淺談清潔能源在城市供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭澤強(qiáng)

摘 要 隨著我國(guó)城市發(fā)展速度不斷增快，清潔能源應(yīng)用率也在不斷提高，但現(xiàn)階段清潔能源的應(yīng)用技術(shù)和理念還不夠成熟，在進(jìn)行城市具體供熱工作時(shí)，仍存在許多問題，為了更好地順應(yīng)現(xiàn)代化城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，為供熱能源的有效轉(zhuǎn)變提供有效借鑒。本文對(duì)清潔能源應(yīng)用于供熱制冷系統(tǒng)中的作用進(jìn)行總結(jié)和分析，結(jié)合能源綜合應(yīng)用的實(shí)踐作為借鑒，為城市供熱能源的有效選拔提供充足的供能方案借鑒，更好地節(jié)約能源并降低能源消耗和環(huán)境污染問題。

關(guān)鍵詞 能源運(yùn)用 供熱制冷水平 清潔能源

中圖分類號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）10-0029-02

現(xiàn)代化的城市供熱建設(shè)水平不斷提升，通過集中性地能源供熱和廢物排放，減少使用煤炭鍋爐進(jìn)行取暖的方式，實(shí)現(xiàn)供暖技術(shù)的創(chuàng)新使用，優(yōu)化新型供熱系統(tǒng)，促進(jìn)城市更好發(fā)展，應(yīng)用清潔能源進(jìn)行整合和燃燒供熱，在大幅度降低能源浪費(fèi)和不可再生能源使用量的同時(shí)，也是順應(yīng)國(guó)家綠色可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用清潔能源進(jìn)行生產(chǎn)生活的要求的體現(xiàn)。

1 發(fā)展清潔能源供熱的重要性分析

供熱系統(tǒng)的運(yùn)行伴隨著大量能源消耗和污染物的排放，污染物被直接排放于地面和空氣中，造成了嚴(yán)重的土壤污染和空氣質(zhì)量水平下降，例如近年來霧霾現(xiàn)象持續(xù)不斷，污染性供暖能源的使用嚴(yán)重影響著人們正常的生活，而應(yīng)用新型能源，通過綜合性能源應(yīng)用檢測(cè)，利用科學(xué)比例配比的清潔能源作為供熱原料，在改變單一清潔能源運(yùn)用中供熱效果存在的漏洞的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了綜合性能源應(yīng)用，也是響應(yīng)國(guó)家綠色健康生活，推進(jìn)清潔能源發(fā)展的重要實(shí)踐，為今后清潔能源的發(fā)展提供有益借鑒。

清潔能源屬于環(huán)境友好型資源，在燃燒或其他使用過程中不會(huì)產(chǎn)生污染物，大大提高了環(huán)境質(zhì)量水平，也是現(xiàn)代化綠色可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)用研究能源類型，如何更好地運(yùn)用清潔能源，例如可再生能源的有效配比綜合運(yùn)用以提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)能源使用成本的降低顯得尤為重要。

2 供熱能源的種類及使用供暖能力評(píng)析

清潔能源種類較為復(fù)雜，包括的供暖項(xiàng)目也有許多類型，主要有電廠電熱聯(lián)合供電、鍋爐供暖、渣水余熱供暖、電蓄熱鍋爐、冷卻水供熱等供暖方式實(shí)現(xiàn)清潔能源對(duì)熱量的供應(yīng)。

2.1 電蓄熱及空氣源應(yīng)用分析

采用空氣源熱泵的供暖方式，其裝置安裝具有充分的靈活性，且需要的建設(shè)資金較低，能夠起到良好的節(jié)能作用。傳統(tǒng)的空氣源熱泵應(yīng)用存在一些缺點(diǎn)，例如可能會(huì)存在空氣溫度過低而出現(xiàn)機(jī)械結(jié)霜現(xiàn)象，影響熱泵的正常使用。而現(xiàn)階段通過應(yīng)用蓄能新技術(shù)對(duì)熱泵機(jī)械進(jìn)行蓄能工作，能夠在低溫條件下提高熱泵的表面溫度，降低發(fā)燒結(jié)霜的可能性[1]。

本文主要介紹了采用新型蓄能技術(shù)在空氣源熱泵應(yīng)用的幾項(xiàng)注意事項(xiàng)：一是自行蓄熱除霜系統(tǒng)建設(shè)工作，由于空氣源熱泵應(yīng)用于寒冷的環(huán)境中，溫度過低將造成機(jī)械結(jié)霜的可能性，而將熱泵機(jī)械內(nèi)的蒸發(fā)器換為冷凝器，能夠?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)生更多的熱量，降低機(jī)器產(chǎn)生霜體的可能性并降低在空氣源熱泵運(yùn)行過程中生霜對(duì)整體機(jī)械應(yīng)用的影響;二是蓄能技術(shù)應(yīng)用范圍較為廣泛，可以通過太陽能或熱水機(jī)機(jī)組的方式進(jìn)行蓄能工作，更為節(jié)能環(huán)保，同時(shí)應(yīng)用蓄能技術(shù)能夠更好地對(duì)熱氣進(jìn)行充足的供給工作，降低熱量需求與供暖供給之間出現(xiàn)不平衡的可能性，為熱泵系統(tǒng)電量負(fù)荷調(diào)節(jié)起到重要作用。

