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摘要：本文对建筑不同采暖系统进行了分类和总结，并对其应用情况进行了分析，指出不同采暖系统在使用过程中存在的利弊，并对其能耗进行了探讨和比较，为新建筑和用户选取采暖设备和方式提供指导和依据。
关键词：采暖系统应用能耗
Application and energy consumption analysis of different heating systems
Xu Lianhong
Jinan Railway Vehicles Equipment CO., LTD. 250022
Abstract: In this paper, the different heating systems of buildings are classified and summarized. Points out the advantages and disadvantages of the different heating systems through the analysis of its application conditions. Furthermore, its energy consumption is discussed and compared. These will provide some guidance and basis for choosing heating equipment and way for the new buildings and users.
Keywords: heating system; application; energy consumption
中图分类号：Ｕ２６０文献标识码：A 文章编号：1674-198X(2012)03(c)-0000-00
1引言
随着国家对环保要求的日益增强，城市中采暖系统的能源供应结构也随之发生变化，因此，采暖系统方式日益多样化。多种新型供暖设备和采暖方式的逐渐使用，不仅改善了建筑节能和室内环境，而且也进一步提高了住宅环境的品质，为选择最为优化、最为适宜的采暖设备和形式提供了可能。
在选择采暖设备和采暖系统方式时，应综合考虑环保要求、气候条件、燃料供应条件、节能效益和经济承受能力等因素，使其具有合理性和适用性。因此，是否能够准确全面评价各种采暖设备和采暖系统方式，选择最为合适的采暖方式，是一个重要且急需解决的问题[1]。而为了达到这一目的，正确进行能耗分析则是各项评价指标中最为重要的一个环节，是进一步进行决策的基础。为此，本文将对不同采暖系统形式的应用及能耗作初步的分析和探讨，为新建筑和用户选择采暖设备和方式提供指导和依据。
2各种采暖系统应用分析
2.1 传统采暖系统
传统的住宅采暖系统方式主要有以城市热网、小区热网或较大规模的锅炉房为热源的集中供热系统方式和分散于各个用户建筑内的家用炉灶供热系统方式。集中供热系统方式现在仍是城市建筑住宅采暖的主要系统方式。该系统方式的优势在于能够科学的充分利用能源，热源也非常稳定，通过热网输送到各个采暖用户。它主要包括热电厂供热系统、燃油锅炉、燃煤锅炉、燃气锅炉等。传统的采暖系统方式安全可靠、便于管理。但是，该系统方式也存在着一些弊端，制约并影响着集中供热系统的建设和发展。制约集中供暖系统发展的因素主要有[2]：（1）住宅的建设与供暖热网建设难以同步进行和相互协调发展；（2）初期投资大、建设周期长、运行费用高、投资回收慢；（3）集中供暖时间固定，温度不能单独控制，距离供热源的远近造成了供热的不均匀性；（4）采暖费用收取困难；（5）燃煤锅炉能源转换效率低，污染严重；（6）集中采暖系统方式按面积收取采暖费， 不是按照用户的能量消耗收取，具有一定的不合理性。
2.2 新型采暖系统
