一、我国供暖区域特点
中国的集中供暖制度始于20世纪的50年代,参照当时苏联的模式,初步建立了建筑供暖体系。根据前苏联的气候计算方法规定室外温度5摄氏度以下定义为冬天。因此,只有累年日平均气温稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90天被界定为集中供暖的地区,主要包括华北、东北、西北等地区。(***1)
中国划分南方和北方的分界线是1908年由中国地学会(即现在的中国地理学会)首任会长张相文,从自然地理分区的角度出发提出的,这条线最初是用于指导居民建筑和农耕。因此,上世纪50年代,以秦岭、淮河为界,划定北方为集中供暖区,南方不集中供暖,这即为南北供暖线(见***1)。
传统意义上的“中国南方”,是指我国秦岭淮河以南的全部区域。上世纪50年代,由于当时“能源奇缺”,***亲自主导以秦岭、淮河为界,划定北方为集中供暖区,南方不集中供暖,此即为南北供暖线。划定理由是年日均气温稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90天被界定为集中供暖的地区,主要包括华北、东北、西北等。
由于历史原因,南方地区的城市集中供暖基础设施基本为零。若要像北方一样,全面建立起取暖管道、供暖泵房等基础设施,需要大量的经济投入。不仅如此,传统的南方住宅建筑外墙还涉及到围护结构保温等问题,这也是供暖计划中必须考虑的细节。
二、南方供暖方式现状
清华大学2009年对该地区的上海、苏州和武汉分别开展了针对生活方式和居住能耗的社会调查统计,调研获得1861份有效问卷。经调查显示,目前南方城镇居民使用较多的供暖方式主要有以下三种类型。
1.空气源热泵供暖:在房间内安装空调器,夏季送冷风,冬季送热风;也可加装辐射地板,夏季利用房间空调器送冷风,冬季通过空气源热泵制备出的热水进入辐射地板,实现对室内的供暖;
2.燃气壁挂炉供暖:每户安装***的燃气壁挂供暖炉,燃烧天然气产生热水作为热源,室内通过暖气片或地板辐射方式供暖;
3.电热供暖:在房间内安装电暖气、电热膜等,以通电加热方式进行供暖。
据介绍,目前在广大的长江流域还没有实行集中采暖的地区面临的现状无论是居住建筑里面还是公共建筑里面,室内的温度都是没有达到我们居住生活生产所要求的一个基本要求的,从调查来看,基本上是在10度以下,其中温度较高重庆地区可能冬季温度能达到12度,低的就是5~6度。在大部分的南方地区还是没有对集中采暖有相应的***策和强制性要求的。不同的地区特别是在一些中部的地区可能在它的城区有一些部分集中采暖的项目和相应的要求,在大部分地区都没有相应的***策。在一些中部不太发达的区域,也在提倡利用一些可再生能源采暖,另外大部分还是居民自发的采置一些采暖的设施,特别是一些先富裕起来的这些人,有改善的经济条件,才尝试各种各样的采暖方式。
2012年初,清华大学对上海地区的14户住户的冬季供暖方式进行的访谈与测试,访谈对象大多都安装分体热泵空调,但在实际使用中采用了多种不同的供暖方式,电供暖中使用较多的类型为:小太阳,电火箱,电暖宝,电热毯。
2013年清华大学调研了长江流域761户居民家庭设备使用情况,拥有分体空调的家庭占85%,拥有局部供暖设备的80%,小区集中供暖的不到1%。
南方的大中城市大多数住宅装有分散供暖设施,其中主要为冬夏两用的空调热泵,个别住户采用燃气壁挂炉或电热供暖装置。冬季室温大多可达到13℃到18℃之间。实际用电量每平方米每个冬季6~8度电,折合2~2.7公斤标煤,每平方米5元。以上海地区为例,2009年冬天785户居民中有超过90%的居民使用空气源热泵供暖,使用燃气壁挂炉的用户为1%,较多居民采用电加热辐射器、电暖风机、电热毯作为辅助取暖设备(见***2)。
