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电供暖技术的应用及研究

   日期:2019-08-26     来源:地暖月刊    作者:编辑/胡媛媛    浏览:1336    
核心提示:以新疆为例,其电力结构是:火电80%、水电10%、可再生能源发电10%。由热到电的效率为40%,而直接燃煤产生热的效率是80%,如果我们不能改变传统的供暖模式,我们用电来供暖所形成的污染排放可能比直接燃煤还高……


F+财智沙龙主席、新疆宏迪节能技术有限公司总经理王风林
 

F+财智沙龙主席、新疆宏迪节能技术有限公司总经理王风林演讲实录:

◎我们需要对电供暖再认识

我们今天之所以使用电供暖,是为了解决燃煤供暖对大气所形成的污染,实现清洁供暖。但是,如果不能解决高效利用电能,所形成的污染可能比直接燃煤供暖还要高。

以新疆为例,其电力结构是:火电80%、水电10%、可再生能源发电10%。由热到电的效率为40%,而直接燃煤产生热的效率是80%,如果我们不能改变传统的供暖模式,我们用电来供暖所形成的污染排放可能比直接燃煤还高。

电能源是一个高品位能源。一个不容忽视现实:电能源也是价值最高的珍稀能源,绝不是取之不尽用之不竭的,如果不能解决高效低耗利用,如同“气荒”一样的“电荒”难免会出现。电供暖这件事有可能夭折。

会议现场聚精会神的参会者

◎电供暖产品的特点

电供暖产品大致分为三类:末端型电供暖产品、电锅炉、热泵。

主要产品有加热电缆、电热膜、电暖器等。这类产品属于直热型产品,由其构成的供暖末端的散热形式一般为辐射和对流。

1、末端型电供暖产品

加热电缆和电热膜的特点:主要应用形式为电地暖。是典型的分散型辐射供暖,属于间歇性供暖方式,因此,配用功率取实际热负荷的2~3倍,配电功率较大。在施工安装时,应注意:

①发热体必须与辐射板有完整的、良好的结合,否则不能形成有效的散热效果,还有可能发热体自毁。

②加热电缆的热线必须置于辐射板中。施工完成后必须马上测接地电阻。

③安全措施

﹒地面温度传感器的设置;

﹒地面一定不要放置遮盖物;

﹒家具一定是带腿的或是家具下面不安装发热体。

2、电锅炉

电锅炉主要有直热式、蓄热式、电极式。直热式电锅炉与燃烧质锅炉的工作过程有着本质的区别,通常工作电压为380V。

3、固体蓄热式电锅炉

固体蓄热式电锅炉是一个“二层楼”结构,三部分组成,电加热与固体蓄热器、风水交换器、风机。

①电加热器:工作时可产生750℃的高温空气,同时,将氧化镁结晶砖加热至750℃;②氧化镁结晶砖:其比热容可达2100J/㎏℃,比重约为8㎏/cm3,蓄热温度为750℃,是同体积水蓄热量的30倍左右;③风水交换器:高效水交换器;④高温风机:工作温度约300℃;⑤工作电压:工作电压可达10kV。

4、电极式锅炉

电极式锅炉是一个“罐中罐”结构,由锅炉体、电极、电极罐、盐液、控制及循环系统组成。

原理:电流通过电极、导电液(电阻)时发热,调整导电液的液面高度(改变电极与导电液的接触面积)或调整导电液的浓度即可改变电流的大小,从而改变发热功率。其工作电压通常为10kV,甚至达到35kV,大大降低了母线的造价。

5、热泵

分为水源热泵、地源热泵、空气源热泵,业内已基本形成共识,打井抽水型的热泵是不提倡的。在地质条件允许的情况下(包括地源热敏感指标),可使用地源热泵,在我国的大部分地区(除极严寒地区)空气源热泵是可以广泛使用的。热泵最突出的优点是它有着极高的热效率,在-5℃以上温度环境下,COP可达4。在“煤改电”的行动中是主要的热力形式。

热泵是利用蒸发媒的相变由压缩机将低温下蒸发媒所蒸发的蒸汽压缩成液体,从而释放出大量的热能,将低品位热能提升为高品位热能的设备。

其原理如下:



