029 固体蓄热式电暖器供暖系统测试研究.doc

固体蓄热式电暖器供暖系统测试研究哈尔滨工业大学 张斌 王占军摘要 为迎接奥运，电及燃气供暖成为北京市城区新建建筑供暖的首选系统形式。固体蓄热式电暖器供暖系统以电热器为发热体，以特殊的大容重耐高温材料做蓄热体，将大部分热量以对流的形式送入房间，并配以独立的温控装置。本文对北京市某外语学校宿舍楼固体蓄热式电暖器供暖系统进行测试，参考北京市相应供暖期采暖费用：燃煤集中供暖费用为24 元/m2，天然气供暖费用为30 元/m2，远郊区燃煤锅炉房供暖费用为18.6 元/m2，相比之下，采用固体蓄热式电暖器供暖系统其供暖费用为13.49 元/m2，大大低于其他类供暖系统的采暖费用，这对于大型公共建筑，其每年节约的供暖费用非常可观。关键词 电采暖 固体蓄热式电暖器 建筑能耗测试 能耗分析1 前言为迎接北京奥运，北京市城区禁止新建燃煤燃油锅炉房，电及燃气供暖成为新建建筑供暖的首选系统形式。电是一种高品位的清洁能源，用电供暖具有建筑周围无环境污染，便于控制温度，有效利用自由热等优点，但同时由于电价格要高于煤、油、气等其他能源的价格，用电供暖就必须加强建筑保温，优化运行方案，以降低能耗和运行费用。为了更好的贯彻民用建筑节能设计标准(供暖居住部分)(JGJ26-95)的要求，北京市某外语学校开发建设的新校址总建筑面积80000余平方米， 其建筑采取了多项节能保温措施。同时为确保该建筑的节能效果，通过采用节能保温措施和固体蓄热式电暖器供暖系统，有效地提高了建筑的供暖品质，我们在2005年至2006年采暖对其中一幢女生宿舍楼进行了测试研究。2 测试系统的概况2.1 建筑基本信息图1 北京某外语学校女生宿舍楼大样图北京市位于北纬39 48东经11628，年平均温度11.4 ，最冷月份为1月，极限最低温度为-17.1 ，供暖室外计算温度为-9 ，供暖期室外空气平均温度为-1.6 ，供暖天数为125 天，按室内基准温度为18 计算，供暖期度日数为2450 (.d)，按室内基准温度为16 计算，供暖期度日数为2200 (.d)。某学校女生宿舍楼位于北京市顺义区，是一栋总建筑面积为9314.68 m2的五层节能建筑，于2005年11月竣工。该宿舍楼为L型建筑，分别为南北及东西朝向，无地下室，其中南北朝向建筑面积4967.4 m2，东西朝向建筑面积4347.28m2，图1为该楼标准层平面图及各房间编号。2.2 供暖系统概况该楼采用的固体蓄热式电暖器供暖系统，具有可分室或分层和分朝向控制温度及供暖时间、调节方便、计量准确、效率高、卫生条件好、可有效利用太阳能、室内生活得热等有效能源等优点。但是由于电相对于其他能源价格较高，因此采用固体蓄热式电暖器供暖系统的运行费用是普遍关注的问题。固体蓄热式电暖器供暖系统以电热器为发热体，以特殊的大容重耐高温材料做蓄热体，将大部分热量以对流的形式送入房间，通过对流换热加热室内空气，并使其它室内物体及墙体表面逐渐升温，并配以独立的温控装置而使其具有恒温可调、可靠、经济、舒适等显著特点1，2。对固体蓄热式电暖器供暖系统的运行费用，影响因素比较多，电价是最主要影响因素，充分利用优惠电价政策来降低供暖成本也正是本次测试研究的目的之一3，4。北京市顺义区的几种电价见表1：表1 北京市顺义区执行电价汇总表用电时段时间电价1（元/kWh）2005-2006年电价2（元/kWh）2006-2007年电价3（元/kWh）2006-2007年平时段7:0010:000.61920.480.48峰时段10:0015:000.95920.480.48平时段15:0018:000.61920.480.48峰时段18:0021:000.95920.480.48平时段21:0023:000.61920.480.48谷时段23:007:000.29920.200.482.3 测试内容由于是第一个供暖季，该宿舍楼刚刚竣工，整个供暖季没有学生入住，为了测试的需要，一至五层南北朝向所有房间均供暖（见图1），各层走廊通道处采用100毫米厚聚苯乙烯泡沫塑料做绝热处理。