研究南方最具有代表性的四种供暖方式
2014-07-15 16:19 来源：来自互联网，中国壁挂炉网编辑发布 浏览量：8411
随着城市环保要求的日益提高，能源供应结构逐渐变化，加之建筑节能和计量收费改革的推进，供热供暖方式日益多样化。目前存在的各种供热方式都有其存在的合理性和适用条件，在选择供热供暖方式时，应综合考虑当地气候条件、环保要求、燃料结构、能源效益和经济承受能力等因素。根据南方供热方式的实际特点，选取最具代表性的热泵供暖，燃气壁挂炉供暖，电热供暖，集中热源低温辐射供暖，共4种供暖方式进行比较研究。
1 热泵供暖
热泵空调是以建筑物内的空气调节(包括供热和制冷)为目的，利用周围环境作为空调冷热源的系统，通常把它们分为地源热泵和空气源热泵两人类。
我国独特的地质构造、地壳热状况及水文地质条件，决定了我国地热资源的主要类型为断裂型，呈现出藏滇、滇川、东南沿海及台湾等几个地热密集带。我国地热资源分布图显示，南方地热资源较为丰富，为地热供暖创造了有利的资源条件。
图1 我国地热资源分布图
图2 双级耦合热泵工作示意图
热泵通过做功使热量从低温介质流向高温介质，可满足冬季供热和夏季制冷两种要求。空调系统在冬季以热泵的模式运行，省去了锅炉和锅炉房，节省了部分投资,全年仅使用无二次污染的电能，减轻了当地的大气污染，但污染有向上游(电厂)转移的趋势，全年能效比较高。
空气源热泵在我国长江黄河流域应用十分广泛。但是，随着室外温度的降低，热泵机组的COP值将明显下降。风冷换热器受到环境温度变化的影响，当温度低于0℃时翅片表面易结霜，导致机组不能正常工作。因此，空气源热泵在结霜条件下运行时需适时除霜。但是，受热泵的节能特性的吸引，业内人士极力扩大其应用范围，其中在南方地区应用较为广泛的双级耦合热泵的概念其系统见图2。
空气源热泵与传统供暖系统相比，是一种热量循环的供暖系统，可实现能源、经济和环境的协调发展，符合能源可持续发展战略。
近两年，随着西气东输三线工程的完工，在一些气源较为充足南方地区，户式燃气炉供暖方式的发展方兴未艾。
图3 壁挂炉供热示意图
户式燃气炉以天然气、液化石油气、城市煤气作为能源。这种供暖方式供暖灵活方便、随开随热、升温快、供暖时间及各房间温度可调性强、可独立计量。此外，户式燃气炉最大的优点在于可满足市民冬季供暖和全年生活热水的双重需求。天然气本身虽然是清洁燃料，所以这种供暖方式与燃煤炉供暖相比，对环境造成的污染相对较小。与各种热泵供暖系统相比，运行较为稳定。
壁挂式燃气锅炉供暖方式主要优点是体积小，结构相对简单，清洁燃烧，污染物少，效率较高、节能，均配有温控器，无人时可降低室内设定温度，调节灵活，用户可根据需要自行调节室温，计量简单，将供热计量简化为燃气计量，无需设置外网，避免了管网热损失。
3电加热供暖
这里所说的电加热供暖主要包括发热电缆地面辐射供暖、低温辐射电热膜电热供暖和各种类型的电散热器。这些电供暖方式的优点是均可实现分户分室控制，可控性强，有利用南方供暖的行为节能。
发热电缆和电热膜供暖一般具有以下优点：1）舒适性：通电加热时墙壁、家具表面吸收了能量，表面温度高于空气温度，减少了环境对人体的冷辐射，室内空气温度较均匀；2）安全性好：电热膜表面温度不高，不会发生烫伤事故，且防腐防潮；3）洁净卫生：室内空气流速低，空气比较干净；4）无噪音：没有燃烧和机械设备，属于较环保的供暖方式；5）节约用地：免去了锅炉房、储煤场等，减少了室外占地；不需要散热器，减少了系统占用面积；6）分户计费：电热膜供暖可控制和准确计量用电量。但从能源品位的角度看，直接把高品位的电能转化为低品位的热能，浪费了大量的有用能，是很大的能源浪费。以目前我国大型火力发电厂的平均发电效率为34 %，即使直接电热的热电转换效率为100%，折合燃煤效率也只有34%。
图4 发热电缆施工示意
4.集中热源低温辐射供暖
低温辐射地板供暖技术对作为一种新的供暖形式，近年来发展很快。与普通的热泵驱动的空气循环式供暖系统相比，低温辐射地板供暖将地板作为与室内空间进行热交换的媒介，其中有超过50%的换热是直接通过地板表面的长波辐射进行的。同时，由于这种系统对热源温度的要求较低，目前太阳能、地热能等多种新能源都可以与之有较好的匹配，具有很大节能潜力。同时，由于辐射热交换比常规供暖系统中占主导的对流热交换更高效、反应更快，地板供暖的舒适性也较好。
低温地板辐射供暖是一种利用建筑物内部地面进行供暖的系统，以低温热水作热媒，通过埋设于地板内的管材加热，实现大面积均匀地向室内人体、家具及四周维护结构进行辐射换热，辅以对流换热来达到加热室内空气，从而使其表面温度提高，造就一种符合人体舒适要求的室内热环境。系统构造示意图如下。
低温热水地板辐射供暖方式能够有效地利用低位能源，具有热性能稳定、室温均匀、舒适、节能、免维护、管理方便等特点，与传统供暖方式相比具有高效节能、舒适卫生、热稳定性好，等优点，是一种理想的供暖方式。在南方地区，随着工业余热利用程度增加，太阳能供暖，热泵等低温热源应用范围逐渐扩大，这种以辐射为主的供暖方式也会不断增加。
图5 低温辐射供暖系统示意图
