集中供熱系統能耗分析方法及應用的研究

王亞東

摘 要：我國能源消費量巨大，但是能源利用效率卻遠低于發達國家。為了解決這個問題，國家在“十三五”規劃中，提出了創建資源節約型經濟社會的建設目標。要實現規劃中的節能目標，高耗能的供熱企業是節能減排工作的重點。近年來，一些企業通過技術及管理手段在一定程度上實現了節能降耗，但仍面臨著缺乏有效的能耗、能效考評標準等問題。

關鍵詞：集中供熱系統；能耗分析方法；應用

在城市建設不斷發展的過程中，城市的供熱系統是保證城市正常運行的重要組成部分。如今我國城市的供熱系統普遍存在成本高、效率低且耗能大等相關的問題，因此一套完善的節能降耗措施對城市供熱系統非常重要。

一、集中供熱系統構成

1.鍋爐房鼓、引風機、循環水泵以及補水泵的變頻設備。在區域供熱鍋爐房的設備中，鍋爐房的風機、水泵是耗能大的電氣設備，其負荷占鍋爐房用電負荷的80%以上，當用戶需要的熱負荷變化時，鍋爐的負荷量也相應的隨著變化，這種變化是隨機的。

2.鍋爐房熱量總表。熱量表可以像水表測量用水量一樣測量出用戶的用熱量，熱量表本身并不具有節能的功能，但有熱量表的存在，供熱單位可以很明確的知道自己供了多少熱量，管路消耗了多少熱量，方便得出鍋爐供熱的綜合效率以及平均管網輸送效率，以便及時的發現供熱系統浪費能源的地方，及時的維修，促進供熱系統的節能運行。

3.計算機監控系統。鍋爐房實時運行管理系統采用分布式計算機監控系統。目前在國內，對于供熱系統的計算機監控方式，有兩種不同的思路：一種是采用中央集中式監控方法；另一種是采用中央與就地分工協作的監控方法。

4.換熱站中的節能設備和系統。換熱站主要由換熱器、氣候補償器、溫度和壓力測點、一次側電動調節閥、二次網循環水泵以及二次網定壓補水泵等設備組成。大多數情況下，熱源是通過換熱站向熱用戶的樞紐，是供熱系統中另一個耗能大戶，同時也是供熱系統的另一個節能關鍵點。

二、集中供熱系統能耗分析方法

1.建筑能耗。隨著建筑業的高速發展和人民生活質量的改善，建筑能耗占社會總能耗的比例不斷增長。能效低，圍護結構的保溫隔熱性能差，夏季空調用電量大，冬季采暖能耗高等是建筑能耗的主要特點。在我國，建筑能耗占社會總能耗的比例往往比西方發達國家高10%左右，其中60%的建筑能耗是供暖能耗。由此看出，供暖能耗是建筑能耗的重中之重，是浪費最為嚴重和節能潛力最大的部分，在供熱用能中，熱源系統所消耗的能量要占供熱系統1/2 以上，供需矛盾日益尖銳。

2.電損失消耗。系統中的耗電設備主要有各種水泵、風機等機械裝置，其它的一些混水泵、加壓泵等也會消耗一定的電能。目前，供熱系統中用電設備選擇不合理，運行效率低，多臺設備并聯時運行工況不清楚，控制方案不理想等都造成了過多的電能消耗。比如，供熱系統熱源設備的循環水泵的循環水量必須即滿足供熱管網的要求又滿足鍋爐本體的要求。鍋爐在額定循環水量下工作，可保證運行的安全，而且鍋爐本體的阻力損失也是最低的，此時循環水泵的電耗最低。根據流體力學的阻力計算知：當鍋爐的循環水量是額定水量的2倍時，鍋爐本體的阻力損失是額定阻力損失的4倍，此時水泵消耗的電功率是原來的8倍，電能浪費就很嚴重。此外，需并聯運行的設備的數量是為了滿足最大負荷而設計的。比如循環水泵，在“質調節”的一次網調節方案中，循環水量保持不變，通過改變供水溫度來滿足負荷的變化，此時電能消耗很大。

3.水源消耗。由于熱源系統的循環水量與熱網及用戶系統的用水量密切相關，另外還與整個供熱系統內的泄漏水量有關，所以熱源系統的循環水量消耗應包括系統用水量和補水量。系統補水率大，說明系統的水量損失嚴重，除系統正常用水外，經常會有系統個別部位的泄漏現象，這部分損失會增加補水泵的運行能耗，所以加強整個供熱系統運行工況的監測，及時維修系統泄漏部位，是減少不必要的水源損失和電能消耗的根本。

