上慎重進(jìn)行。

2）熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)

以熱電廠(chǎng)為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)，常見(jiàn)形式是熱電廠(chǎng)中汽輪機(jī)的抽汽或背壓排汽通過(guò)熱交換器將熱量傳遞給熱水，并通過(guò)熱網(wǎng)輸送到各采暖用戶(hù)。熱電廠(chǎng)將高品位的熱能用于發(fā)電，低品位的熱能用于供熱，因而能源轉(zhuǎn)換效率高。如果有關(guān)參數(shù)取值如表1，對(duì)于相同的最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)，在所有采暖形式中，熱電聯(lián)產(chǎn)一次能耗是最低的。這使得熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境污染也很小。同時(shí)，在電力短缺時(shí)，熱電廠(chǎng)在供熱的同時(shí)發(fā)電上網(wǎng)，相當(dāng)于減少了電力系統(tǒng)相應(yīng)投資。從整體上看，熱電聯(lián)產(chǎn)具有很好的經(jīng)濟(jì)性（如圖5）。因此，在保證全年充足熱負(fù)荷的前提下，應(yīng)鼓勵(lì)熱電聯(lián)產(chǎn)的建設(shè)和現(xiàn)有熱電廠(chǎng)的運(yùn)行。

2.電動(dòng)采暖系統(tǒng)

1）電爐采暖

●電鍋爐屬于集中式的電采暖系統(tǒng)，多用于一幢樓宇或建筑密集的商業(yè)小區(qū)供熱。與傳統(tǒng)集中供熱方式一樣，在該系統(tǒng)中，熱水被電鍋爐加熱后由熱力管道輸送至各用戶(hù)房間。由圖5可知，電鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行成本明顯高于其他采暖系統(tǒng)。而且電鍋爐采暖系統(tǒng)單位供熱量的一次能耗在所有采暖形式中是最高的。因此電鍋爐采暖的使用應(yīng)嚴(yán)格限制，即使是在電力富裕的時(shí)期。因?yàn)殡娏^(guò)剩往往使短期性的，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種過(guò)剩將會(huì)消失。何況電鍋爐能源轉(zhuǎn)換效率極低，大量使用是不符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的能源政策的。

●電暖器一般設(shè)置在用戶(hù)房間內(nèi)，主要形式有電熱微晶玻璃輻射取暖器、電熱石英管取暖器、電熱油汀等普通電暖器和具有蓄熱功能的相變蓄熱電暖器等。由于省去傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)中的熱力管道和散熱器，一般電暖器的投資明顯較低。而且電轉(zhuǎn)換為熱后可直接用于采暖，轉(zhuǎn)換效率為100%，避免了電鍋爐采暖中因中間介質(zhì)（熱水）而造成的熱損失。在運(yùn)行方面，這種采暖裝置調(diào)節(jié)靈活，使用方便，用戶(hù)可根據(jù)需要對(duì)采暖裝置的啟停隨時(shí)控制，因而可減少采暖季裝置運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而可減少采暖運(yùn)行費(fèi)。因此，電暖器的經(jīng)濟(jì)性要好于電鍋爐采暖系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。同時(shí)，家用電暖器不需象集中供熱那樣要有專(zhuān)門(mén)人員對(duì)采暖系統(tǒng)進(jìn)行管理、運(yùn)行和維護(hù)，也沒(méi)有集中供熱中所存在的計(jì)量受費(fèi)難題。而且電暖器不會(huì)對(duì)使用地區(qū)產(chǎn)生污染。但是，電暖器存在著單位供熱量一次能耗大的缺點(diǎn)（見(jiàn)圖3），運(yùn)行成本也高于一般的采暖系統(tǒng)。由于房間電路容量較小，因而當(dāng)采暖負(fù)荷較大時(shí)，存在用戶(hù)電路改造問(wèn)題。在采暖效果上，電暖器采暖的舒適感不如傳統(tǒng)的水暖散熱器。所以，電暖器的使用應(yīng)根據(jù)用戶(hù)實(shí)際情況加以選擇，不宜盲目推廣。

