清洁能源供暖浅谈

清洁能源供暖浅谈

李娜

天津华厦建筑设计有限公司

摘要：为解决由燃煤造成的雾霾污染，近年来，我国开始推行工业余热、煤改气、煤改电及太阳能供暖等清洁取暖方式。

工业余热供暖主要是指工业企业的工艺设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源，利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用，提供工艺热水或者为建筑供热、提供生活热水。

按照这个系统设计，就可以最大化利用太阳能，在保证节能的前提下，末端采暖温度的稳定性也得到了保证。

关键词：雾霾，工业余热，空气源热泵，燃气锅炉，太阳能供暖。

1.概论

2013年，"雾霾"成为年度关键词。这一年的1月，4次雾霾过程笼罩30个省(区、市)，在北京，仅有5天不是雾霾天。有报告显示，中国最大的500个城市中，只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，与此同时，世界上污染最严重的10个城市有7个在中国。2014年1月4日，国家减灾办、民政部首次将危害健康的雾霾天气纳入2013年自然灾情进行通报。2016年12月，入冬来最持久雾霾天气来临，多个城市已达严重污染，预计还将维持4天，直到21日后半夜才会自北向南减弱消散。19日夜间将进入此轮雾霾最严重的时段，将影响包括京津冀、山西、陕西、河南等11个省市在内的地区。 2017年，李克强总理亲自将"坚决打好蓝天保卫战"写入报告 。如今，雾霾治理已成为全社会普遍关注的话题，对于雾霾的成因，众说纷纭，但是，燃煤污染，是主要来源之一，却是一个不争的事实。每年的采暖季节，也是雾霾最为严重的时候。为解决由燃煤造成的雾霾污染，近年来，我国开始推行热电厂余热、煤改气、煤改电及太阳能供暖等清洁取暖方式。

2.工业余热供暖

工业余热供暖主要是指工业企业的工艺设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源，利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用，提供工艺热水或者为建筑供热、提供生活热水。

从工业余热现状来看，高温余热利用技术已经在我国的钢铁、冶金、水泥的领域得到了充分的利用。但还有大量的低温工业余热为得到利用。我国工业领域余能利用空间很大，工业冷却水、工业废水、地热尾水中蕴含着大量热能，但因热值较低难以提取而几乎全部丢弃。利用工业低温余热进行供暖具有明显成本优势，其运营成本约为16元/平方米，全寿命期内供热成本约20元/平方米，与燃煤锅炉的25元/平方米运营成本和27元/平方米全寿命期内成本相比，优势明显。

仅需要将工业废气通过管道接至原有的燃煤锅炉房，在锅炉房内设换热器就可以满足供暖需要，二次供热管道几乎需要做任何改变。改造费用低，简单易行，运行经济，是最佳的能源选择方式。

3.煤改电，即空气源热泵。

空气源热泵工作原理：热泵压缩机把低温低压气态冷媒转换成高压高温气态，压缩机压缩功能转化的热能为Q1，高温高压的气态冷媒与水进行热交换，高压的冷媒在常温下被冷却、冷凝为液态。这过程中，冷媒放出热能用来加热水，使水升温变成热水。水吸收的热能为Q3，高压液态冷媒通过膨胀阀减压，压力下降，回到比外界低的温度，具有吸热蒸发的能力。低温低压的液态冷媒经过蒸发器（空气热交换器）吸收空气中的热能自身蒸发，由液态变为气态，冷媒从空气中吸收的热能为Q2。吸收了热能的冷媒变成低温低压气体，再由压缩机吸入进行压缩，如此往复循环，不断地从空气中吸热，而在水侧换热器放热，制取热水。这个循环过程由空气能热泵（主机）机组来完成。空气能热泵作为高效集热并转移热量的系统装置，可以把压缩机所消耗的电力变为比电热多4~6倍的热能（即Q1+Q2=Q3的道理）。

