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上一层 电地暖 水地暖 壁炉产品 暖气片散热器 结构供暖制冷 室内供暖温度 采暖温控技术 浅谈电供暖 供热能力估算

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浅谈电供热的发展
概述 本文结合当前我国当前的环保政策和用电状况,对当前各种电供热方式进行了调研和综合分析,从而得出结论:电供热作为一种便利、洁净的能源形式,若与其他蓄能方式结合使用,配合峰谷电价政策,必将会进一步拓宽电供热的应用范围,使电供热在整个供热领域占有一席位置
关键词 环保政策 用电状况 蓄能 峰谷电价
0 引言
随着我国经济的日益发展和环保要求的提高,供热能源结构已发生了很大的变化,环保要求已严重制约了城市以燃煤锅炉为主的供热形式的发展,除大力发展城市集中供热和“三联供”外,燃油锅炉、燃气锅炉以及电力锅炉作为新型环保型热源得到了广泛应用。随着建筑节能目标的实施,建筑的耗能日益减少,也使电供热的成本有所下降。随着电力工业发展,带来发电量的增加,使电网供电峰谷差值逐年增大,但同时面对的确是工农业用电量的急剧增长,特别是民用建筑用电高峰不断增加,每年造成一至两次的缺电大高峰的事实,使我们不得不重新研究电供热的问题。深度开发电供热技术,鼓励电用户削峰填谷、蓄存能量,实现电网的经济运行,将成为关住的一个大问题。
1.我国供电现状
我国的电力生产主要来源于火力发电,还有少量的水力发电以及部分小水电。火电的热电转换效率较低,平均只有30%左右;近年来也发展了一些核电站和大型水力发电站,由于建站投资大,建设周期长,且受外界因素影响,因此,电产量的增长将是一个漫长的过程。由于我国正处在经济初期发展阶段,随着经济结构的调整,使部分电力用户发生变化,电力供应出现局部过剩、局部用电紧张不规则局面。电网供电峰谷差值也在逐年增大。因此,迫切需要改变用电状况,鼓励用户使用谷电,实现电网的经济运行。
近年来,我国局部地区先后出现了电力能源供应紧张状况,不得不采用拉闸进行限电的措施,或采取牺牲工业用电,确保居民用电的办法。如今,电的生产成本也在不断增加,许多地方,仍采用了居民用电与工业、农业用电同网不同价的办法来补贴电价。许多地方的居民用电又上调了价格。因此,利用电能供热,应从环保、节能、经济等多方面对电供热采暖方式进行综合分析,重新做出评价。
由于电采暖方式最容易实现分户采暖、分户计量,且不易出现欠费现象,且建设成本不高,深受房地产开发商的欢迎。对使用冬季电供热采暖的居民用电实行分时段计费的政策,为广大电供热采暖用户减轻了部分经济负担,同时促进了电供热采暖技术的发展。
2.电供热方式简述
2.1 电直接加热的供热形式、特点及评价
目前,电直接加热的供热的形式主要有以下几种:
1)电开水器
电开水器使用方便、实用、安全性好,已得到广大用户的认可,一般都采用电直接电加热的方法,只是加热的原件有所不同,例如加热管、加热膜等。该类电器的电耗只占建筑电耗的很小一部分,在办公建筑中使用十分广泛,被取代的可能性不大。该电器节电潜力是增加桶体的保温。
2)管道电伴热
在北方冰冻地区,由于有冰冻的可能,为防止设备和管道被冻坏,特别是一些不采暖建筑的室内管道和埋在冰冻线以上的管道,常需要安装电伴热装置。电伴热一般采用电热缆或伴热膜为加热材料,外缠保温材料,最外层设保护层。由于这部分电热装置功能特殊,相对耗电量较少,一般直接采用,被取代的可能性也不大。
3)电热水器
现在不少单位或家庭都在使用电热水器供应生活热水,由于生活热水使用的间歇性,因此保温蓄热比加热更加重要,现在市场上许多电热水器都是容积式的,便于热水贮存和保温。较大办公建筑和居住建筑宜采用电热水器加蓄水箱的供热模式,如果能利用低谷电加热、然后保温蓄热,节能效果会更好。还有用户使用“水过即热”的电热加热龙头,由于安装简单,开水才通电,尚能被用户接受,但加热效果一般。
????4)电暖器供热
电暖气一般设置在屋内,属分散式采暖形式,分为电热微晶、电热石英管等红外辐射采暖电热器和电热油汀、PTC陶瓷电暖气和具有项变、蓄热功能的电暖气。由于电暖气具有布置方便,使用灵活等特点,但存在消耗功率大、温升慢、受房间空间影响大、蓄热能力差等缺点,常被用作临时供暖或局部补充供暖。
5)电暖风机、热风幕供热方式
电暖风机具有升温快,使用灵活等特点,但也有功率大、噪声大等缺点,宜作为盥洗室、浴室、卫生间等房间的临时供暖或局部补充供暖,也可作为工厂车间、商店等公共场所的供暖。热风幕适用于公共场所,阻止冷风侵入室内。热风幕应用较广。
