电采暖典型技术综合效益评价研究

周景宏 王春建 王静

摘要：近年来我国持续出现大范围雾霾天气，城市燃煤供暖引发的环境污染问题再次引人关注。电采暖作为一种新型的采暖方式，是应对化石能源危机和环境问题的重要途径。本文首先对电采暖典型技术进行了分析，为电采暖方式选择提供了建议;继而以某地区项目为例将其应用电采暖与其它采暖方式从费用年值、能耗量、污染物排放量等方面展开了经济、环境效益的综合评价，对电采暖技术的综合效益进行全面的量化评价，并依据评价结果给电采暖的健康发展提供建议，对于电采暖实施推广有重要的现实意义。

Abstract： The continuous severe haze weather has been experiencing in China recent years， which drew attention about the air pollution problem caused by the coal-fired heating in northern cities. Electric heating as a new type of heating method， it is an important technique to deal with the fossil energy crisis and environmental problems. This paper firstly analyzed the technical scheme of electric heating and provides suggestions for the choice of electric heating mode. Then， taking a project in a certain area of China as an example， the application of electric heating and other heating methods from the annual cost， energy consumption， pollutant emissions and other aspects of the economic and environmental benefits evaluation， comprehensive evaluation of the benefit of electric heating technology was finished to obtain revelation for development based on evaluation result. Thus， this research has important practical significance for the implementation of electric heating technique.

关键词：电采暖技术;经济效益评价;环境效益评价

Key words： electrical heating technique;economic benefit evaluation;environmental benefit evaluation

中图分类号：F426;F299.24                             文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）29-0122-04

0  引言

为应对日益严重的化石能源危机和环境污染问题，我国明确了实施电能替代能源发展方向，通过以电代煤、以电代气、以电代油，推动能源结构性改革，实现能源供应清洁化。电采暖技术作为一种电能替代方式，是解决我国冬季供暖引发大范围环境问题的重要途径，能够获得经济、环境和社会等方面的综合效益。而针对电采暖技术构建合理的综合效益评价模型，是选择具有竞争性电采暖方式的必要环节，因此进行电采暖项目的综合效益评价是十分必要的。

国内外学者对电采暖项目必要性及其效益进行了相关研究，主要包括能效提升[1]、降低污染物排放，显著提升环境效益[2]、地源热泵[3]、蓄热式[4]、分散式[5]和集中式电采暖技术经济性分析。可以看出研究者在考虑电采暖应用技术及效益的过程中，主要是将电采暖技术和效益分开来看，并仅从单一的经济、环境或社会等角度对电采暖效益进行了分析，不能整体体现电采暖技术的竞争性。针对这一问题，本文构建电采暖技术综合评价模型，以华北某地区项目为例将其应用电采暖与其它采暖方式从费用年值、能耗量、污染物排放量等方面展开了经济、环境、社会三个角度的综合分析研究，对电采暖项目综合效益进行了综合量化评价，评价结果对电采暖的健康发展提供一些建议。

1  评价体系构建

在进行电采暖典型项目综合效益评价时，首先对电采暖技术方案进行分析，确定采暖对象可采用的各种电采暖形式，再与其他非电采暖方式经济性、节约能耗、污染物减排等方面的对比分析来论证电采暖的技术可行性、经济合理性和社会环境友好性，研究思路如图1。

1.1 电采暖技术分析

1.1.1 电采暖对象及技术介绍

在电采暖技术的应用选择时，需针对不同类型采暖对象，因地制宜的选取与其相适应的电采暖技术，充分发挥电采暖的应用优势，实现电采暖应用的效益最大化。如果不能根据采暖对象及其所处地区具体实际情况选择最适宜的电采暖技术和设备，将可能导致运行中故障频出，运行费用高出正常水平，不能发挥出电采暖的应有效果。电采暖对象主要包括：山区、农村等分散建筑;居民、商业小区等集中建筑;厂房、商场、学校、办公楼等公共建筑。

