电供暖的新认识

[摘要] 乌鲁木齐市对电供暖示范工程进行了运行能耗的跟踪调查，电供暖的实际运行能耗结果，让我们吃惊地发现绝大多数的电供暖示范项目的实际耗煤量都要小于传统的集中供热系统耗煤量或耗气量。这一结果与我们的长期经验和国家现行的强制性技术法规结论相反。为什么情况是这样？需要我们认真对待，找出原因所在。

关键词 电供暖、室温自动控制、自由热、节能建筑

当前，国家界定火力发电的平均效率为34.1%，与供热系统的能效相比视乎偏低。所以，我国自2005年开始执行的《公共建筑节能设计标准》GB50189第5.4.2条，第一次用强制行条款对电供暖明确予以禁止使用。从此，所有相关业内人士都认为电供暖方式浪费能源，使用价格贵，不得已情况下应禁止使用。在乌鲁木齐市开始推广电供暖的初期，很多同志（包括本人在内）也都是使用电采暖的反对派。

但是，供暖系统的实际能耗并不仅仅取决于供热锅炉、输送管网的理论效率，人们的行为节能、运行过程的有效自动控制和建筑中的自由热对建筑节能的影响都会对供热系统的最终节能实际效果产生根本性影响。

1.乌鲁木齐市电供暖的基本概况

新疆煤炭资源丰富，电力充沛，但乌鲁木齐大气污染严重；在节能建筑中，尝试使用清洁的电供暖曾作为一种选择。在电供暖方案论证过程中，首先被否决的是采用大型电热水锅炉集中供热，最后，在示范项目中采用的电供暖方式主要是带有室内温控的发热电缆和电热膜为代表的低温地面辐射电供暖系统。

新疆电供暖的鼓励价格是：波谷、平段分别为0.313元/kWh、0.395元/kWh、各10个小时，波峰0.575元/kWh ，波峰时间段4个小时，波峰、平段、波谷的时间段共有8个。 电供暖工程推广遇到的第一个困难是城市电网不能满足大规模的电供暖负荷需求，室外必须新增配电，仅此部分的工程费用占到50-70%；电地暖的工程总造价大致：180-260元/平方米。乌鲁木齐市政府通过财政补贴、减免工程项目部分城市配套费的激励办法，在一些学校、居住建筑中开始推行。选择学校是因为在最寒冷的元月初至2月中旬40天的寒假，通过将学校教室、宿舍的温度降至10℃，可节约建筑能耗需求量的10%。乌鲁木齐全市已完成约70万平方米的电供暖项目。

刘鸣 1962年11月生， 新疆建筑设计研究院，大学，院副总、提高待遇高级工程师，800002， 乌鲁木齐市光明路125号，0991-8809063，1456376492@qq.com

在采用行为节能管理措施的实际工程项目中，发现低温地面辐射电供暖系统受供热特性限制，将室温加热的速度很慢，某项目寒假结束，上班伊始，老师的办公室房间始终寒冷，直至5-7天后室内温度才缓慢恢复至20℃，这是因为室内单位面积的发热电缆或电热膜铺设功率较小。其实，在以间歇供热为特点的电供暖设计中，只有最大程度地在波谷时段用电，才能降低电供暖的运行费用，在被加热区域应大幅增加电加热负荷，建议不小于设计热负荷指标的2倍。
2.乌鲁木齐市部分电供暖项目的跟踪监测报告

新疆电力科学研究院接受乌鲁木齐市建委的委托，在2012年提交了《电采暖相关技术研究科技项目验收材料》报告，给出了完整供暖期的实际供热耗电量与电费数据：表一编项目名称 建筑2（m） 类别单位建筑面电供测试供铺设积耗电量 的费用 2( kWh/ m（元/m2a) 

160.0 138.7 331.2 459.9 591.6 44.9 34.1 43.4 45.1 36.8 35.2 61.1 17.4 19.6 17.0 14.6 14.5 13.7/20.0 23.7/26.0

