關(guān)于冬季供暖優(yōu)化設(shè)計

楊東

摘要：文章提出了一種冬季供暖的優(yōu)化設(shè)計方法。這種方法主要是運用燃氣、電熱、電磁的優(yōu)化組合的方式優(yōu)化供暖的系統(tǒng)設(shè)計與運行技術(shù)，希望可以在環(huán)保的條件下將投資成本以及運行成本降到最低，具有經(jīng)濟優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：供暖；燃氣；電熱；電磁；設(shè)計

我國集中供熱發(fā)展迅速，但生產(chǎn)和輸送的能耗仍很高在輸送方面，大流量、小溫差、高耗點的運行方式普遍存在。為了降低投資以及運行成本，本文運用優(yōu)化組合的形式優(yōu)化供暖系統(tǒng)設(shè)計與運行技術(shù)。

1.燃氣鍋爐供熱缺點

燃氣鍋爐供熱的最大優(yōu)點：

a.天然氣是礦物燃料中最清潔的燃料。

b.由于天然氣在燃燒過程中對流管束內(nèi)不易結(jié)渣，也不存在腐蝕傷害，從而提高了燃氣鍋爐爐膛的容積熱強度，傳熱效果較好。

c.由于燃氣鍋爐沒有受熱面結(jié)渣、磨損等問題的困擾，能夠明顯減少對流受熱面的尺寸，縮小爐膛體積；通過合理配置對流管束，燃氣鍋爐結(jié)構(gòu)比燃煤鍋爐顯得更加緊湊，無須配置吹風(fēng)機、除塵器等設(shè)備，因此具備體積小、重量輕的技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)勢。而且，天然氣是通過管道輸送，既節(jié)省燃料的存放場地，又無需進行燃燒前的加工，因此整體設(shè)施十分簡潔。

d.燃氣啟動快速，流量控制極為方便，因此能夠顯著減少能量的“無謂損耗”。

2.電熱取暖技術(shù)的發(fā)展趨勢

當前已經(jīng)被采用的電熱取暖方式大體上包括：以電阻絲為電熱轉(zhuǎn)換元件的電熱風(fēng)、以紅外加熱管為電熱轉(zhuǎn)換元件的電熱器、以紅外輻射膜為加熱元件的電熱器、以油為介質(zhì)的電暖器、電磁加熱取暖器等。前4種被稱為“傳統(tǒng)電熱取暖”，其電熱轉(zhuǎn)換效率較低。具體地說，電能轉(zhuǎn)換成紅外線輻射能約占消耗電能的40%，電磁輻射能約占消耗電能的5%，而其中紅外輻射能只能對有吸收紅外輻射波的物體進行加熱，卻無法轉(zhuǎn)換成加熱能，更不能加熱空氣。電能直接轉(zhuǎn)換成熱能的部分，實際上僅占電能的55%左右。這就意味著有將近45%的“無謂損耗”。因此，傳統(tǒng)電熱取暖方式至今無法在我國北方冬季供暖中得到普遍采用。因此，電磁取暖因其獨特的技術(shù)優(yōu)勢得到業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)注。

3.電磁加熱取暖的技術(shù)優(yōu)勢

3.1電磁加熱取暖技術(shù)基本原理圖

如圖1所示。

隨著傳熱工質(zhì)（如：水）的流動，在將熱量帶走的同時，又加速了金屬管對熱量的吸收。

3.2電磁加熱取暖的技術(shù)特點

當前的電磁加熱采用變頻技術(shù)，在頻率為20k～25kHz的交變磁通作用下，使纏繞于金屬管導(dǎo)體外的導(dǎo)電線圈對導(dǎo)體產(chǎn)生強大的渦流，致使金屬導(dǎo)體被加熱，迅速升溫。因此，它具有如下極為突出的技術(shù)特點。