在本供暖季所有测试房间平均温度均超过18，(按民用建筑节能设计标准(供暖居住部分)(JGJ26-95)关于室内平均温度的确定原则的确定)得出在北京典型年气象条件下的建筑物能耗及运行费用。对固体蓄热式电暖器供暖系统效果的测试原则上应在连续供暖的情况下，调节模拟住户对室内温度不同要求下的运行费用及不同户型、不同部位的房间耗热的影响。但由于实际的测试条件，在有的时间还不能完全达到上述工况。为了测试具有一定的代表性和充分的说服力，仍需要在供暖季的一段时间进行有关参数的测试，然后就其他可能进行的条件测试，最后在供暖结束时进行计算和推断。该楼总供暖量根据单独安装的电供暖系统计量总三相电表得出。本次测试选择了125个房间中的18个房间作为主测对象，且18个房间各装了一个单相计量电表。由于没有学生入住，所以没有照明和生活用电，只有固体蓄热式电暖器供暖系统工作，因此计量表可认为是各房间系统专用表。同时监测能代表整栋建筑的部分房间室内空气温度，和测试期的室外空气温度，将测试结果折算到标准年的情况。3 固体蓄热式电暖器供暖系统整栋楼的年平均能耗和运行费用3.1关于有效的利用谷时段电价优惠的探讨因固体蓄热式电暖器供暖系统能有效的存储一定热量，并在系统关闭后逐渐释放出一部分热量，以保证房间的供暖温度，而北京市部分地区又执行峰、谷、平阶梯电价，所以给固体蓄热式电暖器供暖系统带来了很好的应用前景。此次测试我们尝试了尽量多采用谷时段让系统工作并蓄热，几乎在峰时段减少系统加热时间的工作模式，这样做首先要保证平均室温不低于18 ，同时使运行费用大幅降低，并符合学校宿舍白天无人，夜间人员集中的特点，表2是我们测试期间的一种运行模式：表2 实际测试时各时段运行时间表用电时段时间运行时间(小时)控制温度()电价(元/kWh）峰时段10:0021:001160.9592平时段7:0023:004.6160.6192谷时段23:007:006250.2992由于采用“峰、谷、平”电费计价标准，推荐一种智能型温控器，它可以把一日分成若干个时段，在不同时段内对室温进行分别控制，这样可以充分有效的利用“谷”时段电价低廉及蓄热式电暖器的优势，按照现有的设计安装热负荷和围护结构的耗热量，在安装热负荷条件下运行系统统每日约需（893741/1853700*24=11.6 h）11.6 h，按以下方式运行其平均电价应为0.496 元/kWh）。（0.97*1+0.78*4.6+0.20*6）/11.6）=0.496 元/ kWh）。(注:以上是理论推算值，实测时基本按上述时段运行)3.2 实际测试结果该楼在测试期间(2005年12月2日至2006年1月16日)采用固体蓄热式电暖器供暖系统供暖季实测耗电量为70160 kWh/(43天)，实测单位建筑面积供暖耗电量为16.14 kWh/（m2（43天）。实测建筑物耗热量指标为15.6 W/ m2，考虑测试期间的室内外温度因素，折算到标准年的气象条件后，推算该宿舍楼采用固体蓄热式电暖器供暖系统供暖季平均标准建筑物耗热量指标为13.4 W/ m2，年平均单位建筑面积供暖运行费用1为13.49 元/（m2年）；年平均平均单位建筑面积供暖运行费用2）为9.32 元/（m2年）；年平均平均单位建筑面积供暖运行费用3为19.3 元/（m2年）。（注:全年总供暖运行费用1、2、3， 分别对应电价1、2、3，即：电价1：0.6192元/kwh +0.2992元/kwh；电价2：0.48元/kwh+0.20元/kwh；电价3：0.48元/kwh,以下相同）根据供暖耗电量测试结果，实测建筑物耗热量指标为15.6 W/ m2，考虑测试期间的室内外温度因素，折算到标准年的气象条件后，推算该楼（东西朝向建筑面积4347.28 m2）采用固体蓄热式电暖器供暖系统供暖季耗电量为172540 kWh/年（125天），单位建筑面积供暖耗电量为39.69 kWh/（m2年）（125天），单位建筑面积供暖费用为13.49 元/（m2年）（125天）（按表1电价1计算）。 