摘要：隨著環(huán)保要求的提高和電力峰谷差的拉大，燃煤鍋爐采暖受到嚴(yán)格限制，而其他采暖形式，如燃?xì)獠膳㈦妱硬膳托顭岬膽?yīng)用，開始受到關(guān)注。本文對熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)忮仩t、電爐、電動熱泵以及蓄熱的應(yīng)用前景做初步的分析與探討。

關(guān)鍵詞： 采暖 蓄熱 應(yīng)用 
一、引言
　　近年來，我國大氣污染日益嚴(yán)重，人們要求保護環(huán)境、凈化天空的呼聲日益增高，而北方冬季城市空氣污染的重要來源是采暖燃煤鍋爐所排放的粉塵和有害氣體。與此同時，許多地區(qū)電力出現(xiàn)了相對過剩、電力峰谷差不斷拉大的現(xiàn)象。例如，東北電網(wǎng)系統(tǒng)的最大峰谷差已是最大負(fù)荷的37%，而華北電網(wǎng)已達峰負(fù)荷的40%[1]。為解決電力系統(tǒng)的這種供需矛盾，電力系統(tǒng)用戶側(cè)和發(fā)電側(cè)均采取了一定措施。在發(fā)電方面，一大批初投資巨大的抽水蓄能電站、運行費昂貴的燃油燃?xì)饧夥咫娬鞠嗬^建成并投入調(diào)峰運行，甚至一些高參數(shù)的大型火電廠也以被迫降低發(fā)電效率為代價而參與電力調(diào)峰。同時，電力系統(tǒng)也加強了用戶側(cè)管理。例如，采取分時電價，鼓勵用戶在電力低谷時多用電，在電力高峰時少用電。 

　　因此，在環(huán)保要求高的城市采暖供熱中，燃煤鍋爐房或燃煤爐灶將嚴(yán)格限制使用，取而代之的幾種可能的采暖形式主要有集中供熱的電鍋爐、大型電動熱泵和燃?xì)忮仩t房以及分散在用戶房間內(nèi)的家用燃?xì)鉅t、電暖器等（見圖1）。同時，為減小電力網(wǎng)發(fā)電的峰谷差，也可考慮在供熱系統(tǒng)中設(shè)置蓄熱裝置，使得在滿足采暖要求的同時，對電力負(fù)荷起到削峰填谷的作用。為此，本文將對上述采暖系統(tǒng)形式的應(yīng)用作初步的分析與探討。 

二、采暖供熱系統(tǒng)能耗和經(jīng)濟性

1. 能耗

　　傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)消耗的能量是燃料，而電動采暖系統(tǒng)所消耗的能量是電能。因此，為更全面分析各采暖系統(tǒng)效率，采用一次能耗率作為所耗能評價指標(biāo)。一次能耗率即單位供熱量所消耗的一次能源量。圖2為采暖系統(tǒng)在單位供熱量與相應(yīng)的一次能量之間的能量平衡圖。其中η為采暖系統(tǒng)供熱效率，即供熱量與輸入能耗之比。對于熱泵系統(tǒng)，η為熱泵性能系數(shù)與系統(tǒng)管道效率之積，對于鍋爐供熱系統(tǒng)，η為鍋爐采暖系統(tǒng)的熱效率與系統(tǒng)管道效率之積，對于熱電廠，η為熱電廠供熱量與燃料量之比；ηe為熱電廠的發(fā)電效率。
表1采暖系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的取值   采暖初投資(元/kW熱) 供熱
效率 熱源 管道 末端 合計 傳統(tǒng)
采暖 家用燃?xì)鉅t灶 500 100 200 800 0.90 燃?xì)忮仩t房 1000 300 200 1500 0.90 熱電聯(lián)產(chǎn) 3000 500 200 3700 0.55 電爐 普通電暖器 500 - - 500 1.00 相變蓄能電暖器 2000 - - 200 1.00 電鍋爐 1000 300 200 1500 0.95 熱泵 家用熱泵 1200 - - 1200 2.60 大型熱泵 1500 300 200 2000 2.60 其他
參數(shù) 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電效率 　0.20 電力系統(tǒng)發(fā)電效率 　0.33 天然氣管網(wǎng)追加投資(元/kW熱) 　600 煤價（元/kWh） 　0.035 天然氣價（元/kWh） 　0.141 折舊率 　0.07

