城市集中供暖的節能技術途徑分析

郭奕

（寧夏煤礦設計研究院有限責任公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

目前，我國的建筑節能工作在節能型圍護結構的開發與應用方面取得了較大進展，但建筑供暖系統的節能工作效果不十分明顯。我國城鄉建筑圍護結構保溫隔熱和氣密性能差、采暖空調系統的能源效率低下，與發達國家不斷提高的建筑節能要求相比，差距越拉越大。我國已經編制了居住建筑與公共建筑節能設計標準都是在原有能耗基礎上，通過改善建筑圍護結構保溫隔熱性能，以及提高設備和系統能源利用效率，做到節能50%。按照標準建造的節能建筑，不僅節約能源，還提高了建筑熱舒適性，做到冬暖夏涼。這些標準都已經通過充分的技術經濟論證，是符合我國國情、經過努力完全可以做得到的。現在，就是要通過執行節能標準把節能潛力挖掘出來。經驗表明，節能型圍護結構與節能型供暖系統的節能比例大致為各占50%，一些開發商為降低工程造價，往往不重視建筑節能，如果從長遠的發展眼光看待問題，這種做法極為不妥，實踐證明符合《民用建筑節能設計標準》的節能建筑比普通建筑節能30%。按照發達國家當前節能標準，還會有再節能50%甚至更多的潛力，在2020年以前，我國只能希望首先把節能50%的標準貫徹執行好，新建建筑全部按節能標準建造，既有建筑有計劃地每年按標準改造一批，逐步增加到每年能改造3~4億平方米。這樣做的結果，其效益將極為顯著。

1 熱源的節能

對以熱水為熱媒的熱源廠，主要由兩個部分組成，鍋爐房和水泵房。其中鍋爐房是供熱之源。它在工作時源源不斷產生熱水，供應用戶的需要；工作后的回水又被送回鍋爐房，與經處理后的補給水一起，再進入鍋爐繼續受熱。鍋爐房中除鍋爐本體以外，還必須裝置像水泵、風機、水處理等輔助設備，以保證鍋爐房的生產過程能繼續不斷地正常運行，達到安全可靠、經濟有效的供熱。泵房內主要設備是循環水泵，用于輸送熱媒（熱水），循環水泵是主要的輸熱和耗能設備。

2 熱網的節能

2.1 外網設計節能

在集中供熱區域中，往往因為水文、地理及建筑物、熱用戶等各種因素的影響，使熱網工程造價高，投資大、涉及部門多，影響面大。因此搞好外網設計，在供熱節能中是十分必要的，應重點做好以下工作：

（1）管網布置及走向應服從小區的統一規劃。

（2）確定合理的敷設方式。

根據小區具體情況，進行科學論證，以確定合理的敷設方式。近年來，硬質聚氨酷保溫直埋技術，已在我國迅速推廣應用，實踐證明，直埋技術具有架空與地溝敷設不可比擬的優點。它具有保溫性能好，占地面積少，施工周期短，耐用期長，工程造價低等優點。

（3）熱網主干線力求靠近熱負荷密集區，避免輸送管段過長，合理利用“最小樹原理”，使供熱半徑最小，投資最省。

（4）落實好熱用戶及其負荷，對發展預測應盡量準確，以便合理確定供熱總負荷，防止“大馬拉小馬”的浪費現象或超負荷的運行情況。

（5）選定合理的熱指標。若熱指標選擇大，將使初投資增大，并造成大流量小溫差的工況運行，影響鍋爐房燃燒狀況，增加運行費用，浪費能源。

（6）管網參數設計要合理。對一個熱網工程在平面布置基本確定的情況下，影響其投資與運行費用的主要因素是供水溫度比摩阻。我國城市集中供熱一般為低溫熱水，熱網比摩阻選取應遵循使主干線盡量降低、支線盡量加大的原則。

（7）熱網支管及用戶入口管徑的設計，應按外網總壓力平衡計算來確定，并核算其流通能力。對熱負荷差不多，但離熱源遠近不同的用戶，應依照壓力平衡的原則進行設計，使其流量分配均勻，避免只憑經驗估計、采用同一管徑而造成遠近冷熱的現象發生。

