关于冬季供暖优化设计

杨东

摘要：文章提出了一种冬季供暖的优化设计方法。这种方法主要是运用燃气、电热、电磁的优化组合的方式优化供暖的系统设计与运行技术，希望可以在环保的条件下将投资成本以及运行成本降到最低，具有经济优势。

关键词：供暖；燃气；电热；电磁；设计

我国集中供热发展迅速，但生产和输送的能耗仍很高在输送方面，大流量、小温差、高耗点的运行方式普遍存在。为了降低投资以及运行成本，本文运用优化组合的形式优化供暖系统设计与运行技术。

1.燃气锅炉供热缺点

燃气锅炉供热的最大优点：

a.天然气是矿物燃料中最清洁的燃料。

b.由于天然氣在燃烧过程中对流管束内不易结渣，也不存在腐蚀伤害，从而提高了燃气锅炉炉膛的容积热强度，传热效果较好。

c.由于燃气锅炉没有受热面结渣、磨损等问题的困扰，能够明显减少对流受热面的尺寸，缩小炉膛体积；通过合理配置对流管束，燃气锅炉结构比燃煤锅炉显得更加紧凑，无须配置吹风机、除尘器等设备，因此具备体积小、重量轻的技术经济性优势。而且，天然气是通过管道输送，既节省燃料的存放场地，又无需进行燃烧前的加工，因此整体设施十分简洁。

d.燃气启动快速，流量控制极为方便，因此能够显著减少能量的“无谓损耗”。

2.电热取暖技术的发展趋势

当前已经被采用的电热取暖方式大体上包括：以电阻丝为电热转换元件的电热风、以红外加热管为电热转换元件的电热器、以红外辐射膜为加热元件的电热器、以油为介质的电暖器、电磁加热取暖器等。前4种被称为“传统电热取暖”，其电热转换效率较低。具体地说，电能转换成红外线辐射能约占消耗电能的40%，电磁辐射能约占消耗电能的5%，而其中红外辐射能只能对有吸收红外辐射波的物体进行加热，却无法转换成加热能，更不能加热空气。电能直接转换成热能的部分，实际上仅占电能的55%左右。这就意味着有将近45%的“无谓损耗”。因此，传统电热取暖方式至今无法在我国北方冬季供暖中得到普遍采用。因此，电磁取暖因其独特的技术优势得到业内人士普遍关注。

3.电磁加热取暖的技术优势

3.1电磁加热取暖技术基本原理图

如图1所示。

随着传热工质（如：水）的流动，在将热量带走的同时，又加速了金属管对热量的吸收。

3.2电磁加热取暖的技术特点

当前的电磁加热采用变频技术，在频率为20k～25kHz的交变磁通作用下，使缠绕于金属管导体外的导电线圈对导体产生强大的涡流，致使金属导体被加热，迅速升温。因此，它具有如下极为突出的技术特点。

3.2.1安全可靠

在系统装置中，加热核心部件内部走水，外部走电，水、电相互隔离，导电线圈与金属水管之间具有十分良好的绝缘隔离。

3.2.2维护简便

导热水质受电磁感应制热的同时，加热后的水质也被磁化，因此不会形成水垢，整个系统免于维护。通过变频脉宽调整，电压高时电流会自动下调，电压低时，电流会自动上调，保证电功率恒定，确保加热器使用寿命和用户供暖的良好效果。

4.高效节能供暖的优化设计

综合各种条件与因素，采用天然气与电能联合供暖的方式切合实际且便于推广。此时，M=2。同时，利用分时电价的谷段电能，将会使其更具技术与社会经济的推广价值。鉴于公式（2）中的能源消耗总量J是一个典型的线性递增函数，因此，可以在给定供暖温度及其波动幅度的情况下，对各类供暖方式所消耗能源的大小进行比较，从而得出性能指标的最优值。

5.应用实例

5.1系统结构设计

该供暖系统的整体结构如图2所示。系统主要包括：电磁加热器、燃气炉、智能控制器、温度传感器、储热水箱、溢流箱和散热器等。其中，电磁加热器采用最优参数设计和变频高效节电运行方式；燃气炉接受天然气或人工煤气均可；电磁加热器与燃气炉的水管采用串联方式进行连接；智能控制器能够根据储热水箱温度（即供水温度）、回水温度、溢流箱水位、压力等参数信息，实施对电磁加热器、燃气炉、压力泵（补充给水）的最优控制，达到最佳的高效节能效果，并能通过远程通信实现无人值守和中控室的智能化管理。

5.2系统运行控制策略

5.2.1溢流箱的作用与液位高程控制

令，h为溢流箱液位高程，则：

a.当h

b.当h>h0且|h-h0|≥δ时，溢流箱能够通过减压阀自动向外泄流，直至水位减至h0为止，实现无源控制，起到节能的效果。

5.2.2温度控制

如图3所示，其中，电磁加热器的电流、燃气炉的燃气流量和管道水流压力为系统控制量；储热水箱温度（即供水温度）T1、回水温度T2和溢流箱液面蒸汽压力p为检测反馈量；热水循环系统温度为被控制量。图中，p0、t0分别为压力与温度的设计稳定工况参数；ε为判定阈值，即压力控制余量参数。必须指出，将回水温度作为控制量是因为当暖气片进水温度很高，进出水温差较大、回水温度却较低时，说明暖气片里面水流量较小，上水压力不足。这时就需要加大上水压力，因此需要实时启动压力泵加压以加大水流循环流量。

6.结论

该节能供暖技术创新之处在于：

a.能源利用方式与众不同，能起到高效节能的效果；而且，电磁加热是吸收电网的无功功率，实际上还潜存更大的节能空间。

b.系统结构紧凑，清洁环保。

c.能够通过智能化控制使系统进一步提高节能效果。

d.能够实现无人值守和科学管理。因此，该供暖技术具有理念的前瞻性、系统技术的创造性、节能环保的高效性。

参考文献：

[1]山东肥城矿业集团电力公司职工 石长荣. 冬季供暖：应增加点人性化设计[N]. 经理日报，2009-12-01C03.