关于电热采暖的多角度思考

    1 电热采暖的前景看好

    1.1 供暖体制改革势在必行，改革将涉及诸多方面，但其核心问题是变福利供暖为用热的商品化、货币化。这一重大改变，将使供暖费用的高低，成为选择采暖方式的重要因素。

    1.2 各种采暖方式的费用是什么情况呢？根据2001年北京市物价局发布的通知，集中供暖民用住宅每建筑平方米、每采暖季的供暖价格，燃煤锅炉直供为16.5元，燃煤锅炉间供为19元，城市热网供暖为24元，燃油、燃气或电锅炉供暖为30元。由于燃煤锅炉已被逐步淘汰，在上述供暖价格中，仅有城市热网供暖的24元/ m2,和燃油、燃气或电锅炉供暖的30元/ m2, 可作为参照比较标准。

    1.3 电采暖的费用又是多少呢？有一个统一的评价标准，即国家行业标准《民用建筑节能设计标准》(JGJ26-95)中规定的建筑物耗热量指标限值，例如：北京地区普通住宅的建筑耗热量指标应不超过20.6W/ m2, 按采暖期125天、每天24小时计算, 全采暖期的总耗热量应不超过61.8kWh。也就是说，无论采用何种能源或供暖方式，都应对每平方米建筑面积住宅，提供不超过61.8kWh的有效热量。即使采用分户电热直接采暖，按北京地区IC卡电价0.44元/kWh计算, 61.8度电的电费为27.19元/ m2，采暖电费略高于城市集中供热24 元/ m2、 但低于集中燃气锅炉房30元/ m2的采暖费。而且, 还具备节约运行费用的有利条件, 例如: 可以实行适合于使用要求的间歇供暖方式，在保证使用时间内热舒适度的前提下, 适当降低全供暖期平均室温。因此，即使是采用最简单的分户电热直接采暖，供暖费用也是可以被接受的。

    1.4 北京市正在积极酝酿提出第三步建筑节能的要求，以80年的能耗为比较基础，已实现第一步节能30%、第二步节能50%，第三步要节能65%。也就是说，采暖能耗可降低为80年水平的三分之一。如得以实施，普通住宅的建筑耗热量指标将不超过18W/ m2。按上述方法计算，电热直接采暖电费可降低为24元/ m2。

    1.5 最近，北京市经委、计委、市政管委和物价局联合发布(2002)100号文件，对电采暖实行低谷用电优惠价格。在采暖期内的每天23时至次日7时，不区分用电性质和供热对象，一律按0.20元/kWh计费，电热采暖的费用就更低了。

    1.6 事实上，许多有远见的开发商，已清楚看到节能建筑的市场价值。建筑耗热量指标，应作为建筑质量和房屋售价的重要指标。最近，可在媒体上看到一句广告词----“告别暖气空调时代”，当然，它并不是真正“告别暖气空调时代”，只是采用了另一种暖气空调方式而已，而这种较少采用的方式，只能适应于冬夏能耗都极小的低能耗建筑。这个广告所推介楼盘的真正可抄作点，其实应该是低能耗，而不是它的存在一定隐患的暖气空调方式。当能耗已降低到较低水平之后，完全可以采用更简单的采暖空调方式，例如用电作为暖气空调的能源。

    1.7 电热分户采暖的能耗计量精度和收费的简便性、建设程序和物业管理的简化、居住者供暖的灵活性和便于实施室温的调节控制等方面, 相对于传统集中热源或燃气分户独立热源的供暖方式的诸多弊病, 更有许多吸引力。

    2 要提高电热供暖的能源利用效率

    近年以来, 全国许多地区电力供应充足, 从环保和平衡电力季节性过剩出发,有关部门大力鼓励用电热采暖。但是，我国的电力生产主要依靠火力发电, 火力发电的平均热电转换效率约为33%, 再加上输配效率约为90%, 采用电散热器、电暖风机、电热水炉等电热直接供暖, 是能源的低效率应用。从煤变成电，再用电转换为热，能源综合效率只有约30%，远低于燃煤、燃油或燃气锅炉供暖的能源综合效率, 更低于热电联产供暖的能源综合效率。从总体上并未减少而是增加了对大气环境的污染因素，只不过是污染地的转移而已。因此，发展电热采暖，应最大限度提高能源利用效率。其主要途径无非是：能提高电----热转换效率的电动热泵供暖、能充分利用低谷电力的蓄热供暖和采用辐射供暖方式。

    3 关于电动热泵供暖

    电热直接采暖的电----热转换效率最大只能为1:1，而电动热泵供暖可使转换效率(即制热系数)达到1:2.5或1:3, 也就是说，1kW的电能消耗，可得到2.5或3 kW的热能，这多于1kW的热能，是从室外空气、水源或土壤中获得的。电动热泵主要有空气热泵、水环热泵和地源热泵三大类。地源热泵又可分为地表水、地下水和土壤热泵几种方式。