近年来，随着电采暖产业的发展，电采暖技术不断创新，可供选择的电采暖方式和技术种类繁多，各种新型电采暖设备不断涌现。目前，国内的电采暖技术主要分为电阻式和热泵式，其中电阻式主要包括电锅炉、电暖器、电热膜和电热地板，热泵式主要包括气源、水源、地源热泵[5]，各类电采暖技术如图2所示。

1.1.2 电采暖技术选择

本文针对各种电采暖技术的特点，为不同类型的电采暖替代对象采用电采暖形式提供了选择建议。在热力（燃气）管网无法达到的山区、农村等分散式居民住宅，可推广蓄热式电锅炉、电暖器和电热膜等分散电采暖技术，以加快新一轮农村电网改造升级;对集中的居民、商业小区这类建筑可采用电锅炉和热泵式进行采暖，其产生的热媒（热水或蒸汽）由集中供热管道输送到每个房间，很大程度上提高了资源利用率，降低了资源的消耗;对包括厂房、商场、学校、办公楼在内的公共建筑可采用电暖器和相变电热式电热地板等采暖方式，使公共建筑的施工工艺更加符合绿色节能的概念。

1.2 电采暖综合效益评价

结合不同电采暖项目带来的经济性和社会性影响因素，经过文案调查、实地调查、专家调查等途径，采用定性分析与定量分析相结合的方法，将电采暖综合效益评价指标分为经济效益指标、环境效益指标和社会效益指标3类一级指标，10类二级指标，构建出基于电采暖项目综合效益评价指标体系，见表1。

1.2.1 经济效益评价模型

电采暖经济效益评价模型考虑项目初始投资成本和运行成本，引入费用年值概念，将初投资成本按项目寿命周期折旧到每一年，在与每年的运行费用相加得到，通过计算项目费用年值 AW，可以对比不同寿命周期的项目进行经济效益对比，计算公式如下：

其中，i为投资收益率，取 10%;n为寿命期;Co为初投资费用;C为年运行费用。

1.2.2 环境效益评价模型

采暖期环境效益主要体现在替代传统化石燃料污染物排放量，污染物排放量与采暖能耗量有着直接的关系，因此将除天然气之外的能耗量统一折算为标准煤的消耗，再根据标准煤的消耗量计算各自的污染物排放量，设定标准煤低位燃料热值29.27MJ/kg。不同形式标准煤燃烧污染物排放因子如表2所示。

污染物排放量=排放因子×单位面积能耗量 （3）

2  实例分析

2.1 数据选取说明

随着住宅小区建筑规模的不断扩大，人们对环境的要求越来越高，房间冬季供暖需求逐年增加。我国秦岭和淮河以北的华北、西北、东北三北地区一直是传统的主要供暖地区，在这些地区冬季供暖是居民生产和生活的必要条件。并且其他的4个地区并不全是不需要采暖，只是这几个地区的大部分区域根据国家规定没有集中供暖的政策要求，一般采用分散电采暖。各地区采暖期及主要采暖方式见表3。其中，建筑物类型设定为普通住宅，建筑面积设定为11111m2，供暖时段为120天。据本文建筑物特点，取采暖热指标为63W/m2，因此采暖设计热负荷约为0.7MW。

目前，我国华北地区对集中的居民、商业小区这类建筑主要采暖方式可分为以煤碳、天然气为能源的采暖方式、电采暖方式三类，其中由1.1.2电采暖技术选择建议可知电采暖可选用的技术主要有地源热泵和电锅炉。因此项目冬季采暖可选用的方式主要有以下四種：①燃煤锅炉房;②燃气锅炉;③地源热泵式;④电锅炉。

2.2 评价过程

2.2.1 经济效益评价

①初始投资费用。

由基础数据计算得电锅炉房初投资总费用为132.35万元。并对电采暖和其它采暖方式的初投资进行测算，并将对比方案的初投资折算到单位供暖面积进行比较，如表4所示。

通过对比项目燃煤锅炉、燃气锅炉、地源热泵、电采暖四种采暖方式的初投资费用，可以发现，地源热泵采暖系统在初投资方面要显著高于其它采暖方式，电锅炉采暖和燃煤、燃气采暖初投资费相近。