5多种供暖方式的技术经济比较
对不同供暖方式的经济性评价，是供热工程技术与经济的有机结合。供热工程为本课题提供了必要的物理模型，即需要分析的对比方案，而技术经济学则为问题分析提供了工具。在供暖方式的比选中，选取有代表性的方案进行比较具有现实意义。本文以上四种技术成熟、应用较广的供暖方式进行比较[3]：
方案1：以壁挂式燃气炉为热源散热器供暖方式;
方案2：热泵供暖方式;
方案3：电热膜供暖方式;
方案4：集中热源低温地板辐射供暖方式。
供热规模与热负荷指标不同将直接影响到供热系统总投资和年运行费用，为了使各方案具有可比性，考虑到目前的节能建筑比重较少，另外为发展留有余地，统一对比标准将单位面积热负荷指标均定为64 W/m2，作为耗热量的计算依据。
为了增强各对比方案间的可比性，可以设定一些所有系统所共有的因素:
1）建筑类型均为住宅，室内设计温度均为18 ℃，连续供暖；
2）由于供暖热指标的一致性。各种热源热水供暖系统拥有同样容量的锅炉，以及相同规模的外网和室内系统。
3）建筑的结构、保温性能均相同。
假定：l、热电联产、集中锅炉房及户式燃气炉供暖方式中均采用相同型号的散热器；
2、低温热水地板辐射供暖方式中地面采用复合木地板；
3、假定对比方案的收益率均按i=12%计算，寿命期按20年计算；
4、电价按照0.6元/Kwh计算，燃煤价格为600元/t，天然气价格为2.2元/Nm3。
5、低温辐射供暖的热源为燃煤锅炉。
各种方案的初始投资分布如下：
方案一：不需要室外部分，所以室外投资为0。室内部分参考市场价格，100m2建筑使用一台价值7000元的壁挂式燃气炉，散热器和室内管线及各种附件的综合投资为28元/m2，为98元/m2；
方案二：取空气源热泵为分析对象，室外投资为0。室内部分鉴于普通住宅中采用中央空调的很少，本文考虑100m2的房子采用一台柜式空调器(双工况)(按3500元/台)和三台壁挂式空调器(双制)(按1500元/台计)，总价为80元/m2；
方案三：室外投资为0，借鉴相关文献[5]中的数据可知;室内投资为107元/m2；
方案四：此方案采用集中热源，室外投资同集中供热系统，为52.29元/m2。借鉴参考相关文献[6]数据可知：室内投资为70元/m2。合计为122.29元/m2。
经计算得出，方案1~4的初投资，并计算20年初投资的费用年值，和4个典型供暖系统的年运行能耗，及运行年费用，分布如下表
由计算可以看出，集中热源低温地板辐射供暖方式为最佳方案，之后依次为：热泵供暖、分户式燃气炉供暖、电热膜供暖。可以看出，虽然传统的集中供暖方式存在很多不利因素，但是从技术经济角度而言，其它所有热源形式的供暖系统都与之相差甚远。因此。当我们在很好解决热电联产和区域锅炉房中的节能、环保等问题以后，该热源形式具有巨大市场潜力。对于采用高品位能源如电能或天然气供暖的系统，其高额的运行费用。以上分析并没有考虑分散式供暖具有灵活的调节性能等因素，仅为从能源效率上分析得出的结果，在评价一种供热方式的市场潜能上略欠客观，全面。
在南方地区，以一次能源为热源的低温辐射系统最具经济竞争力，热泵系统和分散式燃气锅炉具有相当的经济竞争力，这也是目前该两种供热方式在南方地区应用较为普遍的原因。以直接电热为供暖方式的经济效益最差，和目前政策对其进行限制的初衷一致。
6研究结论
本文以当前南方供热的热点话题为切入点，从我国供热的区域特点方面阐述了南方实现集中供热所面临的难题，并以大量文献中的调研数据为依托，阐述了南方目前的供热现状；并以此为据，选择了典型的四种供热方式进行了技术描述和经济性分析，得出了南方供热系统以一次能源热源低温辐射供暖方式经济效益为最佳；热泵和分散式燃气锅炉放次之，但效益相差不大；直接电供暖经济效益最差，应尽量避免的结论。该结论也印证了当前国家对南方供暖政策的科学性，并和目前南方供暖的实际特点相呼应，具有实际的研究意义。
[参考文献]：
[1] 南方供暖[EB/OL]: http://baike.baidu.com/link?url=ccId750Fi0STpookHvWrXY_6xZ191i32BBQUmxEvC1JjQkHE_JJOnK42fsdPaVDvAcUtBjBjypA3CmCHaMq5Fq.
[2] 燕达.对南方住宅供暖方式的认识[R].第九届清华大学建筑节能学术周.清华大学建筑节能研究中心.2013.3.31
[3] 李志芳.住宅供暖方式综合性能比较研究[硕士学位论文].长安大学.2006年5月
[4] 陈广孚.城市多种热源供暖方式经济性评价[J]. 哈尔滨工业大学学报.2002,(3)：26~28.
[5] 付林，江亿.供暖供热系统的应用浅析[J].热能动力工程，2000,32(1): 459~463.
[6] Sang. ZhiPing. Total Energy System Analysis of Heating. Energy,2000,25(9):807~822.
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