采暖供热系统的应用

摘要：随着环保要求的提高和电力峰谷差的拉大，燃煤锅炉采暖受到严格限制，而其他采暖形式，如燃气采暖、电动采暖和蓄热的应用，开始受到关注。本文对热电联产、燃气锅炉、电炉、电动热泵以及蓄热的应用前景做初步的分析与探讨。

关键词： 采暖蓄热应用

中图分类号：TU832 文献标识码：A 文章编号：

一、引言 近年来，我国大气污染日益严重，人们要求保护环境、净化天空的呼声日益增高，而北方冬季城市空气污染的重要来源是采暖燃煤锅炉所排放的粉尘和有害气体。与此同时，许多地区电力出现了相对过剩、电力峰谷差不断拉大的现象。例如，东北电网系统的最大峰谷差已是最大负荷的37%，而华北电网已达峰负荷的40%[1]。为解决电力系统的这种供需矛盾，电力系统用户侧和发电侧均采取了一定措施。在发电方面，一大批初投资巨大的抽水蓄能电站、运行费昂贵的燃油燃气尖峰电站相继建成并投入调峰运行，甚至一些高参数的大型火电厂也以被迫降低发电效率为代价而参与电力调峰。同时，电力系统也加强了用户侧管理。例如，采取分时电价，鼓励用户在电力低谷时多用电，在电力高峰时少用电。 因此，在环保要求高的城市采暖供热中，燃煤锅炉房或燃煤炉灶将严格限制使用，为减小电力网发电的峰谷差，也可考虑在供热系统中设置蓄热装置，使得在满足采暖要求的同时，对电力负荷起到削峰填谷的作用。

二、采暖供热系统能耗和经济性 1. 能耗 为更全面分析各采暖系统效率，采用一次能耗率作为所耗能评价指标。一次能耗率即单位供热量所消耗的一次能源量。系统一次能耗率表示单位供热容量的采暖系统单位时间能耗，它反映出在考虑可调节系数后采暖系统的能源利用效率。可以看出，设置蓄热器的电锅炉采暖一次能耗最大，电锅炉由于没有蓄热损失而一次能耗次之，考虑到可调节系数，电暖器的一次能耗小于以上两种采暖系统。热电联产系统的能耗最小。家用燃气炉和家用热泵虽然能耗明显高于热电联产系统，但由于可调节系数的影响，其一次能耗率与热电联产系统相近。

2. 经济性采暖供热系统的经济性可从单位供热容量年运行成本加以评价，年运行成本C由初投资的折旧和运行费组成。为使问题更加简明，在运行费中仅考虑能耗费。在经济分析中，采暖系统消费和产生单位电量的价值在不同时刻是不同的。小时级的单位电能生产和消费的价值可由电能价值当量衡量和反映。电力负荷高峰期和低谷期电能价值当量是不同。电炉采暖的年运行费远高于其它系统，而热电联产的经济性则是所有采暖系统中最好的。其它采暖形式之间的经济性差别不十分明显。对于具体的采暖系统，各地的能源价格的制定也存在差别，因此，除了热电联产经济性经济性明显偏好、电炉采暖的经济性明显偏差外，其它采暖系统经济性应根据具体情况加以分析和评价。三、各采暖系统应用分析1. 传统采暖供热系统 传统的采暖供热系统主要有锅炉采暖系统和热电联产集中供热系统。

1） 锅炉采暖 包括以锅炉房为热源的集中供热系统和分散在各用户房间的家用炉灶。按燃料分又有燃煤锅炉和燃油、气锅炉（燃油、气锅炉房和家用壁挂气炉）等。 燃煤锅炉 包括燃煤锅炉房和家用小煤炉。家用小煤炉由于投资小、燃料价低而在小城镇的分散住宅使用较多，燃煤锅炉房则主要应用于一个小区的独立供热或承担大型区域供热系统的尖峰负荷。燃煤锅炉运行成本低，在我国城镇采暖中使用最为普遍。但是，由于能源转换效率很低，对大气的污染在所有采暖系统中是严重的，因此这种采暖形式在环保要求高的城市，尤其是北京的使用，应严格加以控制。 燃油、气锅炉 包括应用于小区或单个楼宇采暖的集中式燃油、气锅炉供热系统和以壁挂气炉等形式设置在房间内的家用燃气炉等。由于天然气等是清洁燃料，这种采暖系统的环境污染远小于燃煤系统。

