“雙碳”目標下市政供熱的節能設計

董碩

（青島能源熱電集團有限公司，山東青島 266000）

習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上首次提出實現“碳達峰、碳中和”的目標。國家鼓勵低碳經濟的發展，為實現低碳目標，無論是生產還是生活中的一切高碳產品和工藝都應該日漸被淘汰，通過節能設計理念的應用形成嶄新的生產模式，力爭節能減排目標的實現。在城市現代化的發展趨勢下，市政供熱改造工作日漸完成，改造的目的除了要滿足人們的采暖需求，還要淘汰原來高能耗的供熱系統，實現新能源的利用。很多城市的市政供熱節能改造取得了一定的成效，但部分城市在供熱方面還存在著節能方面的問題，未來需加大節能方面的研究。

1.市政供熱系統節能的問題

1.1 集中供熱系統運行熱效率偏低

新時期的市政供熱系統突破了原先的技術限制，采用了嶄新的系統，盡管如此，新型供熱系統在投入使用以后也會出現能耗過高的問題，比如，系統運行時的熱效率偏低，造成了能源的浪費。根據已有的有關數據顯示，我國有很多的民用建筑，供熱系統運行效率不符合國家標準，集中供熱系統的運行效率偏低。造成供熱系統運行效率偏低的直接原因往往是系統設計方面的問題所導致，隨著市政供熱改造的進行，幾乎都以天然氣或者電能為動力，當供熱系統存在設計缺陷時可能會導致能源的浪費。

1.2 供熱管網輸送效率低

就市政供熱來看，為保障供熱的充分性和全面性，往往對于供熱管網建設有著較高的要求，只有保障了供熱管網的輸送效率才可降低供熱過程中的熱能消耗。但就很多城市的市政供熱系統運行情況來看，供熱管網的輸送效率偏低，阻礙了節能目標的實現。就當下市政供熱管網建設現狀來看，關于供熱管網的輸送效率有明確的計算公式，在輸送過程中任何一個參數達不到要求，都會導致輸送效率達不到要求[1]。就現階段供熱管網輸送效率偏低的情況來看，多數是由供熱管網本身的結構不合理所導致，這一方面的問題導致在供熱過程中存在一定的熱保溫損失、水力失調。

1.3 冷熱不均，浪費能源

近年來，關于市政集中供熱，單向順流的方式較為常用，此方式指的是熱源在一個固定的方向陸續傳輸到每個住戶家中，雖然這種方式可以滿足居民的供熱需求，但由于這一方式的特殊性，長期使用時可能會發生冷熱不均的問題，而一旦無法保持冷熱的均勻性，必然同步伴隨著能源的消耗。供熱的冷熱不均多是因為住戶與熱源的距離偏差所導致，也有可能是因為供暖設備老化，或者同一棟的個別住戶，存在私自增減暖氣片、將暖氣供暖轉為地暖或者房屋長期閑置的情況所引起。

2.“雙碳”目標下市政供熱的節能設計

2.1 確保供暖系統水力平衡

為有效降低在市政供熱系統運行中的能源消耗，在實際的工作進行中要盡可能保障供暖系統的水力平衡，只有達到了這一平衡條件，才可使得集中供熱系統維持在穩定的運行狀態下。在開展節能設計時，有關設計人員要考慮水力平衡的條件，開展有針對性的設計，具體的設計工作進行中可根據途徑的差異將平衡方式細分為動態平衡和靜態平衡。一旦在設計環節中出現了設計缺陷，可能會導致供熱過程中發生溫度不均的情況，在一些住宅中的溫度偏高，而部分住宅的溫度偏低，難以保障最佳的供熱效果[2]。針對這一方面問題，為實現水力平衡設計，如果為靜態水力可增加平衡閥，而在動態水力部分則需要增加自力式壓差閥。

