關(guān)于城市建筑集中供熱采暖節(jié)能技術(shù)的探討

張?zhí)煊?/p>

（太原市熱力集團(tuán)城南供暖分公司， 山西 太原 030013）

我國(guó)是一個(gè)國(guó)土遼闊、 地貌豐富的國(guó)家， 因此各地區(qū)的氣候特征也極為明顯， 北方地區(qū)冬季較為寒冷， 對(duì)人民的生活、 生產(chǎn)都會(huì)造成影響， 必須借助合理的供熱采暖設(shè)備， 創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境， 提升人民群眾的生活質(zhì)量。 隨著各地區(qū)供暖面積的增加， 對(duì)能源的消耗也會(huì)更加劇烈， 需要采取有效的供熱采暖節(jié)能技術(shù)， 防止出現(xiàn)能源浪費(fèi)等一系列問(wèn)題。

1 城市建筑集中供熱采暖節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

由于我國(guó)各地區(qū)的氣候特征差異明顯， 在東北、華北、 西北等北方地區(qū)， 冬季氣溫相對(duì)較低， 對(duì)人民群眾的生產(chǎn)生活會(huì)造成一定影響， 所以需要集中供熱采暖， 但與此同時(shí)， 如何平衡好與綠色理念之間的關(guān)系， 降低對(duì)能源的消耗， 成為了當(dāng)前階段的首要探究問(wèn)題。 此外， 隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提升， 一些江南地區(qū)的居民也期望能享受集中供熱采暖帶來(lái)的便利， 供熱采暖面積在不斷擴(kuò)大， 必須要提升能源的利用效率， 推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 在開展供熱采暖的同時(shí)， 消耗了大量的能源， 也引發(fā)了一系列的環(huán)境問(wèn)題。 集中供熱采暖會(huì)排放一定的溫室氣體，進(jìn)而引發(fā)溫室效應(yīng)、 海平面上升等一系列問(wèn)題。 如表1 所示， 現(xiàn)階段煤炭仍然是我國(guó)主要的消費(fèi)能源， 在支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)， 對(duì)環(huán)境的破壞也不容忽視。 表2 為北京空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果一覽表， 可以看出在采暖期和非采暖期， 空氣中污染物的濃度變化較為明顯， 對(duì)群眾的生活質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生一定影響。

表1 我國(guó)一次能源消耗構(gòu)成表

表2 北京空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果一覽表

因此， 需要深入探究集中供熱采暖及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值， 減輕對(duì)環(huán)境的破壞及消極影響， 提升煤炭能源的利用效率， 這才是研究集中供熱采暖節(jié)能技術(shù)的根本目的。

2 基于綠色節(jié)能視角的供熱采暖問(wèn)題

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系難以完全確立

隨著綠色發(fā)展理念的貫徹落實(shí)， 對(duì)節(jié)能環(huán)保的關(guān)注度也在不斷提升， 需要有更先進(jìn)、 高效的節(jié)能技術(shù)與之適配。 作為涉及到集中供熱采暖系統(tǒng)的三個(gè)環(huán)節(jié)， 熱源、 熱網(wǎng)與熱用戶關(guān)聯(lián)的技術(shù)形式也是多種多樣的。 供熱方案有著較強(qiáng)的開放性， 準(zhǔn)入門檻相對(duì)較低。 隨著城市化的高速發(fā)展， 對(duì)供熱采暖的需求也越發(fā)迫切， “尾大不掉” 的困境也嚴(yán)重阻礙了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。 熱力網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施涉及到較多的工作環(huán)節(jié)，因此也很難開展改造升級(jí)， 會(huì)耗費(fèi)較多的資源與精力。 1) 在實(shí)際操作環(huán)節(jié)， 熱源節(jié)能技術(shù)很難實(shí)際應(yīng)用。 由于鍋爐的性能受到限制， 很難在實(shí)際供熱采暖中應(yīng)用紅外線高溫納米節(jié)能技術(shù)、 熱電轉(zhuǎn)化技術(shù)等形式， 雖然容易推廣到各個(gè)供熱采暖環(huán)節(jié)中， 但很難取得明顯的節(jié)能效果； 2) 熱力網(wǎng)技術(shù)難以應(yīng)用。 需要有完善的設(shè)計(jì)方案， 平衡好熱源、 管網(wǎng)與用戶內(nèi)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性關(guān)系， 按照設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)熱力網(wǎng)。 立足于原有的熱力網(wǎng)建設(shè)情況， 管網(wǎng)的距離間隔并不科學(xué)， 也造成了一定的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)； 3) 建設(shè)材料的保溫性能較低， 現(xiàn)階段也很難用保溫性能較強(qiáng)的材料替換， 因此很難滿足節(jié)能設(shè)計(jì)、 綠色發(fā)展的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 供熱采暖之間矛盾較為突出