2.2 重視水力平衡、提高水力穩定性

室外供熱管網各并聯環路之間的水力平衡是整個供暖系統達到節能的必要條件，可防止近熱遠冷、冷熱不均現象的發生。當管路阻力不平衡時，往往近處用戶室溫過高，需開窗散熱，浪費能源。遠處用戶則室溫過低。如果增強供熱后雖然提高了遠處用戶室溫，但近處用戶室溫更高，總之供熱效果不好、又浪費能源。設計時應盡量使各并聯管路阻力平衡，但管路長度相差懸殊，設計無法達到阻力平衡時，采用技術手段，如閥門調節、設減壓孔板、設自動平衡閥等。這一過程應在設計及安裝調試階段完成。水力平衡的調節手段是在各建筑入口處設調節裝置。對于一般作啟閉用的閥門（如閘閥截止閥和球閥），因其開啟度—流量曲線非線性，不宜作為調節閥使用。

平衡閥除具有調節功能外，還可測定通過的流量，是極有推廣價值的產品。采用減壓孔板時，孔板用不銹鋼制作，孔徑按下式計算：

式中：d為減壓孔板孔徑mm；G為供暖入口熱媒流量，m3/h；H為供暖入口多余壓力，MPa。

水力穩定性是指系統通過運行調節確定各用戶間的流量后，保持其固定不變的能力。水力平衡相對于水力穩定性而言是主要的。提高用戶的壓力損失，可提高外網的水力穩定性（如室內采用串聯方式）。

2.3 加強保溫、提高管網輸送熱效率

一般來說室外管網輸送熱效率應大于90%，這就需要對熱網的設施和選用優質的材料進行保溫節能，加強維護管理，防止水浸，破壞等。

（1）對室外管網要進行合理敷設與布置

被地下水淹沒的熱網主、支干線小室實施堵漏。采用膨脹橡膠作為密封填料，將小室主要漏水點管道穿墻套管密封，防止地下水通過穿墻套管進入小室內浸泡管道。對熱網中所有裸露的補償器芯管進行保溫。

（2）供熱管網保溫層厚度的確定

盡量將管道散熱損失降到最小供熱管道保溫層厚度應按國標《設備及管道保溫設計導則》中的經濟厚度計算公式確定。

3 建筑結構的節能

3.1 合理選取供暖熱負荷指標

在工程設計初期，往往要對建筑物的供暖負荷進行估算，單棟建筑的供暖熱負荷可按下式計算：

式中：Q為荷估算值，W；A為建筑面積，m2；qF為供暖熱負荷指標，W/m2。

供暖熱負荷指標與室內外供暖計算溫度、圍護結構的保溫及密閉情況、建筑層高、窗墻比、體形系數以及樓梯間的供暖情況等因素有關，應根據當地已建住宅的實測數據確定。

3.2 重視建筑物節能設計

1）門窗節能

（1）控制窗墻比；

（2）提高門窗氣密性；

（3）加強戶門、陽臺的保溫，改善窗戶保溫效果。

2）墻體節能

（1）外圍護墻的節能；

（2）保溫墻體材料的選用；

（3）屋面節能；

（4）建筑節能達到的K值。

4 結束語

總之，在世界各國倡導可持續發展的今天，我國城市集中供熱要實現可持續發展，只有增大科技含量，采取有效方法提高熱源的熱能綜合利用效率，采取多種節能措施提高管網輸送熱能的經濟性、安全性、可靠性，降低供熱系統造價和運行成本，才能促進集中供熱采暖的可持續性發展。因而應從城市集中供熱的整個系統來認真分析和研究節能措施，從生產到輸送和使用的各個環節上減少能源的浪費。

［1］于汾蒂.城市集中供熱系統中熱用戶節能措施的重要性[J].暖通空調，1999(2)：8-9.

［2］劉金祥.熱水供暖供熱系統耗電輸熱比應用探討[J].暖通空調，2001(2)：15-16.

［3］賀平，孫剛.供熱工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.