　對于鍋爐采暖系統(tǒng)，單位供熱量b為：
　　對于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，1/η份的燃料在提供1份熱量的同時，又發(fā)出ηe/η份電量。如果這些電由電力系統(tǒng)中其他電廠產(chǎn)生，則需耗費的燃料量為為電力系統(tǒng)發(fā)電效率。于是，單位供熱量熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗為：

　　對于電動采暖系統(tǒng)，所耗電能由電力系統(tǒng)提供，于是：
　　實際上，一個采暖季的采暖能耗不僅取決于單位供熱量采暖系統(tǒng)的一次能耗，還取決于采暖系統(tǒng)的運行時間。對于家用采暖裝置，如家用熱泵、家用燃?xì)鉅t和電暖器等，由于系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活，啟停方便，根據(jù)需要隨時調(diào)整供熱工況，可在房間有人時供熱，而在無人時采暖設(shè)備停止運行，從而減小最大采暖負(fù)荷時間數(shù)，降低單位采暖面積的供熱能耗。對于傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)，如鍋爐房或熱電聯(lián)產(chǎn)，由于運行調(diào)節(jié)慣性大，設(shè)備啟停不便，一般房間內(nèi)不單獨進行供熱量調(diào)節(jié)，系統(tǒng)在整個采暖季不間斷供熱，最大采暖負(fù)荷小時數(shù)大，造成單位采暖面積能耗的增加。對于北京地區(qū)，不間斷供熱的最大采暖負(fù)荷小時數(shù)h可取為2000。引入采暖系統(tǒng)可調(diào)節(jié)系數(shù)λ的概念，定義為采暖系統(tǒng)實際最大采暖負(fù)荷小時數(shù)與整個采暖季不間斷采暖的最大負(fù)荷小時數(shù)之比。對于家用采暖裝置，可調(diào)節(jié)系數(shù)一般為0.5至0.8，本文取為0.65，對于集中供熱系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)系數(shù)一般為1。于是，考慮到可調(diào)節(jié)系數(shù)的采暖系統(tǒng)一次能耗率為：

　　系統(tǒng)一次能耗率表示單位供熱容量的采暖系統(tǒng)單位時間能耗，它反映出在考慮可調(diào)節(jié)系數(shù)后采暖系統(tǒng)的能源利用效率。圖3給出各系統(tǒng)的一次能耗率，其中有關(guān)參數(shù)的取值見表1。可以看出，設(shè)置蓄熱器的電鍋爐采暖一次能耗最大，電鍋爐由于沒有蓄熱損失而一次能耗次之，考慮到可調(diào)節(jié)系數(shù)，電暖器的一次能耗小于以上兩種采暖系統(tǒng)。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗最小。家用燃?xì)鉅t和家用熱泵雖然能耗明顯高于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，但由于可調(diào)節(jié)系數(shù)的影響，其一次能耗率與熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相近。

2. 經(jīng)濟性

　　采暖供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性可從單位供熱容量年運行成本加以評價，年運行成本C由初投資的折舊和運行費組成。為使問題更加簡明，在運行費中僅考慮能耗費。
　　在經(jīng)濟分析中，采暖系統(tǒng)消費和產(chǎn)生單位電量的價值在不同時刻是不同的。小時級的單位電能生產(chǎn)和消費的價值可由電能價值當(dāng)量衡量和反映[2]。電力負(fù)荷高峰期和低谷期電能價值當(dāng)量是不同。圖4給出了我國某電網(wǎng)小時級電能價值當(dāng)量典型日分布。
　　對于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，年運行成本由下式獲得： 　　其中，k為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)初投資，元/kw(熱)；r為折舊率；f為燃料費；e為熱電廠發(fā)電的電能價值當(dāng)量，元/kw.h。
　　而燃?xì)忮仩t采暖系統(tǒng)，年運行成本由下式計算：
　　對于電動采暖系統(tǒng)，年運行成本可計算為：

