集中供熱系統的節能分析和優化設計

孔 德 辰

(太原市熱力公司城南供暖分公司，山西 太原 030006)

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集中供熱系統的節能分析和優化設計

孔 德 辰

(太原市熱力公司城南供暖分公司，山西 太原 030006)

結合太原市集中供熱的現狀，分析了城區中某些老舊小區建筑物室內溫度偏低的原因，并從確定實際供暖熱負荷、實現供熱管網內動態水力平衡、調整換熱站供熱溫度等方面，闡述了相應的改進措施，使集中供熱系統更節能、高效、環保。

集中供熱，管網，節能，換熱站

太原市供暖氣候條件屬于寒冷地區，冬季室外采暖設計溫度為-11 ℃；主城區已全部實現集中供熱，每年供暖時間為11月1日至次年3月31日；5個月的時間供暖總能耗占城市全年總能耗的比重很大，供熱系統的能耗降低，將在綠化環境和節能減排方面做出巨大貢獻。

在城區新建商業和住宅項目中，建筑物體形系數的限制、圍護結構保溫措施的改善、門窗氣密性的提高、建筑群整體布局規劃的完善和建筑物從朝向、間距、形體上受到太陽輻射面積和日照時間的優化，使新建項目建筑物單體的能耗已經滿足節能需求，并且大部分建筑物室內溫度高于22 ℃，甚至有些高層住宅項目中間層因為室溫超過30 ℃需要關閉供暖閥門并且打開門窗來降低室溫；但城區中與之形成鮮明反差的老舊小區建筑物室內溫度無法達到基本供熱要求，有的還不到14 ℃甚至更低。造成這種現象的原因筆者認為主要為水力失調和管網老化：其中管網老化需要供熱公司在供暖季到來前及時修復和更換管道；集中供熱管網水力失調現象普遍存在于一次網和二次管網內，并且在集中供熱系統的熱源總量沒有增加的情況下，新建項目和改造項目使水力失調現象進一步加劇，造成能源的浪費。筆者認為需從以下三方面來實現供熱系統運行期的節能。

1)確定建筑物的實際供暖熱負荷；計算負荷參數來源見表1。

表1 計算負荷參數來源

建筑物單體熱負荷在工程設計階段有兩種方法確定：一種為熱負荷指標法，另一種根據圍護結構的傳熱系數，建筑物內部產熱量和冷風滲透量來確定，前者是由“三北地區”實測資料實驗而來，地域跨度大，指向性差，總熱負荷比后者高出0.5倍～0.8倍[1]，實際中第二種方法更加準確，有針對性，可作為管網選型的基礎數據使用。

根據圍護結構計算建筑物采暖熱負荷主要由以下幾個方面組成：

a.建筑物基本耗熱量Qj：Qj=KF(tn-tw)α；

b.建筑物附加耗熱量Q1：Q1=Qj(1+βch+βf+βli+βm)(1+βfg)(1+βj);

c.通過外窗滲透冷風耗熱量Q2：Q2=0.28cpρ(tn-tw)V;

d.通過外門開啟耗熱量Q3：Q3=Qj×βkq。

建筑物采暖熱負荷經計算后匯總確定，并考慮建筑物朝向，層高等多種因素的影響，對建筑物采暖總熱負荷進行適當調整；新入網的小區在第一年供暖季開始供熱后，當地集中供熱公司應實際入戶考察小區供熱情況，確定管網選型是否滿足或者超過實際用熱需求，為供暖系統運行實行動態調整提供數據依據。

2)通過對集中供熱管網整體設置自力式壓差控制閥實現供暖季管網內動態水力平衡；集中供熱系統中的水力失調現象主要體現為水力運行工況失衡，流量分配不均，造成部分供熱區域溫度過低；如果只是通過增加流量和提高水泵揚程的方式來解決[1]，無法從根本上解決水力失衡的問題，甚至引起管道超壓、倒空、氣化的危險；筆者認為解決水力失衡的有效方案之一便是整體規劃和設計供熱管網，在小區建筑物管網入口處添加自力式壓差控制閥，將動態水力失調通過自力式壓差控制閥轉化為靜態水力平衡狀態，實現水力平衡。

自力式壓差控制閥主要由一個自動平衡閥和一個手動調節閥組成，設定好流量后，通過自動平衡閥控制節流后壓力與出口壓力的差值不變，通過手動調節閥控制閥體開度，實現消除采暖系統富裕壓頭的作用；供熱系統中采用自力式壓差控制閥來進行水力平衡的調節，必然會增加熱力施工的建造成本，但從投資收益的角度分析：在供暖期自力式壓差控制閥在節電，節煤，節水方面都能帶來很好的節能效益；并且熱力管網達到水力平衡后，不僅能有效改善管網運行情況，還可以提高熱用戶的室內溫度，滿足熱用戶的需求，減少用戶投訴，提高熱用戶的滿意度。