2）電動(dòng)熱泵

包括大型電動(dòng)熱泵和家用電動(dòng)熱泵。大型熱泵可使用于一幢樓宇的采暖或作為區(qū)域供熱的熱源。對(duì)于大型熱泵，可在熱源處設(shè)置蓄熱器。家用熱泵可設(shè)置在各房間內(nèi)，夏季作為空調(diào)冷源，冬季作為采暖熱源，啟停調(diào)節(jié)靈活方便。

電動(dòng)熱泵能源轉(zhuǎn)換效率明顯高于電爐，在外界輸入能量W（電能、熱能）的情況下，機(jī)組從低溫環(huán)境中吸收熱量Q1，并將這部分低位熱量提升為高位熱量Q2（Q2＝W＋Q1）而加以利用。如果機(jī)組的性能系數(shù)（COP）為2，則消耗1個(gè)單位的能量可獲得2個(gè)單位的熱量，所以單位供熱量一次能耗明顯低于電爐采暖系統(tǒng)（見(jiàn)圖3），使得運(yùn)行費(fèi)也低于電爐。對(duì)于家用電動(dòng)熱泵，用戶(hù)可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)熱泵的啟停，因而可進(jìn)一步節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

由于對(duì)于夏季同時(shí)需要空調(diào)的地方，如商業(yè)建筑，熱泵系統(tǒng)可同時(shí)滿(mǎn)足全年的冷熱負(fù)荷，熱泵采統(tǒng)用于采暖的投資會(huì)明顯降低，可認(rèn)為是熱泵相對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)所追加的投資(本文取為200元/kW)。因此，兼用制冷的熱泵系統(tǒng)與純采暖相比年運(yùn)行費(fèi)要明顯降低。

以上對(duì)熱泵的分析中對(duì)性能系數(shù)的取值較低，適合于風(fēng)冷熱泵。而水源熱泵在制熱時(shí)從水中吸取低位熱能，其性能系數(shù)一般要高于風(fēng)冷熱泵，因而運(yùn)行成本將會(huì)更低。另外，熱泵系統(tǒng)具備電熱爐所擁有的不對(duì)使用地產(chǎn)生大氣污染、安裝運(yùn)行簡(jiǎn)便以及占用面積小等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)熱泵采暖供熱系統(tǒng)已在世界許多地方得到應(yīng)用，尤其在北歐、美國(guó)和日本等地區(qū)的使用更為廣泛。例如，瑞典許多地區(qū)使用了以地下水為熱源的熱泵供熱系統(tǒng)。

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與燃?xì)忮仩t相比，熱泵采暖在經(jīng)濟(jì)和能耗方面并不占有明顯優(yōu)勢(shì)，但從國(guó)家角度看，作為發(fā)電主要能源的煤要比天然氣豐富得多、廉價(jià)的多，因而從這一角度看，電動(dòng)熱泵的應(yīng)用比燃?xì)忮仩t更適合我國(guó)的國(guó)情。目前普遍存在的電力過(guò)剩也會(huì)給電動(dòng)熱泵的發(fā)展起到推動(dòng)作用。

但是，電動(dòng)熱泵系統(tǒng)的不足之處是設(shè)備運(yùn)行性能易受環(huán)境條件的限制。風(fēng)冷熱泵對(duì)氣候的要求較高，一般不適于冬季氣溫寒冷的城市采暖供熱。隨著氣溫的降低，熱泵的出力反而減小，因而往往需要輔助加熱裝置，如圖6所示。一般環(huán)境溫度在-5℃以下后，熱泵的工作狀態(tài)明顯惡化，在一定的溫濕度條件下會(huì)在空氣側(cè)換熱器翅片管的表面結(jié)霜。水源熱泵在需要同時(shí)制熱制冷的場(chǎng)合使用較為有利，在有清潔的江河湖水的地方也可使用。

