基于高密度复合相变储热材料电热锅炉的分时配比供热系统

蓄热式电锅炉是一种新型的电热供热设备，其通过利用夜间电负荷谷期储存热能，用于白天供热，可以实现电网削峰填谷，提高发电设备的效率和利用率，并且能充分利用夜间低谷电供热来节省用户的采暖费用。目前城市供热常用的蓄热方式有三种，分别为镁铁砖蓄热、热水蓄热以及复合相变储热材料蓄热。镁铁砖蓄热以显热的形式进行热量储存，其加热温度可以达到700 ℃，体积蓄热密度为800 MJ/m

。热水蓄热使用时间近百年，也是利用温差蓄热，其体积蓄热密度仅为294 MJ/m

。复合相变储热材料加热温度可以达到650 ℃，因为有相变焓的存在，其体积蓄热密度可达到1500 MJ/m

。复合相变储热温度利用范围为150～650 ℃，结合风机变频技术，可以稳定保持供热热水温度，因此复合相变储热材料蓄热有明显的优势，但是其系统造价要高于传统镁铁砖蓄热和热水蓄热。因此，研制一种占地空间小、初投资低且运行费用同样低的基于高密度复合相变储热材料电热锅炉的供热系统，非常有必要。不少学者在基于蓄热电锅炉的供热系统优化方面做了大量的研究工作。刘圣冠等

根据蓄热的时长或阶段，将蓄热电锅炉系统运行分为全低谷电运行和低谷电+平电运行两种运用方式，简要分析了两种运行方式的应用场景。李潇等

面对风电消纳受阻问题，将蓄热电锅炉纳入调节，分析了蓄热电锅炉负荷的可调节特性，仿真计算了蓄热式电锅炉在日前时间尺度下三种运行模式下风电消纳受阻量、用电成本。王会等

以烟台福山区气候特点为背景，搭建了基于低谷电利用的电锅炉水蓄热的清洁供暖实验系统。该供暖系统采用夜间低谷电对水蓄热箱蓄热，白天利用水蓄热箱单独供暖，结果表明该系统在低谷电蓄热8小时，可满足白天16小时房间供暖。陈洪哲等

介绍了电锅炉与相变蓄热换热器联合供暖系统的工艺流程，以位于张家口地区的某居住小区为研究对象，在负荷分析基础上，对此系统(仅利用低谷电)进行设备选型，并分析运行经济性。谢伟等

使用蓄热式电锅炉和蓄热水箱进行供暖，此蓄热方式可以充分利用当地夜间低谷电，高峰时段不开或少开电锅炉，起到了“削峰填谷”的作用。本文结合高密度复合相变储热材料电热锅炉的特点提出一种分时配比供热系统，分时配比供热系统的主要设备包括高密度复合相变储热材料电热锅炉和低谷电加热直热式电锅炉。供热设备均在低谷电阶段运行，高密度复合相变储热材料电热锅炉在低谷电阶段加热、储热、放热，以储热为主，少部分放热，而低谷电加热直热式电锅炉仅完成加热、放热功能。其余时段的供热依靠高密度复合相变储热材料电热锅炉的储存热量来保障。本文将对基于高密度复合相变储热材料电热锅炉的分时配比供热系统对锅炉房空间节约、初投资节省、运行费用降低、配电容量低等性能指标进行研究，探讨分时配比供热系统在供热经济性方面的优势和价值。

1 高密度复合相变储热材料和电热设备

1.1 复合相变储热材料

为了克服相变材料性能自身的不足，可对材料进行封装，并通过制备复合相变材料使材料的整体性能满足应用的需求，定型复合相变储热材料目前已经实现了规模化的生产，并被应用于商业化技术领域

。复合结构储热材料通常是将熔点高于相变材料熔点的有机物或者无机物材料作为基体与相变材料复合而形成具有特定结构的一种材料的总称。复合结构储热技术有望解决相变材料在应用中所面临的某些问题，特别是相分离和低导热性能等问题，该技术为相变材料提供更好的微封装方法，从而打破制约相变储热技术应用的主要瓶颈，同时提高相变材料含量，提升储热材料的整体能量密度，使复合材料整体的相变潜热和储能密度增大。氧化镁陶瓷基复合潜热储热材料日益引起国内外学者的广泛重视，是较早进行实验研究的相变储热材料

