前言

近年来，为缓解传统集中供暖方式的不足，解决小型燃煤供热锅炉分散供暖带来的环境污染以及普通电热取暖带来的高耗能问题，同时，也为了探索发展电力需求侧管理技术，各地都在积极推广应用电热供暖技术，其中，“自限温电热蓄能集中控制地暖系统”是应用最广的一种电热供暖新技术，该技术具有“利用自限温电缆加热”、“蓄能技术”、“低谷电利用”、“集中控制”等几项特点，经过了研制、应用、改进、再应用的循环发展，在电网的填谷、节能减排、补充集中供暖不足等诸方面具有较高的经济效益和社会效益。

1.常见电热取暖方式比较

1.1电加热锅炉

当前我国绝大部分电锅炉为电热管热水电锅炉，用户采暖装置与传统热力公司集中供热一样，使用暖气片或地暖，其优点是可以利用低谷电能，不需要大规模供热管网的建设，取暖设备相同，缺点是分户控制不方便、计量不精确、收费难、浪费能源、占用场地、投资较高。

1.2空调采暖

目前许多空调都是冷暖空调，夏天制冷，冬天送暖，操作方便，控制灵活，在环境温度不太低的情况下，制热效率较高，缺点是空调采暖有噪音、暖风较干燥，无法对蓄热层进行直接加热，不能蓄热，没有热惯性。

1.3电热器采暖

目前市场上有辐射式电暖器、充油式电暖器、强制对流式电暖器，这些取暖器一般只用于住宅的补充性采暖。电暖器的优势在于移动灵活，操作方便，其缺点是制热效率较低，温度不能控制。

1.4低温辐射电热膜采暖

由可导电的特种油墨和金属载流条经印刷将热压的两层绝缘聚酯薄膜间制成，该采暖方式不需要进行设备的更新和维护，不占空间，寿命长，使用方便，可分户控制。缺点是容易漏电，只适合于干铺地暖，不适合于湿铺地暖。

1.5地热线采暖

采用加热柔性电缆，设在地板下面，“自限温电热蓄能集中控制地暖系统”即属于该种采暖方式，该系统是传统热水集中供暖和电加热的结合，采用自限温加热电缆和自动控制系统取代了传统的热水管，优点是节省空间，温度场分布均匀，可以实现分户计量、分户控制、满足个性化要求、免维护，缺点是应用历史较短，未来电价政策影响增加其不确定性。

2.系统组成及工作原理

该系统利用灌装埋设在建筑地面下的“自限温加热电缆”，通过网络控制系统，实现谷期（平期）自动加热，将热能储存在建筑本体、混凝土地面以及相变储能管中，峰期时释放储存能量，以维持设定的室内温度。系统组成包括：加热单元-自限温加热电缆、测温单元-室内外测温热电阻、蓄能单元-相变蓄能管和建筑材料、控制单元-电热集中供暖网站、小区电地暖服务器、网络控制器等设备，设立两级监测控制中心：小区集中监测控制中心和区域集中监测控制中心。

自限温加热电缆不同于常规的恒功率电缆，其发热元件是由具有“PTC”效应（电阻正温度系数效应）的纳米导电高分子特种和普通复合材料挤包在两股平行导电线芯之间形成的带状器件，该发热元件可随温度的变化而自动调整输出功率，当温升至某一温度时，其电阻趋向于无穷大，输出功率近似于零，因此具有良好的记忆特性和开关特性。同时，随被加热体系温度的变化具有自动调节输出功率的特点，因此不会因自身发热而过热烧毁，却能因实际需要热量自行补偿。

测温单元包括户外温度传感器和室内温度传感控制器，室外温度传感器的功能：

（1）自动定时采集户外温度，并将温度数据随时传输给“小区电采暖服务器”；

（2）当温控区域设为“防冻状态”、户外温度降至0℃以下时，自动控制各供暖区域在谷期电时段按5℃目标温度运行，在峰平尖时段按1℃目标温度运行。

室内温度传感控制器的功能：

（1）接收并执行“网络控制器”的温控指令；

（2）测量、显示运行状态、目标温度、实际温度；

（3）将采集的温度数据上传至“网络控制器”；

（4）监测供暖区域热异常。

2.3蓄能单元

蓄能单元包括相变蓄能管和建筑材料，相变蓄能材料在实际应用中，分为主动方式和被动方式两种。相变蓄能材料作用的主动方式，是利用自然界的昼夜温差和季节差，直接吸收自然界的冷能和热能并储存起来，在适宜的时候进行释放从而调节环境温度，这是相变蓄能材料作用的主动方式。人为地为相变蓄能材料增加辅助能源，将某段时间内富余的能量（如：低谷电）用相变蓄能材料储存起来，在另外的时间释放出来，达到高效利用电能的目的，这是相变蓄能材料应用的被动方式。“自限温电热蓄能集中控制地暖系统”即是相变蓄能的被动方式之一。该系统利用相变储能材料和普通建筑材料相结合，具有蓄能密度大，效率高以及在近似恒定温度下吸热与放热等优点，可用于蓄能和温度控制。

在地面辐射供暖时，根据GB规程地面升温范围是25-30℃，相应室内温度可以达到16-22℃，当用电谷期8小时通电蓄热完成后停电，尚有16小时需维持在采暖标准温度内，随着建筑围护结构的热能损耗，故储存在建筑本体及地面中的显热蓄能将缓慢释放，上述该建筑本体及混凝地面的显热蓄能，仅能维持（80-90）%热能需求，其余20%热能需求通过设在混凝土地面内的复合管，形成复合蓄能地面进行潜热相变恒温储能补充（≤30℃）。

