近年來,蓄能技術已在我國空調領域得到強勁的發展與推廣,最常見的是冰蓄冷和水蓄熱系統。本文介紹在中小型建筑物中采用電蓄熱鍋爐加水蓄熱方式作為系統熱源,以此作為減少環境污染、降低能源消耗,同時利用夜間低谷電,減輕白天電網負荷,真正實現綠色供暖的一個途徑。

1 蓄熱系統及其應用條件

所謂蓄熱即是在電力負荷很低的電力低谷期采用電鍋爐產熱,利用蓄熱介質的顯熱或潛熱特性,用一定方式將熱量儲存起來,在電力負荷較高的用電高峰期將熱量釋放出來, 以滿足建筑物的供熱需要。

當然該系統有一個應用的主要前提,那就是該地區是否存在電力低谷、高峰期電價差。目前隨著我國用電結構矛盾的不斷加大(一方面存在著嚴重的高峰電力不足,另一方面存在著峰谷差過大問題,進而形成自然資源大量浪費的惡性循環),各地政府已紛紛出臺優惠政策拉大峰、谷電價差,以經濟手段推動電力削峰填谷,在峰谷用電基本都在半價或半價以下。同時為了提高業主積極性,很多地方地政府還下達相應政策,鼓勵和支持應用蓄能項目的用戶,從而緩解峰、谷電負荷嚴重不平衡的矛盾。

蓄熱工程中常用的蓄熱手段主要有兩種, 即以水為介質的水蓄熱和以相變材料為介質的高溫相變蓄熱裝置。前者造價低、占地大, 后者造價高、占地小。考慮到我國經濟結構的實際情況,本文以水蓄熱為主進行介紹。

2 電鍋爐加水蓄熱系統

用于城市供暖的清潔能源有燃油、燃氣、電能、太陽能和地熱能等。其中, 燃油系統需要配備儲油罐等輔助設施, 在建筑行業中儲油罐的裝設及燃油的運輸通道有著嚴格的消防要求,這在建筑密度很高的市區地段很難滿足,即使勉強滿足也存在著一定程度的隱患;燃氣系統對市政輸送管網有要求,對于老城區改造很難實現,即使實現,對于供暖系統來講,其高額的運行費用也難以支持;太陽能和地熱能系統在老城區供暖改造工程中的實施更是有其客觀的局限性; 電鍋爐具有熱效率高(可達95%- 99%)自控程度高(具有過溫、過壓、過流、短路、水、缺相等多種自動保護, 實現了機電一體化),設備體積小(占用建筑面積小),安裝維修方便,無污染無噪音等特點。如結合蓄能技術,則其在投資方面也具有一定的優勢。

直接加熱式蓄熱循環供熱系統:

該系統一般適合較大功率的電熱水鍋爐,系統中配置一只與電熱水鍋爐功率相匹配的蓄熱水箱。給水從蓄熱水箱注入,并充滿整個系統,蓄熱水箱與電熱水鍋爐之間形成循環回路,通過熱水泵循環用電熱水鍋爐發出的熱量來加熱蓄熱水箱的水, 直至設定的溫度。

間接加熱式蓄熱循環供熱系統

該系統為雙循環加熱系統,在蓄熱水箱與電熱鍋爐之間設置一臺熱交換器,將發熱過程和吸熱過程分隔成兩個獨立循環的回路。電熱鍋爐產生的熱量通過熱交換器間接傳遞給蓄熱水箱的水,給水系統適合水質硬度較高的地區。因為在電熱鍋爐放熱側形成閉式循環,熱煤水除少量泄露需補充外,基本上沒有消耗,只須在初始啟動前在該循環回路中加滿軟化水,電熱鍋爐就可以在較長的時間內安全運行。

設計應用中的若干問題

331對于多層建筑, 用戶與水蓄熱電鍋爐系統間要有換熱設備隔斷; 對于直連系統,則應在系統回水管路上加設與系統循環泵連鎖的電磁閥,以防系統回水倒灌。

3 3 2系統中蓄熱水箱應盡量設于室內,如現場條件不允許,則應在水箱保溫層外加設防護層且在水箱頂部進行防水處理,以防保溫層破壞后水箱散熱過大。水箱加工中應盡量減少熱橋現象,以減小水箱不必要的。

333 系統補水設施應設于室內, 以防管路系統凍壞。

334 電鍋爐電源系統應設有漏電保護開關與過流保護開關,以保證鍋爐安全運行;在電鍋爐控制柜上應設有電流、電壓指示儀表,以方便運行人員觀察巡視;在接觸器控制回路中應設有時間繼電器, 實現自動、手動控制用電高峰、平谷和低谷時段。

3 3 5 系統初運行時,應提前一段時間用軟化設備給系統注水或將系統水加藥處理,以防系統水高溫結垢,燒爆鍋爐電熱管。

4 應用實例

以唐山市大洋商廈為例,該工程為一商場建筑的改造項目,位于唐山市市中心,建筑面積12520平米,建筑物分為兩部分,一部分是商場,一部分是辦公區,商場部分采用全空氣系統的中央空調,辦公區采用普通暖氣片。夏季由兩臺山東中大760千瓦的螺桿冷水機組機供冷源,僅向商場區供冷。冬季利用電鍋爐加蓄熱系統,向商場區和辦公區同時供暖。在循環泵吸入、壓出段分別增設季節性關斷閥門,以進行冬夏季運行工況的轉換。

本系統采用間接式蓄熱供熱系統,采用一臺1280千瓦的電鍋爐,通過板式換熱器和一個400立方的鋼板水箱進行熱量交換。水箱設計溫度90度(150厚橡塑海面保溫)。采暖系統供回水溫度為55/45℃。鍋爐和水箱均位于建筑物的地下室。該工程2004年竣工,該工程投資57萬元,電鍋爐每天僅運行3-8個小時即可保證水箱內的溫度,每年供熱運行費用僅為20萬元,遠小于其他熱源的運行費用。該系統至今使用良好。經濟效果顯著。

5 結束語

可見在某些存在電力低谷的地方,使用電鍋爐加蓄熱系統解決中小建筑物的供暖問題,對降低用戶運行費用和電網調峰有著十分重要的意義和發展前景,隨著電力部門更完善的鼓勵低谷用電的政策出臺。同時廠家對電鍋爐加蓄熱系統的研究的加強,會進一步降低造價和運行。