不同采暖系統(tǒng)的應(yīng)用及其能耗分析

摘要：本文對(duì)建筑不同采暖系統(tǒng)進(jìn)行了分類和總結(jié)，并對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，指出不同采暖系統(tǒng)在使用過(guò)程中存在的利弊，并對(duì)其能耗進(jìn)行了探討和比較，為新建筑和用戶選取采暖設(shè)備和方式提供指導(dǎo)和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：采暖系統(tǒng)應(yīng)用能耗

Application and energy consumption analysis of different heating systems

Xu Lianhong

Jinan Railway Vehicles Equipment CO.， LTD. 250022

Abstract: In this paper， the different heating systems of buildings are classified and summarized. Points out the advantages and disadvantages of the different heating systems through the analysis of its application conditions. Furthermore， its energy consumption is discussed and compared. These will provide some guidance and basis for choosing heating equipment and way for the new buildings and users.

Keywords: heating system; application; energy consumption

中圖分類號(hào)：Ｕ２６０文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-198X(2012)03(c)-0000-00

1引言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的日益增強(qiáng)，城市中采暖系統(tǒng)的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，因此，采暖系統(tǒng)方式日益多樣化。多種新型供暖設(shè)備和采暖方式的逐漸使用，不僅改善了建筑節(jié)能和室內(nèi)環(huán)境，而且也進(jìn)一步提高了住宅環(huán)境的品質(zhì)，為選擇最為優(yōu)化、最為適宜的采暖設(shè)備和形式提供了可能。

在選擇采暖設(shè)備和采暖系統(tǒng)方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮環(huán)保要求、氣候條件、燃料供應(yīng)條件、節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)承受能力等因素，使其具有合理性和適用性。因此，是否能夠準(zhǔn)確全面評(píng)價(jià)各種采暖設(shè)備和采暖系統(tǒng)方式，選擇最為合適的采暖方式，是一個(gè)重要且急需解決的問(wèn)題[1]。而為了達(dá)到這一目的，正確進(jìn)行能耗分析則是各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是進(jìn)一步進(jìn)行決策的基礎(chǔ)。為此，本文將對(duì)不同采暖系統(tǒng)形式的應(yīng)用及能耗作初步的分析和探討，為新建筑和用戶選擇采暖設(shè)備和方式提供指導(dǎo)和依據(jù)。

2各種采暖系統(tǒng)應(yīng)用分析

2.1 傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)

傳統(tǒng)的住宅采暖系統(tǒng)方式主要有以城市熱網(wǎng)、小區(qū)熱網(wǎng)或較大規(guī)模的鍋爐房為熱源的集中供熱系統(tǒng)方式和分散于各個(gè)用戶建筑內(nèi)的家用爐灶供熱系統(tǒng)方式。集中供熱系統(tǒng)方式現(xiàn)在仍是城市建筑住宅采暖的主要系統(tǒng)方式。該系統(tǒng)方式的優(yōu)勢(shì)在于能夠科學(xué)的充分利用能源，熱源也非常穩(wěn)定，通過(guò)熱網(wǎng)輸送到各個(gè)采暖用戶。它主要包括熱電廠供熱系統(tǒng)、燃油鍋爐、燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t等。傳統(tǒng)的采暖系統(tǒng)方式安全可靠、便于管理。但是，該系統(tǒng)方式也存在著一些弊端，制約并影響著集中供熱系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展。制約集中供暖系統(tǒng)發(fā)展的因素主要有[2]：（1）住宅的建設(shè)與供暖熱網(wǎng)建設(shè)難以同步進(jìn)行和相互協(xié)調(diào)發(fā)展；（2）初期投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用高、投資回收慢；（3）集中供暖時(shí)間固定，溫度不能單獨(dú)控制，距離供熱源的遠(yuǎn)近造成了供熱的不均勻性；（4）采暖費(fèi)用收取困難；（5）燃煤鍋爐能源轉(zhuǎn)換效率低，污染嚴(yán)重；（6）集中采暖系統(tǒng)方式按面積收取采暖費(fèi)， 不是按照用戶的能量消耗收取，具有一定的不合理性。

2.2 新型采暖系統(tǒng)