通過國(guó)內(nèi)對(duì)顯熱蓄能工作的充分研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用蓄熱水箱對(duì)傳統(tǒng)的空氣源熱泵機(jī)械進(jìn)行改造工作，對(duì)于提高熱泵的制熱效果，保障機(jī)械散熱性能的更好發(fā)揮是非常重要的。通過相變蓄熱除霜低谷電價(jià)儲(chǔ)能供熱工作，更好地實(shí)現(xiàn)空氣源熱泵的蓄能工作，采用雙耦合電熱泵機(jī)組，在耦合熱泵的中間環(huán)路上設(shè)置蓄熱水箱，利用熱水箱中的熱量進(jìn)行機(jī)械除霜工作，同時(shí)也能提高雙極耦合機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過對(duì)中間水環(huán)路的改進(jìn)以提高雙極耦合機(jī)組在低溫下的應(yīng)用性能。

2.2 固體蓄熱式電鍋爐供暖工程

固體蓄熱式電鍋爐控制系統(tǒng)通常利用PLC控制器實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于抗干擾能力強(qiáng)、通用性強(qiáng)、編程難度小且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，因此成本更低，設(shè)計(jì)、調(diào)試和施工的周期也更短。系統(tǒng)對(duì)蓄熱體溫度、室內(nèi)外溫度、供回水壓力與溫度、送回溫度等信號(hào)進(jìn)行收集，依據(jù)室內(nèi)外溫度和實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，使用戶用熱需求更好地得到滿足。

固體蓄熱式電鍋爐供暖工程控制要求：循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵和備用泵間自行切換，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能;水泵都具有缺項(xiàng)保護(hù)、短路保護(hù)和過載保護(hù)功能;水泵若發(fā)生故障停止運(yùn)行可手動(dòng)進(jìn)行復(fù)位操作;電鍋爐具備缺項(xiàng)、短路、電流過流、斷水、超壓超溫等保護(hù)功能，同時(shí)具有報(bào)警功能;當(dāng)電鍋爐負(fù)荷突然增大時(shí)很可能導(dǎo)致電網(wǎng)受到負(fù)面影響，因此電加熱管分組進(jìn)行加載，可以設(shè)置每組電加熱管延遲啟動(dòng)時(shí)間，分組啟動(dòng)可手動(dòng)或自動(dòng)控制;可實(shí)現(xiàn)用戶結(jié)合個(gè)人需求對(duì)蓄熱和供熱時(shí)間段的設(shè)定;電鍋爐出水溫度的控制可由用戶自行控制。

固體蓄熱式電鍋爐如今應(yīng)用較為廣泛，在工程設(shè)計(jì)中電鍋爐蓄熱體數(shù)量偏少，氣-水換熱器設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)型號(hào)選擇不夠科學(xué)合理等問題時(shí)有發(fā)生，在固體蓄熱式電鍋爐運(yùn)行過程中，放熱周期完成前，供暖熱負(fù)荷顯然要比輸出功率要高，而且高出幾倍到十幾倍，因此室內(nèi)溫度并不理想，蓄熱量有效值也偏低，因此需要補(bǔ)熱。固體蓄熱式裝置的主要構(gòu)成部分包括配電柜、換熱器、保溫層、隔熱層、通風(fēng)道、循環(huán)風(fēng)機(jī)和熱電阻等。保溫箱采用珍珠巖保溫隔熱材質(zhì)制作而成，熱能泄漏可以控制在每天低于2%的水平。蓄熱磚材質(zhì)以氧化鎂為主要材料的高溫?zé)Y(jié)磚體，其熔點(diǎn)為 2540℃，沸點(diǎn)為 3520℃，長(zhǎng)期安全使用溫度可以達(dá)到 500～600℃，該材料的密度在 2.85g-3g/cm3，比熱容在 0.3cal/g·℃，單位體積蓄熱材料的蓄熱能力約為常壓水的17.5倍。固體氧化鎂蓄熱磚本身還是一種很好的高溫絕緣材料，設(shè)備可以直接使用 10kV 高壓電源作為加熱電源?？傊腆w氧化鎂磚高溫蓄熱電裝置可以更好地發(fā)揮出儲(chǔ)能材料的性能，相應(yīng)機(jī)房尺寸也可以縮小，對(duì)于降低工程造價(jià)是十分有利的。

加熱材質(zhì)為合金熱電阻，使蓄熱和放熱性能更好。裝置外殼采用鍍鋅鋼板材質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行噴塑防腐處理。中央單元與其他構(gòu)成部分協(xié)同配合運(yùn)行，使機(jī)組整體實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)轉(zhuǎn)。

