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标题 新型加热感应取暖设备的应用技术与管理
范文 孔为国



摘要：近年来，煤改电、环保、雾霾成为最受关注的民生热点。每到秋冬季节，供暖燃煤会产生大量的烟尘和有害气体，弥散在空气中形成雾霾，严重影响人们的身体健康。本文从正温度电磁感应加热储能技术为论点，阐述了秋冬季节采暖供热新的选择。该技术克服了对传统燃煤、燃气、燃油工业锅炉的依赖，零排放，安全环保，具有降低用户供热投资成本，减少供热能源消耗，适应性强等优点。
关键词：正温度 电磁感应加热 煤改电 节能减排 经济社会效益
中图分类号：TK12 文献标识码：A
随着国力的上升，人们对保护空气和生态环境的重要性及意识逐渐提高，一些严重污染空气、水源和人居环境的供暖设施将逐渐被淘汰，使用更新颖、更环保的正温度电磁加热感应取暖设备将成为主流。正温度电磁加热、正温度感应加热是一种新型的加热技术，利用特定频率电流产生交变磁场从而产生热能。节能效果明显，无污染物的排放，降低成本，经济效益显著提升，可以替代传统燃煤、燃气、燃油锅炉供热和电取暖、工业蒸汽供应。
1 基本原理
正温度电磁感应加热技术是一种新型的加热技术，它利用特殊的材料做电加热原理，将交流电转化为特定频率电流，产生特定频率磁场；当磁场内磁力线作用在特殊的加热外壳时，磁力线被切割，产生大量的小涡流，使特殊的加热外壳自身迅速发热，达到加热容器内水的目的。
从能量转换的角度看，它是一个由电网供应的电能转化为热导磁能，再产生感应电流和涡流，并最终转化成热能的过程。
当交变电流经过线圈时，根据安培定律，在线圈周围产生交变的磁场。
Hidl=Ni
Φ=μHA
磁场强度ε=NDΦ/dt=-NAdB（t）/dt其中：A截面积，i是电流，N是匝数，μ是导磁率。
导体在磁场中时，变化磁场感应导体，根据法拉第定律，导体表面所产生的电流与感应的电流成反比，导体表面的电流产生涡流。
ε=NDΦ/dt=-NAdB（t）/dt
d（B）表示磁感应强度，由感应电流和涡流引起的电流转变为热能。见下式：
P=ε2/R=I2/R
其中R由导体的电阻率和渗透性决定，电流I由磁场强度决定。
正温度电磁加热正温度感应加热技术采用W（涡流加热）、S（短路加热）、M（漏磁加热）三位一体加热方法，对特殊的导热管内水进行加热。加热线圈通过磁场磁力线使特殊导热管自身发热。第一，短路加热，利用感应短路电流产生焦耳效应的方法。根据线圈原副边匝数比，使副边获得高频大电流，且短路形成回路，故称短路加热。第二，涡流加热，利用感应涡流产生焦耳热效应的方法。是由交变的磁力线通过导体，在导体内产生涡流与磁滞，由焦耳效应产生热能，故称涡流加热。第三，漏磁加热，线圈感应情况下的漏磁。当正温度电磁加热加热器的主机接通三相电源，其副边线圈感应产生短路大电流、相与相之间及三相间的短路大电流。该主机的短路漏磁穿过介质水，与循环水管形成回路。在循环管体内产生涡流与磁滞使之成为发热体。
2 应用技术
2.1工作原理
由正温度感应线圈，将50HZ/60HZ的交流电压变成特定频率交流电压。特定频率交流电压流过缠绕在金属材料管外的导线或者夹持的线圈，产生高速变化的磁场，其磁力线切割金属容器时产生无数小涡流，容器迅速被加热，达到快速加热水的效果。
2.2系统结构
系统图可以看出，交流电经过控制系统。通过给正温度加热系统的导通和关断，从而控制了整个系统的功率状态，见图1。
2.3 主要特点
第一，稳定性。采用工业级技术和材料，耐高温500度正温度高温云母线，1200度结缘保温材料，可以满足长期采暖工作要求。 第二，宽温区，适合各种气温条件下的工作。第三，可靠性，每套设备由多组正温度电磁加热感应线圈。不会出现低温运行安全性。第四，安全性，非传导式加热，整机所有线路均由绝缘材料与水路绝缘，实现真正意义上的水电分离，低压软启动，安全无忧。第五，功能实用性，由软件驱动程序，多时段定温，功率无极可调。第六，节能性，正温度电磁感应加热结构，快速加热，进水启动后即出正27度高效热水，电能充分利用。比电热管、远红外石英管、碳纤维等电阻式加热器效能高，热效率99.15%以上。第七，环保性，对外无污染、无正温度电磁加热辐射、无有害气体排放、无残杂，不对周围环境造成影响，绿色环保。且经感应加热后的水会磁化，避免结垢。
