相变蓄热电采暖经济性分析

祝艺丹

（吉林建筑大学城建学院，长春 130114）

从全球形势来看，能源革命发展趋势以清洁能源为主流，旨在逐步优化能源结构[1]。近年来，为了解决北方地区燃煤取暖产生的环境污染问题，国家出台了“煤改电”等一系列保护政策，因此清洁能源电采暖被广泛关注及应用，清洁供暖已成为国家能源战略的重要组成部分[2-3]。

目前，直供式电采暖以其安装控制方便、升温速度快、绿色环保等优势被企业和个人用户所使用，但除去电采暖电价优惠政策补贴外，电费仍然较高[4]。在这种情况下，笔者提出一种相变蓄热式电采暖供热方式，将相变蓄热的原理与电采暖相结合，预期通过间歇式供暖，利用蓄热式电采暖峰谷电价，谷时加热蓄热，峰时停止加热，利用所蓄的热量进行供热，既避开了用电高峰，又节省了电费，从而实现电能“移峰填谷”的目标[5]。

以吉林省长春市某40 m2房间为例，本文对比分析了常规电采暖系统（方案一）与带有蓄热功能的电采暖系统（方案二）的经济性，该分析过程涉及初投资、年运行费用及简单回收期三个方面。

1 初投资

两种方案的初投资主要是指研究并计算费两种采暖形式的前期造价成本。首先介绍两种方案的前期造价详细费用情况。

1.1 方案一：直供式电采暖系统

该系统以发热电缆为发热体。购买电缆的费用是方案一系统的主要投入费用：以50 W/m2作为供热指标，单价为1.5元/W，由于供热所要达到的总负荷为50×40=2000 W，所以40 m2房间的热源造价为1.5×2000=3000元。本文选取水泥砂浆作为热源下方结构层填充物，其造价为20元/m2，根据房间需求水泥砂浆成本为40×20=800元。

1.2 方案二：相变蓄热电采暖系统

热源造价与方案一相同，为3000元。据所给40 m2建筑的面积可知，实际的采暖安装面积是：2000/460=4.35 m2，式中，460 W/m2是发热源的发热量，2000 W是房间采暖的总负荷。本文选取石蜡微胶囊和泡沫金属铜的复合材料作为相变蓄热式电采暖装置中的相变蓄热结构层。其造价计算为：泡沫金属铜成本计算公式为4.35 m2×1000元/ m2=4350元；石蜡微胶囊单价为20元/kg，为实现预设谷时蓄热8 h的想法，按照实际采暖安装面积，经理论计算共需34.8 kg石蜡微胶囊，因此总计材料石蜡微胶囊的投入费用是20×34.8=696元。

上述计算得到直供式电采暖系统及相变蓄热式电采暖系统的初投资结果，如表1所示。

表1 二种方案初投资

比较二种方案的初投资可以得出，相变蓄热电采暖系统初投资较高，其原因是作为蓄热主体材料的石蜡微胶囊是新型相变材料，制备过程较复杂；作为强化传热及骨架支撑的泡沫金属铜材料的工艺要求较高。前期材料费用投入成本高，导致初投资较高。若单纯以两个方案的初投资为对比条件，显而易见，方案一即常规式直接供热电采暖系统有较大的经济优势。但仅仅根据初投资的多少来判定方案一及方案二的经济性，并不具有代表性。若想真正得到经济性分析结果，应考虑分析两种方案整个生命周期的经济性，再进行比较选择。

2 年运行费用

将清洁能源电能作热源的供暖系统主要以电费指标来计算系统的年运行费用。以北方地区长春为例，根据当地政策，电价分为常规峰谷用电电价以及蓄热式电采暖用电电价。其中，直供式电采暖系统以常规峰谷用电电价（见表2）为参照标准，而相变蓄热式电采暖系统以蓄热式电采暖用电电价（见表3）为参考标准[6]。

表2 长春地区常规式峰谷用电电价

表3 长春地区蓄热式峰谷用电电价

根据表2、表3本地电采暖政策电价计算标准，以长春40 m2房间为例，分别计算方案一及方案二的年运行费用。其中采暖面积热指标以50 W/m2标准计算，因此该房间热负荷为2000 W。

2.1 直供式电采暖年运行费用

应用直供式电采暖系统需持续24 h不间断供热，根据长春市常规式峰谷用电电价参考标准计算，一天24 h之内，峰时费用计算可得2×13×0.562=14.612元；谷时费用计算可得2×11×0.329=7.238元。由于长春本地采暖季持续168 d，故年运行费用为168×（14.612+7.238）=3670.5元。

2.2 相变蓄热电采暖年运行费用

政府为鼓励新型相变蓄热电采暖系统的应用，响应节能环保的号召，提供用电补贴，出台蓄热式峰谷用电电价政策。相变蓄热电采暖系统能满足晚上供热蓄热（谷时）8 h，白天（峰时）断电放热12 h的供热要求。根据蓄热式峰谷用电电价参考标准计算，具有蓄热功能的电采暖系统提供电能时间仅为8 h，谷价是0.28065元/kW·h，故计算可得采暖季采暖费754.39元。

两种方案的初投资及年运行费用情况如表4所示。

表4 两种方案初投资及年运行费用

将两个方案的年运行费用进行比较可得，方案二相变蓄热式电采暖系统的年运行费用较方案一直供式电采暖系统供热节省很多用电费用，方案二的年运行费用仅约为方案一的1/5。若单从年运行费用方面考虑分析，相变蓄热电采暖系统能达到节省电能的目的及效果，较为经济，因为利用了当地蓄热式电采暖谷时电价优惠政策，只在谷时通电供热，当温度达到相变材料相变温度点时，边供热边蓄热，日间停止供电，温度降低，释放相变潜热进行日间供暖。以上就是方案二年运行费用较低的原因。

虽然方案二的年运行费用较低，但从初投资计算可知，前期投入较高。因此，单方面从初投资或是年运行费用去判定两种方案的经济性，较为片面，不具代表性，下文再引入第三个判断方法即简单投资回收期。

3 简单投资回收期

简单回收期是方案一与方案二中供暖系统投入使用后所获得收益能够达到投入总额所需要的时间。简单投资回收期的计算能反映初投资收回的快慢，即计算所得的简单回收期数值越小，说明初投资回收速度越快，经济性越好。简单回收期的计算如式（1）所示。

按照式（1）计算可得，具有蓄热功能的电采暖系统的初投资回收期为1.46年，由计算所得数据可看出回收时间较短，因此方案二初投资虽然较高，但能在极短的时间内实现回收，经济性更加显著。

4 结语

为响应使用“清洁能源”的号召，较好地利用当地电价政策，本文提出直供式及相变蓄热式两种电采暖供热方案，并从初投资、年运行费用及简单回收期三个方面对两种方案的经济性进行对比分析。结果表明，相变蓄热电采暖系统初投资略高，但初投资回收期较短，约为1.46年，其间能收回成本；相变蓄热电采暖系统可以根据峰谷时间间歇供热，根据政府蓄热式电采暖谷时电价较低政策，采暖季其电量的消耗仅为直供式电采暖的1/5。所以，相变蓄热电采暖系统能够达到电力上“移峰填谷”、电价上惠民利民、环境上节能环保等目的。