4.燃料消耗。鍋爐作為鍋爐房的主體設備，其能耗是鍋爐房能耗的重要組成部分，其燃料消耗是鍋爐房燃料消耗的全部，且燃料的燃燒排放會造成環境污染，所以鍋爐房節能環保的重點是降低鍋爐的能耗。根據我國的能源結構和現狀，鍋爐的能耗主要是煤耗，并以單耗作為對比評價的指標。區域鍋爐房及熱電廠的燃料消耗與用戶熱負荷的特點及大小相關，與系統熱媒參數有關。通常用戶設計熱負荷值為不變的量，但是實際熱負荷值會隨著室外溫度變化或者隨著用熱時間發生變化，如果能夠使熱源系統的燃料消耗實現隨用戶系統的動態調節，那么能耗將會隨之降低，且滿足用戶的用熱要求。增加鍋爐有效利用熱量或者降低熱源系統內各項熱損失可以提高鍋爐熱效率；也可以通過利用熱源系統內熱損失轉換為有效利用熱量來降低熱損量，提高有效利用熱量，如收集排煙熱量送入爐內，未燃盡固體燃料的再處理再燃燒等。鍋爐熱效率提高，燃料消耗量降低。如果能夠根據用戶熱負荷的變化調節鍋爐的年供熱量，可以進一步節約燃料。因為用戶的熱負荷通常是按照不利環境條件設計計算的，而實際熱負荷大多會小于設計值，所以相應的年供熱量也隨之降低，那么燃料消耗量必然減少，污染物的排放量也會大大降低，同時改善周圍大氣環境。

三、集中供熱系統的節能措施應用

1.合理選擇熱設備及運行方式。集中供熱輸送管網無效電耗約占30% -60%，這個數字值得關注，同時也告訴我們供暖系統有很大的節能空間。選擇合理的水泵型號，減少水泵的運行臺數，采用先進的運行方式可使電能消耗降低44%。供暖負荷在逐年增加，選擇循環水泵時應逐步改小容量泵為大容量泵，泵的效率應在80%以上，現在有些大流量泵效率已達到86%-88%。這樣可使系統始終處在一臺大泵或雙泵并聯運行的狀態，提高運行效率。熱源廠供熱區域小高層、高層建筑比例很大，小區換熱站選用較大容量的循環水泵，效率70%以上，采用變頻控制取代以往用閥門控制流量的方法，節能效果很好。

2.采用變頻控制

（1）變頻控制節能分析。根據流體力學的基本知識，流量與轉速的一次方成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比。如果用變頻器進行變頻調速，當流量下降到80%時，轉速也下降到80%，而軸功率則下降到額定功率的51.2%，如果流量量下降到60%，軸功率可下降到額定功率的21.6%。由于該熱源廠的熱用戶實現熱計量，主動權在用戶，換熱站現場控制器通過變頻器來調節水泵的轉速即調節流量以適應負荷變化，同時變頻控制可使進入用戶的熱水流速較慢，熱量得以充分散發，可維持室內溫度不變，這樣水泵的電耗卻大大減少了。

（2）變頻器及節能原理。變頻器是一種常用的變頻調速裝置，它是利用電力半導體器件的單向導電性將電壓、頻率固定不變的交流電（工頻電源）變換為電壓、頻率可變的交流電的電能控制裝置。其節能原理主要是根據變頻節能、功率因數補償節能、軟啟動節能三個方面來實現的。變頻器內部濾波電容的作用使普通水泵電機的功率因數提高，增大了有功功率，降低了無功損耗，實現了節能。變頻器的軟啟動功能消除了大電動機啟動時對電網電壓的波動影響，同時也消除了大電動機大電流啟動時的沖擊力矩對電機損壞，提高了系統的經濟效益。

熱源作為集中供熱系統的重要組成部分，其能量消耗一直是人們關注的熱點。燃料消耗、電力消耗、水耗和熱耗的多少，直接影響熱源的能源利用率及供熱系統的熱效率，所以分析熱源能耗，可以挖掘系統的節能潛力，有利于大氣環境的改善，提高系統供熱質量，降低能源消耗。

參考文獻

[1]馮耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2016（03）.

（作者單位：丹東金山熱電有限公司）