如图,蒸发器中盛有蒸发媒,它可以在极低的温度下蒸发(R410可在-41℃下蒸发),由液态变为气态,蒸发时将吸收热量,通过压缩机将蒸发的蒸发媒气体压缩,使其由气态变为液态,此时将放出热量。将蒸发器放置于室外,将冷凝器所释放的热量交换出来,就可构成热泵的供暖系统。


热泵是一种极高效地热机,在-5℃以上的温度时,效率(COP)可达4,在-15℃左右时,效率(COP)可达1.7。但是,热泵也有它的短板:热泵只有在出水温度比较低(40℃左右)的时候,它的COP值才比较高,出水温度每提高5℃,它的COP值将成倍的下降,而水温过低是不利于传输的;其二,当环境温度过低时,它的COP也会很低,普通空气源热泵在-15℃时COP已经接近1了(含除霜耗电),温度再低甚至就不能工作了。环境温度低的时候,正是建筑热负荷大的时候,因此,空气源热泵在严寒地区使用时一定要有电锅炉辅热。

◎电供暖技术的应用与研究

我们以新疆伊犁某县移民乡为例。该乡供暖面积142000㎡,共41栋楼(少数平房),分5个片区(5个换热站),一台1000kW锅炉供暖,末端为地暖,一次管网温差40℃,温降5℃,二次管网温差10℃,温降3℃,按50W/㎡供暖,一网流量为:g1=0.86x50/40=1.075L/㎡;二网流量为:g2=0.86x50/10=4.3L/㎡。

根据国家《全国民用建筑工程设计技术措施》2003暖通空调·动力部分表2.1.2-2的规定,伊犁地区65%的节能建筑的供暖能热指标为21.1W/㎡(室外计算温度16.9℃),考虑极端天气为-28℃,则q=21.1x(18+28)/(18+16.9)=27.8W/㎡。

而我们在设计系统时供暖能耗却要按照50W/㎡来设计,这是为什么呢?

该供热系统是在供暖区域中建立一个总的锅炉房,最远片区离锅炉房6Km,一次管网将热源分别送到各供暖小区的换热站,再通过二次管网由换热站将热源送到供暖楼栋,在管网上形成大量的热损耗,如图,由计算可知,在一次管网上产生5℃的温降,在二次管网上形成3℃的温降,管网热损为:q=1.075x5/0.86+4.3x3/0.86=21.25W/㎡,k=21.25/50=42.5%,那么在整个系统上就会形成42.5%的热损耗。

我们采用“化整为零”的方针,采用电锅炉分布式方案,将一个大锅炉分成了5个小锅炉房分别设立在较大的楼栋或楼栋较集中的小区,最大限度的减少户外管网的长度,这样就可以减少20%的热损耗。

我们统计了伊宁市5年以来的冬季天气情况:

2012~2017年平均温度统计


从上表可以看出,有近35%的时间,温度都在0℃以上,所需热量只有50%;23%的时间,温度都在0℃~-5℃以上,所需热量只有67%;20%的时间,温度都在-10℃~-15℃以上,所需热量只有100%;7.6%的时间,温度都在-15℃以上,所需热量只有110%。

我们将分布以后的锅炉分成两台或三台设置,根据天气情况,天气较暖和时,启动一台(全年中60%的时间),较冷时启动两台(只有40%的时间),这样全年供暖期中,就可节省约20%的电能。

根据天气温度和室内温度情况,实施热量“供给侧”控制在室外安装温度补偿传感器,根据天气情况实时控制锅炉和锅炉加热器的级数的启动数量。再在具有代表性的供暖房间内安装温度传感器,根据室内的供暖效果,实时调节锅炉的工作情况。

我国是一个大国,领土面积几乎相当于整个欧洲,从东到西、从南到北气候条件差异巨大,又拥有占全世界近半数的建筑面积,解决建筑供暖的节能降耗问题,靠一元化方案是行不通的,要多元化方案并举,不仅要从“供给侧”清洁、高效、可行,更要从“需求侧”下功夫挖潜、降耗。在如此大的一个领域中,没有最好,只有更合适。


编辑:暖立方王丹

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