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试论如何选择适宜的电采暖系统
１ 电供暖系统分类及常见电供暖系统简介 供暖系统类型，按照管理方式分为集中供暖和分散供暖；按照热源不同分为燃煤、燃气、燃油、电力、太阳能以及其他可再生能源供暖；按照散热末端和热传递方式分为散热器自然对流、热风强制对流、地面辐射供暖，其中地面辐射供暖又分为水地暖和电地暖。 1.1电供暖系统分类和共同特点
以电力为能源的供暖系统称为电供暖系统。依据电能在转化成热能的过程中是否有中间介质的参与，电供暖系统分为直接电供暖和间接电供暖。
直接电供暖包括以地面辐射供暖为主的电热膜辐射供暖和发热电缆电地暖；辐射电热板、直热和蓄热式电暖器、热风空调等。间接电供暖主要以热泵和电热水锅炉为主。
电供暖系统的共同特点是在使用过程中没有污染物排放，是最为清洁环保的供暖方式。除了大型电热水锅炉外，大部分电供暖系统具有系统简单、安装方便，可以方便地实现分室控制、便于实现行为节能，因此多用于分散供暖。不同的电供暖系统的应用条件、技术成熟程度、能源利用效率、投资和运行成本等均具有一定的差异。
1.2几种常见的电供暖系统简介
1.2.1 电热膜辐射供暖系统
电热膜辐射供暖系统包括电热膜电地暖、墙暖和顶暖，分别是指将电热膜直接镶嵌于地面、墙面和顶棚散热末端结构中的电供暖形式，主要以电地暖为主。《低温辐射电热膜》（JG/T 286-2010）产品标准按照发热材料不同把电热膜分为“金属基电热膜、无机非金属电热膜和高分子电热膜”。电热膜辐射供暖执行《低温辐射电热膜供暖系统应用技术规程》（JGJ 319-2013），于2014年6月1日开始实施。
电热膜电地暖除具有电供暖系统的共同特点外，还具有以下优点：发热面积大；不占用室内空间；舒适性好，体感温度高；有蓄热功能，可充分利用夜间谷电；使用寿命长达30-50年。电热膜电地暖最早于2002年在我国北京的圆明园花园开始使用，目前在全国各地已拥有大量成功的应用案例，被住建部住宅产业化中心列为保障性住房产业化成套技术中主要推荐的供暖形式，北京市发改委等6部委联合推荐为2012年建筑节能技术。
1.2.2 发热电缆地面辐射供暖
发热电缆电地暖是指将发热电缆直接铺设在地面散热末端的辐射供暖系统，与电热膜电地暖具有相似的功能特点，发热电缆目前没有统一的产品标准，设计规范执行《辐射供暖供冷应用技术规程》（JGJ 142-2013）。需要指出的是，国内个别高端品牌在发热电缆产品质量控制、性价比等各方面已经远超过进口品牌，并且有些国产品牌已经出口欧洲和北美等地。
1.2.3 热泵供暖系统
热泵供暖系统包括空气源、水源和地源，分别是以空气和水为热源、以电能为驱动能源进行热交换并主要通过热水盘管向外传递热量的供暖方式。
热泵供暖系统中，电能仅作为压缩机做功、空气或水的搬运和输送介质，电能利用率最高，也是最为节能的供暖系统。三种热泵各有最为适宜的使用条件：空气源热泵更适合于分散供暖，包括农村地区的煤改电，但是空气源热泵在超低温运行时除有技术难点外，热效率也会大大降低。水源热泵应有足够的水资源并在使用浅层地下水时应能确保回灌，而污水源热泵等受制于水源地和资源条件；地源热泵仅适用于低密度住宅并且地下土壤散热条件较好的地区。水、地源热泵只有冬季供暖和夏季供冷同时使用时才能达到地下热平衡，既不破坏生态环境，又能持续保持使用效果，而空气源热泵不存在这类问题。此外，与其他电供暖形式相比，热泵供暖系统初投资相对较高，在同时有供暖和供冷需求时，经济性较为明显。
1.2.4 辐射电热板、电暖器供暖系统