　　初投資取值如表1所示，其中熱源投資對于集中供熱系統(tǒng)包括設(shè)備和土建兩部分，電能價值當(dāng)量取值如圖4。圖5給出各采暖系統(tǒng)的年運行費。可以看出，電爐采暖的年運行費遠(yuǎn)高于其它系統(tǒng)，而熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟性則是所有采暖系統(tǒng)中最好的。其它采暖形式之間的經(jīng)濟性差別不十分明顯。對于具體的采暖系統(tǒng)，系統(tǒng)初投資和效率與表1中的值會有所不同，各地的能源價格的制定也存在差別，因此，除了熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟性經(jīng)濟性明顯偏好、電爐采暖的經(jīng)濟性明顯偏差外，其它采暖系統(tǒng)經(jīng)濟性應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析和評價。
三、各采暖系統(tǒng)應(yīng)用分析

1. 傳統(tǒng)采暖供熱系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的采暖供熱系統(tǒng)主要有鍋爐采暖系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)。
　　1） 鍋爐采暖
　　包括以鍋爐房為熱源的集中供熱系統(tǒng)和分散在各用戶房間的家用爐灶。按燃料分又有燃煤鍋爐和燃油、氣鍋爐（燃油、氣鍋爐房和家用壁掛氣爐）等。
　　● 燃煤鍋爐 包括燃煤鍋爐房和家用小煤爐。家用小煤爐由于投資小、燃料價低而在小城鎮(zhèn)的分散住宅使用較多，燃煤鍋爐房則主要應(yīng)用于一個小區(qū)的獨立供熱或承擔(dān)大型區(qū)域供熱系統(tǒng)的尖峰負(fù)荷。燃煤鍋爐運行成本低，在我國城鎮(zhèn)采暖中使用最為普遍。但是，由于能源轉(zhuǎn)換效率很低，對大氣的污染在所有采暖系統(tǒng)中是嚴(yán)重的，因此這種采暖形式在環(huán)保要求高的城市，尤其是北京的使用，應(yīng)嚴(yán)格加以控制。
　　● 燃油、氣鍋爐 包括應(yīng)用于小區(qū)或單個樓宇采暖的集中式燃油、氣鍋爐供熱系統(tǒng)和以壁掛氣爐等形式設(shè)置在房間內(nèi)的家用燃?xì)鉅t等。由于天然氣等是清潔燃料，這種采暖系統(tǒng)的環(huán)境污染遠(yuǎn)小于燃煤系統(tǒng)。目前，天然氣的進京，環(huán)保意識的加強，使得燃?xì)忮仩t在北京的應(yīng)用和推廣成為可能。另外，燃油、氣鍋爐運行調(diào)節(jié)靈活，尤其家用以壁掛氣爐，可根據(jù)人們的作息情況隨時做啟停和供熱量調(diào)整，從而減少了系統(tǒng)運行的最大采暖負(fù)荷小時數(shù)，節(jié)省了燃料量和運行費。但是，當(dāng)考慮到天然氣管網(wǎng)的追加投資，燃?xì)忮仩t采暖系統(tǒng)的初投資會明顯增高。在運行費方面，由于油、氣等燃料價格昂貴，系統(tǒng)的一次能耗也較高（如圖3），使得燃油、氣鍋爐的運行費昂貴。因此，燃油、氣鍋爐采暖系統(tǒng)，尤其是集中式燃油、氣鍋爐供熱的推廣和應(yīng)用，應(yīng)在深入的技術(shù)經(jīng)濟分析基礎(chǔ)上慎重進行。
　　2） 熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)
　　以熱電廠為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)，常見形式是熱電廠中汽輪機的抽汽或背壓排汽通過熱交換器將熱量傳遞給熱水，并通過熱網(wǎng)輸送到各采暖用戶。熱電廠將高品位的熱能用于發(fā)電，低品位的熱能用于供熱，因而能源轉(zhuǎn)換效率高。如果有關(guān)參數(shù)取值如表1，對于相同的最大采暖負(fù)荷小時數(shù)，在所有采暖形式中，熱電聯(lián)產(chǎn)一次能耗是最低的。這使得熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的環(huán)境污染也很小。同時，在電力短缺時，熱電廠在供熱的同時發(fā)電上網(wǎng)，相當(dāng)于減少了電力系統(tǒng)相應(yīng)投資。從整體上看，熱電聯(lián)產(chǎn)具有很好的經(jīng)濟性（如圖5）。因此，在保證全年充足熱負(fù)荷的前提下，應(yīng)鼓勵熱電聯(lián)產(chǎn)的建設(shè)和現(xiàn)有熱電廠的運行。

