蓄热式电供暖技术经济性分析_工程实践

摘要

摘要：介绍了蓄热式电供暖的研究现状，分析了蓄热式电供暖的原理及特点。对蓄热式电供暖、普通电供暖方式的经济性进行了比较，前者的经济性较好。关键词：蓄热式电供暖；蓄热式电暖器

摘要：介绍了蓄热式电供暖的研究现状，分析了蓄热式电供暖的原理及特点。对蓄热式电供暖、普通电供暖方式的经济性进行了比较，前者的经济性较好。

关键词：蓄热式电供暖；蓄热式电暖器；经济性分析

Technical and Economic Analysis on Regenerative Electric Heating Technology

HOU De-Xi，ZHANG Jian，WANG Man-li

Abstract：The current research status of regenerative electric heating is introduced，and its principle and characteristics are analyzed. The economic efficiency of regenerative electric heating are compared with that of common electric heating，and the former has better economic efficiency.

Key words：regenerative electric heating；regenerative electric radiator；economic analysis

1 概述

能源是人类生存和发展的基础，科学技术发展到今日，能源问题已成为制约人类物质和精神生活进一步提高的瓶颈。因此，如何开发绿色能源以及提高能源利用率一直都是现代科技界关注的焦点。近年来，蓄热材料逐渐成为国内外能源利用和材料科学研究方面的热点。蓄热材料在其物性变化过程中，能够从环境吸收热量或向环境放出热量，从而达到储存和释放能量的目的，解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，有效提高了能源的利用率。由于有些蓄热材料在其相变过程中温度近似恒定，可以用于调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用^[1]。基于这些特性，使蓄热材料在太阳能、电力移峰填谷、工业与民用建筑和空调的节能等领域有着广阔的应用前景^[2～5]。

2 蓄热式电供暖的研究现状

现代蓄热技术主要是在20世纪70年代石油危机后发展起来的，当时一些工业大国开始重视太阳能、核能、风能等新能源的研究开发，而这些新能源是不连续的，这就迫使人们开始重视蓄热技术并迅速开展研究工作。另一方面，随着供暖、空调用能急剧增长和空间技术的迅速发展，如何使用蓄热技术进行电力的移峰填谷以及给热动力装置提供稳定的热能或电能，成了研究和应用的热点。蓄热技术应用于建筑领域始于1982年，由美国能源部太阳能司发起，1988年起由美国能量储存分配办公室推动此项研究。经过逾20年的发展，蓄热技术开始转入大规模商业化应用，成熟产品和设备相继出现，蓄热调温建筑材料的产业化进程步入正轨。

蓄热技术是开发新能源、提高能源利用率的重要途径，为了实现电力移峰填谷、平衡用电负荷，研究人员开展了蓄热式电供暖的研究。蓄热式电供暖根据蓄热介质的不同分为显热蓄热及相变蓄热。显热蓄热式电供暖的蓄热介质一般是热容量较大的固体材料、热水等。其蓄热原理为在蓄热阶段对蓄热介质电加热，使其吸收热量从而温度升高，并对蓄热介质加以保温措施以实现储存热量的目的；在放热阶段蓄热介质温度降低释放出热量。显热蓄热式电供暖由于其技术容易实现，国外开展研究较早。目前英国、西班牙、爱尔兰、德国、芬兰、丹麦等国已经生产出大量以四氧化三铁为蓄热介质的显热蓄热式电暖器。国内对该项研究开始于20世纪90年代，中科院工程热物理研究所对电锅炉中蓄热水箱的分层取水进行了研究，解决了蓄热水箱取水温度不稳定的问题^[6～8]。相变蓄热式电供暖则是利用相变材料的相变过程来储存或释放热量。

3 蓄热式电供暖原理及性能特点

3.1 原理

蓄热式电暖器在每天夜间低谷电价时段通电加热6～7h，将廉价的电能转换成热能，并储存起来，当然，在储存部分热量的同时也向房间放热，满足供暖需求。在当天其他17～18h用电高峰时段，将储存的热量断电释放，这样它既能利用低谷电价政策，又可以24h持续放热，实现了“低谷蓄热，高峰放热”。

本文介绍的蓄热式电暖器以电热管为加热元件，以蓄热砖为蓄热介质，电热管把热量直接传递给蓄热砖。蓄热砖由高密度氧化铁构成，它是一种良好的固态蓄热介质，比定压热容为1.1kJ/(kg·K)。蓄热砖平均最高温度可达到700℃以上，储热同时也可放热，无有害气体释放，完全达到环保要求。夜间低谷电价时段电热管通电加热6～7h，断电后蓄热砖按一定的放热曲线持续向房间放热。供暖房间温度波动极小，基本处于均匀、恒定状态。

3.2 性能特点

① 低谷用电，运行费用较低。目前，甘肃、辽宁、吉林、黑龙江、北京、上海、江苏等省市都实行峰谷电价政策，夜间低谷时段电费约为其他时段的50%。蓄热式电暖器利用低谷时段加热并储存热量，全天稳定释放，同比运行费用降低约50%。