辐射电热板是将刚性电热膜加工成型安装在室内墙壁上的电供暖方式。没有热惰性，升温快；施工简单，便于维修。对于有间歇供暖暖需求，如：学校、商场等较为合适。
电暖器分为直热式和蓄热式两种，均为大功率电加热产品。舒适性不如其他电供暖系统，但是成本相对较低，对于车间厂房、无法进行电地暖或辐射电热板安装的老旧建筑电供暖改造较为适宜。其中蓄热式电暖器有一定的蓄热功能，对于执行夜间峰谷电价的地区，可在一定程度上减少运行成本。但是蓄热砖的超高温和放热的不可控也是这类产品的主要缺陷。
1.2.5 电锅炉热水供暖系统
电热水锅炉供暖系统是最早的电供暖形式，技术是成熟的，不同电热水锅炉的热效率差异不大。有用于集中供暖热水调峰用大型电热水锅炉，也有用于分散供暖的小型电热水锅炉。由于综合热效率低，除个别建筑外，很少作为独立的供暖热源，大多作为其他供暖热源的补充，如太阳能+电热水锅炉等。
２ 电供暖系统应用现状和未来趋势
２.１ 电供暖系统应用现状
电供暖系统在我国的应用历史很久，但是发展却很缓慢。究其原因，笔者认为主要在有以下几个方面。 １）供暖政策原因 计划经济时代，供暖是社会福利的一部分，集中供暖是市政工程的一部分。集中供暖的各种弊病凸显，供热计量改革也在艰难中前行，“老帐未还，又添新帐”，但供暖区域仍是以推行集中供暖为主的国家政策没有变化。而电供暖的最大特点是以分散供暖为主，与政策主流不吻合，与集中供暖抢市场，是弱势群体。
２）设计法规原因 电供暖在暖通界一直受到歧视和排斥。修编后的《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736- 2012）对电供暖仍然设定了十分苛刻的强制性使用条款，从而制约了电供暖系统的合理应用。限制条款的依据是从一次能源转换效率出发，认定用高品位能源的电转换成低品位的热，能源利用效率低。但是，如果与集中供暖相比，考虑到管网系统的热损失、管理成本、安装计量表后也难以做到完全按计量收费、管网老化改造投入、全寿命周期内的经济性评价、以及近年来越来越严重的环境污染问题等等因素综合对比，上述限制条款是值得商榷的。
３）系统技术原因 电供暖系统技术是与我国房地产业同步发展起来的，目前虽然已经成为了世界上各类供暖系统门类最全、应用范围最广、铺设面积最大的国家，但是电供暖系统技术良莠不齐、个别失败案例对整个电供暖行业的打击甚至是毁灭性的。如：印刷油墨电热膜顶棚供暖的失败给整个行业造成不好的的影响至今仍没有完全消除。
４）恶性竞争原因 电供暖行业在在十分有限的市场空间内，还要与其他分散供暖方式竞争，各种电供暖系统以及同类产品之间竞争更加激烈。尤其在缺失国家或行业标准规范的情况下，个别厂家商家为了自身利益使出浑身解数，或夸大宣传，或过度承诺，或超低价中标后降低配置、以次充好等等。恶性竞争的结果使本来就弱势的电供暖行业发展更加缓慢，也给打压电供暖系统的人们提供了攻击的炮弹。
２.２ 电供暖系统的未来趋势
电供暖系统作为我国主供暖区集中供暖的有效补充，以及非供暖区夏热冬冷地区或其他地区的主供暖形式之一，有着十分广阔的应用前景。
１）时代的要求 针对“大范围、长时间、重度污染”的雾霾天气，国家和各省市先后出台了一系列“清洁空气行动计划”政策法规和实施细则，其中冬季供暖使用清洁能源替代燃煤，成为了重要的治污措施之一。以北京市为例，从农村冬季供暖入手，在全国率先出台了“农村取暖煤改电”政策并已开始实施，城市老旧小区、城乡结合部燃煤供暖小区的电供暖改造政策也在研究制定中。其他各省市也分别在研究或实施清洁能源供暖改革方案，相信电供暖系统定会在不久的将来成为不少城市冬季供暖的主流形式之一。