2.2 住宅分戶溫度調控

就當前我國各個城市的供熱情況來看，絕大多數都實現了集中供熱。集中供熱方式下，為降低能源浪費，實現節能減排，達到碳中和目標，對分戶溫度的調節和控制是極為重要的，具體的調節工作中應依據每個供熱區域內住宅對于熱量的需求進行有針對性的調節，實現熱量的合理分配。在分戶溫度的調控方面，為保障調節效率，在市政供熱系統內需配備恒溫控制閥，并將此閥門規范安裝于散熱管線的恰當位置，熱力公司在供熱系統的運行過程中，能夠對其服務范圍內的各個住宅的供熱情況、水量等加以實時監控，也就可以開展對應的調節，這種調節方式下，可以大大減少供熱過程中不必要的熱能損失。如果能夠在滿足供熱需求的前提下適當減小水泵功率，所獲得的節能效果是十分理想的。分戶溫度調控方面，最為常用的方式就是在供熱系統靠近入口的部位，增設電動溫度閥。

2.3 住宅分戶熱計量

在市政供熱系統的運行中，分戶熱計量也是影響供熱系統節能的一個關鍵性因素，為達到良好的節能目標，要重視分戶熱計量工作的進行。市政供熱系統中，分戶熱計量是其中的重點組成部分，不僅僅是集中供熱期間各個住宅熱能分配的參考，供熱企業也需要根據這一數值來對熱能進行科學調節與控制，通過分戶熱計量可以在很大程度上減小熱能損失，從這一角度來分析，節能效果是相對明顯的。但是，集中供熱住宅中并不全部適宜采用分戶熱計量的方式，特別是對于一些剛建成并投入使用的住宅來說，對于新住宅一般可通過樓道中的專用表配置來實現。

2.4 共用立管分戶獨立系統

就現階段的市政供熱情況來看，在很多的住宅小區內，都采用的是共用立管分戶獨立供暖系統的方式，在這種系統設計方式下，每個住宅小區的供熱控制更為靈活。結合小區情況的調查，可通過采用共用立管分戶獨立系統來進行供熱調節，即使在這一小區中存在一些不交供暖費的住戶也能夠即時將供熱切斷，不會影響其他住戶的供熱，再加上系統的集成性明顯，也就符合節能減排的設計要求。但在小區中的共用立管分戶獨立系統設計，導致供熱系統的建設成本相對偏高，且部分立管布設在地下，給后續的維修工作帶來了一定的難題。

2.5 自動化節能減排技術

2.5.1 樓宇調控技術

信息時代到來后，市政供熱中的節能設計可通過自動化技術來實現，特別是對一些樓宇建筑來說，可通過樓宇調控技術來進行自動調節。在樓宇調控技術應用后，可構建自動調控系統，在市政供熱過程中，由自動化模塊來進行供熱調節，這種自動調節的模式下，調節效率高且更為科學，節能效果顯著。樓宇調控技術在供熱節能中的應用，需使用水力平衡閥、電磁調節閥、溫度采集面板、集中控制箱，經由現場設置屏與操作站的協作，可預設樓宇內部的運行模式，在后期的運行階段，自動化模塊可對樓棟內溫度采集面板所采集到的熱量信息、預設數據加以比較，在得到了對比分析結果以后再進行有針對性的調節。比如通過物聯網調節閥對樓棟單元末端回水溫度進行自動調節，從而合理分配流量，實現末端用戶的熱力平衡。同時采集用戶室內溫度，對回水溫度的設定合理性進行評估和微調，從而達到節能目標。

