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關(guān)于電熱采暖的多角度思考
1 電熱采暖的前景看好
1.1 供暖體制改革勢在必行,改革將涉及諸多方面,但其核心問題是變福利供暖為用熱的商品化、貨幣化。這一重大改變,將使供暖費用的高低,成為選擇采暖方式的重要因素。
1.2 各種采暖方式的費用是什么情況呢?根據(jù)2001年北京市物價局發(fā)布的通知,集中供暖民用住宅每建筑平方米、每采暖季的供暖價格,燃煤鍋爐直供為16.5元,燃煤鍋爐間供為19元,城市熱網(wǎng)供暖為24元,燃油、燃?xì)饣螂婂仩t供暖為30元。由于燃煤鍋爐已被逐步淘汰,在上述供暖價格中,僅有城市熱網(wǎng)供暖的24元/ 平方米,和燃油、燃?xì)饣螂婂仩t供暖的30元/ 平方米, 可作為參照比較標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 電采暖的費用又是多少呢?有一個統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn),即國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ26-95)中規(guī)定的建筑物耗熱量指標(biāo)限值,例如:北京地區(qū)普通住宅的建筑耗熱量指標(biāo)應(yīng)不超過20.6W/ 平方米, 按采暖期125天、每天24小時計算, 全采暖期的總耗熱量應(yīng)不超過61.8kWh.也就是說,無論采用何種能源或供暖方式,都應(yīng)對每平方米建筑面積住宅,提供不超過61.8kWh的有效熱量。即使采用分戶電熱直接采暖,按北京地區(qū)IC卡電價0.44元/kWh計算, 61.8度電的電費為27.19元/ 平方米,采暖電費略高于城市集中供熱24 元/ 平方米、 但低于集中燃?xì)忮仩t房30元/ 平方米的采暖費。而且, 還具備節(jié)約運行費用的有利條件, 例如: 可以實行適合于使用要求的間歇供暖方式,在保證使用時間內(nèi)熱舒適度的前提下, 適當(dāng)降低全供暖期平均室溫。因此,即使是采用最簡單的分戶電熱直接采暖,供暖費用也是可以被接受的。
1.4 北京市正在積極醞釀提出第三步建筑節(jié)能的要求,以80年的能耗為比較基礎(chǔ),已實現(xiàn)第一步節(jié)能30%、第二步節(jié)能50%,第三步要節(jié)能65%。也就是說,采暖能耗可降低為80年水平的三分之一。如得以實施,普通住宅的建筑耗熱量指標(biāo)將不超過18W/ 平方米.按上述方法計算,電熱直接采暖電費可降低為24元/ 平方米。
1.5 最近,北京市經(jīng)委、計委、市政管委和物價局聯(lián)合發(fā)布(2002)100號文件,對電采暖實行低谷用電優(yōu)惠價格。在采暖期內(nèi)的每天23時至次日7時,不區(qū)分用電性質(zhì)和供熱對象,一律按0.20元/kWh計費,電熱采暖的費用就更低了。
1.6 事實上,許多有遠(yuǎn)見的開發(fā)商,已清楚看到節(jié)能建筑的市場價值。建筑耗熱量指標(biāo),應(yīng)作為建筑質(zhì)量和房屋售價的重要指標(biāo)。最近,可在媒體上看到一句廣告詞——“告別暖氣空調(diào)時代”,當(dāng)然,它并不是真正“告別暖氣空調(diào)時代”,只是采用了另一種暖氣空調(diào)方式而已,而這種較少采用的方式,只能適應(yīng)于冬夏能耗都極小的低能耗建筑。這個廣告所推介樓盤的真正可抄作點,其實應(yīng)該是低能耗,而不是它的存在一定隱患的暖氣空調(diào)方式。當(dāng)能耗已降低到較低水平之后,完全可以采用更簡單的采暖空調(diào)方式,例如用電作為暖氣空調(diào)的能源。