２）技术进步的结果 各种电供暖系统技术已经十分成熟，而技术成熟的标志是执行标准的出台。如：针对辐射电供暖系统行业标准有《低温辐射电热膜》、《低温辐射电热膜供暖系统应用技术规程》和《辐射供暖供冷应用技术规程》，对于辐射电供暖行业的健康发展起到了促进作用。清华大学李远哲教授带领的清华索兰环能技术研究所科研团队开发的空气源热泵地面辐射供暖系统，于2002年获得原建设部科技司的技术鉴定，开启了空气源热泵用于北方地区冬季供暖的先河。近年来空气源热泵发展迅速，得到了社会的普遍认可，北京市出台了热泵结合太阳能供暖的技术导则，对热泵供暖的应用提供了有力的支持。
３）政策的推动 电供暖系统的特点和优势，加上大量成功的应用案例，让社会各界包括政府主管部门开始重新审视电供暖系统，“市场在资源配置中起主导作用”的十八届三中全会公告对于打破现有的供暖体制也会有一定的推进作用。而国家发改委发布消息称，2015年底前全国将实施峰谷电价政策，以及为治理雾霾天气出台的供暖煤改电支持政策等对电供暖系统尤其具有蓄热功能的电地暖系统的推广应用将是一个极大的促进。
４）市场有需求 即使在打压的大环境下，各类电供暖系统构成的大家族，由于能够满足不同的供暖需求，使电供暖系统的社会认知度越来越高，主动选择电供暖的用户越来越多。随着一系列利好政策的出台，电供暖系统的市场需求也一定会越来越旺盛。
３ 选择电供暖系统应具备的条件和注意事项
3.1有足够的电力供应
有足够的电力供应是选用电供暖系统的必要条件。但是，不同的电供暖系统，满足供暖需求所需要配置的电力负荷是有很大的差别。独立供暖单元越分散，需要的总配电负荷越小。比如：山东滨州阳信嘉和住宅小区８万平米建筑面积，采用新宇阳高分子电热膜电地暖，整个小区铺设电热膜的总功率为6400kw，按功率系数0.6配置了4000 kw供暖专用变压器。测试结果表明，瞬间最大用电功率2948 kw,为实际铺设功率的46%。如果选用大型电热水锅炉，要满足整个小区在极端天气条件下都能达到设计室内温度，总配电负荷要大很多，能耗也会高很多。
3.2建筑围护结构应达到节能标准
维护节构是影响运行成本的第一要素。以北京为例，达到65%节能标准、保持室温18℃的冬季供暖平均能耗为20.6w/m²，每平米建筑整个冬季的最大能耗为：20.6w/m²·小时×24小时/日×120日=59328w。如果采用蓄热式电热膜电地暖，按照国家设计规范，温度可以降低2℃，节能约10%。电热膜电地暖每个房间均设置有独立的智能化温度控制器，可以按照使用需求设置自动调节的运行模式，达到行为节能的目的，此项可节能20～30%。两者相加，按照节能30%计算，总能耗为41530w。电热膜发热体的电热转换效率几乎100%，需能耗41.5kwh，其中夜间用电平均约为60～70%，按照北京的居民供暖用电峰谷电价政策，运行成本约为15.5元/ m²。大量应用实践表明，凡是做了外墙保温的建筑，即使不能达到65%节能标准，其运行成本也会低于集中供暖收费标准。
3.3电供暖系统技术应是成熟的
各类电供暖系统，总体上讲技术是成熟的，但是这并不等于所有电供暖设备和材料生产厂家以及系统集成商提供的产品和电供暖系统都能够达到“运行安全、操作简便，效果好、无故障”的设计要求。尤其在竞争恶劣的环境下，更应综合考察系统集成商和主要设备供应商的技术研发、生产加工能力和质量管控措施，系统成功运行的案例，以及关联企业的商业信誉等。
3.4选择电供暖系统应注意的事项
3.4.1 不应被供暖新技术等宣传所迷惑