3 节能减排
案例100万平方米供暖负荷进行计算分析。传统电加热管采暖设备每平方米需要125w/h/d电耗，100万平方米共需要12.5万kwh/d电耗。使用正温度正温度电磁加热加热技术，相对传统电加热管采暖，节省40%左右的电能消耗。每平方米供暖仅需要7.5w/ h/d电耗，100万平方米供暖共需要7.5万kwh/d，即可满足供暖需求。若按每天节电5万度计算，4个月采暖期节省用电600万度电，减少排放二氧化碳4500tco2。
采用正温度电磁加热感应加热技术，与其他加热取暖技术相比，节能量十分可观。正温度电磁加热感应加热器比电热水器节电36.84%，比电热管加热器节电36.84%，比天然气锅炉节电52.63%，比液化气锅炉节电52.63%。能效指标对比，见表1。
同样，在电加热技术中，正温度电磁感应加热与传统电阻加热相比，具有较强优势的节能优越性。电阻加热的热损失大，其加热原理是靠绕制在料筒上的电阻丝自发热，电阻丝内面紧贴料筒，热传导到料筒上；而外面的热量大部分散失到空气中，造成电能的直接损失、浪费。且由于热量大量散失，导致周围环境温度升高，在外環境温度高的情况下，尤其是夏天，现场工作温度有时超过45度，企业不得不采用空调降低温度，造成能源的二次浪费。
北京节能检测中心权威检测：采用正温度电磁感应加热技术将一升水加热到100℃，比电加热管省电高达59%左右，见图2。正温度电磁感应加热器与电加热管加热器的比较，见表2。
正温度正温度电磁加热感应加热技术相比原电阻丝加热圈，节能效果都在40%左右。相较不同原料、不同厂家产品，节电效果略有变化。
减排效果显著，如若使用传统燃煤锅炉供暖，每蒸吨供暖负荷5000平方米，供暖100万平方，需要200t蒸吨燃煤锅炉。每1kg煤炭燃烧会产出2.4kg碳排放，以每蒸吨锅炉每小时消耗300kg煤炭计算，每天需燃烧60吨煤炭，共产出144吨的碳排放。
4 經济效益
4.1传统供暖费用
供暖是冬季避寒必须具备的生产、生活条件，由于物价的波动，各地物价不断上升，供暖费用也在调整上涨之列。山东采暖价格上涨为每平方米36元；哈尔滨采暖价格上涨为每平方米40.35元；兰州市采暖费每平方由10.5元涨到18.9元，上调幅度80%；河北采暖价格由采暖期每平方米18.4元调整为现行22元；辽宁居民采暖费价格上涨为28元/平方，非居民类上涨为32元/平方；河北对于居民采暖价格每平方米由18.4调整为22元，非居民类每平方上涨为52元；日照市供热价格每平方拟调整为24元，上调幅度为23.07%。各地供暖费用变化，见表3：
供暖费用不断提升，增加居民的供暖成本和负担，也增加居民使用顾虑，由此造成许多居民想停止集中供热，转而采取其他方式取暖。
4.2正温度电磁感应加热采暖运行费用
每个地区的电费单价、采暖周期、电采暖器的工作时间是不同的，工作时间与房间的热负荷需求量成比例。正温度电磁感应加热，一平方米的运行费用可按以下公式计算：
单位面积的采暖费用=单位面积热负荷×热负荷系数×每天工作时间×采暖期天数×电费单价。
依据建筑节能标准要求，冬季每平方采暖热负荷是0.07kw/ m2，正温度正温度电磁感应加热比普通电加热节能40%以上，故取值0.05kw/m2。 0.5元/度是目前北京的居民用电单价，热负荷系数0.6是指在取暖期的初期和末期室内需求的热负荷，在取暖期最冷的时期室内需求热负荷较大，平均取0.6 。
正温度电磁感应加热采暖运行状态可分为以下几种：
第一，用户长时间在家，电采暖炉自动恒温运行，为节省运行费用，可以分时段智能控温运行，将夜晚的取暖温度适当调低，平均每天10小时。正温度电磁感应加热采暖费用为：
0.05kw/m2×0.6×10小时×120天×0.5元/ 度=18元/m2 ；
第二，上班族，用户只有中午、夜晚在家，电采暖炉分3时段间歇运行。
正温度电磁加热采暖费用为：0.05kw/m2×0.6×8小时×120天×0.5元/度=14.4元/m2 ；
第三，办公室，5日工作制，只在周一至周五取暖，电采暖炉白天运行，其余时间运行在低温模式。正温度电磁感应加热采暖费用为：0.05kw/ m2×0.6×8小时×（120天×5/7）×0.5元/度=10.28元/m2 ；
第四，学校，除了每周5日工作制外还有35天的假期，采暖时间比较短。
