[摘要] 烏魯木齊市對(duì)電供暖示范工程進(jìn)行了運(yùn)行能耗的跟蹤調(diào)查，電供暖的實(shí)際運(yùn)行能耗結(jié)果，讓我們吃驚地發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的電供暖示范項(xiàng)目的實(shí)際耗煤量都要小于傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)耗煤量或耗氣量。這一結(jié)果與我們的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)和國(guó)家現(xiàn)行的強(qiáng)制性技術(shù)法規(guī)結(jié)論相反。為什么情況是這樣？需要我們認(rèn)真對(duì)待，找出原因所在。
關(guān)鍵詞 電供暖、室溫自動(dòng)控制、自由熱、節(jié)能建筑
當(dāng)前，國(guó)家界定火力發(fā)電的平均效率為34.1%，與供熱系統(tǒng)的能效相比視乎偏低。所以，我國(guó)自2005年開(kāi)始執(zhí)行的《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189第5.4.2條，第一次用強(qiáng)制行條款對(duì)電供暖明確予以禁止使用。從此，所有相關(guān)業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為電供暖方式浪費(fèi)能源，使用價(jià)格貴，不得已情況下應(yīng)禁止使用。在烏魯木齊市開(kāi)始推廣電供暖的初期，很多同志（包括本人在內(nèi)）也都是使用電采暖的反對(duì)派。
但是，供暖系統(tǒng)的實(shí)際能耗并不僅僅取決于供熱鍋爐、輸送管網(wǎng)的理論效率，人們的行為節(jié)能、運(yùn)行過(guò)程的有效自動(dòng)控制和建筑中的自由熱對(duì)建筑節(jié)能的影響都會(huì)對(duì)供熱系統(tǒng)的最終節(jié)能實(shí)際效果產(chǎn)生根本性影響。
1.烏魯木齊市電供暖的基本概況
新疆煤炭資源豐富，電力充沛，但烏魯木齊大氣污染嚴(yán)重；在節(jié)能建筑中，嘗試使用清潔的電供暖曾作為一種選擇。在電供暖方案論證過(guò)程中，首先被否決的是采用大型電熱水鍋爐集中供熱，最后，在示范項(xiàng)目中采用的電供暖方式主要是帶有室內(nèi)溫控的發(fā)熱電纜和電熱膜為代表的低溫地面輻射電供暖系統(tǒng)。
新疆電供暖的鼓勵(lì)價(jià)格是：波谷、平段分別為0.313元/kWh、0.395元/kWh、各10個(gè)小時(shí)，波峰0.575元/kWh ，波峰時(shí)間段4個(gè)小時(shí)，波峰、平段、波谷的時(shí)間段共有8個(gè)。 電供暖工程推廣遇到的第一個(gè)困難是城市電網(wǎng)不能滿足大規(guī)模的電供暖負(fù)荷需求，室外必須新增配電，僅此部分的工程費(fèi)用占到50-70%；電地暖的工程總造價(jià)大致：180-260元/平方米。烏魯木齊市政府通過(guò)財(cái)政補(bǔ)貼、減免工程項(xiàng)目部分城市配套費(fèi)的激勵(lì)辦法，在一些學(xué)校、居住建筑中開(kāi)始推行。選擇學(xué)校是因?yàn)樵谧詈涞脑鲁踔?月中旬40天的寒假，通過(guò)將學(xué)校教室、宿舍的溫度降至10℃，可節(jié)約建筑能耗需求量的10%。烏魯木齊全市已完成約70萬(wàn)平方米的電供暖項(xiàng)目。
劉鳴 1962年11月生， 新疆建筑設(shè)計(jì)研究院，大學(xué)，院副總、提高待遇高級(jí)工程師，800002， 烏魯木齊市光明路125號(hào)，0991-8809063，1456376492@qq.com
在采用行為節(jié)能管理措施的實(shí)際工程項(xiàng)目中，發(fā)現(xiàn)低溫地面輻射電供暖系統(tǒng)受供熱特性限制，將室溫加熱的速度很慢，某項(xiàng)目寒假結(jié)束，上班伊始，老師的辦公室房間始終寒冷，直至5-7天后室內(nèi)溫度才緩慢恢復(fù)至20℃，這是因?yàn)槭覂?nèi)單位面積的發(fā)熱電纜或電熱膜鋪設(shè)功率較小。其實(shí)，在以間歇供熱為特點(diǎn)的電供暖設(shè)計(jì)中，只有最大程度地在波谷時(shí)段用電，才能降低電供暖的運(yùn)行費(fèi)用，在被加熱區(qū)域應(yīng)大幅增加電加熱負(fù)荷，建議不小于設(shè)計(jì)熱負(fù)荷指標(biāo)的2倍。