，材料参数如表1所示。该材料在利用无机盐与陶瓷复合的同时解决了腐蚀和液相封装的问题，展示了较好的应用前景。目前氧化镁陶瓷基复合相变储热材料在家用蓄热式电暖器

和风电储热消纳

中得到了广泛应用。

1.2 电储热设备

本系统主要设计原理如图1所示。弃风电/低谷电通过电网输送到制热/储热地点，电热转换和存储单元(或称电制热室)内的电加热器开启制热，并对储热室内的复合相变储热材料充热；同时开启循环风机，经过循环风机增压的空气流经电制热室时，与电制热室的电加热器换热，使其温度升高，高温空气经过储热室时，通过对流和辐射传热将热量传递给复合相变储热材料；热风经过储热室后，通过换热器将热量传递给供暖循环水同时实现供暖和供蒸汽的需求；通过换热器后的风温大幅度降低，再经过循环风机进行增压后继续循环。

南北朝民歌的风格、内涵都与地域有着紧密的关联。南朝民歌有吴歌、西曲两类，多产生于长江流域商业发达之地，以反映男女之情的情歌特别发达，感情真挚细腻，情调艳丽柔弱，哀怨缠绵，绮丽精工，有较多的市井气息，多为整齐的四言或五言。郭茂倩《乐府诗集》曰：“吴歌杂曲，并出江南。……盖自永嘉渡江之后，下及梁、陈，咸都建业，吴声歌曲起于此也。”“西曲歌出于荆、郢、樊、邓之间，而其声节送和与吴歌亦异，故依其方俗而谓之西曲云。”[4]北歌多产生于大漠草原，主要反映以鲜卑族为主的北方游牧民族的生活情景，风格多爽朗奔放，质朴刚健，形式上以杂言多见。

非低谷电时段，关闭电制热，利用储热室存储的热量提供热源。经循环风机增压的空气流经储热室，通过热交换带走储热室中复合相变储热材料存储的热量并使得空气温度升高，高温空气流经换热器，通过换热将热量传递给循环回水实现热水或蒸汽供应，此时热风的温度大幅度降低，再经过循环风机进行增压后继续循环。储热和放热过程中，均可通过调节风机风量以保证在储热和放热期间流出储热室的空气所携带的热量，满足用户的供热需求。

2 分时配比供热系统的优化

对于“电改电”锅炉房，只要原有电锅炉有备用设备，都可以将其改造为分时配比供热系统。如果改造成全蓄热式供热系统，需要增加电容量即扩容，其扩容比例高达1.5，这在工程上实际实施难度较大。对于角门7 号院锅炉房，有二路电源接入，每路电源的接电容量为1100 kW。因此，分时配比供热系统接电按下述进行，1000 kW高密度复合相变储热材料电热锅炉单独接一路电，720 kW直热式电锅炉和循环水泵等接另一路电。

3.2.1 节约锅炉房空间

建筑物供热负荷系数随室外环境温度的变化而变化，在供热初期和末期，供热负荷系数很低，介于0.2～0.4，在严寒期，供热负荷系数比较大一些，介于0.6～0.8，供热设备的工作时间必然会相应调整

。

分时配比供热系统包括蓄热设备和直热设备，直热设备只能在低谷电阶段运行。优化的方式是：①直热设备首先在全低谷电阶段运行，产生热量；②与实际供热需要的热量进行对比，不够的那部分热量由蓄热设备进行填补；③由此得出蓄热设备的最大容量，得出选取蓄热设备的依据。图3为分时配比供热系统蓄热设备的优化结果。结合一个实际的供热工程，供热面积188441 m