新型的采暖系统方式主要有以下几种[3,4]：（1）家用电锅炉；（2）电热膜采暖；（3）蓄能式电暖器；（4）分户式燃气、燃电采暖炉（即为壁挂炉）；（5）分户式燃油锅炉；（6）水源热泵；（7）中央空调系统；（8）地板辐射式采暖。
家用电锅炉属于集中形式的电式采暖系统方式，一般用于单幢楼房或小型小区供热。与传统集中采暖系统方式类似，该系统通过热力管道把电锅炉加热后的热水输送到各个住宅房间。电锅炉采暖系统方式的能耗较高，能源转换效率极低，运行成本较高，因此，电锅炉采暖系统的采用受到很大的限制。
电暖器主要放置在单个房间内取暖，主要结构形式有电热石英管式取暖器、电热微晶玻璃辐射取暖器、电热油汀普通电暖器和蓄热功能的相变蓄热电暖器等。电暖器这种采暖系统方式安装调节灵活、使用方便，不需要传统集中采暖系统中的热力管道和散热器片，而且用户可以根据气温情况控制采暖装置的使用，因此可以缩短采暖季中采暖设备的运行时间，进而可以节省采暖费用。此外，电暖器的使用不需要集中供暖那样需要专门人员负责采暖系统的运行管理和维护，而且不会产生污染。但是，电暖器的运行耗电量较大，采暖舒适感不如水暖供暖散热器。因此，电暖器的采用需要根据用户的实际情况加以选择。
另一种采暖系统是电动热泵，设置在各个房间内，即可在夏季作为空调制冷使用，也可以在冬季作为采暖热源使用，启动调节运行灵活方便。电动热泵主要有空气热泵、水环热泵和地源热泵三大类。空气热泵供暖，在冬季较低温度条件下的供暖能力受到限制，因此需要根据该地区冬季最不利条件确定机组容量和辅助热源，满足用户采暖的需求。由于地下水和一定深度下的土壤温度常年稳定在略高于年平均气温，因此可以作为地源热泵供暖使用。该采暖系统仅仅适用于容积较低的建筑。地下水源热泵使用的可行性，也需要根据是否具有可靠地下水源抽取及回灌条件，且要符合该地区水文地质管理的要求。电动热泵采暖系统的运行费用相对较高，但它同时可以作为夏季空调供冷系统使用，不应作为单一采暖功能的系统来看待。此外，电动热泵系统具有大气污染小、安装运行简便且占用面积小的优点。
电热蓄热采暖系统方式是在电网低谷时将电能转换为热能，当需要供暖的时候将所蓄存的热量供暖。电热蓄热采暖方式主要是配有蓄热装置的集中电热锅炉和可以用于分户电采暖的蓄热电散热器。蓄热装置表现为供热量和热负荷之间的平衡关系，其作用是减小设备容量和提高系统效率等。目前，我国的蓄热采暖系统应用还比较少，主要集中于余热或废热再利用等方面。
当电动热泵或者电热蓄热采暖系统不能采用时，最好的直接电热采暖方式为电热膜辐射采暖系统方式。电热膜辐射采暖是在合理的环境辐射温度条件下，减少人体的辐射散热量，生理热平衡需要降低室温以增加对流散热量，所以较低室温下辐射采暖可取得与较高室温下对流采暖具有相同的舒适感。目前，由于电热膜产品的辐射体表面的温度过高，远超过国家标准对辐射体表面温度的限制，导致“舒适度不高”，因此，其应用受到限制。
地板辐射式采暖的热舒适度明显优于电热膜辐射采暖方式，能够确保符合国家标准要求，因而可得到合理的房间温度场分布，并且可以保持较好的室内温度的稳定性。由于此采暖系统方式的投资费用较高，因而限制了此种采暖方式在住宅中的推广及应用。
3各种采暖系统的能耗分析
3.1 锅炉采暖系统
锅炉采暖根据燃料不同有燃煤锅炉和燃油、燃气锅炉。依据规模不同，燃煤锅炉的效率有很大的差别，而天然气锅炉效率一般差别不大。这主要是由于煤是固体燃料，以表面接触燃烧为主，其燃烧的完全性受到炉膛温度的影响，炉膛容积越小炉膛的平均温度越低，其燃烧越不充分。因此，燃煤锅炉能源转换效率很低，其供热效率一般为55％～75％。而天然气是空间燃烧，其效率主要与受热面积、供热介质和换热强化等因素有关，其热效率高，一般在90％左右。此外，对于锅炉采暖系统因采暖管网保温不利、管道泄露导致热量损耗及由于介质温度过高会造成不必要的热损失，其效率会进一步导致降低。