2.5.2 供熱管網分層管控技術

“雙碳”目標下的市政供熱節能設計中，分層管控技術也屬于自動化技術，但此技術的應用過程中，需結合供熱特點進行熱量管理體系的科學分層，就當下的市政供熱體系來看，一般都劃分為3層，第一層為熱力站管理，在這一層的調節和控制上，由專業的管理人員對相應的數據信息加以全面收集，并通過實時監控及時識別和發現其中的異常數據，并對這些異常數據進行相應的處理，快速完成數據傳輸。調控中心設置有計算機系統，該系統能夠對相關數據開展專業化處理，并根據處理結果發布有關的調控指令，使得供熱系統可以依據熱量需求來進行分配，這種調控模式下供熱的效率得以提高。第二層為眾多監控分站，而且每一監控分站均需對規定范圍內的供熱中繼站具體運作與供熱狀況實行監督管理。最后一層管理體系為中控室，其管理流程為：下位機負責控制指令的接收，在指令接收過程中，由監控分站來轉發指令，這種指令接收方式可保持下位機的安全運行。下位機采取的是PLC控制器的調節方式，控制器兼具信號測量、操作控制和異常預警的功能。

2.6 熱網設計

2.6.1 供熱管網熱負荷的確定

市政供熱要實現節能目標，同樣需重視熱網設計，但為保障熱網設計的合理性，需在前期的設計工作中開展大量的調研，在這些調研工作基礎上，確定供熱管網的熱負荷。供熱管網熱負荷確定方面，需注意以下幾個要點：計算全年熱負荷參數，隨后獲得平均熱指標、全年熱負荷數據，發布關于此供熱區域內的年度供熱負荷延時曲線圖。分析遠期和近期的熱負荷變化規律，在此基礎上確定供熱管網的管徑，并選擇特定型號的循環水泵。

2.6.2 熱網系統形式設計

熱網形式同樣會影響到市政供熱的節能水平，在開展節能設計的過程中，有關設計人員需根據市政供熱的節能要求對比多種熱網形式的優缺點，從中選擇最符合經濟性、節能性、技術性的形式。在選擇管網系統時，需遵循安全性、經濟性和可靠性的要求，處理好不同原則之間的協調關系。傳統的熱網設計過程中，很多都采用的是單熱源枝狀管網形式，這種管網形式下，雖然是管網建設的成本較少，施工時間消耗也短，但是在運行過程中卻存在著較大的能源消耗。在人們環保意識日漸增強，技術不斷進步的過程中，傳統的這種管網設計形式逐步被環狀網所取代，通過環狀管網的設計可長時間保持熱網的平衡狀態，減少熱力損失。

2.6.3 控制形式

在熱網的控制形式方面，可選擇的方式也是相對較多的，在不同的熱網控制形式下，熱網的熱力損失也存在著一定的差異。因此，市政供熱節能設計中，應結合熱網特點選擇經濟性好、節能性高的控制方式，從而使得市政供熱過程中的運維管理成本得到一定的控制。在條件允許的情況下，供熱公司可配置自動化檢測儀表和自動控制系統，由這些儀表或者系統的控制功能來實現自動化調節。

2.6.4 熱網運行調節

熱網的運行調節同樣是“雙碳”目標下市政供熱節能設計中不可忽視的方面。隨著我國邁入了信息化時代，在調節方式的選擇上，可引入數字化方式來形成數字化調節模式，最終所形成的數字化調節系統，兼具用戶繳費、用戶信息查詢、遠程數據采集、設備聯動控制、高清視頻監控、數據分析等功能，可實現一體化調節與控制。當數字化調節系統投入使用以后，數字化模塊能夠在整個采暖期對各種數據加以匯總和分析，進行趨勢預測。不同的熱力站，在其轄區范圍內的熱負荷用熱特性往往存在一定的差異，通過對室外天氣情況的掌握，數字化模塊不斷進行調節手段的優化，結合實際的供熱需求選擇最為合適的調節方法。數字化模塊下的控制呈現出智能化特點，依據小流量大溫差，可將采暖期細分為初寒期、高寒期、末寒期3個階段，分階段進行控制。

3.結語

現階段的各個城市很多都實現了集中供熱，但集中供熱中的節能改造難度相對較大，一些城市的供熱節能改造效果并不理想，未來的市政供熱項目中應加大對節能設計的創新，提升供熱系統的節能水平。