天然气单户采暖分析论文

随城市能源结构的调整，采用家用燃气锅炉进行单户采暖发展非常迅速。家用燃气锅炉采暖就是以每个住户为单位，采用家用燃气锅炉采暖。对这一采暖方式争论比较多，本文对这一采暖方式进行比较全面的分析研究。

一家用燃气采暖锅炉

家用燃气锅炉按加热方式分：快速式和容积式燃气采暖锅炉。快速式家用燃气锅炉也称为壁挂燃气锅炉，是冷水流过带有翅片的蛇形管热交换器被热烟气加热，得到所需温度的热水。容积式内有一个60-120升的储水筒，筒内垂直装有烟管，燃气燃烧产生的热烟气经管壁传热加热筒内冷水。

排烟方式有强制排烟和强制给排烟两种，其烟道一般套管结构，内管将燃烧产生的烟气排出室外，外管从室外吸入燃烧所需的新鲜空气，并被烟气预热，排烟温度低。强制排气式是普通型燃气锅炉。强制给排气燃气锅炉，一般采用强制供气完全预混式燃烧器。

取暖形式分开放式和封闭式两种。开放式家用燃气锅炉设外置或内置开放式水箱，采暖系统运行属常压运行；封闭式家用燃气锅炉在锅炉内部设置膨胀水箱和放气阀，采暖系统运行属有压运行，目前的家用燃气锅炉主要是这种形式。

二燃气采暖负荷

1单户燃气热水采暖负荷的特点

影响采暖负荷的主要因素有室内外温度、维护结构的保温性能、住户的外墙面积、相邻住户的采暖水平、朝向和通风量、采暖系统运行调节方式以及生活习惯等。单户燃气热水采暖具有很大的调节灵活性，用户可以根据自己的条件及实际需要在任何时间开启和关闭采暖系统，并且还可以只加热某个或几个房间。在夜间和家中无人的时间可使采暖系统处于防冻运行状态，从而省去了不必要的采暖耗热。

2燃气采暖耗热指标与耗气量统计研究

（1）统计对象：选取的采暖调查统计户为某小区的100户居民，统计了用户各月的耗气量及室内采暖温度等数据。四室15户、三室35户、二室45户、单室5户，其中位于顶层17户，底层16户，中间层67户。

（2）耗热指标：为了消除燃气种类和热值的差异，住房面积不同的影响，采用面积耗热指标，即单位时间、单位建筑面积采暖消耗的热量。根据实际运行统计资料可以得到采暖季各月及全年的平均面积耗热指标与耗气量。根据统计学中推荐的分组方法对100户的统计数据分组，以1月份为例做出它的分布图，横坐标为平均单位面积耗热指标（kJ/h·m），纵坐标为出现频率（见图1），并对其分布状态进行判断。

从频率分布图上可以看出，该样本总体服从t分布。同理由其它各月份及全年的统计样本可得出相似的频率分布图，也就是说各月份及全年的耗热指标均为t分布部体，分部规律符合用户收特点，高消费用户少，中低消费用户多，因此可对每个月份的面积耗热指标的均值μ做出区间估计。

（表示随机变量x服从参数μ为均值，σ为方差的t分布）

(表示随机变量服从自由度为n-1的t分布)

式中为样本均值）：为样本方差。在a=5%的情况下对每个月及全年的面积采暖耗热指标进行区间估计，即置信度1-a为95%。

则式中表示双侧100a百分位点

又

将各月份及全年面积采暖耗热指标置信区间的计算结果列于表1。

单户采暖用气量，根据表1面积采暖耗热指标，取天然气热值8500kcal/m3，壁挂锅炉采暖热效率85%，计算的平均全年耗气量7.57m3/m2，95置信区间为[7.06,8.07]m3/m2，其结果适用于京津地区。

三采暖温度

单户燃气热水采暖室内外温度不仅受采暖负荷及维护结构的影响，而且还与用户的工作性质、上班时间、家庭人口及人口组成、生活水平及习惯有很大关系。统计结果表明接近一半的住户在家的时候将房间温度控制在16～18℃之间，接近40%的用户将房间温度控制在18℃以上，13.5%的用户将房间温度控制在16℃以下。