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展， 城市化進(jìn)程也在不斷加快， 越來(lái)越廣泛的供熱面積， 逐漸提升的供熱需求， 需要有更強(qiáng)的供熱采暖能力與之適配。 面對(duì)新增的供熱需求， 需要接入現(xiàn)有的城市熱網(wǎng)當(dāng)中， 雖然從整體看城市的供熱能力仍然充足， 但在特殊區(qū)域供熱強(qiáng)度仍然不夠， 供熱不均勻也影響了供熱管網(wǎng)的有效運(yùn)行， 進(jìn)而出現(xiàn)供熱管網(wǎng)連接的相關(guān)問(wèn)題。 此外， 由于越來(lái)越多的建筑拔地而起， 高層建筑、 中層建筑、新型建筑等多樣化的建筑形式， 需要結(jié)合實(shí)際供熱環(huán)境和對(duì)象調(diào)整供熱方式。 但大多數(shù)城市的供熱系統(tǒng)都是一致的， 因此容易造成高層熱負(fù)荷等問(wèn)題。 結(jié)合經(jīng)濟(jì)及成本因素的影響， 不同建筑形式的供熱模式都是一樣的， 而不同高度的建筑實(shí)際供熱效果差距明顯，多元化的用戶系統(tǒng)情況， 為供熱單位的工作開展帶來(lái)了一定阻礙。 不同建筑的墻體保溫情況差距較大； 建筑室內(nèi)的保暖處理方式不一； 使用的采暖設(shè)備效率有所差別。 因此雖然供熱是統(tǒng)一開展的， 但熱用戶的實(shí)際體驗(yàn)差距明顯。 閥門沒(méi)有妥善安裝、 散熱設(shè)備安裝不當(dāng)、 管道中有氣等因素， 都會(huì)對(duì)室內(nèi)用戶系統(tǒng)造成一定影響， 進(jìn)而表現(xiàn)在建筑的供熱采暖效果上。 因此， 供熱采暖的問(wèn)題并不是技術(shù)操作的問(wèn)題， 還涉及到城市化建設(shè)程度、 城市發(fā)展附帶的相關(guān)問(wèn)題， 眾多的沖突與矛盾在供熱采暖上表現(xiàn)出來(lái)， 浪費(fèi)了大量的能源， 也沒(méi)有真正滿足居民的用熱需求。

3 城市建筑供熱采暖節(jié)能技術(shù)

3.1 熱力網(wǎng)節(jié)能技術(shù)

節(jié)能技術(shù)形式影響著城市建筑的集中供熱采暖效果， 會(huì)體現(xiàn)在系統(tǒng)整體節(jié)能效率和性能上， 重要性需要引起關(guān)注。 在現(xiàn)階段， 我國(guó)大多數(shù)的城市使用的節(jié)能技術(shù)都是熱力網(wǎng)節(jié)能技術(shù)， 而熱力網(wǎng)節(jié)能技術(shù)的核心就是熱力網(wǎng)， 也就是將熱用戶與供熱系統(tǒng)連接起來(lái)的樞紐站。 熱力網(wǎng)示意圖如圖1。 現(xiàn)階段， 我國(guó)所有城市的集中供熱采暖系統(tǒng)， 都必須經(jīng)過(guò)樞紐站才能完成供熱采暖任務(wù)。 但由于供熱采暖系統(tǒng)的實(shí)際情況有一定差別， 在實(shí)際的集中供熱采暖環(huán)節(jié)， 各種影響因素和供熱環(huán)境， 都會(huì)造成系統(tǒng)熱量的大量損耗。 所以， 需要先控制好熱力網(wǎng)的熱損， 才能實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)集中供熱采暖系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)。 針對(duì)這一點(diǎn)， 需要各城市根據(jù)本身的氣候水文條件、 城市建筑布局、 地質(zhì)環(huán)境等因素， 確定熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)的具體方式和環(huán)節(jié)， 用科學(xué)的方式設(shè)計(jì)集中供熱采暖系統(tǒng)， 避免對(duì)熱能的過(guò)度損耗。 此外， 也需要結(jié)合城市建設(shè)的整體布局， 控制好供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的材料， 才能發(fā)揮出熱力網(wǎng)的節(jié)能作用， 也能提升供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。 也要結(jié)合資金投入、 供熱采暖系統(tǒng)的占地面積等因素， 結(jié)合資金、 成本的支出， 做好合理的把控與調(diào)整。 占地面積越少的熱力網(wǎng)， 就能越快投入實(shí)際工作， 也能降低對(duì)資源、 資金的損耗， 提升供熱采暖系統(tǒng)的節(jié)能效果。 所以， 要控制好網(wǎng)管之間的距離， 合理設(shè)定熱力網(wǎng)主干線的運(yùn)行參數(shù)， 科學(xué)合理的開展設(shè)計(jì)與施工。 在信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下， 也需要引入智能化、 自動(dòng)化技術(shù)形式， 用智能控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工管控方式， 防止出現(xiàn)誤差和各類問(wèn)題， 讓供熱采暖系統(tǒng)的操作更加簡(jiǎn)單精準(zhǔn)， 也避免了熱能不必要的損耗， 提升了供熱采暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 熱力網(wǎng)示意圖