3.2.1安全可靠

在系統(tǒng)裝置中，加熱核心部件內(nèi)部走水，外部走電，水、電相互隔離，導(dǎo)電線圈與金屬水管之間具有十分良好的絕緣隔離。

3.2.2維護簡便

導(dǎo)熱水質(zhì)受電磁感應(yīng)制熱的同時，加熱后的水質(zhì)也被磁化，因此不會形成水垢，整個系統(tǒng)免于維護。通過變頻脈寬調(diào)整，電壓高時電流會自動下調(diào)，電壓低時，電流會自動上調(diào)，保證電功率恒定，確保加熱器使用壽命和用戶供暖的良好效果。

4.高效節(jié)能供暖的優(yōu)化設(shè)計

綜合各種條件與因素，采用天然氣與電能聯(lián)合供暖的方式切合實際且便于推廣。此時，M=2。同時，利用分時電價的谷段電能，將會使其更具技術(shù)與社會經(jīng)濟的推廣價值。鑒于公式（2）中的能源消耗總量J是一個典型的線性遞增函數(shù)，因此，可以在給定供暖溫度及其波動幅度的情況下，對各類供暖方式所消耗能源的大小進行比較，從而得出性能指標的最優(yōu)值。

5.應(yīng)用實例

5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

該供暖系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)主要包括：電磁加熱器、燃氣爐、智能控制器、溫度傳感器、儲熱水箱、溢流箱和散熱器等。其中，電磁加熱器采用最優(yōu)參數(shù)設(shè)計和變頻高效節(jié)電運行方式；燃氣爐接受天然氣或人工煤氣均可；電磁加熱器與燃氣爐的水管采用串聯(lián)方式進行連接；智能控制器能夠根據(jù)儲熱水箱溫度（即供水溫度）、回水溫度、溢流箱水位、壓力等參數(shù)信息，實施對電磁加熱器、燃氣爐、壓力泵（補充給水）的最優(yōu)控制，達到最佳的高效節(jié)能效果，并能通過遠程通信實現(xiàn)無人值守和中控室的智能化管理。

5.2系統(tǒng)運行控制策略

5.2.1溢流箱的作用與液位高程控制

令，h為溢流箱液位高程，則：

a.當h

b.當h>h0且|h-h0|≥δ時，溢流箱能夠通過減壓閥自動向外泄流，直至水位減至h0為止，實現(xiàn)無源控制，起到節(jié)能的效果。

5.2.2溫度控制

如圖3所示，其中，電磁加熱器的電流、燃氣爐的燃氣流量和管道水流壓力為系統(tǒng)控制量；儲熱水箱溫度（即供水溫度）T1、回水溫度T2和溢流箱液面蒸汽壓力p為檢測反饋量；熱水循環(huán)系統(tǒng)溫度為被控制量。圖中，p0、t0分別為壓力與溫度的設(shè)計穩(wěn)定工況參數(shù)；ε為判定閾值，即壓力控制余量參數(shù)。必須指出，將回水溫度作為控制量是因為當暖氣片進水溫度很高，進出水溫差較大、回水溫度卻較低時，說明暖氣片里面水流量較小，上水壓力不足。這時就需要加大上水壓力，因此需要實時啟動壓力泵加壓以加大水流循環(huán)流量。

6.結(jié)論

該節(jié)能供暖技術(shù)創(chuàng)新之處在于：

a.能源利用方式與眾不同，能起到高效節(jié)能的效果；而且，電磁加熱是吸收電網(wǎng)的無功功率，實際上還潛存更大的節(jié)能空間。

b.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，清潔環(huán)保。

c.能夠通過智能化控制使系統(tǒng)進一步提高節(jié)能效果。

d.能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守和科學(xué)管理。因此，該供暖技術(shù)具有理念的前瞻性、系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)造性、節(jié)能環(huán)保的高效性。

參考文獻：

[1]山東肥城礦業(yè)集團電力公司職工 石長榮. 冬季供暖：應(yīng)增加點人性化設(shè)計[N]. 經(jīng)理日報，2009-12-01C03.