6)电热膜、电辐射板供热方式
采用这类采暖形式的有两类用户,一类是单体住宅用户,另一类是公共场所。电热膜是将一种通电后可以发热的薄膜,压在两层绝缘膜之间制成,其通电后的表面温度,可达40~60℃,一般都与建筑结构配合做成辐射采暖结构方式,如顶板辐射、墙体辐射、踢脚板辐射以及地板辐射等形式。电辐射板由电来直接加热辐射板进行辐射采暖。由于辐射板大小规格齐全,可灵活确定安装位置,不占用过多有效空间,也不受房间高度带来的温度梯度对室温的影响,常被用在大的空间内。电热膜、电辐射板供热方式比使用电暖器的采暖方式优越,效果也良好。近几年来,一些房地产开发商在住宅开发的项目中,使用了初投资较低、施工简单和无采暖收费问题困惑的电热膜、电辐射板供热方式,但用户使用后反应不一。普遍感觉是供暖效果不理想,运行费用较高,与当初的房地产广告宣传大相径庭。笔者调查中发现,造成问题出现的原因是多方面的,如维护结构保温能力差,热损失大;用户供热的时间短,间隔大;电价过高,即使有了电价分段优惠政策,由于其优惠的时段与采暖时段不同步,再加上没有蓄热方法,实惠不明显。对于公共场所,电辐射板供热方式比较合理,例如在某游泳池的采暖设计中,由于游泳池三面是落地玻璃窗,热负荷较大,就在有墙的一面设立电热辐射板,作为游泳池采暖的补充,用户使用效果良好。
7)热电缆供热方式
发热电缆是一种新型的采暖形式,一般布置成地板采暖形式。由于地板采暖热量自下而上散发,符合人体的采暖需要,且设计温度比常规的采暖设计低2℃,使设计负荷减少5~10%,国家已颁布了地板辐射供暖技术规程,对使用热电缆采暖具体做法作出了明确的规定,对于住宅、小型公共建筑等采用电热直接采暖方式时,推荐使用热电缆地板辐射采暖方式。
8)电锅炉作为热源的供热方式
电锅炉属于集中式电供热采暖形式,是满足环保要求的热源形式,电锅炉具有安装简单、无污染和对末端系统改动小的特点,一般用在对热源的环保要求特别严格的地方、电量特别过剩的地方或热源改造工程上,但运行费用综合效益不高,对于普通电锅炉,一般不应作为主要的供暖方式加以推广。对于带有蓄热功能的电锅炉,由于可以采用低谷电蓄热,可以削峰填谷、缩小电力供应峰谷差,优化电网结构,得到电力部门推荐,但一次投资较高。电锅炉采暖由于供热管网有热损失、末端用户调节困难,其总体能源利用率较低。充分利用低谷用电,该供热方式是值得推广的。
9)相变蓄热电热地板
相变蓄热电热地板,又称相变电热地板,是一种较新颖的采暖方式,目前还处于研究中。它利用定形相变材料把电热膜或电缆所消耗的夜间廉价电转变为热能储存起来,供白天采暖。这样可以节省采暖运行费用、对电网实现削峰填谷。将相变材料贮存电热与地板采暖方式相结合,是洁净、节能、方便和舒适的选择。
1.2 电间接供热方式、特点及评价
从节能和提高热效率的角度看,电间接供热方式应首推热泵系统。热泵利用少量的电能把热量从低位热源输送到高位热源以满足采暖需要的装置。热泵可通过吸收大地、井水、湖泊、太阳能等天然能源及余热、废热,进行冬季供热 、夏季供冷,同样的电能通过热泵就可以产生更多的热量,特别是还可以将低品位热能转换为高品位热能。根据低位热源种类区分,热泵可分为空气源热泵、水源热泵和土壤源热泵等。
1.2.1 空气源热泵
在我国用得最多的空气-空气热泵,是可以进行全年空调的热泵式房间空调器。这种空调器又分为整体式和分离式两类。这些房间空调器适用于一个房间的全年空调,其中有的产品装有辅助电加热器,有可在室外空气温度过低时进行补充加热。随着热泵技术水平的发展,空气源热泵在低温环境温度下工作的性能得到根本的改善,在北方地区大力推广空气源热泵制热技术,已成为可能。近年流行的户式中央空调系统,大多都采用热泵型机组,且以空气源热泵为多,为保证其在低温环境下供热效果,有的机组采用双级压缩,有的机组采用单压缩机双循环系统,室外机组还要考虑结霜问题。一般空气源热泵机组的能效比COP值在2.5~5.0左右。
1.2.2 水源热泵
在压缩机的作功下致使冷媒进行气液转化,吸收或释放热量,通过水-冷媒热交换器,将水作为能量载体,实现能量转移的热泵设备。水源热泵系统由室外水源、热泵、水循环回路和送风系统等组成。制冷运行时,将房间的余热及机组的输入功率一起都转移到室外水源中去;供热运行时,从室外水源中提取热量。这种系统具有调节方便、单独计价、布置紧凑、简捷灵活,设计方便、施工及运行管理简便等优点。但是其应用受到水源的制约。水源热泵的COP值在3.2~4.0左右。
1.2.3 土壤源热泵