實際施工時，由于采暖系統設計軟件存在局限性，并且受到實際施工質量的影響，集中供熱管網投入使用初期，需要實際檢驗供熱管網的水力工況，并且對自力式壓差控制閥進行微調。

3)根據居住建筑與商業類建筑負荷峰值差異，調整換熱站供熱溫度；城區的集中供熱已經實現，并且在節能和環保方面也發揮出應有的作用；集中供熱系統由于供熱面積大，造成供暖區域內建筑物功能的多樣性，實際供熱中，考慮是否可以根據建筑物功能，實現模塊化供熱。

集中供熱一般由熱源，一次供熱管網，換熱站，二次供熱管網和熱用戶組成；現在太原市熱力公司正在建設三級供熱系統，雖然還在試行階段，但已經在國際上取得技術的認可和肯定；三級供熱系統比二級供熱系統所帶面積更大，熱網區域內熱用戶更多，熱力交換所需要的時間也更長，因此對于熱力管網穩定性要求更高；如果天氣改變或者其他外界原因影響，需要臨時調整供熱溫度，供熱管網的熱交換時間的增加，管網內的水無法及時調整，很容易造成能源的浪費，降低用戶體驗和能源的浪費。筆者認為三級供暖系統所帶區域極大，需要借鑒模塊化系統的優勢來調整供暖策略，換熱站后二次網管線按建筑物功能劃分開，比如住宅類建筑白天負荷低，夜間負荷高；商業類建筑(除醫院、旅館等夜間開放的建筑外，下同)恰恰相反，一般白天負荷較高，夜間熱負荷低；供暖需求峰值不同，換熱站供熱溫度可根據功能調整供水溫度，如果將多種功能建筑由同一條管網供熱，將造成能源的浪費；供熱公司一般根據日照和氣溫的變化，在白天供熱溫度低，夜間供熱溫度高；供水溫度白天滿足商業類建筑升溫，夜晚由于同一管線內住宅建筑而供熱升溫，而商業類建筑此時熱負荷很低，而且商業類建筑一般都采用空調采暖，夜間如果供水溫度很高，為了防止供熱系統管道內壓力過高，只能在夜間被迫的情況下開啟空調散熱，以防止管道因為高溫高壓爆管，造成電能和熱能的雙重浪費。換熱站采用模塊化供暖管網設計時，可根據峰值不同分別調整供熱溫度，白天降低對住宅類建筑的供水溫度，升高商業類建筑的供水溫度，夜晚升高住宅類建筑的供水溫度，降低商業類建筑的供水溫度，可有效實現錯峰填谷，提高集中供暖系統的供熱效率。

模塊化供暖系統，從現在的技術和費用角度來看，是一種半理想化的系統狀態，實際中由于各種因素的限制，往往無法根據建筑物的功能實現，但筆者在這里建議熱力公司在換熱站設計時，將建筑物功能作為一種考慮標準，對商業類建筑與住宅類建筑分別調控，更好的實現供暖系統的節能。

供熱系統作為耗能大戶，在環境問題日益突出的今天，節能減排勢在必行；采暖系統的設計者首先需要確定建筑物實際負荷，因為熱負荷是供熱管網選型的基礎；只有在正確數據的基礎上，才能做出最節能高效的選型；供暖系統的水力工況決定供暖系統的穩定和末端熱用戶體驗，采用自立式平衡閥可有效實現水利平衡；最后就是要根據建筑物功能和天氣變化等綜合條件來確定供熱溫度變化，而不僅僅是室外溫度單一變量。通過在集中供暖運行中各個環節的把控，才能使集中供熱系統更節能、更高效、更環保。

[1] 李德英.建筑節能技術[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2] 賀 平，王 飛.供熱工程[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，2010.

Energy saving analysis and optimal design of central heating system

Kong Dechen

(Taiyuan Thermal Power Corporation Chengnan Heating Branch Company, Taiyuan 030006, China)

Combining with central heating status of Taiyuan city, the thesis analyzes low indoor temperature cause of the old community building, and describes corresponding improving measures from aspects of determining actual heating load, realizing dynamic water stress balance of the internal heating pipe network, and adjusting heating temperature of the heat-exchange station, so as to make the central heating system more energy saving, high efficient and environment protection.

central heating, pipe network, energy saving, heat-exchange station

1009-6825(2017)08-0189-02

2017-01-05

孔德辰(1989- )，女，助理工程師

TU995

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