四实际测试分析

1NOX的排放量

采用烟气分析仪对采暖炉的氮氧化排放量进行了测试，测试表明鼓风式的NOX排放量大于大气式。并按国际上通用的方式，整理成烟气中含氧量为3时的浓度。图2大气式燃烧（壁挂式）的NOX排放量。图3鼓风式燃烧（容积式）的NOX排放量。

实际测试结果表明，壁挂式燃气锅炉的燃烧单位体积天然气的壁挂式的NOX排放量平均为容积鼓风式家用燃气锅炉的50%左右，为大型燃气锅炉的20%到30%左右，达到国际上低氮氧化物排放标准的要求。由于单位面积采暖耗气量少，SO2、CO2、CO和烟尘等大气污染排放量也比其他直接燃烧采暖方式低。

2排烟热损失

通过对壁挂式和容积式两种类型的燃气采暖炉测试，排烟热损失较小。壁挂式锅炉的实际测试结果表明过剩空气系数在1.5到2.5之间，不同的炉子在不同的运行状态排烟温度为55℃～135℃之间，按低热值计算采暖热效率91.5%到97%之间，平均热效率在95左右，其原因是有烟气预空气系统，排烟温度低换热面积大，有前强制鼓风系统，对流换热系数大。容积积式由于无烟气预热，排烟温度高，排烟损失比壁挂炉高，实际测试结果表明容积式家用燃气炉过剩空气系数在2.5到4之间，不同的炉子在不同的运行状态排烟温度为55℃～135℃之间，采暖热效率在87%～94.5%之间，平均热效率在92%左右，低于壁挂式，而且噪音大，NOX排放量高，占地面积大，低于壁挂式。

五存在问题

全国在家用燃气锅炉在推广使用过程中，还存在一些问题，影响用户的正常使用，个别地区甚至出现安全问题，其主要原因如下：

1壁挂锅炉的质量问题

家用燃气采暖锅炉生产质量不统一，有的保护系统不可靠或不完全，没有质保体系。安全使用培训不到位，售后服务不到位，出现故障时影响用户使用。随国家标准的颁布，家用燃气采暖锅炉有统一的生产质量标准，将解决这一问题。

2燃气质量问题

人工煤气、碳五等杂质多的燃气应用要注意，这些燃气质量变化大、杂质多，易将换热器堵塞，产生不完全燃烧，热效率显著降低，甚至沉积在控制阀门的阀芯、阀座上，使阀门关闭不严，产生不安全隐患，所以不宜用于壁挂炉。壁挂燃气锅炉宜采用天然气等洁净气源。

3安全保护系统问题

安全保障问题，家用燃气锅炉产生爆炸的原因有两个。一是采暖系统冻结，如在严寒地区，有的用户外出，将家用锅炉关闭使炉内结冰，再次使用时由于保护系统不完善，一旦点燃，由于系统内水不能循环，炉内水汽化产生压力，当压力达到一定程度就会产生爆炸，爆炸又会破坏燃气管道，造成漏气而引起燃气爆炸或火灾，因此要求家用燃气锅炉的防冻装置安全可靠。二是燃气泄漏而引起燃气爆炸或火灾，这就是要求燃气系统的安装质量一定符合有关标准要求，应由专业人员安装，确保燃气不泄漏，并设可靠的燃气泄漏报警装置。

4燃气供应系统问题

燃气采暖是季节负荷，存在季节高峰问题。燃气采暖负荷的计算还没有标准，需研究并制定有关计算标准。老管网供气能力适应性问题需解决，在管网区大量安装家用燃气锅炉，由于其供气能力的限制，不能满足燃气锅炉采暖的需求。

5烟气有组织排放问题

目前许多家用燃气锅炉烟气排放系统的安装不规范，不符合有关标准要求，排放物对室内外产生污染较严重，存在不安全隐患。因此应加强排烟系统安装的管理。家用燃气锅炉烟气排放系统应符合《家用燃气燃烧器具安装及验收规程》（CJJ12-99）等有关规范的条文及要求，确保烟气有组织的排放。