1.7 電熱分戶采暖的能耗計量精度和收費的簡便性、建設(shè)程序和物業(yè)管理的簡化、居住者供暖的靈活性和便于實施室溫的調(diào)節(jié)控制等方面, 相對于傳統(tǒng)集中熱源或燃?xì)夥謶舄毩嵩吹墓┡绞降闹T多弊病, 更有許多吸引力。
2 要提高電熱供暖的能源利用效率
近年以來, 全國許多地區(qū)電力供應(yīng)充足, 從環(huán)保和平衡電力季節(jié)性過剩出發(fā),有關(guān)部門大力鼓勵用電熱采暖。但是,我國的電力生產(chǎn)主要依靠火力發(fā)電, 火力發(fā)電的平均熱電轉(zhuǎn)換效率約為33%, 再加上輸配效率約為90%, 采用電散熱器、電暖風(fēng)機、電熱水爐等電熱直接供暖, 是能源的低效率應(yīng)用。從煤變成電,再用電轉(zhuǎn)換為熱,能源綜合效率只有約30%,遠(yuǎn)低于燃煤、燃油或燃?xì)忮仩t供暖的能源綜合效率, 更低于熱電聯(lián)產(chǎn)供暖的能源綜合效率。從總體上并未減少而是增加了對大氣環(huán)境的污染因素,只不過是污染地的轉(zhuǎn)移而已。因此,發(fā)展電熱采暖,應(yīng)最大限度提高能源利用效率。其主要途徑無非是:能提高電——熱轉(zhuǎn)換效率的電動熱泵供暖、能充分利用低谷電力的蓄熱供暖和采用輻射供暖方式。
3 關(guān)于電動熱泵供暖
電熱直接采暖的電——熱轉(zhuǎn)換效率最大只能為1:1,而電動熱泵供暖可使轉(zhuǎn)換效率(即制熱系數(shù))達(dá)到1:2.5或1:3, 也就是說,1kW的電能消耗,可得到2.5或3 kW的熱能,這多于1kW的熱能,是從室外空氣、水源或土壤中獲得的。電動熱泵主要有空氣熱泵、水環(huán)熱泵和地源熱泵三大類。地源熱泵又可分為地表水、地下水和土壤熱泵幾種方式。
空氣熱泵型空調(diào)機,即區(qū)別于單冷型的所謂“冷暖型”空調(diào)機。空氣熱泵型冷熱水機組,即所謂“戶式中央空調(diào)”中的一種既可供冷又可供暖的設(shè)備。用空氣熱泵供暖,在冬季低溫條件下的供暖能力受限,因此應(yīng)按冬季最不利條件下的供暖能力, 確定機組容量或設(shè)置輔助熱源。此外, 還應(yīng)妥善解決好室外機的噪聲和對環(huán)境的影響。
由于大地的蓄熱作用,地下水和一定深度的土壤溫度,可常年穩(wěn)定地維持在略高于當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶜鉁亍@纾罕本┑貐^(qū)的年平均氣溫為11.4℃, 地下水和6m深度的土壤溫度, 可常年穩(wěn)定地維持在13—14℃左右。因此,在年平均氣溫為10—20℃的地區(qū),可以利用地源熱泵作為冷源和熱源。通過電動熱泵,在冬季可從地下水或土壤中吸收熱量,在夏季,地下水或土壤又可吸收制冷過程中需排除的冷凝熱。土壤源(埋管)熱泵僅適合于建筑容積率極低的別墅類居住區(qū)。地下水源熱泵的可行性,則主要取決于是否具備可靠的地下水資源抽取及回灌條件,并符合當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)管理規(guī)定。
電動熱泵供暖的投資費用相對較高,但它同時具備作為夏季空調(diào)供冷的功能,不應(yīng)同單一供暖功能的系統(tǒng)直接相比較。應(yīng)按附加熱泵功能后較單冷功能所增加的費用,同其它供暖方式的投資費用作比較。
4 關(guān)于電熱蓄熱供暖
除電動熱泵外,如采用電熱直接供暖,最好用蓄熱方式,即在電網(wǎng)低谷時段將電能轉(zhuǎn)換為熱能,在供暖的同時將熱能蓄存,以備在電網(wǎng)高峰時段改由所蓄存的熱量供暖。電熱蓄熱供暖的主要方式是配有蓄熱裝置的集中電熱鍋爐。電熱蓄熱供暖利用了電網(wǎng)低谷時段的富裕電力,在能實行分時電度表計量時,又可獲得優(yōu)惠電價,大幅度降低采暖費用。水是最簡單的蓄熱介質(zhì),用水蓄熱需要有較大的水容積,采用常溫蓄熱,每萬平方米建筑面積的住宅,大約需要80立方米的蓄熱水容積,如采用相變蓄熱介質(zhì),容積則可減少約1/3.