土壤源热泵以土壤中储存的热能为能源,来实现冬季供热、夏季制冷。采集器在冬季从土壤内采集热量时,实际在对土壤内注入冷量;而夏季采集冷量时,在对土壤内注入热量,这样对调节浅层土壤的温度场,改善动植物的生存条件也将会起到一定的作用。对土壤源热泵的应用研究还刚起步,有待进一步的研究与开发。土壤源热泵的COP值在3.0~3.5左右。
3.新技术对电供热发展的影响
3.1大力发展热泵技术和配套技术
热泵具有电-热转换效率高的特点,是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间功能转换的机械,可通过吸收大地、井水、湖泊、太阳能等天然能源及余热、废热,实现冬季供热 、夏季供冷过程,是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的实用技术,应大力发展。在北方地区,还应重点研究适合于广大北方寒冷地区供热的空气源热泵技术,提高空气源热泵制热能力,还可以通过大力开发地下水、土壤、工业生活等废热等低品位热资源,给热泵的发展留出足够的发展空间,充分考虑热泵的冷凝、蒸发温度对电-热转换能效比的影响,对使用热泵冷热水机组的末端供热采暖装置,建议采用对热媒温度要求较低的地板采暖形式,这样会取得较高的能效比,但由于冬、夏季使用两套末端设备,可能会增加初投资。
3.2大力开展蓄能技术的研究
以北京为例,冬季采暖季节每晚11点至早7点实行低谷电价,而这一时段并不一定是采暖高峰时段,由于建筑采暖是一个连续的供热过程,不可能只靠在低谷电价时段的供热就能解决问题,因此,从平衡电力局部过剩的角度出发,必须大力发展蓄能技术,有效地利用低谷电进行蓄能。随着峰谷电价制度的实施,给蓄能技术提供了发展机会,扩大电供热的发展空间,从而达到平抑电力峰谷差值的作用。近年来,各种蓄能技术已经基本走向逐步成熟的应用阶段。以电锅炉蓄热技术为例,电锅炉做为热源,在供电谷值时段,以水为热媒进行加热,并将其储存在蓄热水箱中,蓄热水泵连续运转,维持蓄热水箱温度在设定值。在供电高峰时段关闭电锅炉或只开启部分电锅炉,由储存在蓄热水箱中的热水经系统循环泵向采暖系统供热。电蓄热技术可以减少装机容量,减少制热设备初投资,可以利用峰谷电价差,节省运行费用;单位时间内用电量减少,从而可使供配电设施相应减小;避免制热设备经常处于部分负荷状态运行而导致使用效率降低;有利平衡用电负荷的峰谷差,缓解供电矛盾;自动化水平高、运行安全可靠,可以更加灵活地调节和平衡供热方式;不产生污染、噪音,环保意义大。但由于水的温差蓄热能力较小,蓄热体容积过大,采用开式循环方式时,水泵耗电量增加,水系统容易产生腐蚀,还会导致初投资的增加。应大力开展研制开发相变蓄热材料的研究。
4.综合考虑节能问题
从节能和节约运行费用出发,无论采用何种能源,都必须有良好的保温节能建筑维护结构,才能保证建筑耗热量满足节能的要求,因此,节能建材的研制开发以及建筑节能设计也是至关重要的。实施采暖分户计量后,除增加外墙、外窗等围护结构的保温能力外,还应适当增加分户隔墙及上下楼板的保温蓄热能力,还要解决好建筑美学与建筑节能之间的矛盾,防止过大的窗墙比。《节能设计标准》中已经规定了住户节能措施:实行室温调节、分户热计量。目前,自控技术和自控元件技术已经成熟,在许多建筑设计中得到了广泛的应用。供热系统控制引入合理的自控系统,就可以根据实际需要,提供适量的热量,不会造成能量的浪费。例如,当办公建筑在非工作时间时,供暖系统可按值班温度供暖,也可根据环境温度的变化,增大或减少供热量,保温蓄热好的房间甚至还可以暂时停止供暖,从而达到节能节电的目的。
5. 结论
电作为建筑供热能源,方便、洁净,具有良好的易输送性和易控制性,应该有着很好的发展前景。笔者通过调研认为还应从以下几点关注这个问题,才能使电供热得到一个理想的发展空间。首先,应了解国家有关节能政策和指导方针,其次,应注意国家和政府的政策导向,政策导向就是今后的工作指导方向。如环保政策、峰谷电价政策、分户热计量政策等,第三,应充分利用经济杠杆作用,推动电蓄能建筑的建设,大力研究开发建筑蓄能技术和储热装置;第四,大力提倡使用热泵供热和冷热电联供这种高效方式,鼓励建设由小型机组组成的区域冷热电联供中心;第五,大力开发新型高效电供热的产品,提高产品竞争能力。我们相信,在不久的将来,电供热将占据更多得供热份额,成为建筑供热的主力军之一。

主要参考文献:
1.《浅谈电供热的发展方向》 邵宗义 2002.11《全国暖通空调学术年会论文》
2.《电采暖应用及经济分析》 刘靖等
3.《电供热发展浅析》 宋孝春《暖通空调》 2002.1

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