2.烏魯木齊市部分電供暖項(xiàng)目的跟蹤監(jiān)測(cè)報(bào)告
新疆電力科學(xué)研究院接受烏魯木齊市建委的委托，在2012年提交了《電采暖相關(guān)技術(shù)研究科技項(xiàng)目驗(yàn)收材料》報(bào)告，給出了完整供暖期的實(shí)際供熱耗電量與電費(fèi)數(shù)據(jù)：表一編項(xiàng)目名稱 建筑2（m） 類別單位建筑面電供測(cè)試供鋪設(shè)積耗電量 的費(fèi)用 2( kWh/ m（元/m2a)
160.0 138.7 331.2 459.9 591.6 44.9 34.1 43.4 45.1 36.8 35.2 61.1 17.4 19.6 17.0 14.6 14.5 13.7/20.0 23.7/26.0
2010～2011年采暖期181/ 2011～2012年采暖期181發(fā)熱材料
天山職業(yè)技術(shù)35826.7 學(xué)校學(xué)院 ，烏魯木齊 三十二小學(xué)2611.0學(xué)校
發(fā)熱電纜 碳纖維 電暖器
2780.0 3059.0 5862.3 8732.2
學(xué)校 學(xué)校 學(xué)校
蓄熱式 電暖器 發(fā)熱電纜 發(fā)熱電纜 發(fā)熱電纜
四十四小學(xué) 五十三中學(xué) 八十三中學(xué) 7 匯三江小區(qū)84560.0 住宅
3.電供暖與大型城市集中供熱的能效結(jié)果對(duì)比
按照國(guó)家發(fā)改委統(tǒng)一規(guī)定的電廠發(fā)電平均耗標(biāo)煤量360gce/ kW·h，以上表格中單位建筑面積的平均耗電量換算成一次能源標(biāo)準(zhǔn)煤：11.0-22.0kgce/m2 a；依據(jù)天然氣的低位發(fā)熱量=1.2251kgce標(biāo)煤的低位發(fā)熱量，折合天然氣量：9.0-18.0m3/m2a。
烏魯木齊市包括各類建筑的綜合大型集中供熱耗煤量平均約為36kg/m2a，折合成標(biāo)煤26kgce/m2a，天然氣平均消耗17.0m3/m2a。電供暖實(shí)際一次能源消耗量較烏魯木齊城市集中供熱實(shí)際能耗要小55-15%?？紤]到公共建筑建筑的層高往往高于居住建筑，僅此部分能耗就要比同類居住建筑能耗大20%左右，具體差值與建筑特征節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、層高、窗墻比、體形系數(shù)等有關(guān)。烏魯木齊實(shí)施“煤改氣”后，政府給供熱企業(yè)補(bǔ)助0.78元/m3天然氣，考慮到這部分補(bǔ)貼，烏魯木齊的實(shí)際供熱價(jià)格應(yīng)為34.0元/m2a，此供熱價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電供暖的價(jià)格。2013年烏魯木齊市供熱期天然氣消耗量近20億立方米，補(bǔ)貼金約15.5億元，已讓烏魯木齊市政府背上了沉重財(cái)政負(fù)擔(dān)。
為何電供暖的實(shí)際能效會(huì)高于大型集中供熱的實(shí)際能效，并且之間相差巨大？這一結(jié)果與習(xí)以為常的經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)完全不同。
大型城市集中供熱系統(tǒng)，從鍋爐開(kāi)始，經(jīng)一次管網(wǎng)輸配系統(tǒng)---換熱設(shè)備----二次管網(wǎng)輸配系統(tǒng)----室內(nèi)供熱系統(tǒng)---熱用戶；與電供暖就地供熱相比較明顯存在熱源到熱用戶之間輸送環(huán)節(jié)過(guò)多，而這每一環(huán)節(jié)都存在一定的熱損耗。依照《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GJ2626-95第3.0.1條，管網(wǎng)輸送效率90%，鍋爐效率68%，大型城市集中熱水供熱系統(tǒng)的實(shí)際供熱量Q=e鍋爐效率*e一次管網(wǎng)效率*e換熱站效率*e二次管網(wǎng)效率*e室內(nèi)系統(tǒng)效率Q一次能源發(fā)熱量,在這5個(gè)環(huán)節(jié)中每一個(gè)環(huán)節(jié)都有熱損耗，如：實(shí)際工程中熱水供熱系統(tǒng)難以做到水力平衡（由于沒(méi)有平衡調(diào)試的資金、時(shí)間和驗(yàn)收），這就導(dǎo)致集中供熱系統(tǒng)的“木桶短板效應(yīng)”，為保證最不利用戶室溫達(dá)到18℃，其它大量用戶的室溫就必須偏高，對(duì)供熱企業(yè)而言這部分收益難以獲得等于能源浪費(fèi)；供熱各環(huán)節(jié)的實(shí)際節(jié)能控制、維護(hù)管理存在很大難度，也是我國(guó)現(xiàn)有供熱系統(tǒng)總的實(shí)際效率普遍不高的一方面原因。
