淺談清潔能源在城市供熱系統中的應用

郭澤強

摘 要 隨著我國城市發展速度不斷增快，清潔能源應用率也在不斷提高，但現階段清潔能源的應用技術和理念還不夠成熟，在進行城市具體供熱工作時，仍存在許多問題，為了更好地順應現代化城市經濟發展的要求，為供熱能源的有效轉變提供有效借鑒。本文對清潔能源應用于供熱制冷系統中的作用進行總結和分析，結合能源綜合應用的實踐作為借鑒，為城市供熱能源的有效選拔提供充足的供能方案借鑒，更好地節約能源并降低能源消耗和環境污染問題。

關鍵詞 能源運用 供熱制冷水平 清潔能源

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）10-0029-02

現代化的城市供熱建設水平不斷提升，通過集中性地能源供熱和廢物排放，減少使用煤炭鍋爐進行取暖的方式，實現供暖技術的創新使用，優化新型供熱系統，促進城市更好發展，應用清潔能源進行整合和燃燒供熱，在大幅度降低能源浪費和不可再生能源使用量的同時，也是順應國家綠色可持續發展，應用清潔能源進行生產生活的要求的體現。

1 發展清潔能源供熱的重要性分析

供熱系統的運行伴隨著大量能源消耗和污染物的排放，污染物被直接排放于地面和空氣中，造成了嚴重的土壤污染和空氣質量水平下降，例如近年來霧霾現象持續不斷，污染性供暖能源的使用嚴重影響著人們正常的生活，而應用新型能源，通過綜合性能源應用檢測，利用科學比例配比的清潔能源作為供熱原料，在改變單一清潔能源運用中供熱效果存在的漏洞的同時，實現了綜合性能源應用，也是響應國家綠色健康生活，推進清潔能源發展的重要實踐，為今后清潔能源的發展提供有益借鑒。

清潔能源屬于環境友好型資源，在燃燒或其他使用過程中不會產生污染物，大大提高了環境質量水平，也是現代化綠色可持續發展的重點應用研究能源類型，如何更好地運用清潔能源，例如可再生能源的有效配比綜合運用以提高能源利用效率，實現能源使用成本的降低顯得尤為重要。

2 供熱能源的種類及使用供暖能力評析

清潔能源種類較為復雜，包括的供暖項目也有許多類型，主要有電廠電熱聯合供電、鍋爐供暖、渣水余熱供暖、電蓄熱鍋爐、冷卻水供熱等供暖方式實現清潔能源對熱量的供應。

2.1 電蓄熱及空氣源應用分析

采用空氣源熱泵的供暖方式，其裝置安裝具有充分的靈活性，且需要的建設資金較低，能夠起到良好的節能作用。傳統的空氣源熱泵應用存在一些缺點，例如可能會存在空氣溫度過低而出現機械結霜現象，影響熱泵的正常使用。而現階段通過應用蓄能新技術對熱泵機械進行蓄能工作，能夠在低溫條件下提高熱泵的表面溫度，降低發燒結霜的可能性[1]。

本文主要介紹了采用新型蓄能技術在空氣源熱泵應用的幾項注意事項：一是自行蓄熱除霜系統建設工作，由于空氣源熱泵應用于寒冷的環境中，溫度過低將造成機械結霜的可能性，而將熱泵機械內的蒸發器換為冷凝器，能夠為機械產生更多的熱量，降低機器產生霜體的可能性并降低在空氣源熱泵運行過程中生霜對整體機械應用的影響;二是蓄能技術應用范圍較為廣泛，可以通過太陽能或熱水機機組的方式進行蓄能工作，更為節能環保，同時應用蓄能技術能夠更好地對熱氣進行充足的供給工作，降低熱量需求與供暖供給之間出現不平衡的可能性，為熱泵系統電量負荷調節起到重要作用。

通過國內對顯熱蓄能工作的充分研究發現，應用蓄熱水箱對傳統的空氣源熱泵機械進行改造工作，對于提高熱泵的制熱效果，保障機械散熱性能的更好發揮是非常重要的。通過相變蓄熱除霜低谷電價儲能供熱工作，更好地實現空氣源熱泵的蓄能工作，采用雙耦合電熱泵機組，在耦合熱泵的中間環路上設置蓄熱水箱，利用熱水箱中的熱量進行機械除霜工作，同時也能提高雙極耦合機組運行的穩定性。通過對中間水環路的改進以提高雙極耦合機組在低溫下的應用性能。

2.2 固體蓄熱式電鍋爐供暖工程

固體蓄熱式電鍋爐控制系統通常利用PLC控制器實現，該系統的優勢在于抗干擾能力強、通用性強、編程難度小且結構簡單等，因此成本更低，設計、調試和施工的周期也更短。系統對蓄熱體溫度、室內外溫度、供回水壓力與溫度、送回溫度等信號進行收集，依據室內外溫度和實際運行情況對設備進行調控，使用戶用熱需求更好地得到滿足。

固體蓄熱式電鍋爐供暖工程控制要求：循環水泵、補水泵和備用泵間自行切換，實現手動控制和自動控制功能;水泵都具有缺項保護、短路保護和過載保護功能;水泵若發生故障停止運行可手動進行復位操作;電鍋爐具備缺項、短路、電流過流、斷水、超壓超溫等保護功能，同時具有報警功能;當電鍋爐負荷突然增大時很可能導致電網受到負面影響，因此電加熱管分組進行加載，可以設置每組電加熱管延遲啟動時間，分組啟動可手動或自動控制;可實現用戶結合個人需求對蓄熱和供熱時間段的設定;電鍋爐出水溫度的控制可由用戶自行控制。