2. 電動采暖系統(tǒng)

　　1） 電爐采暖
　　● 電鍋爐 屬于集中式的電采暖系統(tǒng)，多用于一幢樓宇或建筑密集的商業(yè)小區(qū)供熱。與傳統(tǒng)集中供熱方式一樣，在該系統(tǒng)中，熱水被電鍋爐加熱后由熱力管道輸送至各用戶房間。由圖5可知，電鍋爐系統(tǒng)的運行成本明顯高于其他采暖系統(tǒng)。而且電鍋爐采暖系統(tǒng)單位供熱量的一次能耗在所有采暖形式中是最高的。因此電鍋爐采暖的使用應(yīng)嚴(yán)格限制，即使是在電力富裕的時期。因為電力過剩往往使短期性的，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，這種過剩將會消失。何況電鍋爐能源轉(zhuǎn)換效率極低，大量使用是不符合我國可持續(xù)發(fā)展的能源政策的。
　　● 電暖器 一般設(shè)置在用戶房間內(nèi)，主要形式有電熱微晶玻璃輻射取暖器、電熱石英管取暖器、電熱油汀等普通電暖器和具有蓄熱功能的相變蓄熱電暖器等。由于省去傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)中的熱力管道和散熱器，一般電暖器的投資明顯較低。而且電轉(zhuǎn)換為熱后可直接用于采暖，轉(zhuǎn)換效率為100%，避免了電鍋爐采暖中因中間介質(zhì)（熱水）而造成的熱損失。在運行方面，這種采暖裝置調(diào)節(jié)靈活，使用方便，用戶可根據(jù)需要對采暖裝置的啟停隨時控制，因而可減少采暖季裝置運行時間，進而可減少采暖運行費。因此，電暖器的經(jīng)濟性要好于電鍋爐采暖系統(tǒng)，見圖5。同時，家用電暖器不需象集中供熱那樣要有專門人員對采暖系統(tǒng)進行管理、運行和維護，也沒有集中供熱中所存在的計量受費難題。而且電暖器不會對使用地區(qū)產(chǎn)生污染。但是，電暖器存在著單位供熱量一次能耗大的缺點（見圖3），運行成本也高于一般的采暖系統(tǒng)。由于房間電路容量較小，因而當(dāng)采暖負(fù)荷較大時，存在用戶電路改造問題。在采暖效果上，電暖器采暖的舒適感不如傳統(tǒng)的水暖散熱器。所以，電暖器的使用應(yīng)根據(jù)用戶實際情況加以選擇，不宜盲目推廣。
　　2） 電動熱泵
　　包括大型電動熱泵和家用電動熱泵。大型熱泵可使用于一幢樓宇的采暖或作為區(qū)域供熱的熱源。對于大型熱泵，可在熱源處設(shè)置蓄熱器。家用熱泵可設(shè)置在各房間內(nèi)，夏季作為空調(diào)冷源，冬季作為采暖熱源，啟停調(diào)節(jié)靈活方便。
　　電動熱泵能源轉(zhuǎn)換效率明顯高于電爐，在外界輸入能量W（電能、熱能）的情況下，機組從低溫環(huán)境中吸收熱量Q1，并將這部分低位熱量提升為高位熱量Q2（Q2＝W＋Q1）而加以利用。如果機組的性能系數(shù)（COP）為2，則消耗1個單位的能量可獲得2個單位的熱量，所以單位供熱量一次能耗明顯低于電爐采暖系統(tǒng)（見圖3），使得運行費也低于電爐。對于家用電動熱泵，用戶可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)熱泵的啟停，因而可進一步節(jié)省運行費用。
　　由于對于夏季同時需要空調(diào)的地方，如商業(yè)建筑，熱泵系統(tǒng)可同時滿足全年的冷熱負(fù)荷，熱泵采統(tǒng)用于采暖的投資會明顯降低，可認(rèn)為是熱泵相對于空調(diào)系統(tǒng)所追加的投資(本文取為200元/kW)。因此，兼用制冷的 熱泵系統(tǒng)與純采暖相比年運行費要明顯降低。
　　以上對熱泵的分析中對性能系數(shù)的取值較低，適合于風(fēng)冷熱泵。而水源熱泵在制熱時從水中吸取低位熱能，其性能系數(shù)一般要高于風(fēng)冷熱泵，因而運行成本將會更低。 另外，熱泵系統(tǒng)具備電熱爐所擁有的不對使用地產(chǎn)生大氣污染、安裝運行簡便以及占用面積小等優(yōu)點。電動熱泵采暖供熱系統(tǒng)已在世界許多地方得到應(yīng)用，尤其在北歐、美國和日本等地區(qū)的使用更為廣泛。例如，瑞典許多地區(qū)使用了以地下水為熱源的熱泵供熱系統(tǒng)。