“自由熱”（free heating）曾被我們長(zhǎng)期忽略，“自由熱”是供暖期期間來(lái)自房間內(nèi)人體、家用電器設(shè)備的散熱以及來(lái)自太陽(yáng)得熱；隨著節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，建筑熱負(fù)荷越來(lái)越小，自由熱所占相對(duì)比例則越來(lái)越大，Q自由熱/Q建筑熱負(fù)荷，我國(guó)的建筑熱負(fù)荷計(jì)算中一般不考慮這部分熱量，但在居住建筑的能耗統(tǒng)計(jì)中是按照3.8W/ma計(jì)算，這一數(shù)據(jù)是1995年前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，那時(shí)的居住建筑中沒(méi)有電腦，冰箱、電視普及率不高，且沒(méi)有包括太陽(yáng)得熱；室內(nèi)自由熱是一個(gè)難以統(tǒng)一給出的數(shù)據(jù)，除了與建筑有關(guān)還與人們的生活習(xí)慣、生活水平、家庭人口等要素有關(guān)。自由熱只有通過(guò)有效的溫控器免費(fèi)能源才能獲得。
歐盟國(guó)家正在推廣的接近零能耗建筑=被動(dòng)式建筑熱負(fù)荷計(jì)算是要考慮這部分熱量計(jì)算的，它正是利用此部分熱量維持室內(nèi)溫度熱舒適。德國(guó)給出房間的標(biāo)準(zhǔn)得熱量：獨(dú)立屋、公寓單位建筑面積的熱負(fù)荷2.1w/m，有家庭生活設(shè)備房間單位建筑面積的熱負(fù)荷4.1w/m，辦公類建筑單位建筑面積的熱負(fù)荷3.5w/m，學(xué)校建筑單位建筑面積的熱負(fù)荷2.8w/m（對(duì)應(yīng)的面積是指Floor net area，摘自德國(guó)被動(dòng)式建筑研究院的《Passive House Planning Package 2007》P101）。
電供暖節(jié)能主要?dú)w功于用戶的室內(nèi)溫控裝置可有效開(kāi)啟、關(guān)閉用電，用戶的行為節(jié)能容易落實(shí)；不存在集中供熱系統(tǒng)中各水環(huán)路平衡、輸送熱損失等能耗，節(jié)能效果簡(jiǎn)單直接明了。
電供暖與大型城市集中供熱的能效對(duì)比一覽表： 表二 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4.國(guó)外建筑節(jié)能法規(guī)對(duì)電供暖的規(guī)定
美國(guó)ASHRAE建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings》90.1-2010中對(duì)供熱熱源和系統(tǒng)的要求，沒(méi)有對(duì)電供熱方式的限制，只是要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行控制和相關(guān)設(shè)備的能效限制；同樣，德國(guó)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)《Regulation amending the German Energy Saving Ordinance》(聯(lián)邦政府2009年3月18日通過(guò)執(zhí)行)，只是對(duì)供熱期超過(guò)4個(gè)月，室溫超過(guò)19℃，面積規(guī)模超過(guò)5棟的公寓中，限制儲(chǔ)熱式熱水供熱鍋爐的使用；對(duì)超低能耗50.0kWh/m2a的建筑則放開(kāi)使用。德國(guó)的建筑節(jié)能法規(guī)特別強(qiáng)調(diào)的是供熱系統(tǒng)應(yīng)有隨著時(shí)間、室外溫度等其它變量變化，系統(tǒng)可以自動(dòng)打開(kāi)、關(guān)閉、供熱量大小的控制調(diào)節(jié)。
5.電供暖的環(huán)保效果