② 全天24h持续供暖，室温均匀稳定。通过长寿命、高能效的加热元件，在低谷时段加热6～7h，将热量储存在蓄热能力极高的蓄热砖中，全天释放保证室内供暖。经过合理配置后的蓄热供暖系统，能够使室温达到16～20℃。蓄热式电暖器通过温度感应器对输入热量和输出热量进行调节控制。蓄热式电暖器的热量输出完全根据室外温度变化曲线设计，随着室外温度的变化，释放热量，从而保持室内温度全天稳定。

③ 调节灵活，满足不同用户的需求。蓄热式电暖器提供多种功率选择，适用于不同房间。每台蓄热式电暖器可单独控制，如果长期外出，可以完全关闭。蓄热式电暖器设有热量输入输出调节旋钮(小功率设备除外)。外出时可以把热量输出调节旋钮调到最小，回家时调到最大；天气暖和时可以把热量输入调节旋钮调小，以实现最大的经济性。总之，灵活的调节性能最大限度地满足不同用户的不同需求。

④ 外形美观，安装方便。外形美观大方，固定在墙体上或者采用万向轮移动方式，安装使用比热水供暖系统简便，而且节省了供热管道费用和安装费用。

⑤ 运行安全可靠，免维护。蓄热砖具有一定的防冻特性(防冻温度为-10℃)，不会因天气寒冷冻裂散热片。实际使用证明蓄热式电暖器运行安全可靠，全年免维护。

⑥ 行为节能，绿色供暖；无污染，无噪声，安全环保。中国大部分地区高峰电力短缺已成为影响经济发展的一大障碍。然而，另一方面，夜间的低谷电力却白白浪费。通过移峰填谷，行为节能，提高电力运行效率，节省能源是蓄热式电暖器的主要特点之一。以辐射、对流传热为主的散热方式，安静、舒适。完全使用电能，清洁、环保，无污染物排放。

⑦ 使用寿命长。使用寿命长达20a，无腐蚀，而且各项安全指标均通过检测，使用安全。

4 经济性分析

电供暖在我国得到长足发展，各地已经制定了分时电价以鼓励电供暖，但电供暖的经济性也引起了广泛争议。下面对蓄热式电供暖与普通电供暖在兰州地区的设备造价和热费进行比较分析。

① 基础数据

供暖设计热指标为50W/m²，供暖时间为136d。兰州市分时电价：23:00至次日7:00为0.2099元/(kW·h)，7:00至23:00为0.51元/(kW·h)。电暖器折旧年限为20a，折旧率为0.05。在考虑设备选型时，普通电暖器属于间歇供暖，设备实际功率应比设计热负荷增加20%，因此普通电暖器的设备配比系数取1.2；蓄热式电暖器在断电放热阶段其放热量减少较多，故设备实际功率按设计热负荷的3.2倍考虑，因此蓄热式电暖器的设备配比系数取3.2。有效使用系数取0.7。

② 经济分析更

以兰州地区绝热性好的节能民用住宅建筑为例，普通电暖器与蓄热式电暖器供暖的设备造价、热费(运行费+折旧费)比较见表1，两种电供暖方式的设备造价均未考虑电力部分(高压配电网、低压配电网、户内线和电表)费用。在计算电供暖热费时，应该考虑电暖器有效使用系数，而不是直接采用设计热负荷进行计算。由表1可知，虽然普通电暖器的设备造价比蓄热式电暖器低，但前者运行费用偏高。

表1 普通电暖器与蓄热式电暖器的经济性比较 元/m²

项目		普通电暖器	蓄热式电暖器
设备造价		40	150
运行费	电费	56.2	22.4
运行费	维修费	1.0	2.0
折旧费		2.0	7.5
热费		59.2	31.9

5 结论

虽然普通电供暖的设备造价较低，但其运行费用较高，而且不具备蓄热功能，大量应用势必进一步加大电网负荷峰谷差，因此不宜提倡应用。GB 50019—2003《采暖通风与空气调节设计规范》的4.7.1条也明确规定：能利用低谷电蓄热的场所，经技术经济比较合理时，可采用电供暖。蓄热式电供暖正是这种较理想的电供暖方式，不但对电网负荷实现移峰填谷、节省用户供暖费用，而且属于分布式电供暖，可以节省敷设集中供热管道或天然气管道的费用，末端用户调节也比较方便。

就目前国内各城市实行的分时电价政策而言，蓄热式电暖器的运行费用大大低于普通电暖器。蓄热式电暖器是一种较理想的电供暖设备，具有广阔的市场及应用前景。

参考文献：

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[8] 刘靖.高温相变蓄热电暖器研制及热性能研究(硕士学位论文)[D].北京：清华大学，2004.

(本文作者：侯德席¹ 张健² 王曼莉³ 1.甘肃第一安装工程有限公司甘肃兰州 730060；2.兰州交通大学甘肃兰州 730070；3.金昌市规划建筑设计院甘肃金昌 737100)