新型的采暖系統(tǒng)方式主要有以下幾種[3，4]：（1）家用電鍋爐；（2）電熱膜采暖；（3）蓄能式電暖器；（4）分戶式燃?xì)?、燃電采暖爐（即為壁掛爐）；（5）分戶式燃油鍋爐；（6）水源熱泵；（7）中央空調(diào)系統(tǒng)；（8）地板輻射式采暖。

家用電鍋爐屬于集中形式的電式采暖系統(tǒng)方式，一般用于單幢樓房或小型小區(qū)供熱。與傳統(tǒng)集中采暖系統(tǒng)方式類似，該系統(tǒng)通過(guò)熱力管道把電鍋爐加熱后的熱水輸送到各個(gè)住宅房間。電鍋爐采暖系統(tǒng)方式的能耗較高，能源轉(zhuǎn)換效率極低，運(yùn)行成本較高，因此，電鍋爐采暖系統(tǒng)的采用受到很大的限制。

電暖器主要放置在單個(gè)房間內(nèi)取暖，主要結(jié)構(gòu)形式有電熱石英管式取暖器、電熱微晶玻璃輻射取暖器、電熱油汀普通電暖器和蓄熱功能的相變蓄熱電暖器等。電暖器這種采暖系統(tǒng)方式安裝調(diào)節(jié)靈活、使用方便，不需要傳統(tǒng)集中采暖系統(tǒng)中的熱力管道和散熱器片，而且用戶可以根據(jù)氣溫情況控制采暖裝置的使用，因此可以縮短采暖季中采暖設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而可以節(jié)省采暖費(fèi)用。此外，電暖器的使用不需要集中供暖那樣需要專門(mén)人員負(fù)責(zé)采暖系統(tǒng)的運(yùn)行管理和維護(hù)，而且不會(huì)產(chǎn)生污染。但是，電暖器的運(yùn)行耗電量較大，采暖舒適感不如水暖供暖散熱器。因此，電暖器的采用需要根據(jù)用戶的實(shí)際情況加以選擇。

另一種采暖系統(tǒng)是電動(dòng)熱泵，設(shè)置在各個(gè)房間內(nèi)，即可在夏季作為空調(diào)制冷使用，也可以在冬季作為采暖熱源使用，啟動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行靈活方便。電動(dòng)熱泵主要有空氣熱泵、水環(huán)熱泵和地源熱泵三大類。空氣熱泵供暖，在冬季較低溫度條件下的供暖能力受到限制，因此需要根據(jù)該地區(qū)冬季最不利條件確定機(jī)組容量和輔助熱源，滿足用戶采暖的需求。由于地下水和一定深度下的土壤溫度常年穩(wěn)定在略高于年平均氣溫，因此可以作為地源熱泵供暖使用。該采暖系統(tǒng)僅僅適用于容積較低的建筑。地下水源熱泵使用的可行性，也需要根據(jù)是否具有可靠地下水源抽取及回灌條件，且要符合該地區(qū)水文地質(zhì)管理的要求。電動(dòng)熱泵采暖系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高，但它同時(shí)可以作為夏季空調(diào)供冷系統(tǒng)使用，不應(yīng)作為單一采暖功能的系統(tǒng)來(lái)看待。此外，電動(dòng)熱泵系統(tǒng)具有大氣污染小、安裝運(yùn)行簡(jiǎn)便且占用面積小的優(yōu)點(diǎn)。

電熱蓄熱采暖系統(tǒng)方式是在電網(wǎng)低谷時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為熱能，當(dāng)需要供暖的時(shí)候?qū)⑺畲娴臒崃抗┡ｋ姛嵝顭岵膳绞街饕桥溆行顭嵫b置的集中電熱鍋爐和可以用于分戶電采暖的蓄熱電散熱器。蓄熱裝置表現(xiàn)為供熱量和熱負(fù)荷之間的平衡關(guān)系，其作用是減小設(shè)備容量和提高系統(tǒng)效率等。目前，我國(guó)的蓄熱采暖系統(tǒng)應(yīng)用還比較少，主要集中于余熱或廢熱再利用等方面。