可蓄熱的電散熱器則可用于分戶電采暖。蓄熱電散熱器,實際上是固體蓄熱,類似于電熨斗。水的熱容量(比熱)比一般物質(zhì)都大,但水在常壓下的加熱溫度極限為100℃,其它物質(zhì)如Fe2O 3, 熱容量(比熱)雖僅為水的1/4.3, 但其加熱溫度可高達(dá)800℃,且其密度較大(約相當(dāng)于水的四倍),和水相同的體積可具有5—6倍于水的蓄熱量。在能實行分時電度表計量時,采用可蓄熱的電散熱器,也可以大幅度地降低采暖費用。
5 關(guān)于電熱膜頂棚輻射采暖
當(dāng)由于建筑投資等原因,不能采用電動熱泵或電能蓄熱供暖時,電熱直接采暖最好采用較為節(jié)能的輻射采暖方式。
人體因新陳代謝而產(chǎn)熱,需要通過蒸發(fā)、對流和輻射三種方式散熱,以維持生理熱平衡。輻射采暖使人體的輻射散熱量減少,生理熱平衡需要降低室溫以相應(yīng)增加對流散熱量,因此,較低室溫的輻射采暖,可取得與較高室溫的對流采暖相同的熱舒適感,即所謂等效熱舒適感,這就是輻射采暖較對流采暖節(jié)能的原因。對于住宅,輻射采暖較對流采暖的節(jié)能幅度,約可達(dá)10%。
電熱膜輻射是電熱輻射采暖的一種方式。由于投資費用較低和技術(shù)較為簡單等原因,電熱膜頂棚輻射采暖,有一段時間在住宅中得到了較廣泛的應(yīng)用。
電熱膜頂棚式輻射采暖系統(tǒng)由電熱膜、開關(guān)盒、溫控器和接線盒等組成。電能通過膜狀發(fā)熱元件輻射出的紅外線作為輻射采暖源。
電熱膜由前后兩個基膜、上下兩個匯流條和若干個并聯(lián)或串連的導(dǎo)電條組成?;さ淖饔檬潜Wo(hù)匯流條和導(dǎo)電條、絕緣、散熱,因此要求有良好的絕緣、導(dǎo)熱性能和一定的機械強度。匯流條的作用是將電源與導(dǎo)電條相連接,要求能輸送所要求的電流、與電源和導(dǎo)電條接觸和連接良好。導(dǎo)電條有并聯(lián)或串聯(lián)兩種基本形式,采用導(dǎo)電油墨或金屬條,其作用是將電能轉(zhuǎn)換為熱能,要求轉(zhuǎn)換效率高、阻值均勻穩(wěn)定、表面溫度不大于基膜的允許工作溫度。
為減少電熱膜產(chǎn)生的熱量傳到其它房間,要在電熱膜的一側(cè)敷設(shè)不燃的絕熱層,一般采用厚度不小于50mm的離心玻璃棉板。另一側(cè)則安裝熱阻較小的飾面層,一般采用石膏板。
對此種供暖方式的客觀評價,應(yīng)該是“可用”,但“舒適度不高”。所謂“可用”,是指對于節(jié)能住宅而言,采暖費用可以被接受。所謂“舒適度不高”,主要是目前國內(nèi)外的電熱膜產(chǎn)品的發(fā)熱密度,一般在130——160W/m2,使輻射體的表面溫度均在40℃以上, 有些更高達(dá)45℃,遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》對輻射體的表面溫度的限制。上述規(guī)范規(guī)定,房間高度 2.5——3 m,板面溫度宜為28——30℃,房間高度3——4 m, 板面溫度宜為33——36℃。
輻射采暖不是“烤火”,而是在合理的環(huán)境輻射溫度條件下,減少人體的輻射散熱量,在正常情況下,人體并不需得到輻射熱。過高的輻射體表面溫度,使人有“烘烤”的不舒適感。對于人員長時間停留的場合,顯然是不適當(dāng)?shù)摹m斉镫姛崮げ膳?,在國外大多?yīng)用于人員短時停留或無人員停留的場合,并未用作住宅的主要采暖手段。簡單引進(jìn)并應(yīng)用于住宅采暖,是此種技術(shù)的低標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。實驗證明,降低輻射體熱流密度是可能的,并可改善采暖房間的溫度梯度。如不能開發(fā)和提供熱流密度較低的產(chǎn)品,必然會限制和否定電熱膜在住宅中的應(yīng)用。
6 關(guān)于電熱纜地面輻射采暖
