曲娜 陶进 程凤芹 王杨洋

【摘要】    本文基于我校新校区（约34万平米）采用无水直热式电供暖的工程实践，阐述校园无水直热式电供暖技术方案，投资比较分析等。为我国生态文明建设、推动零碳发展做出贡献。

一、电清洁供暖的重要意义

随着我国社会经济的高速发展，人們生活水平不断提高，但同时也带来环境的破坏和污染，许多大中城市的环境承载能力已逼近极限，国家领导人提出“蓝天保卫战”的口号，城镇供暖的清洁化已成为国家意志，北方各地分别制定了利用电等清洁能源替代散煤燃烧供暖的3-5年行动计划，力促社会经济从高速增长向高质量协调发展转型。

二、校园电供暖系列技术方案

2.1电供暖系统设计方案

电供暖的供电系统与日常学习生活办公用电系统为相互独立的两套系统，电供暖变压器总容量15140KVA，建筑总计算热负荷14.8MW，配置电供暖总功率16MW。电供暖供电系统每年非采暖季时关闭报停。

在校区内设置一座10kV开闭所，开闭所辐射两个主变配电室（5台总变压器）和11个箱变位，其分布于校区的教学、实验实训、行政办公、公寓、生活服务和后勤保障等六大区域，以满足电供暖对用电的需求。

10kV电源经变压器降压后，经42个低压屏以放射式配电至各建筑物的总配电柜（120个），再经建筑物各楼层配电箱（718个）放射式供电至电供暖终端设备—壁挂直热式全铝翅片碳晶电暖器（10695个）或埋设式地热线缆。

每个电供暖终端（电暖器）由自动控制系统进行控制。全校电暖器共有七种规格（1.0-2.2KW），功率可在50-100%之间调变。

2.1.1电供暖热负荷计算

本文仅提供一期电供暖工程热负荷计算情况，总建筑面28.72万㎡，共30栋单体，热负荷计算见下表1：

本工程为三级负荷，但负荷集中且容量大，故采用多台变压器，根据工程具体情况兼顾校园未来发展，共选择16台变压器。两套供电系统均由长春装备制造产业开发区的合心变电站开口接入，架设（或埋设）高压电缆约4000m，由当地供电部门将10kV供电总线引入校区内。

根据建筑热负荷配置电采暖电功率，考虑工程所在地气候条件及建筑物节能保温情况，按目前公共建筑节能50%的要求，电采暖安装功率为50～70 W/ m?（电供暖面积热指标）。电供暖供配电系统每年4月中旬-10月中旬（非采暖季）报停。

1.两个主变配电室基本数据。开闭所布置两个主变配电室（5台总变压器），1#变配电室有两台1600 kVA油浸式变压器;2#变配电室有两台1600 kVA和一台1250 kVA油浸式变压器。

2.1-6#箱变基本数据。开闭所辐射两个主变配电室（5台总变压器）和6个箱变位，其中400 kVA箱式变压器一台，630 kVA箱式变压器十台，分布于校区的教学、实验、图书馆、公寓、餐饮商业和后勤保障等六大区域，以满足电采暖对供电用电的需求。

2.2 电供暖控制系统设计方案

在各建筑物的供暖区域设置了6683个控制箱，向控制中心远传各供暖区域的室温。电供暖中心控制室位于校区内后勤服务中心楼的二层，全校电采暖系统由4台电脑集中控制，按室外气温变化、房间温度设定和使用需要启动或停止采暖设备，变频调节每个末端电暖器的供电量，以达到既满足采暖需求又节能运行的目的。

2.2.1控制系统温度控制模式  控制系统具有三种温度控制模式：

1.远程自动控制模式。计算机把各个功能分区的室温控制目标值传送到工控机，工控机完成各房间电暖器的开启控制。

2.远程半自动控制模式。从顶层工控机界面上手工操作发出电采暖启停指令，控制系统确认安全后自动运行。

3.本地控制。通过控制现场温控箱上的转换开关，进行“远程/本地”切换，切换至本地操作后，可以进行现场室温的调节和控制。

2.2.2控制系统的主要组成部分

电供暖智能控制系统主要由上位机、上位机软件系统、数据采集器、对应通讯功能的温控器组成，电供暖控制系统是针对电供暖的集中监测、控制、管理、计费等需求而开发的智能管理系统。采用成熟可靠的工业级RS485通讯协议，有效地集中管理电供暖设备（电暖器、地热电缆等），最大限度地节约能源[2]。

在实现校园建筑负荷功能分区的基础上，参照开学季、寒假、室温信息等确定当前的供暖指标，本控制系统技术指标：

1.实现室内温度的自动控制，温度控制范围：0℃-35℃;

2.采用智能控制技术，室温控制精度：±1℃;