②运行维护费用。

住宅楼设计负荷设定为700kW，计算采暖季总热负荷，采暖期120天，每天采暖24h，热负荷平均系数取值计算为0.66：则该住宅采暖季总热负荷为1.33×106kWh。通过上文的计算，表5给出了几种采暖方式的单位采暖面积运行费用比较结果。

③不同采暖方式费用年值。

费用年值是将初投资费用按设备的寿命周期折旧到每一年，在与每年的运行费用相加得到，通过计算项目费用年值AW，可以对比不同寿命周期的项目进行经济效益对比，各种燃煤、燃气锅炉、外网的使用寿命均取15年;地源热泵使用寿命20年;电锅炉系统25年，上面分别对几种采暖方式的费用年值进行了测算，现将对比方案的费用年值折算到单位供暖面积进行比较，比较结果见表6。

通过对比某普通居民住宅小区各种采暖方式的费用年值，可以发现电锅炉直接电采暖费用显著高于其它采暖方式，比费用年值最低的地源热泵电采暖系统高75.56%，比燃煤锅炉房高59.98%，比燃气锅炉房还要高15.11%。因此可以得出，电锅炉直接电采暖进行采暖经济效益不好，经济上可行性不大;地源热泵电采暖费用远低于其它采暖方式，具有良好的经济效益。

2.2.2 环境效益评价

电采暖方式替代燃煤锅炉采暖的环境效益主要体现在减少散布在城市各处的锅炉房煤炭燃烧直接向大气中排放污染物，不同电采暖方式折算的污染物排放量数据如表7所示。

本文选用地源热泵和电锅炉的采暖能耗和污染物排放量进行模拟计算，并以燃煤锅炉房、燃气锅炉房采暖作为对比进行研究，论证电采暖方式的环境效益。将几种采暖方式污染物排放量进行对比如表1所示，可以发现利用火力发电厂生产的电能进行电锅炉采暖与采用清洁能源发电的电锅炉采暖污染物排放差别巨大，且多种电采暖方式中地源热泵系统供热的环境效益最优，是最具有环境效益的供暖方式。

3  結论

为更好地了解电采暖典型技术，推进采用这一新型的采暖形式，本文对电采暖典型技术进行了综合评价，并从经济、环境效益角度将电采暖与燃煤、燃气等采暖方式进行了深入的对比研究，得出了以下结论：

①对国内的主要电采暖技术进行了分类，主要分为电阻式和热泵式，其中电阻式主要包括电锅炉、电暖器、电热膜和电热地板，热泵式主要包括气源、水源、地源热泵;对各种电采暖技术特点进行了介绍，并依据各种电采暖技术的特点为各类采暖对象的电采暖应用技术提供了建议;同时应注意在进行电采暖应用技术的选择时，要针对不同类型采暖对象，因地制宜的选取与其相适应的电采暖技术，充分发挥电采暖的应用优势，实现电采暖应用的效益最大化。

②相较而言，电锅炉直接电采暖经济上可行性不大。通过对比某普通居民住宅小区各种采暖方式的费用年值，可以发现电锅炉直接电采暖费用要显著高于其它采暖方式，比费用年值最低的地源热泵电采暖系统高75.56%，比燃煤锅炉房高59.98%，比燃气锅炉房还要高15.11%。可以看出，地源热泵电采暖费用远低于其它采暖方式，但实际应用中发现，其限制条件过多，不能广泛应用。

③电采暖对采暖地环境效益显著，对发电地环境有不良影响。采用火力发电厂生产的电能进行电锅炉和地源热泵电采暖对采暖地污染物几乎为0，但是对发电地，各种污染物排放量较多。电采暖能让污染源转移，使采暖季城市环境有所改善，但目前火电厂的发电效率不高，以及脱氮、除尘技术的限制，采用直接电采暖会增加污染物的排放量，仅CO2排放量就比比燃煤锅炉房高56.4%、比地源热泵机房高344.7%、比燃气锅炉房高260.6%;长远来看，直接采用火力发电厂生产的电能进行采暖的方式对环境带来极大的危害;而采用清洁能源发电进行电采暖能有效降低发电地能耗和污染物的排放，显著提高电采暖环境效益。

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