電熱纜地面輻射采暖是電熱輻射采暖的另一種方式。實測資料證明:地面輻射的采暖熱舒適度明顯優(yōu)于頂棚輻射。過去,電熱纜主要應(yīng)用于管道防凍保護(hù)、室外地面的冰雪融化和提高冬季室外場地(如足球場)的地面溫度等,用于地面輻射采暖的投資費用,遠(yuǎn)高于電熱膜頂棚輻射采暖,因而限制了此種采暖方式在住宅中的應(yīng)用。由于多渠道國外產(chǎn)品的引進(jìn)和價格競爭,投資費用現(xiàn)已降低到與電熱膜頂棚輻射采暖相近的水平,成為繼電熱膜直接采暖方式之后的一個新的熱點。
系統(tǒng)由電熱纜、開關(guān)盒、地面溫控器、房間溫控器和接線盒等組成。類似于“口碑”較好的低溫?zé)崴匕遢椛洳膳瑸闇p少電熱纜產(chǎn)生的熱量傳到其它房間,要在電熱纜的下部鋪設(shè)絕熱層,在電熱纜周圍用混凝土填充,上部再鋪設(shè)地面層。
電熱纜是一種通電后能發(fā)熱的電纜,由實芯單根或多根電阻線發(fā)熱體、絕緣層、接地導(dǎo)線、金屬屏蔽層、防水護(hù)套和冷熱導(dǎo)線接頭等組成。發(fā)熱體有合金金屬絲和碳纖維絲等種類,由于合金金屬絲的發(fā)熱穩(wěn)定性和強度,均優(yōu)于碳纖維絲,地板輻射采暖宜優(yōu)先采用合金金屬絲電熱纜。
電熱纜可區(qū)分為單回路電熱纜和雙回路電熱纜。單回路電熱纜有兩個終端,需要兩端與導(dǎo)線連接形成回路。雙回路電熱纜與單導(dǎo)線電纜在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別,是在電纜內(nèi)部增加了一根冷導(dǎo)線回線,在電纜內(nèi)部自成回路,并在工藝上增加護(hù)套,可與導(dǎo)線在一端進(jìn)行接合。
雙導(dǎo)線電纜與單導(dǎo)線電纜相比,安裝上較為方便靈活,尤其對于管道防凍和在室外的應(yīng)用。此外,對于電磁場的削弱也起到一定作用(單導(dǎo)線電纜的電磁輻射量也只有安全電磁量的0.3——1%)。
電熱纜的功率范圍為6—30W/m,與低溫?zé)崴椛洳膳碗姛崮ぽ椛洳膳粯?,?yīng)用于地板輻射采暖電熱纜的配置,應(yīng)按房間的采暖負(fù)荷、溫度場均勻和《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》對輻射體表面平均溫度限值,選擇確定布置間距和最大線性負(fù)荷,一般所采用的功率不宜大于18W/m.
國家標(biāo)準(zhǔn)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》對地板輻射的規(guī)定,按照人員停留時間長短劃分,人員長期停留場合要求為24——26℃并不應(yīng)超過28℃,人員短時停留或無人員停留場合則可取較高溫度。電熱纜地面輻射采暖可確保符合上述要求,因而可得到合理的垂直溫度場分布,而且可保持較好的室內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。
7 關(guān)于電熱直接采暖的安全性
無論采用何種電熱膜直接采暖方式,安全性都是至關(guān)重要的問題。
電熱膜頂棚輻射采暖和電熱纜地面輻射采暖,都應(yīng)有發(fā)熱元件可能達(dá)到的最高溫度限值及其有效防止的措施,特別是當(dāng)受到遮擋或覆蓋的不利條件下的有效控制和保護(hù)。由于片面追求低成本,過低的容量配置,不僅難以達(dá)到采暖室溫,也使發(fā)熱元件長期不間斷的運行而超溫。缺少高性能的溫度控制配置,也不能確保運行的安全性。
電熱膜存在導(dǎo)電條應(yīng)采用導(dǎo)電油墨還是采用金屬條之爭。電熱纜也有應(yīng)采用單回路還是采用雙回路之爭。除有一些不同渠道的國外資料外,當(dāng)務(wù)之急,是尚未有國家或地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)化工作滯后于應(yīng)用。
在工程實踐的基礎(chǔ)上,北京市正在積極進(jìn)行電熱采暖的標(biāo)準(zhǔn)化工作。在當(dāng)前,還是應(yīng)該堅持慎之又慎的方針,切實防止意外事故的發(fā)生。
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