3.2 直接电热系统
无论是电暖器、电热膜，还是电热锅炉，仅从电热转换效率的角度来看，其热效率几乎为100％。但在由高品位的电能转化为低品位的热能过程中，会浪费大量的有用能源。我国大型火力发电厂的平均发电效率仅为33％，所以可以认为直接电热系统的热电转换效率虽然为100％，但折合为煤炭效率也仅仅为33％。
3.3 电动热泵系统
电动热泵系统合理利用了高品位电能，使其综合能源效率很高。在适合的水文地质条件下，水源热泵系统折合为燃煤效率高达99％～115％。空气源热泵的性能则受户外温度影响很大，在寒冷地带需要辅助电热，但其折合煤炭效率仍为66％。
此外，无论哪种采暖系统方式，供热规模越大，供热环节越多，供热能耗也就越大。采暖过程中的能耗主要有建筑能耗、不均匀热损失、高温热力管网能耗和室外管网能耗。综合考虑，虽然输送环节热损失很大，但燃煤热电联产系统方式依然是各种采暖方式中能耗最低的。天然气锅炉的热效率普遍较高，应以小规模分散为佳。直接电热采暖系统方式消耗高品位的电能，能耗在各采暖方式中是最大的, 应限制甚至禁止电热锅炉供暖。
4结论
本文综述了目前我国存在的各种采暖系统方式，并对其能耗进行了分析。在选择采暖系统方式时，应从能源消耗、经济性、对环境的影响等多个方面进行综合考虑，根据每种采暖系统的适用条件与当地实际条件的具体情况，选择出最为优化、最为合理与适宜的采暖系统方式。
参考文献
[1] 杨印生. 经济系统定量分析方法[M]. 长春: 吉林科学技术出版社, 2001.
[2] 张沈生, 傅卓林, 张兆弟. 住宅供暖设备的评价与选择[J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2006, 22(4): 647-652.
[3] 江亿. 华北地区大中型城市供暖方式分析[J]. 暖通空调, 2000, 30(4): 30-32.
[4] 闻作祥, 马景掏. 北京地区多种供热方式研究[J]. 区域供热, 2003(3): 14- 30.
关键词：采暖系统应用能耗
Application and energy consumption analysis of different heating systems
Xu Lianhong
Jinan Railway Vehicles Equipment CO., LTD. 250022
Abstract: In this paper, the different heating systems of buildings are classified and summarized. Points out the advantages and disadvantages of the different heating systems through the analysis of its application conditions. Furthermore, its energy consumption is discussed and compared. These will provide some guidance and basis for choosing heating equipment and way for the new buildings and users.
Keywords: heating system; application; energy consumption
中图分类号：Ｕ２６０文献标识码：A 文章编号：1674-198X(2012)03(c)-0000-00
1引言
随着国家对环保要求的日益增强，城市中采暖系统的能源供应结构也随之发生变化，因此，采暖系统方式日益多样化。多种新型供暖设备和采暖方式的逐渐使用，不仅改善了建筑节能和室内环境，而且也进一步提高了住宅环境的品质，为选择最为优化、最为适宜的采暖设备和形式提供了可能。
