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天燃气供暖与用电供暖的详细对比
发布日期:2017-10-10  来源:中国市政工程华北设计研究总院有限公司  作者:何贵龙  浏览次数:1080
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燃气供暖与电供暖对比
作者:中国市政工程华北设计研究总院有限公司 何贵龙
   
 
    

摘 要 本文以邯郸地区为例,分析了气候条件对空气源热泵使用的影响,对比了电采暖和燃气供暖的使用费用。空气源热泵并不能真正取代壁挂炉在分户采暖应用中的地位。但空气源热泵在特定的工况及时间内的制热性能系数COP还是非常高的,可以作为壁挂炉供暖的有效补充。

因而采用混合能源集成系统是保证用户生活需求及舒适度的同时,最大化地降低整体运行能耗的更好选择。目前在全球一些重要分户供暖市场已经得到大量应用。

关键词 燃气采暖;电采暖;采暖费用

 

1 电采暖的形式

电采暖的形式如下:

(1)电热膜供暖是供暖方式之一,它是一种以电力为能源,通过红外线辐射进行传热的新型供暖方式。

低温辐射电热膜供暖系统的主体——电热膜是一种通电后能发热的半透明聚酯膜。它具有耐高压、耐潮湿、承受温度范围广、高韧度、低收缩率、运行安全、便于储运等优良性能。在韩国、美国等国家,其已有20多年的应用历史,应用领域十分广泛,于20世纪90年代首次进入我国。

(2)电锅炉也称电加热锅炉、电热锅炉,顾名思义,它是以电力为能源并将其转化成为热能,从而经过锅炉转换,向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体的锅炉设备。电锅炉本体主要由电锅炉钢制壳体、电脑控制系统、低压电气系统、电加热管、进出水管及检测仪表等组成。

(3)空气源热泵主要由电动机、压缩机、工质冷凝换热器和工质蒸发换热器组成。电动机驱动压缩机,对工质进行压缩,使之进行冷凝、蒸发循环。

制热时利用工质冷凝换热器放出的冷凝热提高热媒的温度而供暖,工质蒸发的热量由热源空气提供。

制冷时利用工质蒸发换热器吸收的热量降低冷媒的温度而进行空调,工质冷凝的热量由热汇空气带走。

2 燃气采暖热水炉

燃气采暖热水炉是具有采暖功能和热水功能的一种燃气器具。

采暖水通过热交换器吸收燃气燃烧后释放出的热量,是一次换热。

采暖水通过换热器加热生活热水,生活热水不直接与热烟气接触,是二次换热。

一般来说,燃烧用的空气取自室外,燃烧后的烟气排至室外。采暖水在内置循环泵的动力下从出水口流出经室内的散热器或地暖管与室内的冷空气换热后经回水口流回热交换器,与烟气换热。

燃气采暖热水炉在中国的发展是从上世纪90年代末开始的,近几年国内分户供暖市场快速发展,据统计,2015年全国销量达到了161万台,燃气采暖热水炉生产许可证获证企业已超过150家。燃气采暖热水炉已成为继燃气灶具、燃气热水器之后的第三大燃器具产品。

3 四种形式运行费用对比

3.1 供暖费用的比较

设供暖房屋面积S为120m2,采暖热指标q为40W/m2,年采暖时间T为120天/年,每天采暖时间t为24h/天。下面对电热膜、电锅炉、空气源热泵、燃气壁挂炉采暖四种形式供暖运行费用进行比较。

计算方法如下:

(1)供热能力计算

120m2房屋采暖需供热能力Q为:

Q=q×S=40×120=4800W=4.8kW

120m2的房屋采暖所需供热能力为4.8kW。

(2)年采暖用热量计算

年采暖用热量Qy为:

Qy=Q×t=4.8kW×120天/年×24h/天=13824kWh/年

(3)燃气供暖与电供暖对比

下面以年供热13824kWh为目标对燃气供暖与电供暖的成本进行比较。

设天然气高位热值为36MJ/m3

2016年1月1日起邯郸市主城区居民生活管道用气实行阶梯价格内容如下:

1、天然气,年用气量分三档(m3):

第一档300;

第二档301~600;

第三档601以上。

各档对应的价格(元/m3):

第一档2.40;

第二档2.88;

第三档2.99。

天然气取最高价格2.99元/m3。用电电压等级不满1千伏的用户,第一档峰段电价为每千瓦时0.55元、谷段电价为0.3元,电价取平均值0.42元/度。

设空气源热泵的制热性能系数COP为3.0,燃气采暖热水炉热效率90%,电热膜热效率100%,电锅炉热效率100%。

四种供热方式的年采暖费用见表1。

表1数据表明,电锅炉和加热电缆/电热膜费用最高,不具备竞争力。

众所周知,我们的电价一直是国家补贴,实际的电价应该是多少呢?