2010～2011年采暖期181/ 2011～2012年采暖期181发热材料

天山职业技术35826.7 学校学院 ，乌鲁木齐 三十二小学2611.0学校

发热电缆 碳纤维 电暖器

2780.0 3059.0 5862.3 8732.2

学校 学校 学校

蓄热式 电暖器 发热电缆 发热电缆 发热电缆

四十四小学 五十三中学 八十三中学 7 汇三江小区84560.0 住宅

3.电供暖与大型城市集中供热的能效结果对比

按照国家发改委统一规定的电厂发电平均耗标煤量360gce/ kW·h，以上表格中单位建筑面积的平均耗电量换算成一次能源标准煤：11.0-22.0kgce/m2 a；依据天然气的低位发热量=1.2251kgce标煤的低位发热量，折合天然气量：9.0-18.0m3/m2a。

乌鲁木齐市包括各类建筑的综合大型集中供热耗煤量平均约为36kg/m2a，折合成标煤26kgce/m2a，天然气平均消耗17.0m3/m2a。电供暖实际一次能源消耗量较乌鲁木齐城市集中供热实际能耗要小55-15%。考虑到公共建筑建筑的层高往往高于居住建筑，仅此部分能耗就要比同类居住建筑能耗大20%左右，具体差值与建筑特征节能标准、层高、窗墙比、体形系数等有关。乌鲁木齐实施“煤改气”后，政府给供热企业补助0.78元/m3天然气，考虑到这部分补贴，乌鲁木齐的实际供热价格应为34.0元/m2a，此供热价格远远高于电供暖的价格。2013年乌鲁木齐市供热期天然气消耗量近20亿立方米，补贴金约15.5亿元，已让乌鲁木齐市政府背上了沉重财政负担。

为何电供暖的实际能效会高于大型集中供热的实际能效，并且之间相差巨大？这一结果与习以为常的经验与认识完全不同。

大型城市集中供热系统，从锅炉开始，经一次管网输配系统---换热设备----二次管网输配系统----室内供热系统---热用户；与电供暖就地供热相比较明显存在热源到热用户之间输送环节过多，而这每一环节都存在一定的热损耗。依照《民用建筑节能设计标准》GJ2626-95第3.0.1条，管网输送效率90%，锅炉效率68%，大型城市集中热水供热系统的实际供热量Q=e锅炉效率*e一次管网效率*e换热站效率*e二次管网效率*e室内系统效率Q一次能源发热量,在这5个环节中每一个环节都有热损耗，如：实际工程中热水供热系统难以做到水力平衡（由于没有平衡调试的资金、时间和验收），这就导致集中供热系统的“木桶短板效应”，为保证最不利用户室温达到18℃，其它大量用户的室温就必须偏高，对供热企业而言这部分收益难以获得等于能源浪费；供热各环节的实际节能控制、维护管理存在很大难度，也是我国现有供热系统总的实际效率普遍不高的一方面原因。

“自由热”（free heating）曾被我们长期忽略，“自由热”是供暖期期间来自房间内人体、家用电器设备的散热以及来自太阳得热；随着节能建筑标准不断提高，建筑热负荷越来越小，自由热所占相对比例则越来越大，Q自由热/Q建筑热负荷，我国的建筑热负荷计算中一般不考虑这部分热量，但在居住建筑的能耗统计中是按照3.8W/ma计算，这一数据是1995年前的统计结果，那时的居住建筑中没有电脑，冰箱、电视普及率不高，且没有包括太阳得热；室内自由热是一个难以统一给出的数据，除了与建筑有关还与人们的生活习惯、生活水平、家庭人口等要素有关。自由热只有通过有效的温控器免费能源才能获得。

欧盟国家正在推广的接近零能耗建筑=被动式建筑热负荷计算是要考虑这部分热量计算的，它正是利用此部分热量维持室内温度热舒适。德国给出房间的标准得热量：独立屋、公寓单位建筑面积的热负荷2.1w/m，有家庭生活设备房间单位建筑面积的热负荷4.1w/m，办公类建筑单位建筑面积的热负荷3.5w/m，学校建筑单位建筑面积的热负荷2.8w/m（对应的面积是指Floor net area，摘自德国被动式建筑研究院的《Passive House Planning Package 2007》P101）。