研究显示,南方地区居民普遍的冬季供暖习惯是间歇式局部供暖,在运行方式方面,大多数家庭采取“有人开,无人关”的运行方式,平均每台空调热泵每天开启不超过9个小时。也就是当家中无人时关闭所有的供暖设施,家中有人时也只是开启有人的房间的供暖设施。该地区居民对于供暖需求的个体差异较大,而分散式供暖设备恰恰能够很好地满足这种个性化的需求,使人们可以根据自己的需要决定供暖的起止时间,保证舒适性的同时避免能源的浪费(***3)。
综上所述,南方地区目前主要的供暖特点为:(1)南方地区住宅需要针对改善室内热环境进行供暖;(2)目前南方地区居民大多使用分散式供暖;(3)“部分时间,部分空间”的使用模式与分散式供暖方式相适应;(4)集中供暖方式不适应于南方居民的生活方式;(5)针对南方居民采用分散式供暖的特点,可以从:提高建筑气密性和改善保温性能;推广更适宜的末端方式;改善气流组织、推广适宜的分散式供暖热源几方面努力,提高南方地区居民的供暖效果,改善居民的生活质量。
三、南方供暖方式研究
随着城市环保要求的日益提高,能源供应结构逐渐变化,加之建筑节能和计量收费改革的推进,供热供暖方式日益多样化。目前存在的各种供热方式都有其存在的合理性和适用条件。在选择供热供暖方式时,应综合考虑当地气候条件、环保要求、燃料结构、能源效益和经济承受能力等因素。
从目前存在的情况归纳有8种供暖方式:
(1)区域集中供暖:区域集中供暖在北方地区应用了很多年,它要求的投资比较高。南方地区的特点跟北方不同,北方从最北的可能有半年的时间需要供暖,南方可能短的也就是几天,一个礼拜甚至半个月需要供暖,这样的情况下供暖时间的不同,对于供暖设备的投入和它的产出就要做详细的评估。
(2)分散式的集中供暖:是将过去一个城镇只有一个供热中心、一个大集中的热源点,因地制宜地改变为分建若干个热源点,采用环保高效锅炉,从而提高供热效率,缩短管网,降低热耗,减少污染,降低费用,美化环境。
(3)分布式能源集中供暖:分布式能源集中供暖的概念主要是冷、热、电三联供,在一些能源发达的地区特别是天然气发达的地区,根据建筑的类型需要的电量、空调量和供暖量相匹配的情况下采用这种方式是最为方便的,它的天然气在燃烧的时候它的高位能受到发电,低位能用于供暖和空调,这样一套设备可以实现三个功能,同时使得能源能够很好的利用,这种方式在中部地区在一些适合的场合,它的经济性是最好的,目前也有一些城市在推广和示范应用这样的技术。这是分布式能源,同时分布式能源系统集中供暖能够跟可再生能源能够很好的结合,能够符合我们国家供暖的要求。
(4)中央空调集中供暖:在南方的一些公共建筑广泛应用,特别是早期的宾馆,基本上都具有一套系统能够实现空调和供暖,特别是在一些酒店、写字楼、商场,原来有冷源没有热源,增加了热源之后末端也不用变就可以实现供暖的,这种方式出投资没有增加,但是适用的场合和系统的形式有一定的局限性。
(5)分散式的家庭空调采暖: 分布式的供暖方式是目前南方地区应用最多的,就是户式家庭空调供暖系统,特别是近今年发展比较快的也是这种方式,这种方式有很多种,一种最简便的就是家用空调器,过去是单一的制冷功能,现在有了热泵的功能,冬天可以进行热泵的供暖。还有就热泵系统,有的大型机组也可以生产出热水,通过热水输送到室内给风机盘管或者是给散热器或者是地暖来带动末端也可以实现供暖。
(6)电采暖:从中国去年的建筑节能年度发展研究报告里面可以看到,就是没有集中供暖的夏热冬冷地区,采暖电耗从96年的不到1亿度,飙升到10年的390亿度,增加了400倍,能耗是巨大。电采暖形式很多,包括电热膜、电热地暖、电采暖散热器等方式,这种方式从行业或者技术应用的角度,并不提倡作为主力的采暖方式,能耗过大,特别是作为火力发电只能用于采暖整个系统的应用效率比较低的,电热采暖最高的效率就是百分之百的话,火力发电它的能效也只有34%左右,整个系统算下来也只有34%的系统效率。这种方式作为补充是可以的,特别是在一些采暖方式还没有能够够得着的地方,用这样的方式实在是比较简便,也是可以采纳的。