在选择采暖设备和采暖系统方式时，应综合考虑环保要求、气候条件、燃料供应条件、节能效益和经济承受能力等因素，使其具有合理性和适用性。因此，是否能够准确全面评价各种采暖设备和采暖系统方式，选择最为合适的采暖方式，是一个重要且急需解决的问题[1]。而为了达到这一目的，正确进行能耗分析则是各项评价指标中最为重要的一个环节，是进一步进行决策的基础。为此，本文将对不同采暖系统形式的应用及能耗作初步的分析和探讨，为新建筑和用户选择采暖设备和方式提供指导和依据。
2各种采暖系统应用分析
2.1 传统采暖系统
传统的住宅采暖系统方式主要有以城市热网、小区热网或较大规模的锅炉房为热源的集中供热系统方式和分散于各个用户建筑内的家用炉灶供热系统方式。集中供热系统方式现在仍是城市建筑住宅采暖的主要系统方式。该系统方式的优势在于能够科学的充分利用能源，热源也非常稳定，通过热网输送到各个采暖用户。它主要包括热电厂供热系统、燃油锅炉、燃煤锅炉、燃气锅炉等。传统的采暖系统方式安全可靠、便于管理。但是，该系统方式也存在着一些弊端，制约并影响着集中供热系统的建设和发展。制约集中供暖系统发展的因素主要有[2]：（1）住宅的建设与供暖热网建设难以同步进行和相互协调发展；（2）初期投资大、建设周期长、运行费用高、投资回收慢；（3）集中供暖时间固定，温度不能单独控制，距离供热源的远近造成了供热的不均匀性；（4）采暖费用收取困难；（5）燃煤锅炉能源转换效率低，污染严重；（6）集中采暖系统方式按面积收取采暖费， 不是按照用户的能量消耗收取，具有一定的不合理性。
2.2 新型采暖系统
新型的采暖系统方式主要有以下几种[3,4]：（1）家用电锅炉；（2）电热膜采暖；（3）蓄能式电暖器；（4）分户式燃气、燃电采暖炉（即为壁挂炉）；（5）分户式燃油锅炉；（6）水源热泵；（7）中央空调系统；（8）地板辐射式采暖。
家用电锅炉属于集中形式的电式采暖系统方式，一般用于单幢楼房或小型小区供热。与传统集中采暖系统方式类似，该系统通过热力管道把电锅炉加热后的热水输送到各个住宅房间。电锅炉采暖系统方式的能耗较高，能源转换效率极低，运行成本较高，因此，电锅炉采暖系统的采用受到很大的限制。
电暖器主要放置在单个房间内取暖，主要结构形式有电热石英管式取暖器、电热微晶玻璃辐射取暖器、电热油汀普通电暖器和蓄热功能的相变蓄热电暖器等。电暖器这种采暖系统方式安装调节灵活、使用方便，不需要传统集中采暖系统中的热力管道和散热器片，而且用户可以根据气温情况控制采暖装置的使用，因此可以缩短采暖季中采暖设备的运行时间，进而可以节省采暖费用。此外，电暖器的使用不需要集中供暖那样需要专门人员负责采暖系统的运行管理和维护，而且不会产生污染。但是，电暖器的运行耗电量较大，采暖舒适感不如水暖供暖散热器。因此，电暖器的采用需要根据用户的实际情况加以选择。
另一种采暖系统是电动热泵，设置在各个房间内，即可在夏季作为空调制冷使用，也可以在冬季作为采暖热源使用，启动调节运行灵活方便。电动热泵主要有空气热泵、水环热泵和地源热泵三大类。空气热泵供暖，在冬季较低温度条件下的供暖能力受到限制，因此需要根据该地区冬季最不利条件确定机组容量和辅助热源，满足用户采暖的需求。由于地下水和一定深度下的土壤温度常年稳定在略高于年平均气温，因此可以作为地源热泵供暖使用。该采暖系统仅仅适用于容积较低的建筑。地下水源热泵使用的可行性，也需要根据是否具有可靠地下水源抽取及回灌条件，且要符合该地区水文地质管理的要求。电动热泵采暖系统的运行费用相对较高，但它同时可以作为夏季空调供冷系统使用，不应作为单一采暖功能的系统来看待。此外，电动热泵系统具有大气污染小、安装运行简便且占用面积小的优点。