考虑测试期间的室内外温度因素以及未测试整栋建筑，折算到标准年的气象条件后，推算出该楼采用固体蓄热式电暖器供暖系统供暖季总耗电量为369692kWh/年（125天），单位建筑面积供暖耗电量为39.69 kWh/（m2年）（125天），单位建筑面积供暖费用为13.49元/（m2年）（125天）（按表1电价1计算）。全年总供暖运行费用1为125695 元，全年总供暖运行费用2为86842 元，全年总供暖运行费用3为179736 元。 考虑测试期间学校放假的因素，推算出该楼采用固体蓄热式电暖器供暖系统供暖季耗电量为280966 kWh/年（95天），单位建筑面积供暖耗电量为39.69 kWh/（m2年）（95天），年平均单位建筑面积供暖运行费用1为10.26 元/（m2年）；年平均平均单位建筑面积供暖运行费用2为7.09 元/（m2年）；年平均平均单位建筑面积供暖运行费用3为14.66 元/（m2年）。全年总供暖运行费用1为95528 元，全年总供暖运行费用2为66000 元，全年总供暖运行费用3为136599元。3.3 数据分析所有房间均未安装与阳台相邻的隔断门，造成该部位产生最大的热桥，也是使房间能耗和运行费用增加的主要原因之一，预计总能耗和运行费用因此项增大约15% 20%左右，建议学生入住后安装隔断门或冬季加装棉窗帘，该办法是最好的节能措施之一，相应会使房间能耗和运行费用大幅下降。图2 单位面积供暖费用比较图由于建筑物为当年开工，当年竣工，墙体比较潮湿，虽然在节能建筑中，墙体的热阻主要取决于墙体保温材料，而苯板的热阻与含湿量关系不大，但是对刚竣工投入使用的建筑来说，仍有一部分热量用于干燥墙体，其能耗同已经干燥的建筑相比要高一些。因无人居住的建筑物内没有人员的生活得热，但同时门窗密闭性很好，无人居住的情况下，渗风量也会比正常居住情况下小。在正常居住的情况下，生活得热及人体散热的存在会使建筑能耗降低，但另一方面，人员居住后，为满足人员的卫生条件，就必须有一定的换气，此部分换气又会相应增加建筑能耗。北京市供暖期供暖天数为125 天，对于学校类的公共建筑，学生放假日期约为40余天（1月10日至2月23日），其供暖天数至少可减为95 天，按减少30 天计，其余10余天作为值班供暖及学生返校前的升温时间，则相应单位建筑面积供暖费用可由13.49元/（m2年）（125天）降为10.26元/（m2年）（95天）（按表1电价1计算）。参考北京市相应供暖期采暖费用：燃煤集中供暖费用为24 元/ m2，天然气供暖费用为30元/ m2，远郊区燃煤锅炉房供暖费用为18.6 元/ m2，相比之下，采用固体蓄热式电暖器供暖系统其供暖费用为13.49 元/ m2，大大低于其他类供暖系统的采暖费用，这对于面积超过上万平方米的大型建筑，其每年节约的供暖费用是非常可观的。4 典型房间能耗分析北京市某外语学校女生宿舍楼其户型主要按建筑面积分为6档，详见表3。各不同户型因所处楼层与外围护结构不同又分为底层不带山墙，底层带山墙，中间层不带山墙，中间层带山墙，顶层不带山墙，顶层带山墙六种不同情况。表3 北京市某外语学校女生宿舍楼户型序号建筑面积(m2)功能围护结构特点带地面带山墙带屋面136.57寝室234.2寝室336.57寝室434.2（103.68）寝室（走廊）534.2寝室636.57寝室根据整栋建筑的测试结果，将各测试房间能耗汇总结果见图3。从中可以得出所有房间中102房间山墙朝向为西向并有一面北向外墙及地面，能耗相对最大；303房间能耗相对最小，这也是符合房间能耗规律的。图3 各房间能耗比较图5 结语测试中表明固体蓄热式电暖器供暖系统暖安全、可靠、环保、经济、供暖效果极好。尤其峰谷分