长三角供暖_长三角地区冬季供暖模式选择研究
时间：2019-05-20 03:32:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：通过对国内现有供暖方式的优缺点对照分析，提出长三角地区供暖方案选择的原则。水源、地热源、空气源与太阳能相结合的多元化供暖模式将会是发展方向，供暖末端系统宜选用低温热水地板辐射或热风采暖系统。
关键词：长三角地区；供暖模式；选择；探究
中图分类号：TE44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）18-0282-03
0 引言
长三角地区属于典型的夏热冬冷地区，该地区的冬季开始于十一月下旬，止于次年三月中、下旬，平均气温低于10℃，平均日数120天左右。1月份最冷，月平均气温3～5℃，极端最低气温 -11～-12℃。冬季的太阳辐射远不如北方地区，日照时间短、日照率较低，东部日照率最高的地区不过50％，冬季的相对湿度75％左右，人体
感觉湿冷。室内热环境为16-18℃。改善长三角地区居住建筑热环境，提高采暖和空调的能源利用率，将采暖和空调的能耗控制在规定的范围内。本文从经济性、能源利用、环保及可持续发展等综合因素中探讨长三角地区冬季供暖模式的选择。
1 冬季采暖常用型式
冬季的采暖型式通常有以下几种：以燃料为能源的供暖方式，直接消耗电能采暖，热泵采暖以及利用可再生能源采暖。
1.1 分户式燃气炉系统 分散燃气锅炉房适宜多层、高层住宅小区或其他规模较大的建筑。分户式燃气炉适宜规模较小的单体建筑别墅等。
分户式燃气炉系统用于80m2～200m2独立住宅采暖，全自动控制，在有人活动的时候将室温调节到18℃，在无人活动的时候将室温调节到5-10℃，末端的灵活调节比集中燃气炉平均节省30%～40%的燃气。一次性投资低于空调，运行费用也低于空调、电热和燃气锅炉集中供暖系统。该系统可同时提供采暖和热水供应。在不具备集中供热条件的住宅区，且有充足的气源，可作为首选方案。燃料可采用城市煤气、天然气，其缺点是燃烧废气分散排放，会出现交叉污染问题。
1.2 热泵 热泵系统在能源利用方面有着巨大优势。2006年1月1日正式实施的《可再生能源法》明确规定了对采用新技术开发利用新能源给予专项资金扶持。北京市已经出台了支持热泵技术的新政策；沈阳市已经将三环以内符合应用水源热泵技术的409平方公里范围内的建筑物原则上采用水源热泵技术进行规划建设。
1.2.1 空气源 室外温度最低时，正是建筑围护结构热负荷最大时，但此时空气源热泵的制热性能受冬季室外空气温度的影响最大。而且在室外温度低于0℃，尤其在相对湿度达到70％以上，室外侧换热器的翅片表面就会结霜，影响到热泵的正常工作。在室外温度低于5℃，空气源热泵的COP仍能达到2.8以上，可作为长三角地区冬季采暖的方式之一。
在室内水路上设置辅助电加热器来解决低温工况下制热量不足，文献研制了适合寒冷地区空调用热泵机组的样机，在-10℃～-15℃的低温环境中，具有较高的制热能力和供暖温度，能够满足寒冷地区冬季的采暖要求。在-15℃的低温环境中，制热时的制热性能系数（COP）可达到2.32。
1.2.2 水源热泵 中央空调的能耗占整个世界能源消耗的比例不断增加。水源热泵利用地表水、中水或工业废水等低温热源，既可供热又可制冷的高效节能绿色空调系统。提取地下热能的地下储能技术（UTES）分为两种：闭环热交换系统和开环热交换系统。闭环是让热泵中的循环水经过地下的埋管，吸收含水层的热/冷量；开环是抽取地下水，要求水源的水质适宜，如果硬度较大，会造成换热器表面结垢，使设备的传热性能下降，如果水中含氯离子量大，还会造成设备的腐蚀。根据美国制冷学会ARI320标准，开式系统水源热泵对水温的要求是5～38℃，在水温为10～22℃之间运行时能效比较高。
开环系统最大的缺点就是可能引起地面沉降和破坏周围环境。因此在采用该方案前，必须对周围环境可能造成的影响进行评估，系统运行后还要对周围环境进行监测，避免对周围环境造成破坏。
水源热泵的经济性分析显示，水源热泵机组集中供冷供热、分散供冷供热、风冷热泵机组分散供冷供热三种方案的比较，发现集中式水源热泵系统比风冷热泵系统初投资可节约31.33％，年运行费用可节约48.64％，分散式水源热泵系统初投资比风冷热泵系统节约8.77％，年运行费用节约31.54％。通过对水冷冷水机组＋锅炉供热，吸收式制冷＋锅炉供热（或直燃式吸收制冷机组制冷供热一体化），空气源热泵机组制冷供热一体化等3个制冷供暖方案的比较分析，认为在我国的长江流域及以南地区，封闭式水系统具有良好的前景，而且有利于城市环保要求及进行冬季供热。