當(dāng)電動(dòng)熱泵或者電熱蓄熱采暖系統(tǒng)不能采用時(shí)，最好的直接電熱采暖方式為電熱膜輻射采暖系統(tǒng)方式。電熱膜輻射采暖是在合理的環(huán)境輻射溫度條件下，減少人體的輻射散熱量，生理熱平衡需要降低室溫以增加對(duì)流散熱量，所以較低室溫下輻射采暖可取得與較高室溫下對(duì)流采暖具有相同的舒適感。目前，由于電熱膜產(chǎn)品的輻射體表面的溫度過(guò)高，遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輻射體表面溫度的限制，導(dǎo)致“舒適度不高”，因此，其應(yīng)用受到限制。

地板輻射式采暖的熱舒適度明顯優(yōu)于電熱膜輻射采暖方式，能夠確保符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，因而可得到合理的房間溫度場(chǎng)分布，并且可以保持較好的室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。由于此采暖系統(tǒng)方式的投資費(fèi)用較高，因而限制了此種采暖方式在住宅中的推廣及應(yīng)用。

3各種采暖系統(tǒng)的能耗分析

3.1 鍋爐采暖系統(tǒng)

鍋爐采暖根據(jù)燃料不同有燃煤鍋爐和燃油、燃?xì)忮仩t。依據(jù)規(guī)模不同，燃煤鍋爐的效率有很大的差別，而天然氣鍋爐效率一般差別不大。這主要是由于煤是固體燃料，以表面接觸燃燒為主，其燃燒的完全性受到爐膛溫度的影響，爐膛容積越小爐膛的平均溫度越低，其燃燒越不充分。因此，燃煤鍋爐能源轉(zhuǎn)換效率很低，其供熱效率一般為55％～75％。而天然氣是空間燃燒，其效率主要與受熱面積、供熱介質(zhì)和換熱強(qiáng)化等因素有關(guān)，其熱效率高，一般在90％左右。此外，對(duì)于鍋爐采暖系統(tǒng)因采暖管網(wǎng)保溫不利、管道泄露導(dǎo)致熱量損耗及由于介質(zhì)溫度過(guò)高會(huì)造成不必要的熱損失，其效率會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致降低。

3.2 直接電熱系統(tǒng)

無(wú)論是電暖器、電熱膜，還是電熱鍋爐，僅從電熱轉(zhuǎn)換效率的角度來(lái)看，其熱效率幾乎為100％。但在由高品位的電能轉(zhuǎn)化為低品位的熱能過(guò)程中，會(huì)浪費(fèi)大量的有用能源。我國(guó)大型火力發(fā)電廠的平均發(fā)電效率僅為33％，所以可以認(rèn)為直接電熱系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換效率雖然為100％，但折合為煤炭效率也僅僅為33％。

3.3 電動(dòng)熱泵系統(tǒng)

電動(dòng)熱泵系統(tǒng)合理利用了高品位電能，使其綜合能源效率很高。在適合的水文地質(zhì)條件下，水源熱泵系統(tǒng)折合為燃煤效率高達(dá)99％～115％?？諝庠礋岜玫男阅軇t受戶外溫度影響很大，在寒冷地帶需要輔助電熱，但其折合煤炭效率仍為66％。

此外，無(wú)論哪種采暖系統(tǒng)方式，供熱規(guī)模越大，供熱環(huán)節(jié)越多，供熱能耗也就越大。采暖過(guò)程中的能耗主要有建筑能耗、不均勻熱損失、高溫?zé)崃芫W(wǎng)能耗和室外管網(wǎng)能耗。綜合考慮，雖然輸送環(huán)節(jié)熱損失很大，但燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)方式依然是各種采暖方式中能耗最低的。天然氣鍋爐的熱效率普遍較高，應(yīng)以小規(guī)模分散為佳。直接電熱采暖系統(tǒng)方式消耗高品位的電能，能耗在各采暖方式中是最大的， 應(yīng)限制甚至禁止電熱鍋爐供暖。

4結(jié)論

本文綜述了目前我國(guó)存在的各種采暖系統(tǒng)方式，并對(duì)其能耗進(jìn)行了分析。在選擇采暖系統(tǒng)方式時(shí)，應(yīng)從能源消耗、經(jīng)濟(jì)性、對(duì)環(huán)境的影響等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，根據(jù)每種采暖系統(tǒng)的適用條件與當(dāng)?shù)貙?shí)際條件的具體情況，選擇出最為優(yōu)化、最為合理與適宜的采暖系統(tǒng)方式。

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