相變蓄熱電采暖經濟性分析

祝藝丹

（吉林建筑大學城建學院，長春 130114）

從全球形勢來看，能源革命發展趨勢以清潔能源為主流，旨在逐步優化能源結構[1]。近年來，為了解決北方地區燃煤取暖產生的環境污染問題，國家出臺了“煤改電”等一系列保護政策，因此清潔能源電采暖被廣泛關注及應用，清潔供暖已成為國家能源戰略的重要組成部分[2-3]。

目前，直供式電采暖以其安裝控制方便、升溫速度快、綠色環保等優勢被企業和個人用戶所使用，但除去電采暖電價優惠政策補貼外，電費仍然較高[4]。在這種情況下，筆者提出一種相變蓄熱式電采暖供熱方式，將相變蓄熱的原理與電采暖相結合，預期通過間歇式供暖，利用蓄熱式電采暖峰谷電價，谷時加熱蓄熱，峰時停止加熱，利用所蓄的熱量進行供熱，既避開了用電高峰，又節省了電費，從而實現電能“移峰填谷”的目標[5]。

以吉林省長春市某40 m2房間為例，本文對比分析了常規電采暖系統（方案一）與帶有蓄熱功能的電采暖系統（方案二）的經濟性，該分析過程涉及初投資、年運行費用及簡單回收期三個方面。

1 初投資

兩種方案的初投資主要是指研究并計算費兩種采暖形式的前期造價成本。首先介紹兩種方案的前期造價詳細費用情況。

1.1 方案一：直供式電采暖系統

該系統以發熱電纜為發熱體。購買電纜的費用是方案一系統的主要投入費用：以50 W/m2作為供熱指標，單價為1.5元/W，由于供熱所要達到的總負荷為50×40=2000 W，所以40 m2房間的熱源造價為1.5×2000=3000元。本文選取水泥砂漿作為熱源下方結構層填充物，其造價為20元/m2，根據房間需求水泥砂漿成本為40×20=800元。

1.2 方案二：相變蓄熱電采暖系統

熱源造價與方案一相同，為3000元。據所給40 m2建筑的面積可知，實際的采暖安裝面積是：2000/460=4.35 m2，式中，460 W/m2是發熱源的發熱量，2000 W是房間采暖的總負荷。本文選取石蠟微膠囊和泡沫金屬銅的復合材料作為相變蓄熱式電采暖裝置中的相變蓄熱結構層。其造價計算為：泡沫金屬銅成本計算公式為4.35 m2×1000元/ m2=4350元；石蠟微膠囊單價為20元/kg，為實現預設谷時蓄熱8 h的想法，按照實際采暖安裝面積，經理論計算共需34.8 kg石蠟微膠囊，因此總計材料石蠟微膠囊的投入費用是20×34.8=696元。

上述計算得到直供式電采暖系統及相變蓄熱式電采暖系統的初投資結果，如表1所示。

表1 二種方案初投資

比較二種方案的初投資可以得出，相變蓄熱電采暖系統初投資較高，其原因是作為蓄熱主體材料的石蠟微膠囊是新型相變材料，制備過程較復雜；作為強化傳熱及骨架支撐的泡沫金屬銅材料的工藝要求較高。前期材料費用投入成本高，導致初投資較高。若單純以兩個方案的初投資為對比條件，顯而易見，方案一即常規式直接供熱電采暖系統有較大的經濟優勢。但僅僅根據初投資的多少來判定方案一及方案二的經濟性，并不具有代表性。若想真正得到經濟性分析結果，應考慮分析兩種方案整個生命周期的經濟性，再進行比較選擇。

2 年運行費用

將清潔能源電能作熱源的供暖系統主要以電費指標來計算系統的年運行費用。以北方地區長春為例，根據當地政策，電價分為常規峰谷用電電價以及蓄熱式電采暖用電電價。其中，直供式電采暖系統以常規峰谷用電電價（見表2）為參照標準，而相變蓄熱式電采暖系統以蓄熱式電采暖用電電價（見表3）為參考標準[6]。

表2 長春地區常規式峰谷用電電價

表3 長春地區蓄熱式峰谷用電電價

根據表2、表3本地電采暖政策電價計算標準，以長春40 m2房間為例，分別計算方案一及方案二的年運行費用。其中采暖面積熱指標以50 W/m2標準計算，因此該房間熱負荷為2000 W。

2.1 直供式電采暖年運行費用

應用直供式電采暖系統需持續24 h不間斷供熱，根據長春市常規式峰谷用電電價參考標準計算，一天24 h之內，峰時費用計算可得2×13×0.562=14.612元；谷時費用計算可得2×11×0.329=7.238元。由于長春本地采暖季持續168 d，故年運行費用為168×（14.612+7.238）=3670.5元。

2.2 相變蓄熱電采暖年運行費用

政府為鼓勵新型相變蓄熱電采暖系統的應用，響應節能環保的號召，提供用電補貼，出臺蓄熱式峰谷用電電價政策。相變蓄熱電采暖系統能滿足晚上供熱蓄熱（谷時）8 h，白天（峰時）斷電放熱12 h的供熱要求。根據蓄熱式峰谷用電電價參考標準計算，具有蓄熱功能的電采暖系統提供電能時間僅為8 h，谷價是0.28065元/kW·h，故計算可得采暖季采暖費754.39元。

兩種方案的初投資及年運行費用情況如表4所示。

表4 兩種方案初投資及年運行費用

將兩個方案的年運行費用進行比較可得，方案二相變蓄熱式電采暖系統的年運行費用較方案一直供式電采暖系統供熱節省很多用電費用，方案二的年運行費用僅約為方案一的1/5。若單從年運行費用方面考慮分析，相變蓄熱電采暖系統能達到節省電能的目的及效果，較為經濟，因為利用了當地蓄熱式電采暖谷時電價優惠政策，只在谷時通電供熱，當溫度達到相變材料相變溫度點時，邊供熱邊蓄熱，日間停止供電，溫度降低，釋放相變潛熱進行日間供暖。以上就是方案二年運行費用較低的原因。

雖然方案二的年運行費用較低，但從初投資計算可知，前期投入較高。因此，單方面從初投資或是年運行費用去判定兩種方案的經濟性，較為片面，不具代表性，下文再引入第三個判斷方法即簡單投資回收期。

3 簡單投資回收期

簡單回收期是方案一與方案二中供暖系統投入使用后所獲得收益能夠達到投入總額所需要的時間。簡單投資回收期的計算能反映初投資收回的快慢，即計算所得的簡單回收期數值越小，說明初投資回收速度越快，經濟性越好。簡單回收期的計算如式（1）所示。

按照式（1）計算可得，具有蓄熱功能的電采暖系統的初投資回收期為1.46年，由計算所得數據可看出回收時間較短，因此方案二初投資雖然較高，但能在極短的時間內實現回收，經濟性更加顯著。

4 結語

為響應使用“清潔能源”的號召，較好地利用當地電價政策，本文提出直供式及相變蓄熱式兩種電采暖供熱方案，并從初投資、年運行費用及簡單回收期三個方面對兩種方案的經濟性進行對比分析。結果表明，相變蓄熱電采暖系統初投資略高，但初投資回收期較短，約為1.46年，其間能收回成本；相變蓄熱電采暖系統可以根據峰谷時間間歇供熱，根據政府蓄熱式電采暖谷時電價較低政策，采暖季其電量的消耗僅為直供式電采暖的1/5。所以，相變蓄熱電采暖系統能夠達到電力上“移峰填谷”、電價上惠民利民、環境上節能環保等目的。