1.2.3 地源热泵 地源热泵以地表浅层土壤能量（地下水、土壤或地表水）作为热源或冷源的热泵系统。对于给定的计算条件和能源价格，虽然地源热泵地供暖成本高于燃煤锅炉，但低于燃气锅炉和燃油锅炉。经过测算，在上海地区某别墅中使用的地源热泵的全年总能耗比风冷热泵系统节能34％，地源热泵在目前能源价格下有较强经济竞争性，特别是在环境方面。对于小型住宅建筑物，适合采用水平埋管的地源热泵系统。
1.2.4 太阳能热泵 青岛地区建立的太阳能热泵实验系统，可完成冬季供暖和非采暖季直接提供生活热水，供热系数平均值达到2.71，既节能又环保。在最冷月的气候条件下，太阳能热泵供热系统不仅能够满足设计方案24h连续供暖的要求，而且能够实现连续5d供暖。供暖测试期的室外平均温度为-1.56℃，平均太阳辐射强度为327.8W/m2，热泵机组平均供热系数为2.55，在没有使用辅助热源的情况下，系统平均供热系数为2.19。长三角地区的年日照时数为1400～2200h，辐射量在419×104～502×104kJ/（cm2·a），相当于170～200kg标准煤所发出的热量。虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。 1.2.5 复合型热泵 空气源＋水源热泵。在寒冷地区，采用空气源热泵提供10-20℃的水作为水源热泵的低位热源，用以解决水源热泵的水源问题。
太阳能集热器＋水源热泵。在使用太阳能集热器的别墅采暖空调系统中，白天采用太阳能热水地板辐射采暖，借助储热水箱储藏多余的热量，晚上结合水源热泵，以满足热负荷要求。
空气源、太阳能+辅助燃气三热源热泵空调－热水器多功能复合机。当室外环境温度较低而室外机结霜时，辅助燃气开始运行并联合太阳能集热器以满足系统要求。
1.3 各种采暖方式的经济性比较 从初期投资看，分散燃气锅炉房采暖、分户燃气采暖投资费用最低，其次为热电厂，水源热泵最贵；从运行费看，热电厂、集中锅炉房最省，其次是水源热泵，最贵为燃气供暖；从耗能量看，水源热泵最低，热电厂、燃气次之，集中锅炉房最多。
在市政热力、燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉、水源热泵和空气源热泵六者比较中，燃煤锅炉的初投资最少，空气源热泵和水源热泵的初投资要高于传统的锅炉供热；从运行费用和燃料费用看，水源热泵的经济性最好；从使用经济性看，水源热泵的综合费用最低。水源热泵是最佳的供暖选择方案。
2 室内采暖末端方式
室内的采暖末端形式可采用散热器热水采暖，换热器热风采暖，低温热水地板辐射采暖，电热膜或发热电缆辐射采暖。
2.1 各种采暖末端方式的经济性分析 在有室外热力管网的地区，采用连续供暖，室内温度保持在18℃时，普通散热器采暖在折旧费用和运行费用上都优于户式燃气壁挂炉＋低温地板辐射采暖和空气源热泵采暖，但如果考虑夏季制冷设备投资折旧费，则空气源热泵采暖系统的理论年总费用最低。
几种采暖形式的传热方式比较详见表2，初投资和经济性比较详见表3。散热器采暖在进行室内装修时，一般应设置暖气罩，这不仅影响20％左右的散热量，同时增加了暖气安装费用。
2.2 低温热水地板辐射采暖的优缺点分析 分户式燃气炉＋低温地板辐射采暖系统可同时提供采暖和热水，较适用于生活热水使用量较大的用户。从节约能源的角度考虑，该系统可与太阳能热水器联合使用。与散热器采暖系统相比，虽然初期投资较高，但在综合效应上，地板辐射换热优于散热器散热。地面辐射采暖特别适用于低温热源，如热电联产系统、余热利用、地下热能等。
2.2.1 优点
①房间内温度垂直分布均匀，减小了围护结构的耗热量。距地面0.05～0.15m高度为敏感区，该区域温度比对流采暖方式约高8℃左右，符合人体散热的热环境，人的脚部温度较高，头部温和，给人以脚暖头凉的舒适感。房间顶部不会过热，减小了上部围护结构的散热量。
②空气对流减弱，带来室内高清洁度，同时减少人体水分蒸发。
③节约燃料，降低运行费用。
对于地面辐射采暖的建筑物，当室温为16℃时，与采暖散热器采暖18℃时的PMV（表征人体热反应的评价指标）相同。按等效舒适度，室内设计温度比采用其它采暖方式降低2～3℃。室温每降低1℃，就会节约6％～7％的燃料，由此可以降低系统的运行费用。
⑤布置形式灵活。地面辐射不受建筑形式限制，不需在室内布置散热器和连接散热器的立、支管，因而既增加了用户的使用面积，又有利于室内的建筑装修。
2.2.2 存在的问题：
①由于整个地面垫层内敷设了管道，要占用50～70mm的建筑物高度，降低了房间的净层高。不仅造成楼板或地面至少要增加120kg/m2的静载荷，而且土建初投资也相应增加。
