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夏热冬冷地区供暖现状及技术特点分析

发表日期:2019/10/23 10:59:52 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

自2008年以来,我国南方冬季极端天气频发,南方夏热冬冷地区的湿冷天气表现出几个明显特征:一是平均气温明显偏低,最冷月平均气温在0~10 ℃,还有部分地区的气温低至历史最低;二是降温幅度大,持续时间长;三是雨雪天气增多,湿冷特征明显。另外,随着我国经济水平的不断提高,人们对美好生活需要的日益迫切,南方夏热冬冷地区冬季供暖已成为解决满足人们舒适生活的一个重要问题。

在我国北方严寒、寒冷地区,冬季供暖经过几十年的实践已经形成了集中式供暖和分散式供暖的多种技术路线。而南方夏热冬冷地区的能源种类、气候特点、地形地貌、建筑围护结构特点以及居民生活习惯等与北方严寒、寒冷地区截然不同,完全照抄照搬北方严寒、寒冷冬季供暖的技术路线是不可行的。南方夏热冬冷地区在冬季供暖须充分考虑环境保护和节能减排,综合考虑南方地区各种因素,探索解决南方夏热冬冷地区冬季供暖问题的综合技术路线。

如何有效解决南方夏热冬冷地区冬季供暖问题,已经由一个社会关注话题转变为政府、企业以及专家学者们积极推动和着力解决的社会和科学问题。2012年,原建设部副部长仇保兴在第八届绿色建筑大会上提出“南方地区难以实现集中供暖,较为经济且可操作性强的还是空调采暖”。根据南方地区气候特征、建筑保温情况、人居习惯等,以及南方地区采暖期短、负荷小、波动大等供暖特点,建设部还提倡“南方地区”科学选择适宜供暖方式,如热泵分体式空调、燃气壁挂炉、电采暖、地源热泵、水源热泵和太阳能辅助等分散式供暖方式。清华大学江亿院士建议冬季在南方夏热冬冷地区采用分散式供暖方式。李丹等分析了南方夏热冬冷地区供暖现状,指出存在的主要问题,并比较分析了不同的技术路径。目前,适宜该地区的分散式供暖技术主要有:低温空气源热泵技术、燃气壁挂炉技术、地源热泵技术、水源热泵技术、太阳能辅助供暖技术、电采暖等多种因地制宜的供暖技术。

尽管南方供暖技术已得到广泛关注,但其研究尚处于初级阶段。笔者综合分析南方夏热冬冷地区的气候特征、地理环境、建筑围护结构特征、能源结构、居民采暖习惯等因素以及南方地区供暖现状和现有技术特点,探索适合南方夏热冬冷地区冬季供暖的技术方向和路径。

1  南方夏热冬冷地区概况

20世纪50年代,根据当时的国情,以“秦岭—淮河”为界划定供暖南北分界线,分界线以北的寒冷和严寒地区冬季供暖,以南的南方地区则不供暖。南方夏热冬冷地区地处长江中下游,涉及 16个省、市、自治区,面积180万 km2,范围包括陇海线以南、南岭以北、四川盆地以东、黄河以南的长江流域等。以上海、南京、合肥、武汉等长江中下游城市为代表的夏热冬冷地区雨水多、湿度大,冬季有2~3个月室外日平均气温低于10 ℃,有采暖需求。

1.1  气候特征

根据我国建筑热工设计要求,以空气温度为依据,以最冷月(1月)和最热月(7月) 平均温度作为分区的主要指标,以累年日平均温度不高于 5 ℃和不低于 25 ℃的天数作为辅助指标,可以将全国划分为5个热工设计气候区域,即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。按照气候特征的差异,杨锋斌等将夏热冬冷地区分成北部高纬度区域、中部核心区域、南部低纬度区域3个区域,通过对内部与边界代表城市气候特征的研究分析,得到夏热冬冷地区的气候区划(见表1)。夏热冬冷地区指最冷月平均温度为 0~10 ℃,最热月平均温度为 25~30 ℃的地区,该地区夏季闷热高湿,冬季阴冷,年平均相对湿度在75%~80%之间。

1.2  建筑围护结构特征

按照我国建筑设计基本要求,夏热冬冷地区的建筑基本要求为:

1)建筑物必须满足夏季防热、遮阳、通风降温要求,冬季应兼顾防寒;