电供暖节能主要归功于用户的室内温控装置可有效开启、关闭用电，用户的行为节能容易落实；不存在集中供热系统中各水环路平衡、输送热损失等能耗，节能效果简单直接明了。

电供暖与大型城市集中供热的能效对比一览表： 表二 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

4.国外建筑节能法规对电供暖的规定

美国ASHRAE建筑节能设计标准《Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings》90.1-2010中对供热热源和系统的要求，没有对电供热方式的限制，只是要求对系统进行节能运行控制和相关设备的能效限制；同样，德国的建筑节能标准《Regulation amending the German Energy Saving Ordinance》(联邦政府2009年3月18日通过执行)，只是对供热期超过4个月，室温超过19℃，面积规模超过5栋的公寓中，限制储热式热水供热锅炉的使用；对超低能耗50.0kWh/m2a的建筑则放开使用。德国的建筑节能法规特别强调的是供热系统应有随着时间、室外温度等其它变量变化，系统可以自动打开、关闭、供热量大小的控制调节。
5.电供暖的环保效果

电力输送较集中供热热水输送优势巨大，电厂可以设置在远离大城市的地方，其烟尘排放物对城市中心区域大气环境不会产生影响。城市中心设置的大型集中供热锅炉，无论采用何种能源，排烟除尘、净化装置效能如何好，烟气排放出的热量都会加剧“城市热岛效应”，乌鲁木齐1.2平方米建筑采用燃气供热，仅在市中心产生的供热水蒸气就达30亿立方。发达国家大城市都将消除“城市热岛效应”作为治理城市大气环境病的综合措施，尤其是北京、乌鲁木齐等城市，冬季月平均风速仅1m/s，空气环境自净能力极差，聚集在城市中心的大量空气污染物越积越多，难以散去。利用远离城市中心的电厂发电供热，对消除“城市热岛效应”效果最佳。
6.总结

电供暖热计量很容易，每户设一专用电能表即可。我国的热水供热系统基本上都是按照“质调特性

建筑能源需求量（kWh/m2a） 110.0 发电或锅炉效率 输送管网效率 管网不平衡热损失 自由热利用率 行为节能的效益 供热的综合实际效率 能源消耗量[kgce(m3)/m2a] 供热价格（元/m2a） 维护管理费用 备注

34.1% 98% 高 高 高 11.0-22.0 14.0-26.0 低68%（83%） 90~92% 低 低 低 26.0 22.0 高低 低 一般 17.0 34.0 较高 76%（92%）

电采暖，大型集中供热系统，大型燃煤锅炉， 燃气锅炉100%或不存在 “短板效应”普遍供热量偏大，能耗大建筑能源需求量、热价为严寒C区以乌鲁木齐市为例，50%的居住建筑节能标准（181天，20℃）对应值。节”设计运行，要过渡到以“量调节”为主的供热系统存在结构性困难，尽管政府大力鼓励支持在供热系统中推广热计量，却始终成效甚微，人们的行为节能，自由热的有效节能利用效果就差，集中供热系统的整体实际效率也差。

电作为高品位能源转换成低品位的热量使用价格不菲，在不节能或能耗大的既有建筑中推广使用，因耗电量大其使用的经济效果未必好；乌鲁木齐市早期使用的电供暖，由于建筑保温不好或建筑入住率不高等原因，就曾造成部分居民住户反应电供暖价格太贵。

天然气资源紧张、价格昂贵，天然气低位发热量的热价是煤低位发热量的4倍以上，是终端电价的50%；从节能、环保、生命周期费用等各方面比较，在煤资源丰富、价格低或者像北京、乌鲁木齐、南方等特殊城市的节能建筑中采用电采暖应是更好选择。

我国现行的规范、标准中对储热式电热水锅炉、电散热器、发热电缆或电热膜辐射供热型式不加区分，仅仅基于理论认识，在缺乏实际运行数据佐证的情形下，统一禁止使用难免片面，不准确，存在一定误导，给本应使用电供暖的设计带来了巨大阻碍。

美国的2011 ASHRAE HANDBOOK HVAC Applications的第51章，对建筑屋面、室外广场、人行道、行车坡道等场所和室外输送管道外，采用发热电缆等供暖方式融冰、融雪和防冻事故发生有全面、完整设计介绍。

参考文献

［1］中国建筑科学研究院. JGJ26-95民用建筑节能设计标准［D］.北京:中国建筑工业出版社，1995

［2］中国建筑科学研究院. JGJ26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准［D］.北京:中国建筑工业出版社，2010

［3］ASHRAE Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings 90.1-2010 ［4］Regulation amending the German Energy Saving Ordinance 2009