由此看來(lái)，在環(huán)境保護(hù)要求高的地方，如果外界條件許可，可以鼓勵(lì)使用熱泵采暖。如果擁有可利用水源，可優(yōu)先考慮使用水源熱泵，當(dāng)氣候條件合適時(shí)，可采用風(fēng)冷熱泵。目前，電動(dòng)熱泵作為采暖的一種方式已開(kāi)始得到應(yīng)用，如北京的建國(guó)門(mén)飯店、建行西單分理處等均采用風(fēng)冷電動(dòng)熱泵采暖。但是，熱泵采暖在北方的推廣，仍需在技術(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等方面作進(jìn)一步的研究和實(shí)踐工作。

3）利用蓄熱（TES）的電動(dòng)采暖系統(tǒng)

電動(dòng)采暖系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，應(yīng)以電力相對(duì)富裕為前提。實(shí)際上，電力方面最突出的問(wèn)題是峰谷差的不斷拉大。如果電采暖系統(tǒng)僅在電力低谷期運(yùn)行，則會(huì)削減電力負(fù)荷的峰谷差，有利于電力網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從經(jīng)濟(jì)上看可使用便宜的谷價(jià)電能，使電采暖系統(tǒng)運(yùn)行成本的大幅度降低。而要實(shí)現(xiàn)電采暖系統(tǒng)電力低谷運(yùn)行，則需要利用蓄熱裝置。

我國(guó)蓄熱的應(yīng)用較少，主要集中在余熱或廢熱利用等方面。蓄熱裝置的作用表現(xiàn)為平衡供熱量和熱負(fù)荷之間的關(guān)系、減小設(shè)備容量和提高系統(tǒng)效率等方面。因此，在采暖熱負(fù)荷一定的情況下，改變不同時(shí)間電采暖系統(tǒng)供熱量的大小，在電力低谷期多用電供熱，電力高峰期少用電或不用電供熱，供熱量與熱負(fù)荷之間的平衡可通過(guò)蓄熱裝置實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到減小電力峰谷差的目的。

蓄熱型式按蓄存介質(zhì)的不同有直接蓄存和間接蓄存兩種。間接蓄存采用某種中間介質(zhì)作為蓄存介質(zhì)來(lái)蓄熱。這種蓄熱方式的蓄熱溫度較高，如巖和油組成的蓄存介質(zhì)蓄熱溫度達(dá)304℃，而用一種熔化的硝酸鹽作為蓄熱介質(zhì)蓄熱溫度可達(dá)566℃[3]，但間接儲(chǔ)存方式的投資大，而采暖空調(diào)所用熱量溫度相對(duì)較低，故不宜采取這種蓄熱方式。

直接蓄熱可將待蓄存的熱水或蒸汽直接儲(chǔ)存在蓄熱容器內(nèi)。直接蓄熱又可分為無(wú)壓蓄熱和有壓蓄熱。無(wú)壓蓄熱方式最高蓄熱溫度可達(dá)95℃，且投資低。有壓蓄熱方式是將蒸汽或高溫?zé)崴苯哟嫘钤谇驙罨驁A柱形壓力容器內(nèi)，蓄熱溫度最高可達(dá)200℃。但有壓蓄熱方式投資大，相當(dāng)于無(wú)壓方式的2至5倍[4]。

●熱水蓄熱裝置由于采用蓄熱，從整體的角度看，電動(dòng)采暖系統(tǒng)起到了對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷作用，從局部上講，由于消耗的是低價(jià)電能，采暖系統(tǒng)的運(yùn)行成本會(huì)大幅度降低。但是，采暖設(shè)備的投資也會(huì)相應(yīng)增加，因?yàn)闊嵩慈萘颗c無(wú)蓄熱時(shí)相比增大了，同時(shí)又增加了蓄能設(shè)備。從能耗方面看，由于蓄能損失，與無(wú)蓄熱相比，系統(tǒng)的能耗增加了。對(duì)于熱泵系統(tǒng)，由于提高制取熱量的溫度，熱泵性能系數(shù)顯著降低，同樣增大了系統(tǒng)能耗。