　　與燃?xì)忮仩t相比，熱泵采暖在經(jīng)濟和能耗方面并不占有明顯優(yōu)勢，但從國家角度看，作為發(fā)電主要能源的煤要比天然氣豐富得多、廉價的多，因而從這一角度看，電動熱泵的應(yīng)用比燃?xì)忮仩t更適合我國的國情。目前普遍存在的電力過剩也會給電動熱泵的發(fā)展起到推動作用。
　　但是，電動熱泵系統(tǒng)的不足之處是設(shè)備運行性能易受環(huán)境條件的限制。風(fēng)冷熱泵對氣候的要求較高，一般不適于冬季氣溫寒冷的城市采暖供熱。隨著氣溫的降低，熱泵的出力反而減小，因而往往需要輔助加熱裝置，如圖6所示。一般環(huán)境溫度在-5℃以下后，熱泵的工作狀態(tài)明顯惡化，在一定的溫濕度條件下會在空氣側(cè)換熱器翅片管的表面結(jié)霜。水源熱泵在需要同時制熱制冷的場合使用較為有利，在有清潔的江河湖水的地方也可使用。
　　由此看來，在環(huán)境保護要求高的地方，如果外界條件許可，可以鼓勵使用熱泵采暖。如果擁有可利用水源，可優(yōu)先考慮使用水源熱泵，當(dāng)氣候條件合適時，可采用風(fēng)冷熱泵。目前，電動熱泵作為采暖的一種方式已開始得到應(yīng)用，如北京的建國門飯店、建行西單分理處等均采用風(fēng)冷電動熱泵采暖。但是，熱泵采暖在北方的推廣，仍需在技術(shù)和運行經(jīng)驗等方面作進一步的研究和實踐工作。

3）利用蓄熱（TES）的電動采暖系統(tǒng)

　　電動采暖系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，應(yīng)以電力相對富裕為前提。實際上，電力方面最突出的問題是峰谷差的不斷拉大。如果電采暖系統(tǒng)僅在電力低谷期運行，則會削減電力負(fù)荷的峰谷差，有利于電力網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。從經(jīng)濟上看可使用便宜的谷價電能，使電采暖系統(tǒng)運行成本的大幅度降低。而要實現(xiàn)電采暖系統(tǒng)電力低谷運行，則需要利用蓄熱裝置。
　　我國蓄熱的應(yīng)用較少，主要集中在余熱或廢熱利用等方面。蓄熱裝置的作用表現(xiàn)為平衡供熱量和熱負(fù)荷之間的關(guān)系、減小設(shè)備容量和提高系統(tǒng)效率等方面。因此，在采暖熱負(fù)荷一定的情況下，改變不同時間電采暖系統(tǒng)供熱量的大小，在電力低谷期多用電供熱，電力高峰期少用電或不用電供熱，供熱量與熱負(fù)荷之間的平衡可通過蓄熱裝置實現(xiàn)，從而達到減小電力峰谷差的目的。
　　蓄熱型式按蓄存介質(zhì)的不同有直接蓄存和間接蓄存兩種。間接蓄存采用某種中間介質(zhì)作為蓄存介質(zhì)來蓄熱。這種蓄熱方式的蓄熱溫度較高，如巖和油組成的蓄存介質(zhì)蓄熱溫度達304℃，而用一種熔化的硝酸鹽作為蓄熱介質(zhì)蓄熱溫度可達566℃[3]，但間接儲存方式的投資大，而采暖空調(diào)所用熱量溫度相對較低，故不宜采取這種蓄熱方式。
　　直接蓄熱可將待蓄存的熱水或蒸汽直接儲存在蓄熱容器內(nèi)。直接蓄熱又可分為無壓蓄熱和有壓蓄熱。無壓蓄熱方式最高蓄熱溫度可達95℃，且投資低。有壓蓄熱方式是將蒸汽或高溫?zé)崴苯哟嫘钤谇驙罨驁A柱形壓力容器內(nèi)，蓄熱溫度最高可達200℃。但有壓蓄熱方式投資大，相當(dāng)于無壓方式的2至5倍[4]。
　　● 熱水蓄熱裝置 由于采用蓄熱，從整體的角度看，電動采暖系統(tǒng)起到了對電網(wǎng)的削峰填谷作用，從局部上講，由于消耗的是低價電能，采暖系統(tǒng)的運行成本會大幅度降低。但是，采暖設(shè)備的投資也會相應(yīng)增加，因為熱源容量與無蓄熱時相比增大了，同時又增加了蓄能設(shè)備。從能耗方面看，由于蓄能損失，與無蓄熱相比，系統(tǒng)的能耗增加了。對于熱泵系統(tǒng)，由于提高制取熱量的溫度，熱泵性能系數(shù)顯著降低，同樣增大了系統(tǒng)能耗。 表2 各蓄熱采暖系統(tǒng)有關(guān)指標(biāo)的對比（采暖面積：1萬m2，采暖指標(biāo)：35w/m2）