    空气热泵型空调机，即区别于单冷型的所谓“冷暖型”空调机。空气热泵型冷热水机组，即所谓“户式中央空调”中的一种既可供冷又可供暖的设备。用空气热泵供暖,在冬季低温条件下的供暖能力受限,因此应按冬季最不利条件下的供暖能力, 确定机组容量或设置辅助热源。此外, 还应妥善解决好室外机的噪声和对环境的影响。

    由于大地的蓄热作用，地下水和一定深度的土壤温度，可常年稳定地维持在略高于当地的年平均气温。例如：北京地区的年平均气温为11.4℃, 地下水和6m深度的土壤温度, 可常年稳定地维持在13—14℃左右。因此，在年平均气温为10—20℃的地区，可以利用地源热泵作为冷源和热源。通过电动热泵，在冬季可从地下水或土壤中吸收热量，在夏季，地下水或土壤又可吸收制冷过程中需排除的冷凝热。土壤源(埋管)热泵仅适合于建筑容积率极低的别墅类居住区。地下水源热泵的可行性，则主要取决于是否具备可靠的地下水资源抽取及回灌条件，并符合当地的水文地质管理规定。

    电动热泵供暖的投资费用相对较高，但它同时具备作为夏季空调供冷的功能，不应同单一供暖功能的系统直接相比较。应按附加热泵功能后较单冷功能所增加的费用，同其它供暖方式的投资费用作比较。

    4 关于电热蓄热供暖

    除电动热泵外，如采用电热直接供暖，最好用蓄热方式，即在电网低谷时段将电能转换为热能，在供暖的同时将热能蓄存，以备在电网高峰时段改由所蓄存的热量供暖。电热蓄热供暖的主要方式是配有蓄热装置的集中电热锅炉。电热蓄热供暖利用了电网低谷时段的富裕电力，在能实行分时电度表计量时，又可获得优惠电价，大幅度降低采暖费用。水是最简单的蓄热介质，用水蓄热需要有较大的水容积，采用常温蓄热，每万平方米建筑面积的住宅，大约需要80立方米的蓄热水容积，如采用相变蓄热介质，容积则可减少约1/3。

    可蓄热的电散热器则可用于分户电采暖。蓄热电散热器，实际上是固体蓄热，类似于电熨斗。水的热容量(比热)比一般物质都大，但水在常压下的加热温度极限为100℃，其它物质如Fe2 O3 , 热容量(比热)虽仅为水的1/4.3, 但其加热温度可高达800℃，且其密度较大(约相当于水的四倍)，和水相同的体积可具有5—6倍于水的蓄热量。在能实行分时电度表计量时，采用可蓄热的电散热器，也可以大幅度地降低采暖费用。

    5 关于电热膜顶棚辐射采暖

    当由于建筑投资等原因，不能采用电动热泵或电能蓄热供暖时，电热直接采暖最好采用较为节能的辐射采暖方式。

    人体因新陈代谢而产热，需要通过蒸发、对流和辐射三种方式散热，以维持生理热平衡。辐射采暖使人体的辐射散热量减少，生理热平衡需要降低室温以相应增加对流散热量，因此，较低室温的辐射采暖，可取得与较高室温的对流采暖相同的热舒适感，即所谓等效热舒适感，这就是辐射采暖较对流采暖节能的原因。对于住宅，辐射采暖较对流采暖的节能幅度，约可达10%。

    电热膜辐射是电热辐射采暖的一种方式。由于投资费用较低和技术较为简单等原因，电热膜顶棚辐射采暖，有一段时间在住宅中得到了较广泛的应用。

    电热膜顶棚式辐射采暖系统由电热膜、开关盒、温控器和接线盒等组成。电能通过膜状发热元件辐射出的红外线作为辐射采暖源。

    电热膜由前后两个基膜、上下两个汇流条和若干个并联或串连的导电条组成。基膜的作用是保护汇流条和导电条、绝缘、散热，因此要求有良好的绝缘、导热性能和一定的机械强度。汇流条的作用是将电源与导电条相连接，要求能输送所要求的电流、与电源和导电条接触和连接良好。导电条有并联或串联两种基本形式，采用导电油墨或金属条，其作用是将电能转换为热能，要求转换效率高、阻值均匀稳定、表面温度不大于基膜的允许工作温度。

