1、建筑热水供应经济形式初探1 集中热力供应的热水供应形式1.1 区域热水供应形式1,2区域热水供应形式，即水在热电厂、区域性锅炉或热交换站集中加热，通过市政热水管网输送至整个建筑群、居住区、城市街坊或整个工业企业的热水供应系统。在城市或工业企业热力管网的热水水质符合用水要求，热力网工况允许时，也可从热力网直接取水。区域热水供应形式国内尚处在个别城市和地区，由于其便于集中统一维护管理和热能的综合利用；有利于节约能源；有利于减少环境污染；设备热效率和自动化程度较高；热水成本低、设备总容量小，占用总面积少；使用舒适方便，保证率高等一系列优越性，必将是建筑布置较集中、热水用量较大的城市、工业企业、住宅小
2、区、新规划区供热的方向。 通过热电厂向居民小区集中供应热水，使居民各用户燃用煤气、液化气的废气分散排放变为热电厂烟气的集中排放，又因热电厂一般远离市中心且烟气都经过高烟囱排放，故其对环境的影响将大大减小，有利于减少环境污染；同时，热电厂向居民小区集中供应热水，与居民各用户使用电热水器相比，因其能量转化效率高 (使用电热水器，其能量转化环节多，效率相对较低 )，有利于节约能源。 苏州华能热电有限责任公司近几年对苏州市区一些新建居民区利用热电厂提供蒸汽作为热源通过热交换站集中供应生活热水的实践证明，这种区域热水供应形式是方便安全、经济适用、环保节能的，有着良好的经济、环境和社会效益，前景十分看好3
3、。1.2 采暖热媒户内换热生活热水供应形式建筑集中供暖已较普遍且普及率上升很快，采暖期也越来越长。就北京市而言，供热公司规定：每年自 11月15日至来年 3月15日为供暖期，实际上供暖期限一般是11月6号到来年的3月底。在有些北方地区其供热时间更长。因此在取暖期合理利用采暖热源转换为生活热水的热源，并利用已有的热水供给器具，采用取暖期和非取暖期双套热源的热水供应方式经济适用、灵活方便、安全可靠，有着较好的发展前景。 由于是将已引入住宅的采暖热水(或者蒸汽 )在每家每户中通过不同的方式在互不混合的情况下把自来水加热到洗浴或其它使用要求温度的热水。因此在户外没有任何与原采暖不同的改变，所以不需要任
4、何额外的投资，和集中供给热水相比，省去了单独的锅炉房或者换热站，省去了单独的生活热水管线，也不需要任何的维护保养人员和工作量，这是一个很大的投资。 由于洗浴时间不会集中在最低气温时间，所以原采暖设计不需任何改变，也不需要对网管负担任何费用，而室内的任何散热损失均可以归到取暖需要。因此其加热成本只计算用水加热所需热量的费用。 由于换热器件设计时已考虑了两种介质绝对不会混合的结构，不存在降低用水的卫生标准，安全卫生，且只要在供暖的时间都可以使用，方便灵活。2 地热泵技术供应生活热水形式地热在我国分布较广，是一项极有价值的资源，在有条件时，应优先予以考虑，地热热水可作为热源，也可直接采用地热水作为生
5、活热水。但地热水按其生成条件不同，其水温、水质、水量和水压有很大区别，设计中应采取相应的升温、降温、去除有害物质；选用合适的管材设备；设置贮存调节容器；加压提升等技术措施，以保证地热水的安全合理使用4。采用地热时，供热侧低温热源可以是取自江河湖海的水，也可以取自地下，取自地下则称之为地源热泵 (或地热泵 )。地源热泵是地热利用的一种形式，是将低位热能用热泵提升为高位热能加以利用。地热泵提取地热的方式目前有三种：一种是地下埋管，通过管壁和地下土壤进行换热，这种方式占地较大投资也大，一般发展中国家较难采用。第二种方式是将管子放在房屋的基础内，通过基础提取土壤的热量，需要与土建施工密切配合。第三种方