表2各蓄熱采暖系統(tǒng)有關(guān)指標(biāo)的對(duì)比（采暖面積：1萬(wàn)m2，采暖指標(biāo)：35w/m2）

對(duì)于電動(dòng)熱泵采暖裝置，由于熱泵的性能系數(shù)COP隨著所制取熱量的溫度升高而明顯降低，因而本文選取熱泵制取熱水的最高溫度為70℃，相應(yīng)的COP取為2.0，蓄熱器只能采用無(wú)壓型式。而電爐采暖系統(tǒng)可采用有壓和無(wú)壓兩種蓄熱裝置，而且由于蓄熱介質(zhì)為水，電爐應(yīng)以電鍋爐的形式加以應(yīng)用。設(shè)熱水蓄熱效率為85%，一天中電力峰谷各占12小時(shí)，由此表2給出了采用蓄熱裝置后采暖系統(tǒng)的有關(guān)指標(biāo)。可以看出，從電力削峰填谷方面講，增設(shè)蓄熱器后的電爐采暖系統(tǒng)所起的作用最為顯著。從蓄熱器容積看，有壓熱水蓄熱的容積明顯小于無(wú)壓熱水蓄熱，但有壓熱水蓄熱器屬于壓力容器，存在安全問(wèn)題。

增設(shè)蓄熱裝置后，采暖系統(tǒng)的初投資將會(huì)增加，包括蓄熱裝置的投資和采暖系統(tǒng)本身因蓄熱而增加的投資等。這部分附加投資的大小與蓄熱裝置的型式、體積、位置以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等有關(guān)，圖7給出了隨著這部分附加投資的增加，電鍋爐和熱泵采暖系統(tǒng)的年運(yùn)行成本的變化情況。對(duì)于電動(dòng)熱泵，只有當(dāng)單位供熱量系統(tǒng)附加投資小于1500元/kW（熱）時(shí)，采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性才會(huì)比無(wú)蓄熱時(shí)好。一般情況下系統(tǒng)附加投資小于該值。但如果蓄熱器空間占用費(fèi)昂貴，例如設(shè)置在市區(qū)黃金地段內(nèi)，則可能使系統(tǒng)的蓄熱附加投資驟增，導(dǎo)致蓄熱不能提高整體系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于電鍋爐，只要單位供熱量蓄熱附加投資小于4900元/kW（熱），采暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性就會(huì)比無(wú)蓄熱時(shí)好，通常系統(tǒng)蓄熱附加投資不會(huì)大于此值。因此，對(duì)于電動(dòng)熱泵采暖，是否增設(shè)蓄熱裝置，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析論證后決定。而電鍋爐采暖增設(shè)蓄熱裝置的效果是很明顯的。

●蓄熱電暖器[5]在電動(dòng)采暖中，可以通過(guò)熱水蓄熱實(shí)現(xiàn)電力的削峰填谷。但是由于蓄熱器的容積很大，只能用于集中式的電動(dòng)供熱系統(tǒng)，若與家用電暖器結(jié)合，將會(huì)占用房間較大空間，這是不現(xiàn)實(shí)的。為此，一種電暖器與相變蓄熱相結(jié)合的采暖裝置-相變蓄熱電暖器被提出來(lái)（工作原理見(jiàn)附錄）。相變材料蓄熱能力大，蓄熱效率高，而作為熱源的電加熱器成本較低，因而可以克服以上熱水蓄熱的不足。