，供热负荷45 W/m

，配置一套720 kW的直热式电锅炉，蓄热设备用来补充不足的热量。从图上可以看出，在供热初期和末期，供热系数比为0.2～0.4，720 kW 的直热式电锅炉夜间的加热量就可以保障供热，此时蓄热设备的容量为0 kW。在严寒季节，供热系数比为0.6～0.8，除了直热式电锅炉在低谷电阶段运行外，还需要蓄热设备的容量为1000 kW左右，即720 kW 的直热式电锅炉与蓄热设备联合在夜间的加热量就可以保障供热。因此，本供热系统选取的设备为1000 kW蓄热设备和720 kW的直热式电锅炉。运行模式这样确定：①在供热初期和末期，低谷电阶段启动1000 kW 蓄热设备；②在严寒季节，同时在低谷电阶段启动1000 kW 蓄热设备和720 kW的直热式电锅炉，优先启动720 kW的直热式电锅炉；③在极寒时间段，除了在低谷电阶段启动1000 kW蓄热设备和720 kW的直热式电锅炉外，在平电阶段启动1000 kW蓄热设备和720 kW的直热式电锅炉，平电阶段一般安排在15:00—18:00时段。

冬季供热，北京市按峰、谷、平执行电价政策。高峰时段：8:30—10:30，18:00—19:00，20:00—23:00；低谷时段：23:00—日7:00；平时段：7:00—8:30，11:30—16:00、17:00—18:00。低谷电价0.3023 元/kWh，平 电 价0.7697 元/kWh，峰 电 价1.2884 元/kWh。表2 为三种供热情况下运行费用的比较。通过改造，分时配比供热系统降低运行费用44.96万元/季度，降低幅度46%。全蓄热式可以降低运行费用51.96万元/季度，降低幅度53%。分时配比供热系统与全蓄热式比较，运行费用的降低幅度差7%，但是全蓄热式初投资很高，高出分时配比供热系统33%。

WT组合就是弱点与威胁的组合，这是高等院校在发展过程中最不愿看到的状态。在制定策略时，应考虑如何将外部环境和自身弱点对学校的影响降到最低，高等院校为了长远的发展，必须具备这种忧患意识。一些研究型大学不仅预留了一些普通招生指标，甚至还通过降分来吸引更多的考生。部分院校则由于自身名气不高、实力不足、地理位置不好等原因也会在发展中处于劣势地位。对于那些处于劣势的高等院校应努力增强自身的竞争力，吸引优质的生源。

3 分时配比供热系统示范应用及性能分析

3.1 分时配比供热系统示范应用

北京热力集团角门7 号院锅炉房原采用二台720 kW 的直热式电锅炉供热，一用一备，供热面积18441 m

。锅炉房于2000 年建立，时间长，设备严重老化，供热质量难以保障，运行费用高。2020年北京热力集团对原有锅炉房进行设备改造，使用高密度复合相变储热材料电热锅炉，使用低谷电加热，降低运行费用。改造工作是在原有锅炉房现有资源上进行，外接电容量维持不变，锅炉房空间不能增加。限于以上条件，供热系统采用分时配比供热系统。

为了加强高职英语混合式学习方法的应用，使其作用得以充分发挥，教师必须要做到以下几个方面：一是课前的准备工作，做好充分的课前准备，可以使教学活动更加完善，教师要对学生的水平、理解能力与接受能力进行调查了解，以此制定具有教学目标，同时了解学生的学习兴趣，制定完善的微课内容，且要与学生的日常实际结合。二是课中的应用，教师在课堂中要积极的应用该学习方法，发挥其优势与作用。三是课后工作，在教学结束后，教师可以利用微课平台了解学生的学习进度、学习兴趣、登陆频率、在线时间等，据此掌握学生的实际学习情况，并据此对教学内容进行改善；与此同时，教师可以利用该平台与学生进行积极的交流，解决学生的问题和疑问。

但是，因为锅炉房空间狭小和初投资等问题，探讨了采用蓄热+直热的分时配比供热模式。改造工程是利用高密度复合相变储热材料电热锅炉的分时配比供热系统。

全蓄热式指的是全(单纯)蓄热供暖系统，投资比较高，需要占据较大的空间，电容量大，同时缺少应急状态时的紧急供热能力。图4表示全蓄热式系统供热流程图。供热设备为2台1000 kW复合相变储热材料电热锅炉，通过720 kW 的板式换热器与用户供热二次水进行换热。在严寒季节低谷电时段(23:00—7:00)，同时启动2台1000 kW高密度复合相变储热材料电热锅炉，加热量共为16000 kWh，与传统利用720 kW 直热式电锅炉满负荷运行比较，还有1280 kWh 热量的空缺，这部分热量利用平电时段(15:00—18:00)弥补，此阶段再次启动一个小时左右加热，就可以保障供热需求。单台1000 kW高密度复合相变储热材料电热锅炉长宽高分别为4200 mm×8600 mm×2800 mm。