6、式是打深井，直接提取深井水的热量，利用后的水再回灌到地下。这种方式最简单但也需要具备一定的条件，首先是地下水资源丰富，其次是建筑物总图内可以安排井位。由于打井口径及地质条件等因素，相同口径的井回灌量一般是提升量的60 %70%，因此国内通常作法是打三口井。一口井提升，两口井回灌，为延长井的使用寿命，三口井的工作相互轮换，因此三口井都要装深井泵 (国外作法是打两口井一抽一灌 )。由于热泵的能效比一般在45(COP=45) 即压缩机消耗1kW的电可以得到45kW的热，且地源热泵的低位热能取自土壤或地下水，节能效果显著，因此地源热泵技术在世界各国都得到应用。国内的实践表明5，用地热泵技术供应生活热水
7、是经济的，亦可减少温室气体的排放，在地下水资源丰富，总图有条件安排井位的地方可以优先考虑地热泵方案。但地热泵的经济性与燃料政策有关，当天然气增容费、天然气价格和电价变化时，投资与运行费用比较也随之变化，因此具体工程需要根据当地情况进行分析。同时，地热泵技术在我国应用还刚刚开始，还需要不断探索完善。3 太阳能联合供热热水供应形式由于地球上的矿物储量有限，常规能源将日益紧张。世界各国都加强了对太阳能利用的研究。太阳能是一种清洁安全的可再生能源，对增强人类可持续发展能力有着重要作用。在能源日趋缺乏、环保意识日益提高的当今世界，这种益于环境，益于社会，益于公众的新能源的应用已经越来越广泛，特别是太阳能
8、热水器已经进入千家万户，而大型太阳能热水系统也已在商品住宅等建筑中开始应用。 据预测，本世纪太阳能将逐渐替代常规能源，成为全球重要的能源之一。我国大部分地区太阳能资源丰富，尤其是西部、北部地区更具有开发利用太阳能的优越条件。太阳能热水器适应了时代的需求，节能环保，但由于受日照和风雪雨露等气候影响，不能全天候工作。这种不稳定特性，使其有必要与其它供热方式联合使用，以达到尽美尽善。现行建筑给水排水设计规范6及其新版送审稿7均对以太阳能为热源的集中热水供应系统宜附设辅助加热装置提出了要求。同时随着人们生活水平的提高，以太阳能为热源的局部热水供应系统，有鉴于其不稳定性，也有必要附设辅助加热装置。但对如
9、何设置辅助加热装置，规范及其条文均未作出说明。3.1 带辅助电加热装置的太阳能热水器在白天，真空管集热器吸收太阳辐射并加热集管内的水。一旦太阳辐射足够强 (超过某一阈值 )，光敏探头就向电控柜给出一个信号，从而启动循环泵，将集管内的热水送回贮水箱，使贮水箱内的水逐步被加热，最终达到某一设定的温度值。如果太阳辐射降低到阈值以下，则循环泵就会停转，此时贮水箱内的电加热器也会自动接通，水就由电能加热到设定的温度值。但是此种热水器目前推广尚不太普遍，且电加热器在热水器水箱之中，控制和除垢尚存在一定问题8。3.2 燃油（燃气）炉作为辅助加热装置用电加热器作为家用太阳热水器的辅助加热装置，比较简单、方便。
10、但对于大型太阳热水系统，采用燃油（燃气）炉作为辅助加热装置，则比较经济。例如：一台每小时能产吨热水的燃油炉，每小时耗油kg，市价元不到；若改为电热管加热，电费需47元。采用燃油（燃气）炉或电加热的定时用水单位，都能实现定时起动和停运，可进一步节约能源。针对24小时用热水的单位（如宾馆酒店、高级住宅），可另设一个较小的的恒温水箱，与燃油炉并列循环，其恒温箱的水源取自太阳热水器，这样既能保证24小时有热水供应，同时也能保证太阳热水器的正常工作，充分利用太阳能。广东某公司在深圳英文书院装有1000多平方米太阳热水器系统，配有台100万kJ油炉，已运行年，使用效果很好；广州中山医学院住院大楼安装了62
