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摘  要：随着经济和社会的发展，能源和环境两大难题日益凸显。石油和天然气为非清洁能源且不可再生，存储量告急。用电峰谷差距较大造成电能浪费严重，相变蓄热技术是解决用电峰谷差及时间零排放、零污染的有效手段。相变蓄热供暖系统能够解决热量供应的时间与空间矛盾的问题，是提高能源利用率的重要途径之一。该文针对蓄热电锅炉的蓄热原理进行简要介绍，并对市场上成熟的蓄热锅炉进行比较，为电能代替及蓄热装置在锅炉改造中的工程应用指明方向。

关键词：电能代替  蓄热材料  供暖改造  应用

中图分类号：TU995    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0052-02

能源是经济与社会发展的命脉，然而人类对传统化石燃料的过度依赖严重影响和制约着自然环境的良好维护及其可持续发展。伴随着当今社会与经济逐步向现代化推进，我国的能源生产总量与消费额已跃居世界前列，但诸如能源结构不完善、利用效率普遍不高、开发水平低等一系列问题依然亟待解决。

当前，城市区域对电力资源的科学合理使用的重要举措是转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，提高现有发电设备和输变电设备的使用率，这样可以减少传统能源使用引起的环境污染，充分利用有限的不可再生资源，平衡生态环境。

与传统的燃油燃气锅炉相比，电锅炉具有明显的零排放、零污染优势。电锅炉储能蓄热采暖是以电锅炉为热源利用城市电网供电峰、谷时段电价差在谷电时段开启电锅炉将热能存储到蓄热装置中，在电力高峰时段关闭电锅炉，将储存在蓄热装置中的热能通过循环泵输送到供暖末端进行供暖。供暖系统设备满负荷运行比例增大，提高设备利用率。同时，充分利用变压器和高低压配电柜用电低谷时段利用率提高。

1  蓄热材料

蓄热材料是蓄热式电供热设备的技术核心。蓄热材料的物理属性决定了蓄热式电锅炉的供暖系统布置方式和适用范围。只有单位质量（体积）蓄热量大、温度波动小（储、放热过程近似等温）、化学稳定性高和安全性强的材料才能够更好地满足我国北方冬季供暖需求。目前，蓄热方式主要有4种：显热蓄热、潜热蓄热、热化学反应蓄热、吸附蓄热。

1.1 显热蓄热

将物质发生温度变化时所吸收或释放的热能存储起来，如较高温度的水降低温度，需要向外界释放热能，从而达到升高外界温度的效果。常见的显热蓄热材料有水、岩石和陶瓦粒等，由于水和岩石等熔、沸点较低，所以，这类蓄热材料一般用于中低温环境。

1.2 潜热蓄热

即相变蓄热，就是利用热能使物质发生相变（如固态与液态之间的转换），将相变过程吸收或释放的热能存储起来，在需要时释放出去，达到制冷或制热的效果。潜热蓄热主要利用物质相变过程，所以又称相变蓄热，分为低温蓄热和高温蓄热;常见的相变材料主要有石蜡类、融化盐类和金属等。

1.3 热化学反应蓄热

其是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。常见的化学反应蓄热材料有无机盐和无机氢化物等。

1.4 吸附蓄热

吸附是指流体相（含有一种或多种组分的气体或液体）与具有多孔的固体颗粒相接触时，固体颗粒（即吸附剂）对吸附质的吸着或持留过程。吸附蓄热材料的蓄热密度可高达800～1000kJ/kg，具有蓄热密度高、蓄热过程无热量损失等优点。

其中，热化学反应蓄热和吸附蓄热，市场化程度小和推广度不高。目前，市场主流的蓄热锅炉按照蓄热材料分为水蓄热电锅炉、蓄热砖电锅炉和低温相变蓄热电锅炉。

2  主流蓄热电锅炉比较分析

2.1 水蓄热电锅炉

水蓄能电锅炉将热能存储在水中。采暖时，以水为介质，将热能通过循环泵送入室内散热器。水蓄热设备物理、化学和热水学性质稳定，技术成熟，而且水可以兼做蓄热介质和传热介质，在蓄热系统内可以免除热水交换器。水是常用溶液中，比热容最大，热膨胀系数最小，粘滞性小的液体，适合于自然循环和强制循环的供热系统。而且水的来源丰富，价格低廉。但是水作为一种电解腐蚀性物质，所产生的氧气易于锈蚀金属，且对大部分气体来说都是溶剂，因而对容器和管道容易产生腐蚀。水凝固时体积膨胀大10%左右，易对容器和管道造成破坏。

2.2 蓄热砖电锅炉

电锅炉通过对蓄热砖进行加热，将热量储存在蓄能砖中。采暖时，蓄能砖放热，以空气为介质，用空气的热量对流将供暖系统中的水进行加热。主要的储能材料为二氧化硅、三氧化二铁等。蓄热砖属于无机蓄热材料，无毒无污染，储热效率高，占地面积小。但是由于蓄热砖在蓄热过程中通过热空气传导，传热效率低、动力消耗大、噪音大、热损失较大，更适用于工业高温供暖。

2.3 相变蓄热电锅炉

电锅炉通过对相变材料进行加热，将热量存储在相变材料中。采暖时相变材料放热，将热量通过换热器将热量传送到室内散热器。不同种类的相变材料能够适应于不同的应用环境中。市场上常见的无机相变材料属于不可燃环保材质。蓄热能力是正常水蓄热的5倍以上。相同蓄热容量条件下，相变蓄热设备比水蓄热要小很多。

主要参数对比见表1。

3  结语

综上所述，在解决能源和环境两大难题方面：

（1）电能相比其他能源方式具有零排放、零污染、纯电热管加热优势，不受气候影响。

（2）蓄热装置能够充分利用峰谷电价优势，有比较好的运行成本优势。

（3）相变蓄热模块与传统水蓄热比较，占地面积小，布置方便。

蓄热电锅炉结合物联网技术能夠实现供暖系统高度自动化，理论上实现无人化操作。随着材料科学的进一步发展，更加优质的相变蓄热材料将会进一步促进蓄热装置的推广和普及。

参考文献

[1] 相虎昌，张百浩.相变蓄热材料在供热系统中设计应用案例分析[J].节能，2019，38（2）：71-72.

[2] 李香玲.新型相变蓄热装置蓄放热特性的实验与计算模拟分析[D].北京工业大学，2005.

[3] 刘长杰.物联网蓄能电锅炉技术及应用研究[D].吉林大学，2011.