电热蓄热采暖系统方式是在电网低谷时将电能转换为热能，当需要供暖的时候将所蓄存的热量供暖。电热蓄热采暖方式主要是配有蓄热装置的集中电热锅炉和可以用于分户电采暖的蓄热电散热器。蓄热装置表现为供热量和热负荷之间的平衡关系，其作用是减小设备容量和提高系统效率等。目前，我国的蓄热采暖系统应用还比较少，主要集中于余热或废热再利用等方面。
当电动热泵或者电热蓄热采暖系统不能采用时，最好的直接电热采暖方式为电热膜辐射采暖系统方式。电热膜辐射采暖是在合理的环境辐射温度条件下，减少人体的辐射散热量，生理热平衡需要降低室温以增加对流散热量，所以较低室温下辐射采暖可取得与较高室温下对流采暖具有相同的舒适感。目前，由于电热膜产品的辐射体表面的温度过高，远超过国家标准对辐射体表面温度的限制，导致“舒适度不高”，因此，其应用受到限制。
地板辐射式采暖的热舒适度明显优于电热膜辐射采暖方式，能够确保符合国家标准要求，因而可得到合理的房间温度场分布，并且可以保持较好的室内温度的稳定性。由于此采暖系统方式的投资费用较高，因而限制了此种采暖方式在住宅中的推广及应用。
3各种采暖系统的能耗分析
3.1 锅炉采暖系统
锅炉采暖根据燃料不同有燃煤锅炉和燃油、燃气锅炉。依据规模不同，燃煤锅炉的效率有很大的差别，而天然气锅炉效率一般差别不大。这主要是由于煤是固体燃料，以表面接触燃烧为主，其燃烧的完全性受到炉膛温度的影响，炉膛容积越小炉膛的平均温度越低，其燃烧越不充分。因此，燃煤锅炉能源转换效率很低，其供热效率一般为55％～75％。而天然气是空间燃烧，其效率主要与受热面积、供热介质和换热强化等因素有关，其热效率高，一般在90％左右。此外，对于锅炉采暖系统因采暖管网保温不利、管道泄露导致热量损耗及由于介质温度过高会造成不必要的热损失，其效率会进一步导致降低。
3.2 直接电热系统
无论是电暖器、电热膜，还是电热锅炉，仅从电热转换效率的角度来看，其热效率几乎为100％。但在由高品位的电能转化为低品位的热能过程中，会浪费大量的有用能源。我国大型火力发电厂的平均发电效率仅为33％，所以可以认为直接电热系统的热电转换效率虽然为100％，但折合为煤炭效率也仅仅为33％。
3.3 电动热泵系统
电动热泵系统合理利用了高品位电能，使其综合能源效率很高。在适合的水文地质条件下，水源热泵系统折合为燃煤效率高达99％～115％。空气源热泵的性能则受户外温度影响很大，在寒冷地带需要辅助电热，但其折合煤炭效率仍为66％。
此外，无论哪种采暖系统方式，供热规模越大，供热环节越多，供热能耗也就越大。采暖过程中的能耗主要有建筑能耗、不均匀热损失、高温热力管网能耗和室外管网能耗。综合考虑，虽然输送环节热损失很大，但燃煤热电联产系统方式依然是各种采暖方式中能耗最低的。天然气锅炉的热效率普遍较高，应以小规模分散为佳。直接电热采暖系统方式消耗高品位的电能，能耗在各采暖方式中是最大的, 应限制甚至禁止电热锅炉供暖。
4结论
本文综述了目前我国存在的各种采暖系统方式，并对其能耗进行了分析。在选择采暖系统方式时，应从能源消耗、经济性、对环境的影响等多个方面进行综合考虑，根据每种采暖系统的适用条件与当地实际条件的具体情况，选择出最为优化、最为合理与适宜的采暖系统方式。
参考文献
[1] 杨印生. 经济系统定量分析方法[M]. 长春: 吉林科学技术出版社, 2001.
[2] 张沈生, 傅卓林, 张兆弟. 住宅供暖设备的评价与选择[J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2006, 22(4): 647-652.
[3] 江亿. 华北地区大中型城市供暖方式分析[J]. 暖通空调, 2000, 30(4): 30-32.
[4] 闻作祥, 马景掏. 北京地区多种供热方式研究[J]. 区域供热, 2003(3): 14- 30.