采暖供热系统的应用浅析Word文件下载.docx

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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，取而代之的几种可能的采暖形式主要有集中供热的电锅炉、大型电动热泵和燃气锅炉房以及分散在用户房间内的家用燃气炉、电暖器等（见图1）。

同时，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。

为此，本文将对上述采暖系统形式的应用作初步的分析与探讨。

二、采暖供热系统能耗经济性

1. 

能耗

　　传统采暖系统消耗的能量是燃料，而电动采暖系统所消耗的能量是电能。

因此，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。

图2为采暖系统在单位供热量与相应的一次能量之间的能量平衡图。

其中η为采暖系统供热效率，即供热量与输入能耗之比。

对于热泵系统，η为热泵性能系数与系统管道效率之积，对于锅炉供热系统，η为锅炉采暖系统的热效率与系统管道效率之积，对于热电厂，η为热电厂供热量与燃料量之比；

ηe为热电厂的发电效率。

表1采暖系统有关参数的取值

采暖初投资（元/kW热）

供热

效率

热源

管道

末端

合计

传统

采暖

家用燃气炉灶

500

100

200

800

0.90

燃气锅炉房

1000

300

1500

热电联产

3000

3700

0.55

电炉

普通电暖器

-

1.00

相变蓄能电暖器

2000

电锅炉

0.95

热泵

家用热泵

1200

2.60

大型热泵

其他

参数

热电联产发电效率

　0.20

电力系统发电效率

　0.33

天然气管网追加投资（元/kW热）

　600

煤价（元/kWh）

　0.035

天然气价（元/kWh）

　0.141

折旧率

　0.07

　对于锅炉采暖系统，单位供热量b为：

　　对于热电联产系统，1/η份的燃料在提供1份热量的同时，又发出ηe/η份电量。

如果这些电由电力系统中其他电厂产生，则需耗费的燃料量为为电力系统发电效率。

于是，单位供热量热电联产系统的一次能耗为：

　　对于电动采暖系统，所耗电能由电力系统提供，于是：

　　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。

图3给出各系统的一次能耗率，其中有关参数的取值见表1。

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[2]。

电力负荷高峰期和低谷期电能价值当量是不同。

图4给出了我国某电网小时级电能价值当量典型日分布。

　　对于热电联产系统，年运行成本由下式获得：

　　其中，k为热电联产系统初投资，元/kw（热）；

r为折旧率；

f为燃料费；

e为热电厂发电的电能价值当量，元/kw.h。

　　而燃气锅炉采暖系统，年运行成本由下式计算：

　　对于电动采暖系统，年运行成本可计算为：

　　初投资取值如表1所示，其中热源投资对于集中供热系统包括设备和土建两部分，电能价值当量取值如图4。

图5给出各采暖系统的年运行费。

可以看出，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，系统初投资和效率与表1中的值会有所不同，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。

目前，天然气的进京，环保意识的加强，使得燃气锅炉在北京的应用和推广成为可能。

另外，燃油、气锅炉运行调节灵活，尤其家用以壁挂气炉，可根据人们的作息情况随时做启停和供热量调整，从而减少了系统运行的最大采暖负荷小时数，节省了燃料量和运行费。

但是，当考虑到天然气管网的追加投资，燃气锅炉采暖系统的初投资会明显增高。

在运行费方面，由于油、气等燃料价格昂贵，系统的一次能耗也较高（如图3），使得燃油、气锅炉的运行费昂贵。

因此，燃油、气锅炉采暖系统，尤其是集中式燃油、气锅炉供热的推广和应用，应在深入的技术经济分析基础上慎重进行。

　　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。

如果有关参数取值如表1，对于相同的最大采暖负荷小时数，在所有采暖形式中，热电联产一次能耗是最低的。

这使得热电联产系统的环境污染也很小。

同时，在电力短缺时，热电厂在供热的同时发电上网，相当于减少了电力系统相应投资。

从整体上看，热电联产具有很好的经济性（如图5）。

因此，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。

由图5可知，电锅炉系统的运行成本明显高于其他采暖系统。

而且电锅炉采暖系统单位供热量的一次能耗在所有采暖形式中是最高的。

因此电锅炉采暖的使用应严格限制，即使是在电力富裕的时期。

因为电力过剩往往使短期性的，随着经济的发展，这种过剩将会消失。

何况电锅炉能源转换效率极低，大量使用是不符合我国可持续发展的能源政策的。

　　●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，见图5。

同时，家用电暖器不需象集中供热那样要有专门人员对采暖系统进行管理、运行和维护，也没有集中供热中所存在的计量受费难题。

而且电暖器不会对使用地区产生污染。

但是，电暖器存在着单位供热量一次能耗大的缺点（见图3），运行成本也高于一般的采暖系统。

由于房间电路容量较小，因而当采暖负荷较大时，存在用户电路改造问题。

在采暖效果上，电暖器采暖的舒适感不如传统的水暖散热器。

所以，电暖器的使用应根据用户实际情况加以选择，不宜盲目推广。

　　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。

　　电动热泵能源转换效率明显高于电炉，在外界输入能量W（电能、热能）的情况下，机组从低温环境中吸收热量Q1，并将这部分低位热量提升为高位热量Q2（Q2＝W＋Q1）而加以利用。

如果机组的性能系数（COP）为2，则消耗1个单位的能量可获得2个单位的热量，所以单位供热量一次能耗明显低于电炉采暖系统（见图3），使得运行费也低于电炉。

对于家用电动热泵，用户可根据需要自行调节热泵的启停，因而可进一步节省运行费用。

　　由于对于夏季同时需要空调的地方，如商业建筑，热泵系统可同时满足全年的冷热负荷，热泵采统用于采暖的投资会明显降低，可认为是热泵相对于空调系统所追加的投资（本文取为200元/kW）。

因此，兼用制冷的热泵系统与纯采暖相比年运行费要明显降低。

　　以上对热泵的分析中对性能系数的取值较低，适合于风冷热泵。

而水源热泵在制热时从水中吸取低位热能，其性能系数一般要高于风冷热泵，因而运行成本将会更低。

另外，热泵系统具备电热炉所拥有的不对使用地产生大气污染、安装运行简便以及占用面积小等优点。

电动热泵采暖供热系统已在世界许多地方得到应用，尤其在北欧、美国和日本等地区的使用更为广泛。

例如，瑞典许多地区使用了以地下水为热源的热泵供热系统。

　　与燃气锅炉相比，热泵采暖在经济和能耗方面并不占有明显优势，但从国家角度看，作为发电主要能源的煤要比天然气丰富得多、廉价的多，因而从这一角度看，电动热泵的应用比燃气锅炉更适合我国的国情。

目前普遍存在的电力过剩也会给电动热泵的发展起到推动作用。

　　但是，电动热泵系统的不足之处是设备运行性能易受环境条件的限制。

风冷热泵对气候的要求较高，一般不适于冬季气温寒冷的城市采暖供热。

随着气温的降低，热泵的出力反而减小，因而往往需要辅助加热装置，如图6所示。

一般环境温度在-5℃以下后，热泵的工作状态明显恶化，在一定的温湿度条件下会在空气侧换热器翅片管的表面结霜。

水源热泵在需要同时制热制冷的场合使用较为有利，在有清洁的江河湖水