指標(biāo)

系統(tǒng)型式

蓄熱容量(GJ) 無壓熱水蓄熱 有壓熱水蓄熱 相變蓄熱 耗電功率(kW) 電力削峰
填谷量（kW） 蓄熱溫度范圍(℃) 蓄熱容積(m3) 蓄熱溫度范圍(℃) 蓄熱容積(m3) 蓄熱溫度范圍(℃) 蓄熱容積(m3) 有蓄熱 無蓄熱 電鍋爐 18.7 40~90 85.1 40~190 33.1 - - 866.9 433.4 866.9 電動熱泵 40~70 141.7 - - - - 433.4 216.7 433.4 相變蓄熱電暖器 - - - - 500 11.2 823.6 411.8 823.6

　　對于電動熱泵采暖裝置，由于熱泵的性能系數(shù)COP隨著所制取熱量的溫度升高而明顯降低，因而本文選取熱泵制取熱水的最高溫度為70℃，相應(yīng)的COP取為2.0，蓄熱器只能采用無壓型式。而電爐采暖系統(tǒng)可采用有壓和無壓兩種蓄熱裝置，而且由于蓄熱介質(zhì)為水，電爐應(yīng)以電鍋爐的形式加以應(yīng)用。設(shè)熱水蓄熱效率為85%，一天中電力峰谷各占12小時，由此表2給出了采用蓄熱裝置后采暖系統(tǒng)的有關(guān)指標(biāo)。可以看出，從電力削峰填谷方面講，增設(shè)蓄熱器后的電爐采暖系統(tǒng)所起的作用最為顯著。從蓄熱器容積看，有壓熱水蓄熱的容積明顯小于無壓熱水蓄熱，但有壓熱水蓄熱器屬于壓力容器，存在安全問題。
　　增設(shè)蓄熱裝置后，采暖系統(tǒng)的初投資將會增加，包括蓄熱裝置的投資和采暖系統(tǒng)本身因蓄熱而增加的投資等。這部分附加投資的大小與蓄熱裝置的型式、體積、位置以及系統(tǒng)運行方式等有關(guān)，圖7給出了隨著這部分附加投資的增加，電鍋爐和熱泵采暖系統(tǒng)的年運行成本的變化情況。對于電動熱泵，只有當(dāng)單位供熱量系統(tǒng)附加投資小于1500元/kW（熱）時，采暖系統(tǒng)經(jīng)濟性才會比無蓄熱時好。一般情況下系統(tǒng)附加投資小于該值。但如果蓄熱器空間占用費昂貴，例如設(shè)置在市區(qū)黃金地段內(nèi)，則可能使系統(tǒng)的蓄熱附加投資驟增，導(dǎo)致蓄熱不能提高整體系統(tǒng)的經(jīng)濟性。對于電鍋爐，只要單位供熱量蓄熱附加投資小于4900元/kW（熱），采暖系統(tǒng)經(jīng)濟性就會比無蓄熱時好，通常系統(tǒng)蓄熱附加投資不會大于此值。因此，對于電動熱泵采暖，是否增設(shè)蓄熱裝置，應(yīng)根據(jù)具體情況加以分析論證后決定。而電鍋爐采暖增設(shè)蓄熱裝置的效果是很明顯的。
　　● 蓄熱電暖器[5] 在電動采暖中，可以通過熱水蓄熱實現(xiàn)電力的削峰填谷。但是由于蓄熱器的容積很大，只能用于集中式的電動供熱系統(tǒng)，若與家用電暖器結(jié)合，將會占用房間較大空間，這是不現(xiàn)實的。為此，一種電暖器與相變蓄熱相結(jié)合的采暖裝置-相變蓄熱電暖器被提出來（工作原理見附錄）。相變材料蓄熱能力大，蓄熱效率高，而作為熱源的電加熱器成本較低，因而可以克服以上熱水蓄熱的不足。
　　由表2看出，這種采暖裝置的蓄熱容積僅為無壓熱水蓄熱器的約八分之一，是有壓熱水蓄熱器的約三分之一。同時，其初投資也相對較小。另外，相變蓄熱電暖器調(diào)節(jié)靈活，設(shè)置在采暖房間內(nèi)，即開即用，放熱功率可由風(fēng)扇或者風(fēng)門控制，因而可減小最大采暖負(fù)荷小時數(shù)。由圖5可以看出，這種采暖裝置具有很好的經(jīng)濟性好于電爐和燃?xì)忮仩t采暖。同時，這種電暖器可以減小電力峰谷差，對于電網(wǎng)安全高效運行具有積極意義。因此，相變蓄熱電暖器是一種具有良好發(fā)展前景的新型采暖系統(tǒng)。
　　由于相變蓄熱電暖器的耗電功率高，當(dāng)房間采暖負(fù)荷較大時，存在用戶電路改造問題。