2） 热电联产供热系统以热电厂为热源的区域供热系统，常见形式是热电厂中汽轮机的抽汽或背压排汽通过热交换器将热量传递给热水，并通过热网输送到各采暖用户。热电厂将高品位的热能用于发电，低品位的热能用于供热，因而能源转换效率高。在保证全年充足热负荷的前提下，应鼓励热电联产的建设和现有热电厂的运行。2. 电动采暖系统1） 电炉采暖 电锅炉 属于集中式的电采暖系统，多用于一幢楼宇或建筑密集的商业小区供热。与传统集中供热方式一样，在该系统中，热水被电锅炉加热后由热力管道输送至各用户房间。

电暖器 一般设置在用户房间内，主要形式有电热微晶玻璃辐射取暖器、电热石英管取暖器、电热油汀等普通电暖器和具有蓄热功能的相变蓄热电暖器等。由于省去传统采暖系统中的热力管道和散热器，一般电暖器的投资明显较低。而且电转换为热后可直接用于采暖，转换效率为100%，避免了电锅炉采暖中因中间介质（热水）而造成的热损失。在运行方面，这种采暖装置调节灵活，使用方便，用户可根据需要对采暖装置的启停随时控制，因而可减少采暖季装置运行时间，进而可减少采暖运行费。因此，电暖器的经济性要好于电锅炉采暖系统。

2） 电动热泵 包括大型电动热泵和家用电动热泵。大型热泵可使用于一幢楼宇的采暖或作为区域供热的热源。对于大型热泵，可在热源处设置蓄热器。家用热泵可设置在各房间内，夏季作为空调冷源，冬季作为采暖热源，启停调节灵活方便。3）利用蓄热（TES）的电动采暖系统电动采暖系统的应用和推广，应以电力相对富裕为前提。实际上，电力方面最突出的问题是峰谷差的不断拉大。如果电采暖系统仅在电力低谷期运行，则会削减电力负荷的峰谷差，有利于电力网的安全稳定运行。从经济上看可使用便宜的谷价电能，使电采暖系统运行成本的大幅度降低。而要实现电采暖系统电力低谷运行，则需要利用蓄热装置。

四、结论在大气污染日益严重、电网峰谷不断拉大的形势下，城市采暖供热应选择合理的形式和运行方式，在保证供热效果的同时，为环保和电力作出贡献，实现整体效益的最大发挥。在所有采暖供热形式中，传统的燃煤锅炉采暖虽然运行成本低，但会造成大量粉尘和有害气体的排放，对大气的污染最为严重，因而应严格限制在市区的使用。电炉采暖能源转换效率低，耗电量大，经济性最差。所以应严格控制使用。但是电暖器启停调节灵活，可减少最大采暖负荷小时数，在使用区对环境不产生污染，因而对于采暖需求时间短的用户，可以考虑选择采用电暖器。电锅炉系统能耗和经济性等方面都明显不如其他采暖系统，不宜鼓励使用。 以热电厂为热源的区域供热系统有明显的经济优势。当充分保证热电厂全年拥有足够热负荷的前提下，应优先考虑热电联产供热系统的使用。燃气锅炉虽然是解决环境污染问题的一种采暖途径，但运行成本高，燃气管道的建设会增加系统初投资。因此，燃气锅炉的使用应慎重进行。电动采暖装置增加蓄热装置后，可对电网起到削峰添谷的作用，但会导致采暖系统的初投资、能耗和占地面积增加等问题。在电力峰谷差不断拉大的今天，蓄热在电动采暖中的应用应该引起充分重视。

热泵应作为解决环境污染问题的有效途径，鼓励在气候条件或水源条件允许的地区加以使用。热泵的使用在多数地区刚刚起步，应在试点工程积累运行经验后再加以推广应用。

参考文献

[1] G.培克曼等著 蓄热技术及其应用 机械工业出版社

[2] S. HORII et al., Optimal Planning of Gas Turbine Cogeneration Plants Based on Mixed-integer linear Programming. International Journal of Energy Research Vol. 11. 1987

[3] 张寅平等 相变蓄能电暖器专利申请书 申请中 清华大学热能系暖通空调实验室

[4] 汪训昌 蓄冷空调移峰填谷及节电 中国能源 1996.11

[5] Mao-Song Yen Time-of-day electricity Pricing Using Optimal Mix of Generation system CIRED'93,Bermingham,May,1993.