一般燃气发电机组采用往复活塞式内燃机效率最高,国外颜巴赫、瓦克夏等品牌发电效率一般在38%~40%,国产品牌宾士动力一般在35%~38%。

采用燃气轮机发电,一般一次燃烧带动燃气轮机发电的效率为28%~30%;二次蒸汽发电效率在15%~20%。从天然气直接转换为电能,不考虑其他任何成本,蒸汽轮机燃气轮机联合循环的发电效率较高,可达到50%,所以1m3气可发5度电,也就是0.2m3气发1度电。

以山西太原为例,当前煤炭发电成本为0.3元/度左右,而国内天然气发电成本随机组不同而异,约为0.7元/度~1.0元/度,是煤炭发电成本的2~3倍。

3.2 其他因素对供暖费用的影响

(1)补贴力度

曾在2014上海分布式能源国际论坛上,有相关专家透露,上海、长沙两地都已推出针对天然气分布式能源的补贴政策,而北京市的补贴标准也将出炉,专家认为补贴力度将达到0.2元/度。

我们以0.8元/度计算,一个采暖季空气源热泵的费用是3688元。3688元是按空气源热泵采暖季的综合能效比COP为3计算的。

(2)气候条件

空气热能作为空气源热泵的主要热源,气温高低直接影响到空气源热泵机组的COP值;当气温接近0℃时,空气源热泵机组蒸发器容易结霜,智能除霜会增加机组能耗,也会降低空气源热泵机组的COP值。当空气温度低于0℃时,机组效率下降,并且当环境温度低于-5℃时,机组效率极低,甚至无法开机。

冬季室外机组需要频繁停机除霜,其结果是除霜损失约占热泵总能耗的10.2%,如普通3P机就要增加300瓦电能浪费。

有些地区因为空气湿度大,一般来说,当环境温度5℃时外机就开始结霜。使用5年的老机组8℃左右就开始结霜,辅助加热时的能效比COP要小于1。   

邯郸属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,日照充足,雨热同期,干冷同季,随着四季的明显交替,依次呈现春季干旱少雨,夏季炎热多雨,秋季温和凉爽,冬季寒冷干燥。年平均气温14℃,最冷月份(一月)平均气温-2.5℃,极端最低气温-20℃,最热月份(七月)平均气温27℃,极端最高气温42.5℃,全年无霜期200天,年日照2557小时。

下面通过5个图表对邯郸采暖季的气温进行分析。

1)2015年11月:从11月15号开始,最高气温低于5℃的8天,最低气温低于0℃的9天。

2)2015年12月:最高气温低于5℃的1天,最低气温低于0℃的26天。

3)2016年1月:最高气温低于5℃的22天,最低气温低于0℃的30天。

4)邯郸16年2月:最高气温低于5℃的2天,最低气温低于0℃的18天。

5)邯郸16年3月:3月15号前最高气温低于5℃的0天,最低气温低于0℃的3天。

120天采暖季内最高气温低于5℃的天数33天,最低气温低于0℃的有86天,超过2/3的天数内空气源热泵运行在除霜状态。

以恩施地区为例,空气源热泵在冬季结霜工况下,供热性能研究表明:当机组在环境温度为-2℃~5℃,室外空气相对湿度高于65%的工况下运行时,室外机翅片表面容易结霜。

结霜至一定程度机组便开始融霜,机组结霜——融霜的不断循环,导致室内温度偏低,热舒适感差。

测试期间的最低平均换热量仅占机组额定换热量的39.3%,在一个制热除霜周期内,COP值小于1的时段占机组运行总时段的41.7%。

对恩施地区空气源热泵供暖期的分析推广至夏热冬冷地区,大约有1/3的供热期受热泵结霜的影响不能正常制热,节能性较差。

以此类推邯郸地区一个采暖季将会有40%的时间在COP值小于1的状态运行。

电价按0.42元/度,按40%的天数在COP值等于1的状态运行,60%的天数在COP值等于3的状态运行, 一个冬季采暖费用要3484元。

电价按0.8元/度,按40%的天数在COP值等于1的状态运行,60%的天数在COP值等于3的状态运行,一个冬季采暖费用要6637元。

空气源热泵的理想高效工作区与采暖用户的大量供热需求区从时间看是偏离的。简单地说,就是一年之中用户在三九天比刚入冬时每天需要的热量更大,用户在夜里22时比下午两点更迫切需要供热。这些时间段反而是空气源热泵能效相对比较差的时候。我们需要去考虑,在不利工况时间段内,用户最基本的供暖效果。

所以,空气源热泵并不能真正取代壁挂炉在分户采暖应用中的地位。但空气源热泵在特定的工况及时间内的能效比还是非常高的,可以作为壁挂炉供暖的有效补充。

因而采用混合能源集成系统是保证用户生活需求及舒适度的同时,最大化地降低整体运行能耗的更好选择。目前在全球一些重要分户供暖市场已经得到大量应用。    

4 结语

空气源热泵的理想高效工作区与采暖用户的大量供热需求区从时间看是偏离的。简单地说,就是一年之中用户在三九天比刚入冬时每天需要的热量更大,用户在夜里22时比下午14时更迫切需要供热。这些时间段反而是空气源热泵能效相对比较差的时候。我们需要去考虑,在不利工况时间段内,用户最基本的供暖效果。

所以,空气源热泵并不能真正取代壁挂炉在分户采暖应用中的地位。但空气源热泵在特定的工况及时间内的制热性能系数COP还是非常高的,可以作为壁挂炉供暖的有效补充。

因而采用混合能源集成系统是保证用户生活需求及舒适度的同时,最大化地降低整体运行能耗的更好选择。目前在全球一些重要分户供暖市场已经得到大量应用。   

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