　　3. 建議

　　對于環(huán)境保護要求高的城市，不同采暖形式的選擇，應(yīng)根據(jù)具體的用戶特點，以實現(xiàn)最優(yōu)的社會效益和經(jīng)濟效益。
　　對于城市中建筑密度高的大面積采暖地區(qū)，應(yīng)首先考慮熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域供熱系統(tǒng)的采暖方式。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能耗低，經(jīng)濟性好。同時，由于能源轉(zhuǎn)換效率高，煙塵集中處理，對大氣污染也很小。但是，熱電廠的建設(shè)應(yīng)當(dāng)充分考過度季和夏季的熱負(fù)荷情況。
　　商業(yè)建筑、高檔住宅等全年需要冷熱負(fù)荷的用戶，若無運行限制條件，應(yīng)首先考慮使用熱泵系統(tǒng)。
　　在氣候條件或水源條件允許的地區(qū)，即使僅用于采暖的熱泵系統(tǒng)，也應(yīng)作為解決環(huán)境污染問題的有效途徑而加以使用。例如，對于遠(yuǎn)郊新建住宅小區(qū)，城市熱網(wǎng)無法到達，可考慮利用地下水的水源熱泵采暖。
　　在城市燃?xì)夤?yīng)管道較為完善而又不建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱管道的地方，可以考慮采用燃?xì)忮仩t可以作為一種采暖途徑以解決環(huán)境污染問題。如果是在已有燃煤鍋爐房基礎(chǔ)上的改造，則可考慮采用燃?xì)忮仩t房采暖，否則可考慮家用燃?xì)鉅t的采暖方式。
　　對于無熱網(wǎng)的平房改造，熱網(wǎng)建設(shè)費用高，不宜采用集中供熱系統(tǒng)，可選用家用燃?xì)鉅t或家用熱泵采暖形式。如果一天中采暖時間較短、無燃?xì)夤艿蓝植恍枰照{(diào)的用戶，可考慮選用電暖器。
　　電力峰谷差問題突出的地區(qū)，應(yīng)推出相應(yīng)政策，鼓勵采暖系統(tǒng)增設(shè)蓄熱裝置，例如相變蓄能電暖器，以達到電力削峰添谷的目的。
四、結(jié)論