正温度电磁感应加热采暖费用为：0.05kw/m2×0.6×6小时×[（120天-35天）×5/7×0.5元/度=5.46元/m2。
用以上计算值乘以房间的实际采暖面积（建筑面积×得房率）就可以大约算出整个采暖期的运行费用。用户若合理调整或关闭不需采暖房间（如闲置的客房、洗手间或厨房）的采暖器，实际采暖面积和采暖费用还会相应降低。
实现峰谷电价的地区，若按峰谷电价平均0.35元/度计算，“用户长时间在家”模式的采暖费用下降为12.6元以下。
通过以上计算分析，采用正温度电磁感应加热技术采暖的费用，将大大低于供暖地区现阶段的取暖费用，居民的取暖成本费用也少很多。
4.3投资比较
北京市为例，近年北京热力集团公司供应的民用供暖价格，采暖季由每平方米为24元，燃油、燃气、电锅炉民用供暖价格由每平方米为30元，燃煤锅炉民用供暖价格由每平方米调整为16.5元，采用燃煤锅炉间供方式，民用供暖价格由每平方米19元。
以室内面积100平米为例，室内温度达到18度，不同的采暖设备以及运行费用，见表4。
正温度电磁感应加热取暖设备的初投资费用与其他加热器的费用相仿，只是高于家用燃煤锅炉。但是，长期的运行费用是最低的。在第三年时，运行费用较天然气采暖低6.5%，较空调低28.9%，比家用煤炉低38.8%。到第五年，比天然气采暖低32.3%，比空调低28.9%，比家用锅炉低53.7%。这种方式采暖，容易为居民、社会接受，见图3。
5 社会效益
锅炉供暖的污染物排量相当高，以100平米的房子供暖为例，一个采暖季排放的二氧化硫有15公斤，氮氧化物7公斤，烟尘4公斤。为了保护环境，也为了节约煤炭资源的浪费，很多地区提出了无煤化供暖，将供暖用煤改为用电，加大对供暖锅炉的改造。
5.1以电力为能源，利于生态和环保
虽然现阶段国内发电以火电为主，但从远期来看，逐步向水电、核电、风电、太阳能等新型发电迈进，最终清洁能源逐步替代火力发电。由于电厂严格按照国家标准对废气、废渣的排放集中治理，城市环境不会污染。另外发电厂距离城市较远，有利于城市空气质量的提高和宜居环境的建设。
5.2能够满足个性化使用需求
电采暖可采用自主调控，分户供暖、按需供暖、分室调温，对物业及用户来说提供了方便的计量及收费方法，克服了以往水暖因费用收不齐，影响整体供暖的问题。其温控灵活方便，给人们个性化使用提供了极好的便利。供暖设备一般体积较小，电网代替管网，并且外观多样，颜色各异，可以与房屋装修相配合，符合现代家居理念。
5.3正温度电磁感应加热寿命长，维修、更换方便
即使在采暖季也可以随时停暖检修，克服了传统水采暖的跑冒滴漏困扰。不像燃气、煤和燃油，燃烧时会排放一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等有毒有害气体；也不存在明火，不会引起火灾，安全可靠。
5.4费用降低
当前电价受煤炭价格因素的制约，价格偏高，但随着我国大型水电站的逐步建成，区域核电站的竣工运行，以及太阳能、风能、生物质发电的推广、普及，电费将会越来越便宜，最终会成为最廉价的采暖方式。
5.5 不会产生污染
加热能源为清洁能源，无噪音、无异味、无扬尘、无化学反应、不会产生任何污染。加热过程中改变水中钙镁离子分子结构生成磁化水，不结垢。各种离子不会附着在加热体表面，只能沉淀于设备底部，通过排污系统排出。
6 结束语
对于政府来说，推广安全、环保的采暖设施已经上升到了国计民生的高度，国家对电采暖方式推出相关扶持政策，在居民用电和供暖设备购买方面给予更多的额外补贴。
如北京地区采用电采暖的面积已逾千万平米。北京市电业局出台关于使用电采暖电价优惠政策，规定电采暖在谷期电价减半，只收0.20元/KWh。其它地区如：辽宁、黑龙江、内蒙古、陕西、新疆等省（自治区）也出台政策，对使用电采暖的用户试行级差电价，让使用电采暖的用户得到实惠。对于新开发的住宅小區，相关地区电业局采取免费增容、缓交电配套费等政策，让开发商优选采用电采暖。通过电价优惠政策，减轻了用户的负担。
参考文献：
[1] 常士家， 何雪涛， 谢鹏程，等. 电磁感应加热技术在注射机温度控制系统上的应用[J]. 塑料科技， 2009， 37（5）：74- 76.
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更新时间：2025/3/23 4:31:23