(7)户式燃气炉的供暖:户式燃气炉采暖近几年南方地区应用比较多的,首先是燃气炉对于推动我国家热水起了一个先锋的作用,在一些需要采暖的南方地区它本身就有热水的燃气炉,适当的容量扩大就可以带动采暖系统,那么采暖系统的末端也可以是地暖也可以是散热器也可以是风机盘管,只要把过去单一的热水炉改成采暖热水两用的炉就可以实现了,跟过去的房间空调器,单冷变成热泵有相同的效率,变化最小,成本也不高,最容易受到用户的接受。
(8)可再生能源供暖:近几年我们国家因为能源***策和能源紧张的关系,在大力提倡可再生能源应用的技术,可再生能源应用技术从应用到建筑里面,在供暖方面有太阳能采暖系统、空气源热泵采暖系统、地源热泵采暖系统、水源热泵,通过推动这样的可再生能源系统也可以减少我们常规能源的消耗,提升我们国家可再生能源应用的水平,从国家的发展***策也是大力提倡的。对于这样的系统,我们的采暖散热器也是要适用到低温采暖系统才能够对它更好的满足。比如太阳能供暖,因为太阳能是不稳定的,它热水供给的温度也是波动的,同时他也需要其他的辅助能源来支撑,但是它的供暖温度越低整个系统的效率越高,太阳能采暖系统保证率越高,应用我们这样的末端的可能性就越大。
根据南方供热方式的实际特点,选取最具代表性的热泵供暖,燃气壁挂炉供暖,电热供暖,集中热源低温辐射供暖,共4种供暖方式进行比较研究。
1. 热泵供暖
热泵空调是以建筑物内的空气调节(包括供热和制冷)为目的,利用周围环境作为空调冷热源的系统,通常把它们分为地源热泵和空气源热泵两大类。
我国独特的地质构造、地壳热状况及水文地质条件,决定了我国地热资源的主要类型为断裂型,呈现出藏滇、滇川、东南沿海及台湾等几个地热密集带。南方地热资源较为丰富,为地热供暖创造了有利的资源条件(见***5)。
热泵通过做功使热量从低温介质流向高温介质,可满足冬季供热和夏季制冷两种要求。空调系统在冬季以热泵的模式运行,省去了锅炉和锅炉房,节省了部分投资,全年仅使用无二次污染的电能,减轻了当地的大气污染,但污染有向上游(电厂)转移的趋势,全年能效比较高。
空气源热泵在我国长江黄河流域应用十分广泛。但是,随着室外温度的降低,热泵机组的COP值将明显下降。风冷换热器受到环境温度变化的影响,当温度低于0℃时翅片表面易结霜,导致机组不能正常工作。因此,空气源热泵在结霜条件下运行时需适时除霜。但是,受热泵的节能特性的吸引,业内人士极力扩大其应用范围,其中在南方地区应用较为广泛的双级耦合热泵(见***6)。
空气源热泵与传统供暖系统相比,是一种热量循环的供暖系统,可实现能源、经济和环境的协调发展,符合能源可持续发展战略。
2.户式燃气壁挂炉供暖
近两年,随着西气东输三线工程的完工,在一些气源较为充足南方地区,户式燃气炉供暖方式的发展方兴未艾。
户式燃气炉以天然气、液化石油气、城市煤气作为能源。这种供暖方式供暖灵活方便、随开随热、升温快、供暖时间及各房间温度可调性强、可***计量。此外,户式燃气炉最大的优点在于可满足市民冬季供暖和全年生活热水的双重需求。天然气本身虽然是清洁燃料,所以这种供暖方式与燃煤炉供暖相比,对环境造成的污染相对较小。与各种热泵供暖系统相比,运行较为稳定。
壁挂式燃气锅炉供暖方式主要优点是体积小,结构相对简单,清洁燃烧,污染物少,效率较高、节能,均配有温控器,无人时可降低室内设定温度,调节灵活,用户可根据需要自行调节室温,计量简单,将供热计量简化为燃气计量,无需设置外网,避免了管网热损失(见***7)。
3.电加热供暖
这里所说的电加热供暖主要包括发热电缆地面辐射供暖、低温辐射电热膜电热供暖和各种类型的电散热器。这些电供暖方式的优点是均可实现分户分室控制,可控性强,有利用南方供暖的行为节能。
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