3.电供暖末端供电电压：220V

4.单个碳晶电暖器功率：W，每个温控器功率调节范围：0-2400W。

2.2.3 控制系统节能控制策略

高等学校师生生活非常有规律，校内各种建筑使用有明显的时段性，在周末、节假日，学校的教室学生人数比较少，非自习教室可低温运行，对于办公楼下班时间及节假日低温运行。对于学生宿舍上课时间低温运行。在寒假期间，学校几乎所有的建筑均处于闲置状态，采取值班供暖模式，仅科研楼和少部分值班房间需正常供暖。

三、校园电供暖投资分析

3.1.无水直热式电供暖系统投资分析

我校的电供暖工程投资和运行采用“合同能源管理”模式，由本地一家新能源科技股份公司承建并参与投资。投入运行后仍由该公司进行运行管理，合同期20年。

1.电供暖系统投资内容。电供暖系统投资主要包括：电供暖专用开闭所、配电室、箱变（变压器）、校区室外电缆、室内配电箱及电缆、末端电暖器及自控系统。

2.电供暖系统各项投资占比分析

1）变配电、变压器设备及室外电力电缆投资：占22.6%;

2）室内供配电：包括电缆、电线、配电箱、桥架、线槽、PVC穿线管、插座等，占19.4%;

3）末端设备和控制系统：碳晶电散热器、温控器、电脑服务器、数据采集器、智能控制箱、系統软件等，占58%。

综上，我校无水直热式电供暖系统总投资：5088万元，折合单位建筑面积造价：171元/㎡。

3.2热水集中供热系统投资分析

3.2.1 热水集中供热各项投资占比分析

1.城市集中供热并网费：50元/m? 一次性交给供热企业，占31.3%;

2.热水供暖外网建设费：50元/m?，包括校区室外热水管网，换热站及泵房等，占31.3%;

3.热水供暖内网建设费：60元/m?，包括室内热水管网、末端暖气片（或地热盘管），占37.4%。

以我校供暖规模为例分析：传统热水集中供暖系统总投资：5252万元，折合单位建筑面积造价：176元/㎡。

3.2.2建设难易程度比较

热水系统征地难，占地多（泵站、地埋管网），建设周期长。电采暖所用外部设施为箱式变压器，与燃煤锅炉房或换热站相比，其占地可忽略不计。

3.2.3节省水资源比较

经计算，相同规模的热水供暖系统，一次注水量35280吨，每个采暖季的补水量约12000吨，无水电供暖可节约水资源36480吨。

3.2.4 集中供热存在的其他问题

除上述问题外，集中供热还存在供暖不平衡（热力失调、水力失调）;水流无法任意控制，控制的随意性差;按面积缴费不能调动用户节能积极性;供暖系统运行时间掌握在供暖企业，热用户完全被动地接受“供暖服务”等问题亟需解决。

与传统的热水供暖相比，电供暖是一种更为科学合理的供暖方式，不增加初投资，能源利用率高，运行时不产生灰尘、噪声和异味，可改善能源结构，有效保护环境[3]。无水电供暖更可灵活地分时、分区域对温度进行控制，充分实现行为节能，节省水资源，从而使供暖变得 “更加智能、更加节能、更加精准、更加舒适”。我校电供暖采用“合同能源管理”模式，存在后期运行管理难度较大、合作周期长及时间跨度大等特点。

合同对方（企业）通过少用电、快回本、争取最大利润的主观愿望，秉持在保障供暖效果前提下，合理用电的原则。使得电供暖系统顺利、安全运行了六年，并取得了重大的社会、环境、经济综合效益。校园等公共建筑因寒假可低温运行，使得电供暖运行成本较低，因此电供暖特别适合各高校和中小学校园，并将成为校园等新建或改造的公共建筑清洁供暖的发展方向。

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[2]陶进，王杨洋，任楠楠.吉林城建学院超低能耗建筑示范项目研究[J].建筑科学，2017，（6）：8-14

[3]董旭娟，闫增峰，王智伟.夏热冬冷地区城市住宅供暖方式调查与室内热环境测试研究[J].建筑科学，2014，（12）：4-7

[4]《吉林建筑大学城建学院新校区电采暖工程项目申请报告》.吉林省工程咨询科技公司. 2015年8月

[5]张伟.基于PLC的热网系统的自动平衡分析与应用[D].沈阳：东北大学，2009.

[6]李全中，柴景武.城市供热调度管理SCADA系统的应用[J]自动化博览，2012，12（01）：66-69.

[7]步春域，徐大华，智能实验室监控系统的设计[J].实验技术与管理，2007，24（7）：145-147.

[8]支国瑞，杨俊超，张涛，等.我国北方农村生活燃煤情况调查、排放估算及政策启示[J].环境科学研究，2015（8）：.

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[10]闫瑞妙.基于节能改造后清洁能源在北方农宅供热系统的应用与研究[D].太原理工大学，2018.

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