由表2看出，這種采暖裝置的蓄熱容積僅為無(wú)壓熱水蓄熱器的約八分之一，是有壓熱水蓄熱器的約三分之一。同時(shí)，其初投資也相對(duì)較小。另外，相變蓄熱電暖器調(diào)節(jié)靈活，設(shè)置在采暖房間內(nèi)，即開(kāi)即用，放熱功率可由風(fēng)扇或者風(fēng)門(mén)控制，因而可減小最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)。由圖5可以看出，這種采暖裝置具有很好的經(jīng)濟(jì)性好于電爐和燃?xì)忮仩t采暖。同時(shí)，這種電暖器可以減小電力峰谷差，對(duì)于電網(wǎng)安全高效運(yùn)行具有積極意義。因此，相變蓄熱電暖器是一種具有良好發(fā)展前景的新型采暖系統(tǒng)。

由于相變蓄熱電暖器的耗電功率高，當(dāng)房間采暖負(fù)荷較大時(shí)，存在用戶(hù)電路改造問(wèn)題。

3.建議

對(duì)于環(huán)境保護(hù)要求高的城市，不同采暖形式的選擇，應(yīng)根據(jù)具體的用戶(hù)特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于城市中建筑密度高的大面積采暖地區(qū)，應(yīng)首先考慮熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱系統(tǒng)的采暖方式。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能耗低，經(jīng)濟(jì)性好。同時(shí)，由于能源轉(zhuǎn)換效率高，煙塵集中處理，對(duì)大氣污染也很小。但是，熱電廠(chǎng)的建設(shè)應(yīng)當(dāng)充分考過(guò)度季和夏季的熱負(fù)荷情況。

商業(yè)建筑、高檔住宅等全年需要冷熱負(fù)荷的用戶(hù)，若無(wú)運(yùn)行限制條件，應(yīng)首先考慮使用熱泵系統(tǒng)。

在氣候條件或水源條件允許的地區(qū)，即使僅用于采暖的熱泵系統(tǒng)，也應(yīng)作為解決環(huán)境污染問(wèn)題的有效途徑而加以使用。例如，對(duì)于遠(yuǎn)郊新建住宅小區(qū)，城市熱網(wǎng)無(wú)法到達(dá)，可考慮利用地下水的水源熱泵采暖。

在城市燃?xì)夤?yīng)管道較為完善而又不建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱管道的地方，可以考慮采用燃?xì)忮仩t可以作為一種采暖途徑以解決環(huán)境污染問(wèn)題。如果是在已有燃煤鍋爐房基礎(chǔ)上的改造，則可考慮采用燃?xì)忮仩t房采暖，否則可考慮家用燃?xì)鉅t的采暖方式。

對(duì)于無(wú)熱網(wǎng)的平房改造，熱網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用高，不宜采用集中供熱系統(tǒng)，可選用家用燃?xì)鉅t或家用熱泵采暖形式。如果一天中采暖時(shí)間較短、無(wú)燃?xì)夤艿蓝植恍枰照{(diào)的用戶(hù)，可考慮選用電暖器。

電力峰谷差問(wèn)題突出的地區(qū)，應(yīng)推出相應(yīng)政策，鼓勵(lì)采暖系統(tǒng)增設(shè)蓄熱裝置，例如相變蓄能電暖器，以達(dá)到電力削峰添谷的目的。

四、結(jié)論

在大氣污染日益嚴(yán)重、電網(wǎng)峰谷不斷拉大的形勢(shì)下，城市采暖供熱應(yīng)選擇合理的形式和運(yùn)行方式，在保證供熱效果的同時(shí)，為環(huán)保和電力作出貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)整體效益的最大發(fā)揮。

在所有采暖供熱形式中，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐采暖雖然運(yùn)行成本低，但會(huì)造成大量粉塵和有害氣體的排放，對(duì)大氣的污染最為嚴(yán)重，因而應(yīng)嚴(yán)格限制在市區(qū)的使用。