②由于盘管埋在结构层内部，一旦管路断裂或堵塞，必须破坏地面进行维修，并且对地面的二次装修带来很大的困难。
③国内居民住宅的家具一般占用室内有效面积约在30％，因此，减小了地面辐射散热面积，并且在设计中很难确定家具的位置，一旦家具摆放与设计不符，则室内温度就达不到设计要求。
④对地面要求较高。为提高舒适性，目前多采用木地板或竹地板。要求地板导热系数较高，在外界环境温湿变化时，抗变形能力较强。
3 长三角地区供暖方式的选择原则
在选择采暖方式时，应考虑地域条件，能源利用，经济性要求，节能与环保，可持续发展等多方面的综合因素。针对长三角地区，选择供暖方式时应考虑以下因素。
①根据长三角地区当地的条件，采暖期短，没有集中供热管网，不提倡燃煤锅炉，有可靠而廉价的气源、水源，当地电力电价较高。
②长三角地区的采暖期较短，供暖的温度较低,因此应尽可能的采用低品味的能源和可再生能源。
③在选择供暖方式时，不应当只考虑近期经济性，如运行费用、一次性投资费用，而且还要考虑水资源、土地资源、能源等的合理利用，自然生态环境的保护，以免破坏生态平衡、污染环境、浪费资源和能源。
如果考虑燃煤锅炉的高效除尘、脱硫设备的投资，在满足环保要求的相同条件下，燃煤的经济性不一定优于燃气。
④空气源热泵。长三角地区主要城市冬季室外采暖设计温度均在-3℃以上，一般同一建筑物的冬季需热量只有夏季供冷量的50％－70％，不需增加辅助热源就可基本满足冬季采暖要求。
⑤水源热泵采暖要消耗较多的水资源。水源热泵采暖方式，技术已经相当成熟，但在水源利用上须慎重。深井水抽取回灌方式作为热泵水源，考虑到深井水源可能被污染，国内尚存在争议。水源热泵的最佳水源为中水或废水。国内也已开发出解决污水取水问题的设备，直接利用污水的原水作为水源，利用污水源热泵系统采暖。在节约能源以及供热的可靠性上，水源热泵优于空气源热泵，但投资大，运行费用较高。
⑥如果选择地热或水源热泵，要从长远的角度考虑对生态环境的影响。
⑦在有条件的农村，可考虑利用农业废弃物制成的沼气作为燃气炉的气源，并结合太阳能，实现冬季取暖。
4 长三角地区的供暖方案选择
我国天然气资源非常有限，就全国范围而言，在近几十年中供热仍将以煤炭为主要燃料，长三角地区有来自新疆的天然气。对于农村的冬季采暖，可考虑农业废弃物的能源利用，对于秸秆主要有三种利用方式：压缩成型燃料、气化制生物质气和制作液体燃料；对于粪便采用制沼气的利用方式。这些生物质能是清洁的高品位能源。
4.1 能源的选择。针对长三角地区的地域特点，可采用多元动力或热源的采暖方式，如燃气、沼气、电能，以及空气源、水源、地源热泵或热泵太阳能联合供暖的型式。水源热泵系统是既节能又经济的空调系统，可以作为首选。
4.2 供暖系统型式的选择。单户独立的分散式采暖系统，可采用燃气炉为单元住宅供热和供应生活热水。集中供热系统以区域性锅炉房或二次热水作为热源，实现小区供暖。
4.3 室内采暖末端方式的选择。室内的采暖形式可采用以低温热水作为热源的地面辐射采暖，以低温热水作为热源，以地板为发热体，以辐射传热为主，对流换热为辅；也可采用送热风采暖。目前来看，考虑到冬季取暖，夏季取冷，对于工薪阶层，空气源热泵+制热用辅助电热装置的系统仍占有相当的优势。
参考文献：
[1]民用建筑热工设计规范[S]. GB 50176-93.
[2]夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S]. JGJ134-2001.
[3]李锐，续元庆，康小鹏.对北京地区电采暖和有关认识问题的分析[J]. 中国住宅设施，2004，（4）：23-27.
[4]周恩泽，董华，涂爱民，彭冬根.太阳能热泵地板辐射供暖系统的实验研究[J].流体机械，2006，34（4）：57-62.
[5]王恩丞，谭洪卫.上海地区空气源热泵地板采暖系统应用研究[J].建筑热能通风空调，2004，23（6）：25-29.
[6]Stephen P. Kavanaugh, Kevin Rafferty. Ground-source Heat Pump-Design of Geothermal Systems for Commercial and Institutional Buildings[M]. Atlanta. Caa: AShare. 1997.
[7]刘婷婷，彭建国，张国强，陈晓.地表水源热泵在湖南地区的应用分析[J].节能技术，2004，22（5）：14-16.
[8]夏学鹰.地板辐射采暖的技术经济性分析[J].南京师范大学学报（工程技术版），2004，4（4）：35-36.
[9]徐菱虹，刘传乾.几种采暖形式的实际经济成本比较[J].低温建筑技术，2005，（6）：112-113.