　　在大氣污染日益嚴(yán)重、電網(wǎng)峰谷不斷拉大的形勢下，城市采暖供熱應(yīng)選擇合理的形式和運行方式，在保證供熱效果的同時，為環(huán)保和電力作出貢獻，實現(xiàn)整體效益的最大發(fā)揮。
　　在所有采暖供熱形式中，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐采暖雖然運行成本低，但會造成大量粉塵和有害氣體的排放，對大氣的污染最為嚴(yán)重，因而應(yīng)嚴(yán)格限制在市區(qū)的使用。
　　電爐采暖能源轉(zhuǎn)換效率低，耗電量大，經(jīng)濟性最差。所以應(yīng)嚴(yán)格控制使用。但是電暖器啟停調(diào)節(jié)靈活，可減少最大采暖負(fù)荷小時數(shù)，在使用區(qū)對環(huán)境不產(chǎn)生污染，因而對于采暖需求時間短的用戶，可以考慮選擇采用電暖器。電鍋爐系統(tǒng)能耗和經(jīng)濟性等方面都明顯不如其他采暖系統(tǒng)，不宜鼓勵使用。
　　以熱電廠為熱源的區(qū)域供熱系統(tǒng)有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。當(dāng)充分保證熱電廠全年擁有足夠熱負(fù)荷的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)的使用。
　　燃?xì)忮仩t雖然是解決環(huán)境污染問題的一種采暖途徑，但運行成本高，燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)會增加系統(tǒng)初投資。因此，燃?xì)忮仩t的使用應(yīng)慎重進行。
　　熱泵應(yīng)作為解決環(huán)境污染問題的有效途徑，鼓勵在氣候條件或水源條件允許的地區(qū)加以使用。熱泵的使用在多數(shù)地區(qū)剛剛起步，應(yīng)在試點工程積累運行經(jīng)驗后再加以推廣應(yīng)用。
　　電動采暖裝置增加蓄熱裝置后，可對電網(wǎng)起到削峰添谷的作用，但會導(dǎo)致采暖系統(tǒng)的初投資、能耗和占地面積增加等問題。在電力峰谷差不斷拉大的今天，蓄熱在電動采暖中的應(yīng)用應(yīng)該引起充分重視。

參考文獻
　　[1]汪訓(xùn)昌 蓄冷空調(diào)移峰填谷及節(jié)電 中國能源 1996.11
　　[2]Mao-Song Yen Time-of-day electricity Pricing Using Optimal Mix of Generation system CIRED'93,Bermingham,May,1993.
　　[3]G.培克曼等著 蓄熱技術(shù)及其應(yīng)用 機械工業(yè)出版社
　　[4]S. HORII et al., Optimal Planning of Gas Turbine Cogeneration Plants Based on Mixed-integer linear Programming. International Journal of Energy Research Vol. 11. 1987
　　[5] 張寅平等 相變蓄能電暖器專利申請書 申請中 清華大學(xué)熱能系暖通空調(diào)實驗室

附錄 相變蓄熱電暖器的原理

　　相變蓄熱電暖器的原理如下圖所示，相變蓄熱電暖器包括溫控、時控的雙重控制開關(guān)、電加熱裝置、換熱容器、密閉在其中的相變材料和保溫隔熱外套組成。其特征在于時控開關(guān)內(nèi)固化了時控程序，使電加熱器只能在某一時間段內(nèi)（電網(wǎng)負(fù)荷低谷段）接通。當(dāng)電加熱裝置接通電源后，相變材料開始升溫融化。當(dāng)相變材料完全融化時，溫控開關(guān)使加熱裝置停止工作，這時熱量主要由相變材料以潛熱方式儲存起來。在室內(nèi)需要加熱的時候，打開風(fēng)門或開啟電扇，電暖器開始對外放熱，液態(tài)的相變材料逐漸凝固，同時放出凝固熱。由于相變過程為近似等溫過程，相變潛熱較大，故即使在不通電的情況下也能近似等溫放熱較長時間。實際應(yīng)用中，電暖器外部設(shè)置隔熱套，能達到很好的保溫效果。隔熱套保證所蓄熱量存在于電暖器內(nèi)，需要取暖時，隔熱套部分或者全部打開，換熱容器向外放出熱量。隔熱套的形狀可以做成帶有進出氣門的整體箱式結(jié)構(gòu)，在出氣口可設(shè)置排風(fēng)扇，也可以不設(shè)置風(fēng)扇，完全依靠自然對流和室內(nèi)空氣進行熱交換。