2)建筑物应防雨、防潮、防洪、防雷电;

3)ⅢA区应防台风、暴雨袭击以及盐雾侵蚀。

根据夏热冬冷地区气候特点,该地区建筑围护结构既要考虑冬季供暖,更要兼顾夏季隔热,同时能够具备防潮防水的功能。

JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》给出了建筑围护结构各部分的传热系数和热惰性指标的限值以及围护结构传热系数和遮阳系数限值(见表2),夏热冬冷地区围护结构传热系数和遮阳系数限值见表3。




目前,我国夏热冬冷地区既有建筑的墙体厚度为240 mm,外墙无保温,外窗采用单层玻璃,门窗密闭性较差,冷风渗透比较严重,即南方夏热冬冷地区的建筑保温性能比较差。

1.3  能源结构特征

我国能源消费具有以煤和水电为主,石油、天然气、风能等其他能源为重要组成的结构特点。其中,煤炭能源消耗占我国能源消耗总量的70%,而煤炭资源主要分布在我国的北方地区;水能资源主要分布在我国的西南地区;风能资源主要分布在我国的“三北”和东南沿海及附近岛屿;天然气主要分布在陆上西部的塔里木、鄂尔多斯、四川、柴达木、准噶尔盆地,东部的松辽、渤海湾盆地,以及东部近海海域的渤海、东海和莺琼盆地。因此,南方地区的能源资源匮乏。与此同时,南方夏热冬冷地区属经济发达地区,资源赋存与能源消费的地域矛盾,形成了现在大规模、长距离的北煤南运、北油南运、西气东输、西电东送的能源流向格局。

1.4  居民生活习惯特征

因南方地区气候特点,南方地区的建筑充分考虑通风,南方居民无论是夏季还是冬季,都有开窗通风的习惯。同时,在冬季,南方居民在采暖的时间和方式上与北方居民连续采暖的方式不同,南方居民采用间歇式采暖方式。

2  南方地区冬季供暖现状及技术特点

2.1  南方地区供暖特点

阚苏玉介绍了夏热冬冷地区的供暖具有以下特点:

1) 供暖方式呈多样化,大多采用分散式供暖,每天供暖时长与时段差异性较大,导致室内热环境差异大,总体能耗较高;

2) 间歇运行,采用“部分时间,部分空间”的使用模式,导致夏热冬冷地区居住建筑能耗高、室内热环境差;

3) 可再生能源利用率低,以地源热泵、水源热泵以及太阳能等为热源的供暖方式使用比例极低,约占5%。

2.2  南方地区供暖技术分析

目前夏热冬冷地区住宅建筑的供暖主要采用空气源热泵、地源热泵、水源热泵、电热取暖、燃气壁挂炉、热电联产集中供暖以及太阳能辅助供暖等技术。

结合不同供暖技术,笔者建议在我国夏热冬冷地区冬季供暖主要采用分散式供暖方式,具体所采取的技术路线应根据当地的能源结构、建筑围护结构和经济状况等方面综合确定,例如:经济发达地区和天然气供应充足地区,建议使用燃气壁挂炉供暖;室外环境波动小或建筑围护结构良好的建筑物,宜采用空气源热泵供暖;水源充足或者地热源充足地区,宜采用水源热泵或地源热泵供暖。出于节能考虑,不建议直接采用电暖气、地埋加热电缆等方式的电热供暖技术,但对于供暖不连续且供暖时间短的地区,可以采用电热供暖的方式。

3  结束语

笔者综合分析南方夏热冬冷地区气候特征、建筑围护结构特征、能源结构特征以及居民习惯特征等因素,并对比分析了目前该地区采用的不同供暖方式,指出该地区冬季供暖主要采用分散式供暖方式,所采取的具体技术路线要根据当地的能源结构、建筑围护结构和经济状况等方面综合确定,建议尽量采用清洁能源供暖技术(例如:空气源热泵、水(地)源热泵、太阳能辅助供暖、燃气壁挂炉等),不建议直接采用电暖气、地埋加热电缆等方式的电热供暖技术;该地区的建筑围护结构需要采取保温隔热措施,例如外墙进行保温处理,窗户更换成双层真空玻璃等。

本文选自《制冷与空调》2019年9月刊,作者:王亮亮  王刚  朱俊军;未经许可,不得转载


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