分时配比式蓄热即以蓄热为主，同时按照热负荷需求以及分时电价特点合理动态配比低谷电辅助加热系统，有效克服了以上“全蓄热式”系统的缺陷。图5 表示分时配比供热流程图。供热设备为1台1000 kW高密度复合相变储热材料电热锅炉和1台720 kW的直热式电锅炉，通过720 kW的板式换热器与用户供热二次水进行换热。在严寒季节，低谷电时段(23:00—7:00)同时启动1000 kW高密度复合相变储热材料电热锅炉和720 kW的直热式电锅炉，加热量共为13760 kWh，与传统利用720 kW直热式电锅炉满负荷运行比较，还有3520 kWh 热量的空缺，这部分热量利用平电时段(15:00—18：00)弥补，此阶段再次启动2个小时加热，就可以保障供热需求。

3.2 分时配比供热系统性能分析

建筑物的供热负荷随室外环境温度的变化而变化，根据典型年的气候特征，可以计算出供热系数随室外温度的变化

。图2 是典型年供热负荷系数随室外环境温度的变化值。

对于全蓄热式供热系统要配备二台1000 kW的高密度复合相变储热材料电热锅炉，单台价格250万元，考虑循环水泵、板式换热器等设备购置及工程安装费用，总投资约600万元。但是，对于分时配比供热系统，只需配置一台1000 kW的高密度复合相变储热材料电热锅炉，总投资可以控制在400万元以内。二者比较，节约资金33%。

精准扶贫与乡村振兴在逻辑上具有自洽性，在机理上具有耦合性，二者虽然具有概念和内容上的差异性，但在主题和价值上具有属同性，是形式上的差异性和本质上的同质性的对立统一体。因此，精准扶贫在乡村振兴中具有不可替代的地位和作用，是乡村振兴的“助产婆”。通过产业扶贫、生态扶贫和教育扶贫，有助于乡村振兴的最终实现，达到农业全面升级、农村全面进步、农民全面发展的目标。

3.2.2 减少电力容量和一次性投资

由图2可知，京津冀、长三角和珠三角城市群的地区生产总值与城镇居民生活用电量趋势基本一致。下面对三大典型城市群的城镇人口规模、居民收入水平、能源消费强度和产业结构等因素与城镇居民生活用电量进行分析:

蓄热式电锅炉是利用夜间低谷电转换成热储存起来，其他时段用于采暖。蓄热式电锅炉不仅降低了供暖的运行费用，而且对电网做到了“削峰填谷”，有利于电网的稳定。高密度复合相变储热材料电热锅炉因储热材料储热密度高、占用空间小被广泛用于低谷电加热储热和吸纳弃风弃光电加热储热。按储热形式来说，储热系统分为全蓄热方式和加热蓄热联合方式。分时配比供热系统属于加热蓄热联合方式的一种，但是又不同于传统的加热蓄热联合方式。分时配比供热系统因为客观的因素(投资、锅炉房空间等因素)，不能采用全蓄热方式，低谷电阶段加热和储存的热量不足以提供全天的热量需求，缺少的热量需要另外的加热设备提供。供热设备配置时，不仅有蓄热设备，而且配置了辅助加热设备。辅助加热设备限于低谷电阶段启动，主要承担低谷电阶段的供热，蓄热设备在低谷电阶段少部分供热，大部分热量用于储存，这样不仅可以降低储热系统的容量、降低初投资、节约锅炉房空间，而且同样保障供热质量。

针对角门7号院锅炉房，对全蓄热式供热系统和分时配比供热系统进行了设备布置，图6 和图7分别是二个不同供热系统的供热设备平面布置图，供热设备布置遵从锅炉房设计规范。锅炉房的水泵、板式换热器等设备布置在水泵房间，水泵房间建筑面积30 m