固體蓄熱式電鍋爐裝置由三個(gè)過程構(gòu)成，分別為蓄熱、運(yùn)熱和放熱。熱源為棄風(fēng)電力，中央控制單元、水循環(huán)、空氣循環(huán)和蓄熱體是最主要的四個(gè)構(gòu)成部分。工藝流程按照先加熱、固體蓄熱儲(chǔ)存、取熱、熱交換和供熱尾端的順序進(jìn)行。此項(xiàng)技術(shù)所處地區(qū)蓄熱時(shí)間段通常在晚上23：00到第二天早上7：00點(diǎn)之間，低谷電持續(xù)8個(gè)小時(shí)，在此期間機(jī)組內(nèi)熱電阻完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，獲取到的熱量在氧化鎂蓄熱介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，蓄熱溫度最高可以超過800℃以上。合金鋼箱是用于存儲(chǔ)蓄熱的介質(zhì)，在其內(nèi)側(cè)包裹多層保溫隔熱材質(zhì)，使熱量損失情況得以避免，進(jìn)而提升熱量利用率?？勺兯亠L(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣使其在風(fēng)道中循環(huán)，從高溫蓄熱磚經(jīng)過將熱量帶走而得到高溫空氣，然后經(jīng)由機(jī)組底部的氣-水換熱器實(shí)現(xiàn)熱量向水循環(huán)系統(tǒng)的傳遞，循環(huán)水加熱之后在循環(huán)泵的作用下向輸熱管線傳遞，最終完成供熱。固體蓄熱式電鍋爐性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有很多，其中有效蓄熱量是最重要的指標(biāo)之一。蓄熱式電鍋爐正常運(yùn)行的狀態(tài)下，一般電鍋爐內(nèi)部蓄熱量有效性的評(píng)估和判斷是通過換熱器進(jìn)出口的溫差來進(jìn)行的。固體蓄熱式電鍋爐蓄熱性能可以通過有效蓄熱量來體現(xiàn)，也就是有效蓄熱量越大則固體蓄熱式電鍋爐蓄熱性能越好，因此有效蓄熱量的提升是固體蓄熱式電鍋爐設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程高度重視的內(nèi)容，說明電能在使用的過程中會(huì)有很多熱能提供給需求端應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)性更為顯著[2]。

2.3 清潔能源供熱的借鑒

采用清潔性的能源進(jìn)行城市的供暖工作，能夠最大限度地提高城市資源利用的環(huán)保和可持續(xù)性，是值得進(jìn)行城市資源利用推廣的供暖方法，對(duì)于更好的滿足城市居民的供暖需求，并帶動(dòng)相關(guān)企業(yè)的良好發(fā)展，都是非常重要的。也是順應(yīng)我國(guó)綠色可持續(xù)發(fā)展要求的重要實(shí)踐，國(guó)家也可采取一定的政策進(jìn)行積極的鼓勵(lì)和支持，推進(jìn)新型清潔能源供熱技術(shù)的不斷提升。并提供一定的資金保障研究的順利開展，同時(shí)可以建設(shè)多種供熱方式相結(jié)合的供熱體系，通過優(yōu)化清潔能源供熱系統(tǒng)，更好地提高城市供熱水平，不斷提升供熱的安全穩(wěn)定性，保障充足的熱源儲(chǔ)備，更好地滿足居民的保暖需求。

同時(shí)城市可以建設(shè)充足的機(jī)房和蓄水池等基礎(chǔ)性供暖設(shè)備，對(duì)于提高城市小區(qū)供熱水平也是非常重要的。在進(jìn)行供暖規(guī)劃前，應(yīng)設(shè)置熱源供熱的主要區(qū)域劃分，并通過針對(duì)性的供暖設(shè)備建設(shè)，不斷提高建筑的供暖水平。通過建設(shè)天然氣、電蓄熱等主要供熱設(shè)備，為城市主要熱源調(diào)配提供專業(yè)性的熱量傳遞場(chǎng)所，為電蓄熱供熱方式的更好發(fā)展提供有益借鑒。確保充足的熱量提供來源，也為城市供熱安全水平的提高提供重要基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

現(xiàn)有的供熱方式有許多種類，如何進(jìn)行最科學(xué)節(jié)約的供熱能源組合選擇，簡(jiǎn)化供熱步驟來適應(yīng)不同情況下的供暖要求，運(yùn)用多維度的指標(biāo)對(duì)供熱水平進(jìn)行能源節(jié)約和清潔性的評(píng)價(jià)。通過對(duì)近年來供熱方式的分析發(fā)現(xiàn)，采用集中性的大容量供暖能夠更好地起到能源使用量的控制，達(dá)到整體性能源資源使用控制的目的，也為推進(jìn)節(jié)約型能源運(yùn)用提供良好基礎(chǔ)，為可循環(huán)性環(huán)境建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。為能源節(jié)約性城市的更好發(fā)展提供借鑒，更好的滿足居民美好生活需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周梅.能源轉(zhuǎn)型背景下的新型供熱系統(tǒng)構(gòu)建[J].智能建筑與智慧城市，2021（06）：106-108.

[2] 劉強(qiáng)，梁曉云，王紅，洪倩倩.北方清潔供暖現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析[J].中國(guó)能源，2021（01）：17-22，41.