空气源热泵适用范围广，常年使用，无阴天、雨雪、雨雪等恶劣天气和冬夜，可正常使用。连续加热，无人值守，全自动运行，集中供应热水水温和水位显示。环保产品，无污染，无燃烧排放物质，不会对人体造成危害，具有良好的社会效益。本实用新型性能稳定，不受环境影响，产品常年运行，不受夜间、阴天、雨雪等恶劣天气影响，一年365天、一天24小时可实现热水。本实用新型安全性能好，无隐患，采用间接加热方式与水换热，无渗漏、漏风等，隐藏在电、气热水器中。空气能热泵占地空间很小，外形相似，空调室外机，可直接连接或连接保温水箱加热管，适用于大中城市的高层建筑、大型集中供热问题，是最好的选择。不需要太阳能电池板，面积减少95%，面积50%，可利用太阳能热水器减少太阳能集热器，节省大量太阳能集热器面积，减少热水储水箱容积。运行成本低：节能效果突出，投资回报期短，空气源热泵可以节省70%的能源；与太阳能热水器相比，气，电和电加热，成本最低，比太阳能热水器（辅助加热），燃气热水器的1/3左右，1/4电热水器。短期可收回投资。4KW的热能平均每1KW的功率消耗可以产生和等效功率消耗约为3倍，高于电热水锅炉。

4.煤改气：燃气锅炉

天然气作为一种清洁环保燃料，具有燃烧充分、无粉尘排放、含硫量和含氮量比燃煤低的特点。

燃气锅炉基本工作原理:燃烧器将燃气充分燃烧，通过辐射、对流传导将热量传递给锅壳内的中间介质-水，水受热产生蒸汽，满足用户需求。

燃气锅炉在天然气资源丰富的低区可以很好的发挥高效经济的优势。

5.太阳能供暖

太阳能家庭供暖设备主要是将太阳光能给转化成为热能的设备，是将水从低温度的加热到高温度的，从而来满足我们在生活中的热水的使用。其结构形式是分为真空的管式太阳能热水器以及平板式太阳能热水器。我国主要应用的是以真空管道式为主的。太阳能家庭供暖设备的组织结构有太阳能集热器（平板太阳能集热器、全玻璃真空管太阳能集热器、热管太阳能集热器、U型管太阳能集热器等），储热水箱、控制系统、管路管件及相关辅材、建筑末端散热设备等组成。

太阳能资源的特点

1. 时间长久

根据天文学的研究结果可知，太阳系已存在了50亿年左右的时间，根据太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算，太阳能资源尚可继续维持600亿年之久。对于人类存在的年代来说，真的是取之不尽，用之不竭。

2. 清洁安全 太阳能素有干净能源、安全能源之称。他不仅毫无污染，远比常规能源清洁，也毫无危险，比原子核能安全多了。

3. 普照大地 太阳辐射能既不需要我们开采和挖掘，也不需要运输。普天之下，无论高山、岛屿，大陆、海洋，都一视同仁，既无专利可言，也不可能进行垄断，开发利用极其方便。

4. 数量巨大

每年到达地球表面的太阳辐射能约为3630万亿t标准煤，被陆地表面接受的太阳辐射能也达到762万亿t标准煤。

太阳能供暖系统：

1、太阳能热水器在太阳充足时热水温度可达60度以上，是可以满足采暖要求的；2、由于太阳能不稳定，需要有辅助热源进行补充，在没有太阳的时候对系统热水进行加热；3、为了保证系统热水温度的稳定，还需要增加一个热水储水箱，在太阳好的时候把多余的热量蓄起来，在太阳能不足时再释放蓄的热量，起到调节蓄能稳定热水温度的作用；4、系统需要增加循环水泵，把热水箱内蓄的热水循环，才能保证末端采暖效果；5、为了自动切换太阳能和辅助热源，需要增加温度检测自动控制系统，优先利用太阳能，太阳能不足时再自动启动备用热源。按照这个系统设计，就可以最大化利用太阳能，在保证节能的前提下，末端采暖温度的稳定性也得到了保证。

参考文献

翁史裂. 《能源与动力工程》. 上海交通大学出版社.2014

陆耀庆.《实用供热空调设计手册》. 中国建筑工业出版社.2007

贾英洲.《太阳能供暖系统设计与安装》.人民邮电出版社.2010

代红才《综合能源服务》.中国电力出版社.2012

郭全.《燃气壁挂锅炉及其应用技术》.中国建筑工业出版社.2008