。全蓄热式供热系统锅炉房间面积232 m

，分时配比供热系统锅炉房间面积161 m

，二者相差71 m

，节省锅炉房空间31%。

3.2.3 降低供热运行费用

综上所述，基于高密度复合相变储热材料电热锅炉的分时配比供热系统的思想原则是：①供热设备为高密度复合相变材料储热电热锅炉和直热式电锅炉；②高密度复合相变材料储热电热锅炉的低谷电储热在供热初期和末端可承担全天供热；③高密度复合相变材料储热电热锅炉的低谷电储热在严寒期间不能够承担全天供热，需要与直热式电锅炉结合运行，才能满足供热；④在极寒天气时，高密度复合相变储热材料电热锅炉和直热式电锅炉在低谷电同时启动依然不能完全满足供热，需要在平电阶段再加热补热，加热时间不超过3个小时；⑤直热式电锅炉只能在低谷电阶段启动。

3.2.4 具备极寒气候应急供热能力和供热设备备用功能

示范工程改造前，配备了2 台720 kW 的直热式电锅炉，一用一备，直热式电锅炉的热效率按95%考虑，单位建筑面积的热负荷为37 W/m

。改造后，分时配比供热系统供热设备为一台1000 kW高密度复合相变储热材料电热锅炉和一台720 kW直热式电锅炉。供热设备低谷电阶段启动，全天总供热量13072 kWh，供热设备的热效率按95%考虑，单位建筑面积的热负荷为29.5 W/m

。供热设备低谷电和平电阶段启动，启动时间16 个小时，全天总供热量26144 kWh，单位建筑面积的热负荷为59 W/m

，远超过小区供热设计负荷。同时蓄热锅炉和直热锅炉互为备用。考虑到尽量节约运行费用，供热设备尽量在低谷电阶段启用，热量不够时在平电阶段再启用一些时间，杜绝在高峰阶段启用供热设备。2019—2020 年采暖季，北京地区出现55年的最低温，室外环境温度达到零下17 ℃，持续时间10天左右，分时配比供热系统每天增加1个小时的平电加热，保证了小区的稳定供热。

4 结 论

本文通过对高密度复合相变储热材料及其电热设备以及分时配比供热系统的性能分析得到以下结论：

这些生动火热的政治实践告诉我们，在从严管党治党中增强政治能力和政治领导力是关系党和国家前途命运的“政治法门”，是检试人心向背和人民福祉的“政治法宝”，是实现全面政治过硬“政治法则”。新时代必须坚持这些好的经验和做法，把政治建设深入贯彻到全面从严治党全过程，在纵深推进全面从严治党过程中，进一步凸显政治建设的首要地位和统领作用，不断提高政治领导力，促使自身始终过硬、全面过硬。

（1）高密度复合相变储热材料储热密度高、温度可控、占用空间小，广泛被关注。

（2）基于高密度复合相变储热材料储热电热设备在使用时建议采取分时配比供热方式，不仅可以节约锅炉房空间、降低运行费用，同时可以保障供热质量。

李林校长带头学习，积极参与各种学术研讨活动，经常为老师们的教学业务进行培训，而且，想方设法为青年教师提供走出去，请进来的机会，为大家的专业成长搭建扎实与交流的平台。近年来，在他的带领下，教师们业务能力不断提升，涌现出一大批省、市级骨干教师和学科带头人。目前，教育科研已逐步推进，学校拥有了浓厚的学习与研究氛围。学校被省教育厅命名为“河南省教师发展学校”。

（3）示范工程证明，分时配比供热系统能够减少锅炉房空间31%，减少初投资33%。

优秀的建筑设计方案可以在保证房屋结构具有实际使用价值的同时，大幅度提高建筑物的环保价值和经济效益。因此，优秀的建筑结构设计方案不仅可以最大限度地节约建筑成本，还可以给建设方带来巨大的经济效益，并且不会破坏周围环境，在一定程度上与当地的生态环境相融合，实现经济效益与自然环境的可持续发展。由此看来，科学合理地对建筑进行结构优化设计有利于体现建筑的综合价值。

（4）示范工程证明，分时配比供热系统与传统直热式比较，能够降低运行费用46%。

（5）示范工程证明，分时配比供热系统供热稳定，具有极寒气候应急供热能力和供热设备备用功能。

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