中国供暖需求的耄耋大餐吸引了全世界的供暖技术，许多在国外不成熟的供暖技术是通过我国的应用逐步得到完善和大面积推广应用，所以国内供暖技术已经走在了世界的前沿，有些是在引领。尽管任何供暖系统都有技术进步和系统优化的空间，但是新的技术突破、尤其“给供暖带来一场革命”的所谓新技术大都具有虚假宣传的嫌疑。如：近期在人民大会堂通过鉴定的号称“国际首创空气源热泵无水地暖”，无非是取消了热泵的外循环系统，直接把空气源热泵的内循环延长到地面散热末端，并无根本的技术突破。而由此带来的一系列问题，如：室温控制难度的加大、有毒的介质一旦泄漏造成的危害、大量使用金属管材增加的系统成本、大面积应用受诸多条件限制几乎是不可能的等等，匆忙推广定会出现许多不可预见的问题，甚至是人身伤害。
3.4.2 任何供暖系统的节能率都是有极限的
随着社会对节能产品的要求越来越高，不少商家以系统节能为卖点宣传自己。事实上，包括电供暖在内的所有供暖系统，节能都是相对的，节能率也都是有极限的。
电供暖系统中，热泵最为节能。但是，三种热泵供暖形式在一定使用条件下的COP也是有极限的,清华索兰在北京的测试结果冬季平均COP为3.17，各厂家的技术和产品虽有不同，单就能耗指标而言，不会有太大的差别。热泵厂家之间主要在于产品技术和系统匹配合理性、低温运行、除霜等控制技术以及成功应用案例的差别。
其次是电热膜和发热电缆电地暖。电地暖所有发热体的电-热转换效率几乎100%，且水泥填充层具有很好的蓄热功能，地面辐射供暖设计温度可以降低2℃，而体感温度高出室内温度6℃左右。因为在风速小于0.1m/s情况下，体感温度=（室内温度+地面温度）/2，即：（16+28）/2=24（℃）。
蓄热式电暖器最近很受青睐，主要是因为蓄热的概念迎合了人们的节能意识。但是目前市面上所有的显热式蓄热式电暖器虽然可以利用夜间谷电蓄积部分能量，但是会加大供电能负荷。以北京二环以内城区的煤改电为例，即使没有做节能改造，按130w/ m²配置电暖器也应能够保证室温18℃，但是早期煤改电的热负荷均是按照220～240 w/ m²配置，大大增加了电网改造成本，浪费严重。技术上讲，蓄热式电暖器的蓄热材料均是以烧结氧化镁形成蓄热砖，比热容为0.06cal/g·℃（水的比热为1.0）,要达到蓄热目的必须加大设备重量或提高蓄热砖的温度。以重量70kg的蓄热砖升温600℃计算，储存的热量为：
70×0.06×600=2520（kcal）,相当于2520/861=2.92（kwh）的电能。作为对比，以10 m²的电热膜电地暖的房间为例，假如铺设3cm水泥填充层，地面温度从8℃升温到28℃，20℃的温差，其蓄热量为：10 m²×0.03m×2400kg/m3×0.24 kcal/kg·℃×20℃=3456 kcal，约为4kwh的电能，相当于96kg的蓄热砖升温600℃的蓄能量。电热膜电地暖地面温度与室内温差低、释放缓慢。所以，电地暖自然蓄热的效果远好于蓄热式电暖器，如果在电地暖中适当加入低温相变材料，可以实现完全利用夜间谷电供全天供暖且不用增加电力负荷。 大型电热水锅炉供暖系统是所有电供暖系统中能耗最高的，主要是因为电-热转换效率虽然可以达到近乎100%，但是集中供暖系统的劣势造成了能源利用效率低下，也是人们诟病电供暖能耗高的主要原因。分散小型电锅炉相对较好，但能耗比电地暖、热泵要差些。
3.4.3 避免陷入恶性竞争的怪圈
电供暖市场基本是无序的竞争状态。不少厂家商家或因技术水平尚待提高，或因市场竞争的需要，“降低安全配置、过分承诺、超低价中标”等等，如：不少电热膜电地暖系统工程既没有过热保护措施、又不做安全接地和漏电保护设备，直接连接空气开关，存在严重安全隐患，也有的已经发生安全问题。
[编辑：孟扬] |