固體蓄熱式電鍋爐如今應用較為廣泛，在工程設計中電鍋爐蓄熱體數量偏少，氣-水換熱器設計和風機型號選擇不夠科學合理等問題時有發生，在固體蓄熱式電鍋爐運行過程中，放熱周期完成前，供暖熱負荷顯然要比輸出功率要高，而且高出幾倍到十幾倍，因此室內溫度并不理想，蓄熱量有效值也偏低，因此需要補熱。固體蓄熱式裝置的主要構成部分包括配電柜、換熱器、保溫層、隔熱層、通風道、循環風機和熱電阻等。保溫箱采用珍珠巖保溫隔熱材質制作而成，熱能泄漏可以控制在每天低于2%的水平。蓄熱磚材質以氧化鎂為主要材料的高溫燒結磚體，其熔點為 2540℃，沸點為 3520℃，長期安全使用溫度可以達到 500～600℃，該材料的密度在 2.85g-3g/cm3，比熱容在 0.3cal/g·℃，單位體積蓄熱材料的蓄熱能力約為常壓水的17.5倍。固體氧化鎂蓄熱磚本身還是一種很好的高溫絕緣材料，設備可以直接使用 10kV 高壓電源作為加熱電源。總之，固體氧化鎂磚高溫蓄熱電裝置可以更好地發揮出儲能材料的性能，相應機房尺寸也可以縮小，對于降低工程造價是十分有利的。

加熱材質為合金熱電阻，使蓄熱和放熱性能更好。裝置外殼采用鍍鋅鋼板材質，并對其進行噴塑防腐處理。中央單元與其他構成部分協同配合運行，使機組整體實現經濟、安全的運轉。

固體蓄熱式電鍋爐裝置由三個過程構成，分別為蓄熱、運熱和放熱。熱源為棄風電力，中央控制單元、水循環、空氣循環和蓄熱體是最主要的四個構成部分。工藝流程按照先加熱、固體蓄熱儲存、取熱、熱交換和供熱尾端的順序進行。此項技術所處地區蓄熱時間段通常在晚上23：00到第二天早上7：00點之間，低谷電持續8個小時，在此期間機組內熱電阻完成電能向熱能的轉換，獲取到的熱量在氧化鎂蓄熱介質內進行存儲，蓄熱溫度最高可以超過800℃以上。合金鋼箱是用于存儲蓄熱的介質，在其內側包裹多層保溫隔熱材質，使熱量損失情況得以避免，進而提升熱量利用率。可變速風機驅動空氣使其在風道中循環，從高溫蓄熱磚經過將熱量帶走而得到高溫空氣，然后經由機組底部的氣-水換熱器實現熱量向水循環系統的傳遞，循環水加熱之后在循環泵的作用下向輸熱管線傳遞，最終完成供熱。固體蓄熱式電鍋爐性能的評價指標有很多，其中有效蓄熱量是最重要的指標之一。蓄熱式電鍋爐正常運行的狀態下，一般電鍋爐內部蓄熱量有效性的評估和判斷是通過換熱器進出口的溫差來進行的。固體蓄熱式電鍋爐蓄熱性能可以通過有效蓄熱量來體現，也就是有效蓄熱量越大則固體蓄熱式電鍋爐蓄熱性能越好，因此有效蓄熱量的提升是固體蓄熱式電鍋爐設計和應用過程高度重視的內容，說明電能在使用的過程中會有很多熱能提供給需求端應用，經濟性更為顯著[2]。

2.3 清潔能源供熱的借鑒

采用清潔性的能源進行城市的供暖工作，能夠最大限度地提高城市資源利用的環保和可持續性，是值得進行城市資源利用推廣的供暖方法，對于更好的滿足城市居民的供暖需求，并帶動相關企業的良好發展，都是非常重要的。也是順應我國綠色可持續發展要求的重要實踐，國家也可采取一定的政策進行積極的鼓勵和支持，推進新型清潔能源供熱技術的不斷提升。并提供一定的資金保障研究的順利開展，同時可以建設多種供熱方式相結合的供熱體系，通過優化清潔能源供熱系統，更好地提高城市供熱水平，不斷提升供熱的安全穩定性，保障充足的熱源儲備，更好地滿足居民的保暖需求。

同時城市可以建設充足的機房和蓄水池等基礎性供暖設備，對于提高城市小區供熱水平也是非常重要的。在進行供暖規劃前，應設置熱源供熱的主要區域劃分，并通過針對性的供暖設備建設，不斷提高建筑的供暖水平。通過建設天然氣、電蓄熱等主要供熱設備，為城市主要熱源調配提供專業性的熱量傳遞場所，為電蓄熱供熱方式的更好發展提供有益借鑒。確保充足的熱量提供來源，也為城市供熱安全水平的提高提供重要基礎。

3 結語

現有的供熱方式有許多種類，如何進行最科學節約的供熱能源組合選擇，簡化供熱步驟來適應不同情況下的供暖要求，運用多維度的指標對供熱水平進行能源節約和清潔性的評價。通過對近年來供熱方式的分析發現，采用集中性的大容量供暖能夠更好地起到能源使用量的控制，達到整體性能源資源使用控制的目的，也為推進節約型能源運用提供良好基礎，為可循環性環境建設打下良好基礎。為能源節約性城市的更好發展提供借鑒，更好的滿足居民美好生活需求。

參考文獻：

[1] 周梅.能源轉型背景下的新型供熱系統構建[J].智能建筑與智慧城市，2021（06）：106-108.

[2] 劉強，梁曉云，王紅，洪倩倩.北方清潔供暖現狀和趨勢分析[J].中國能源，2021（01）：17-22，41.