電力輸送較集中供熱熱水輸送優(yōu)勢(shì)巨大，電廠可以設(shè)置在遠(yuǎn)離大城市的地方，其煙塵排放物對(duì)城市中心區(qū)域大氣環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生影響。城市中心設(shè)置的大型集中供熱鍋爐，無(wú)論采用何種能源，排煙除塵、凈化裝置效能如何好，煙氣排放出的熱量都會(huì)加劇“城市熱島效應(yīng)”，烏魯木齊1.2平方米建筑采用燃?xì)?a href="http://bhzvouv.cn" target="_blank" class="autolink">供熱，僅在市中心產(chǎn)生的供熱水蒸氣就達(dá)30億立方。發(fā)達(dá)國(guó)家大城市都將消除“城市熱島效應(yīng)”作為治理城市大氣環(huán)境病的綜合措施，尤其是北京、烏魯木齊等城市，冬季月平均風(fēng)速僅1m/s，空氣環(huán)境自凈能力極差，聚集在城市中心的大量空氣污染物越積越多，難以散去。利用遠(yuǎn)離城市中心的電廠發(fā)電供熱，對(duì)消除“城市熱島效應(yīng)”效果最佳。
6.總結(jié)
電供暖熱計(jì)量很容易，每戶設(shè)一專用電能表即可。我國(guó)的熱水供熱系統(tǒng)基本上都是按照“質(zhì)調(diào)特性
建筑能源需求量（kWh/m2a） 110.0 發(fā)電或鍋爐效率 輸送管網(wǎng)效率 管網(wǎng)不平衡熱損失 自由熱利用率 行為節(jié)能的效益 供熱的綜合實(shí)際效率 能源消耗量[kgce(m3)/m2a] 供熱價(jià)格（元/m2a） 維護(hù)管理費(fèi)用 備注
34.1% 98% 高 高 高 11.0-22.0 14.0-26.0 低68%（83%） 90~92% 低 低 低 26.0 22.0 高低 低 一般 17.0 34.0 較高 76%（92%）
電采暖，大型集中供熱系統(tǒng)，大型燃煤鍋爐， 燃?xì)?a href="http://bhzvouv.cn" target="_blank" class="autolink">鍋爐100%或不存在 “短板效應(yīng)”普遍供熱量偏大，能耗大建筑能源需求量、熱價(jià)為嚴(yán)寒C區(qū)以烏魯木齊市為例，50%的居住建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)（181天，20℃）對(duì)應(yīng)值。節(jié)”設(shè)計(jì)運(yùn)行，要過(guò)渡到以“量調(diào)節(jié)”為主的供熱系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)性困難，盡管政府大力鼓勵(lì)支持在供熱系統(tǒng)中推廣熱計(jì)量，卻始終成效甚微，人們的行為節(jié)能，自由熱的有效節(jié)能利用效果就差，集中供熱系統(tǒng)的整體實(shí)際效率也差。
電作為高品位能源轉(zhuǎn)換成低品位的熱量使用價(jià)格不菲，在不節(jié)能或能耗大的既有建筑中推廣使用，因耗電量大其使用的經(jīng)濟(jì)效果未必好；烏魯木齊市早期使用的電供暖，由于建筑保溫不好或建筑入住率不高等原因，就曾造成部分居民住戶反應(yīng)電供暖價(jià)格太貴。
天然氣資源緊張、價(jià)格昂貴，天然氣低位發(fā)熱量的熱價(jià)是煤低位發(fā)熱量的4倍以上，是終端電價(jià)的50%；從節(jié)能、環(huán)保、生命周期費(fèi)用等各方面比較，在煤資源豐富、價(jià)格低或者像北京、烏魯木齊、南方等特殊城市的節(jié)能建筑中采用電采暖應(yīng)是更好選擇。
我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)儲(chǔ)熱式電熱水鍋爐、電散熱器、發(fā)熱電纜或電熱膜輻射供熱型式不加區(qū)分，僅僅基于理論認(rèn)識(shí)，在缺乏實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)佐證的情形下，統(tǒng)一禁止使用難免片面，不準(zhǔn)確，存在一定誤導(dǎo)，給本應(yīng)使用電供暖的設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大阻礙。
美國(guó)的2011 ASHRAE HANDBOOK HVAC Applications的第51章，對(duì)建筑屋面、室外廣場(chǎng)、人行道、行車坡道等場(chǎng)所和室外輸送管道外，采用發(fā)熱電纜等供暖方式融冰、融雪和防凍事故發(fā)生有全面、完整設(shè)計(jì)介紹。
參考文獻(xiàn)
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