6用户反映的问题

用户反映比较多的问题是供暖管道接头漏水的问题、燃气炉噪声大、室内温度比集中供热低、采暖费用高等问题。其中，供暖管道接着漏水问题反映的人数最多，超过了调查总人数的五分之一。另外，少数住户还反映了其它相关问题：室内锅炉有时出现故障维修不到位，墙角渗水，结露发霉，燃气炉排气污染，门窗封闭不严，系统防冻浪费燃气，燃气锅炉有安全隐患，容积式燃气锅炉占地面积大，散热器布置不合理，防冻无法外出，燃气炉频繁启动等。

出现这些问题的主要原因是新建小区，在刚开始入住时，由于一些单户采暖系统不进行水压试验，所以刚开始用时接头漏水现象较多。在冬节开始时入住率低，一些用户邻居未入住，所以维护结构的散热损失大，又因装修过，需经常开窗通风，这就造成用气量较大用户又不舍得用，因此位置不好的用户（邻居未入住的用户）感觉到室内温度低感到冷。由于房屋刚入住，在室温提高后，用石灰摸的墙面就会有水气析出，所以感到墙角渗水，结露发霉。当系统稳定时，系统防冻浪燃气用量很少，为了减少防冻燃气量，可以关小水循环系统的阀门，减少水流量，已减少燃气用量。当外出时间比较短时（1～2天），把锅炉设置在防冻状态即可。如果是在严寒地区长期外出，放锅炉的地方又会结冰，可以把系统的水放掉，再次使用时重新充水即可。燃气炉频繁启动这属于炉子的特点。只要按规程生产、安装和使用，家用燃气锅炉不会有安全隐患。容积式燃气锅炉占地面积大，可选用快速式的。散热器布置不合理，可通过改进设计来解决。

六结论

在统计研究过程中，根据统计学中的随机抽样方法选取实验户，使样本容量、计算精度和调查内容均满足实际工程要求。其结果可以作为北京与天津市气温类似城市采暖用气的参考数据。

1节约能源

家用燃气锅炉效率高、功能多。单户燃气热水采暖具有很大的调节灵活，使用完全独立，无锅炉房和热网损失。符合按热量收费的原则，可准确计量，用量可由用户自主控制，因而能促进能源的节约使用，这种供热系统的热效率高（一般在90%以上），避免了集中供热按面积收费造成的能源过渡浪费，节约燃气，从而为使用优质的洁净燃料创造了条件。同时采暖循环的动力消耗低，节省电能。

2节省投资和维护费用

随我国能源结构的调整，将有较大比例的天然气用于采暖。发展采暖后充分利用现有燃气管网设施，扩大供气规模，降低单位供气量所需燃气输配系统的投资，同时降低供气成本。减少城市地下热网和简化建筑内的管道，减少投资和维护费用，单位采暖面积的投资相对少。

3机动灵活建设和使用方便

对房地产开发商而言，建成的商品房很难一次全部卖出，就是同时卖出的房子，也很少一起入住。所以商品房往往都有一段入住率很低的时期，这种情况对集中供热是很难处理的，不供热用户会投诉，供热则能源浪费亏损严重，而燃气分散采暖很好的解决这一问题。甚至有的开发商利用燃气采暖的灵活性，房子卖出后再安装燃气采暖设备，即减少了资金占压，又避免了设备闲置而造成的一些不必要的损坏。在管道燃气够不到的地方，还可以利用液化石油气供应的灵活性，用钢瓶供气方式解决采暖问题，这在许多城市中也出现了。

4减少污染物排放量

单户燃气采暖直接使用洁净的一次能源，由于单位面积耗气量少，二氧化硫、NOX、烟尘和CO2排放量比其他直接燃气采暖方式少，由于各种燃气采暖的烟气都是低空排放，单户燃气采暖的低空污染相对也较低。同时减少运煤和煤灰的交通噪音污染与飘尘污染。

5运行安全可靠

现在，使用天然气的北京等城市，天然气单户分散采暖已经开始大面积使用，在这一采暖方式开始时出现的问题得到解

决，经过2年的调查研究没发现事故产生，是一种安全可靠的采暖方式，已开始被人们所接受。

提高天然气利用率，减少污染物的排放量是保证可持续发展的关键，从节能、降低采暖费用和减少大气污染的观点看，高效壁挂燃气炉单户采暖是居民用户直接采暖的最佳方式。由于天然气质优价廉，采用单户分散采暖的平均运行费用与集中供热的费用要差不太多，是居民家庭是能够承受的。