2.4控制单元

控制单元包括电热集中供暖网站、小区电地暖服务器、网络控制器等设备，设立两级集中监测控制中心：小区控制中心和区域控制中心。

2.4.1电热集中供暖网站功能

（1）提供固定的IP地址，实现电采暖系统的网络集中控制；

（2）针对不同用户、经销商、代理商提供不同的授权控制密码，实现不同监控功能；

（3）保存用户地址码、建筑平面图、系统竣工图、功率配置、供暖质量等相关资料；

（4）定时循检用户供暖状态；

（5）供暖系统出现故障时自动报警。

2.4.2小区电地暖服务器功能

（1）接收授权控制密码，打开“网络控制器”，启动供暖运行、监控服务；

（2）采集、显示、自动记录并保存整个采暖期户外温度、各供暖区域室内温度和不同时段采暖耗电量曲线；

（3）自动记录并计算每日各个不同时段电采暖耗电量、电费及总耗电量、总电费、谷期电利用率、运行小时数，并累计，在采暖期结束后出具运行数据报表；

（4）将相关数据上传至“电热集中供暖网站”；

（5）监控各供暖区域运行状态，警示故障。

2.4.3网络控制器功能

（1）执行“电热集中供暖网站”、“小区供暖服务器”下达需的温控指令，并下传至“室内温度传感控制器”，自动控制各采暖区域在不同时段、不同状态（有人/无人/防冻）下采用不同的加温策略；控制电热设备的启停；

（2）执行特殊状态下的特殊目标温度指令；

（3）根据“户外温度传感器”给出的温度自动控制各温控区域进入防冻状态；

（4）自动按照峰谷平电表设定的峰谷平时段控制各温控区域按经济运行模式运行；

（5）通过通信接口接受并显示电表计量的峰谷平各段采暖耗电量；

（6）监控各电热设备运行状态，将温度数据、故障情况等上传至“小区电采暖服务器”；

（7）接受、执行并贮存客户在各个“室内温度传感控制器”上设定的即时温度；

（8）自带数据存储器，断电后可保存设定、指令及各类相关数据。

（9）当发生断电或网络中断时，控制电采暖系统执行最后一次获得的指令运行，保证供暖系统的正常运行。

3.技术特点分析

自限温电热蓄能集中控制地暖系统具有以下技术特点：

（1）100%利用谷期电能，不用或少用平期电能，零利用峰期电能，符合电力需求侧技术政策，可以达到填谷的目的。

（2）所利用的加热材料-自限温加热电缆，具有自调控、自控温、变功率功能，可以随温度的变化自动调整输出功率，当温度升至某一数值时，其电阻趋向于无穷大，输出功率近似于零，能够自动调节输出功率，不会因自身发热而烧毁。

（3）控制系统采用计算机网络控制系统，在每个房间设有温度测量元件，信号通过安装在墙壁上的弱电控制模块，传输至小区内的集中控制室。采暖期内，常设2～3人在控制室内运行值班，小区集中控制室信号通过互联网传递至区域控制室（通常在一个城市或一个地区建一个固定IP地址的集中控制网站）。

（4）系统设置强、弱电两套线路，分别提供电能和信号传递，强电系统独立于各用户照明用电系统，不再安装电度表，按照地区统一采暖费用标准执行收取费用，取暖费。

（5）系统可以实现个性化需求，一般保证用户室温在18℃（±2℃）以上，如果有用户要求较高的室内温度，可以通过控制系统功能设置来实现，但需要用户缴纳额外的能量费用。

4.效益分析

4.1经济效益

与传统城市集中供热相比，“自限温电热蓄能集中控制地暖系统”不需要建设庞大的热力管网，与其它电热取暖方式相比，不需要安装电锅炉，不但节省了大量初投资，也节省了场地，从根本上解决了水暖系统存在的跑、冒、滴、漏、暖气片冻裂等问题。另外，集中供热的供热质量不可控，个别管网末端的用户供热温度达不到标准，而有些用户由于室内温度较高，不加控制地开窗通风，也造成了资源的浪费。“自限温电热蓄能集中控制地暖系统”可以实现人性化控制，精确计量，按需供给，不浪费。

该系统的经济效益还体现在，由于目前电网存在的峰谷差太大，不仅增加了调峰的难度，而且发电机组在负荷率较低的情况下，其发供电煤耗比额定负荷下增加20～30g/kWh，根据计算，如果能够提高谷期负荷率5%，可以使发电煤耗平均下降2.5g/kWh，从而间接地为发电企业带来效益，促进国家节能减排工作。

4.2社会效益

“自限温电热蓄能集中控制地暖系统”符合国家大力发展电力需求侧技术的产业政策，充分利用谷期电能，可以减小峰谷差，起到填谷作用，不仅提高了电网调峰能力，而且降低了发电煤耗。同时，也是城市集中供热的有效补充，特别是城乡结合部以及热力管网末端，应用该系统，可以大大缓解供热压力。另外，通过该系统的使用，实际上是在公共供热市场引入了竞争，将促进供热市场的发展。对于解决热费拖欠、能源浪费、供热质量差等问题，将提供有益的借鉴。

5.结论

由于供暖涉及到千家万户，是重要的民生工程，自限温电热蓄能集中控制地暖系统作为一种市场化运作的供暖方式，将会给原来的公共供暖市场提供有益的补充和试点经验。传统集中供热按照面积收费，用户对于室内温度不太敏感，改用按照室内温度收费以后，温度测量数据要足够准确，应该制定相应的标准或法规。如何将所有供热方式纳入政府监管范围之内，需要政府层面提前做好应对方案，以避免将来热价和电价政策大幅波动带来的问题。