    为减少电热膜产生的热量传到其它房间，要在电热膜的一侧敷设不燃的绝热层，一般采用厚度不小于50mm的离心玻璃棉板。另一侧则安装热阻较小的饰面层，一般采用石膏板。

    对此种供暖方式的客观评价，应该是“可用”，但“舒适度不高”。所谓“可用”，是指对于节能住宅而言，采暖费用可以被接受。所谓“舒适度不高”，主要是目前国内外的电热膜产品的发热密度，一般在130--­-160W/m2，使辐射体的表面温度均在40℃以上, 有些更高达45℃,远超过国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》对辐射体的表面温度的限制。上述规范规定，房间高度 2.5--3 m,板面温度宜为28--30℃，房间高度3--4 m, 板面温度宜为33--36℃。

    辐射采暖不是“烤火”，而是在合理的环境辐射温度条件下，减少人体的辐射散热量，在正常情况下，人体并不需得到辐射热。过高的辐射体表面温度，使人有“烘烤”的不舒适感。对于人员长时间停留的场合，显然是不适当的。顶棚电热膜采暖，在国外大多应用于人员短时停留或无人员停留的场合，并未用作住宅的主要采暖手段。简单引进并应用于住宅采暖，是此种技术的低标准应用。实验证明，降低辐射体热流密度是可能的，并可改善采暖房间的温度梯度。如不能开发和提供热流密度较低的产品,必然会限制和否定电热膜在住宅中的应用。

    6 关于电热缆地面辐射采暖

    电热缆地面辐射采暖是电热辐射采暖的另一种方式。实测资料证明：地面辐射的采暖热舒适度明显优于顶棚辐射。过去，电热缆主要应用于管道防冻保护、室外地面的冰雪融化和提高冬季室外场地(如足球场)的地面温度等，用于地面辐射采暖的投资费用，远高于电热膜顶棚辐射采暖，因而限制了此种采暖方式在住宅中的应用。由于多渠道国外产品的引进和价格竞争，投资费用现已降低到与电热膜顶棚辐射采暖相近的水平，成为继电热膜直接采暖方式之后的一个新的热点。

    系统由电热缆、开关盒、地面温控器、房间温控器和接线盒等组成。类似于“口碑”较好的低温热水地板辐射采暖，为减少电热缆产生的热量传到其它房间，要在电热缆的下部铺设绝热层，在电热缆周围用混凝土填充，上部再铺设地面层。

    电热缆是一种通电后能发热的电缆，由实芯单根或多根电阻线发热体、绝缘层、接地导线、金属屏蔽层、防水护套和冷热导线接头等组成。发热体有合金金属丝和碳纤维丝等种类，由于合金金属丝的发热稳定性和强度，均优于碳纤维丝，地板辐射采暖宜优先采用合金金属丝电热缆。

    电热缆可区分为单回路电热缆和双回路电热缆。单回路电热缆有两个终端，需要两端与导线连接形成回路。双回路电热缆与单导线电缆在结构上的区别，是在电缆内部增加了一根冷导线回线，在电缆内部自成回路，并在工艺上增加护套，可与导线在一端进行接合。

    双导线电缆与单导线电缆相比，安装上较为方便灵活，尤其对于管道防冻和在室外的应用。此外，对于电磁场的削弱也起到一定作用(单导线电缆的电磁辐射量也只有安全电磁量的0.3---1%)。

    电热缆的功率范围为6—30W/m，与低温热水辐射采暖和电热膜辐射采暖一样，应用于地板辐射采暖电热缆的配置，应按房间的采暖负荷、温度场均匀和《采暖通风与空气调节设计规范》对辐射体表面平均温度限值，选择确定布置间距和最大线性负荷，一般所采用的功率不宜大于18W/m。

    国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》对地板辐射的规定，按照人员停留时间长短划分，人员长期停留场合要求为24--26℃并不应超过28℃，人员短时停留或无人员停留场合则可取较高温度。电热缆地面辐射采暖可确保符合上述要求，因而可得到合理的垂直温度场分布，而且可保持较好的室内温度的稳定性。

    7 关于电热直接采暖的安全性

    无论采用何种电热膜直接采暖方式，安全性都是至关重要的问题。

    电热膜顶棚辐射采暖和电热缆地面辐射采暖，都应有发热元件可能达到的最高温度限值及其有效防止的措施，特别是当受到遮挡或覆盖的不利条件下的有效控制和保护。由于片面追求低成本，过低的容量配置，不仅难以达到采暖室温，也使发热元件长期不间断的运行而超温。缺少高性能的温度控制配置，也不能确保运行的安全性。

    电热膜存在导电条应采用导电油墨还是采用金属条之争。电热缆也有应采用单回路还是采用双回路之争。除有一些不同渠道的国外资料外，当务之急，是尚未有国家或地方技术标准加以规范，标准化工作滞后于应用。

    在工程实践的基础上，北京市正在积极进行电热采暖的标准化工作。在当前，还是应该坚持慎之又慎的方针，切实防止意外事故的发生。

    作者简介：

    张锡虎 北京市建筑设计标准化办公室 顾问总工程师 教授级高级工程师