11、0平方米太阳热水系统和100万kJ燃油炉辅助加热系统，使用效果也很好。3.3 太阳能预热热水供应形式从理论和实践上来讲，换一种角度，通过相应阀门控制，把太阳能作为电、燃油（燃气）炉等辅助加热器的供水更合理、更经济。这种太阳能预热热水的供应形式，不但适用于集中热水供应，也适宜于分户供给热水。在这种形式中，夏季热水供水主要依靠太阳能集热器，其它三季可由太阳能将水预热，热量不足部分由电、燃油（燃气）炉等辅助加热器补充。当太阳能系统检修时，可由电、燃油（燃气）炉等辅助加热器供给全部热量。系统的运行、转换、定时等可通过相应的温度、光照控制仪及阀门控制。4 电热锅炉加储热水箱热水供应形式我国南方地区几乎没
12、有城市热力管网，除了少数建筑可以利用工厂余热、废热外，绝大多数建筑均为自备发热设备。发热设备按其常用的燃料，有燃煤、燃油、燃气、电热等之分。从运行费用情况来看燃煤最便宜，电热最贵，燃油与燃气居中，从环保角度看：电热最好，燃气、燃油居中，燃煤最差，从总投资来看：燃煤最大、燃气、燃油居中、电热最小。经综合比较，认为燃气和电热是较好的热源，其中电热具有无污染无噪音，安装使用方便，利用电网躲峰期间进行电热交换实现能量储备，可作为电力部门的一种可调峰设备等优点，将成为是今后热源的发展方向。这一点在新版建筑给水排水设计规范送审稿7中已有所体现，其中有两点值得一提，一是在条文里首次明确提出电蓄热设备作集中热
13、水供应系统的热源或直接供给热水。二是条文5.2.6条“局部热水供应系统的热源宜采用太阳能及电能、蒸汽、燃气等。” 而现行规范64.2.5条“局部热水供应系统的热源宜采用蒸汽、燃气、燃油、炉灶余热或电能等。”这种改变，有因于电力供给条件的改善和电力供应峰谷现象的客观存在，而从节能环保角度来说，也应是形势所趋和方向所在。电热锅炉加储热水箱供热形式，采用电热锅炉及储热水箱蓄热技术，利用夜间低谷电制取一定温度的热水，并储存于保温水箱内；在用电高峰期间不用电或用少量电，靠释放已储存的热水来满足用水点的热水供应需要。这种形式安全卫生、无噪声、无污染、可靠方便、布置灵活，且电热锅炉可避开用电高峰，起到“削峰
14、”、“填谷”作用，符合国家政策，且与建筑物内的其它用电错开；据电力部门提供的资料，一天中至少约有个小时属于用电低谷时间。北京、天津的电价时间分段见表1。由于低谷电价便宜，大大节省了运行费用，同时节省了煤、油、气资源。表1 北京、天津电价时间分段表 用电时段地区高峰电时段8:0011:00平峰电时段7:008:00 低谷电时段23:00-7:0018:0023:0011:0018:00北京0.833元/kwh0.530元/kwh0.247元/kwh天津0.855元/kwh0.527元/kwh0.220元/kwh5 小结 建筑热水供应的经济形式，在考虑其本身的经济性的同时，也应考虑其社会、环境、公
15、众效益以及国家相关政策，以上探讨的几种经济形式正是基于这一考虑的，但欠深入与具体，且存在一定的局限性，其目的是抛砖引玉，让更多的人关心、思考、重视、研究这一问题。不足之处，还望同行专家多批评指正。参考文献1 陈秀生主编.给水排水设计手册建筑给水排水（第二版）M.北京:中国建筑工业出版社,2001.5.2 聂梅生，姜文源，周虎城，等.水工业设计手册建筑和小区给水排水M.北京:中国建筑工业出版社，2000.12.3 张永明.居民小区集中供应生活热水的经济性分析J.能源研究与利用，2000,(5):39-41.4 刘振印,傅文华,张国柱,等.民用建筑给水排水设计技术措施M.北京:中国建筑工业出版社,1997,9.5 叶瑞芳.地源热泵供应生活热水的经济性J.给水排水,2001,27(2):71-73.6 GBJ15-88建筑给水排水设计规范S.北京:中国计划出版社，1997年版.7 GBJ15-2000建筑给水排水设计规范S.送审稿.8 何梓年，我国太阳能热水器及其在住宅建筑中的应用J.给水排水,2001,27(1):50-52.
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