電爐采暖能源轉(zhuǎn)換效率低，耗電量大，經(jīng)濟(jì)性最差。所以應(yīng)嚴(yán)格控制使用。但是電暖器啟停調(diào)節(jié)靈活，可減少最大采暖負(fù)荷小時(shí)數(shù)，在使用區(qū)對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，因而對(duì)于采暖需求時(shí)間短的用戶(hù)，可以考慮選擇采用電暖器。電鍋爐系統(tǒng)能耗和經(jīng)濟(jì)性等方面都明顯不如其他采暖系統(tǒng)，不宜鼓勵(lì)使用。

以熱電廠(chǎng)為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)充分保證熱電廠(chǎng)全年擁有足夠熱負(fù)荷的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)的使用。

燃?xì)忮仩t雖然是解決環(huán)境污染問(wèn)題的一種采暖途徑，但運(yùn)行成本高，燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)會(huì)增加系統(tǒng)初投資。因此，燃?xì)忮仩t的使用應(yīng)慎重進(jìn)行。

熱泵應(yīng)作為解決環(huán)境污染問(wèn)題的有效途徑，鼓勵(lì)在氣候條件或水源條件允許的地區(qū)加以使用。熱泵的使用在多數(shù)地區(qū)剛剛起步，應(yīng)在試點(diǎn)工程積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后再加以推廣應(yīng)用。

電動(dòng)采暖裝置增加蓄熱裝置后，可對(duì)電網(wǎng)起到削峰添谷的作用，但會(huì)導(dǎo)致采暖系統(tǒng)的初投資、能耗和占地面積增加等問(wèn)題。在電力峰谷差不斷拉大的今天，蓄熱在電動(dòng)采暖中的應(yīng)用應(yīng)該引起充分重視。

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附錄相變蓄熱電暖器的原理

相變蓄熱電暖器的原理如下圖所示，相變蓄熱電暖器包括溫控、時(shí)控的雙重控制開(kāi)關(guān)、電加熱裝置、換熱容器、密閉在其中的相變材料和保溫隔熱外套組成。其特征在于時(shí)控開(kāi)關(guān)內(nèi)固化了時(shí)控程序，使電加熱器只能在某一時(shí)間段內(nèi)（電網(wǎng)負(fù)荷低谷段）接通。當(dāng)電加熱裝置接通電源后，相變材料開(kāi)始升溫融化。當(dāng)相變材料完全融化時(shí)，溫控開(kāi)關(guān)使加熱裝置停止工作，這時(shí)熱量主要由相變材料以潛熱方式儲(chǔ)存起來(lái)。在室內(nèi)需要加熱的時(shí)候，打開(kāi)風(fēng)門(mén)或開(kāi)啟電扇，電暖器開(kāi)始對(duì)外放熱，液態(tài)的相變材料逐漸凝固，同時(shí)放出凝固熱。由于相變過(guò)程為近似等溫過(guò)程，相變潛熱較大，故即使在不通電的情況下也能近似等溫放熱較長(zhǎng)時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中，電暖器外部設(shè)置隔熱套，能達(dá)到很好的保溫效果。隔熱套保證所蓄熱量存在于電暖器內(nèi)，需要取暖時(shí)，隔熱套部分或者全部打開(kāi)，換熱容器向外放出熱量。隔熱套的形狀可以做成帶有進(jìn)出氣門(mén)的整體箱式結(jié)構(gòu)，在出氣口可設(shè)置排風(fēng)扇，也可以不設(shè)置風(fēng)扇，完全依靠自然對(duì)流和室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換。

AnalysisonApplicationofSomeSpaceHeatingSystems

AbstractAsthedevelopmentofenvironmentprotectionandincreaseofelectricitydemandunbalanceindifferentintervalofaday,somekindsofspaceheatingsystemsareputtouseinsteadofcoal-firedboiler.Applicationofsomepaceheatingsystem,suchascombinedheatingandcooling,gas-fiedboiler,electricheatingsystem,electricdrivenheatpumpandthermalstorage,isanalyzedinthispaper.

Keywords:SpaceheatingThermalstorageApplication