3.1.1 外網(wǎng)設(shè)計(jì)節(jié)能

水文地質(zhì)條件、 地理環(huán)境、 城市建筑布局、 熱用戶數(shù)量和需求等因素， 都嚴(yán)重影響著城市的供熱采暖， 也增加了熱網(wǎng)工程的造價(jià)和投資， 涉及到較多的部門和領(lǐng)域， 很難控制影響。 所以， 在供熱節(jié)能設(shè)計(jì)中， 做好的方式是做好外網(wǎng)的規(guī)劃: ①根據(jù)小區(qū)、 建筑的統(tǒng)一規(guī)劃， 合理調(diào)整管網(wǎng)的走向和布置方式； ②根據(jù)城市建筑布局， 合理調(diào)整管網(wǎng)敷設(shè)方式； ③貼近熱負(fù)荷密集區(qū)建設(shè)熱網(wǎng)主干線， 降低管網(wǎng)的供熱半徑， 減少投資支出； ④做好熱用戶和熱負(fù)荷的調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 進(jìn)而確定準(zhǔn)確的熱負(fù)荷， 預(yù)測(cè)后續(xù)的供熱采暖發(fā)展； ⑤合理選擇熱指標(biāo)； ⑥合理設(shè)計(jì)管網(wǎng)參數(shù)； ⑦根據(jù)外網(wǎng)的總壓力平衡計(jì)算， 確定熱網(wǎng)支管和用戶入口管徑， 確定熱網(wǎng)的流通能力。

3.1.2 熱網(wǎng)的控制與管理

在現(xiàn)階段， 僅僅依靠傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)方式， 無(wú)法有效節(jié)約能源， 對(duì)網(wǎng)路的水力問(wèn)題也提供不了有效的幫助， 這點(diǎn)逐漸成為了從業(yè)者的共識(shí)。 因此， 就必須采取有效的措施， 強(qiáng)化熱網(wǎng)的控制與管理， 將自動(dòng)化控制應(yīng)用于城市集中供熱采暖管理環(huán)節(jié)， 進(jìn)而引起相關(guān)部門的重視: ①集中供熱采暖系統(tǒng)的可信性； ②集中供熱采暖的可靠性； ③集中供熱采暖系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平。

3.1.3 熱網(wǎng)的設(shè)施與材料節(jié)能

降低熱網(wǎng)的能源損耗， 提升熱網(wǎng)節(jié)能效率， 需要選擇合適的材料。 所以， 在選擇熱網(wǎng)材料時(shí)， 不僅要考慮到集中供熱采暖系統(tǒng)的基本要求， 也要對(duì)材料的保溫性、 抗腐蝕性、 導(dǎo)熱系數(shù)有所關(guān)注， 提升相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 在當(dāng)前階段， 我國(guó)使用的材料主要為聚氨酯保溫材料， 能夠降低40%的熱量消耗， 有著較強(qiáng)的保溫性能。 在選擇調(diào)節(jié)閘閥時(shí)， 需要選擇耐壓性和保溫性較強(qiáng)， 并且流量特征趨于直線的種類， 進(jìn)而調(diào)節(jié)好具體的熱流量。 而在安裝平衡閥時(shí)， 需要適當(dāng)增加平衡閥內(nèi)部的阻力， 滿足用戶對(duì)流量的具體要求。 通過(guò)上述方式， 解決集中供熱采暖局部供暖性能不足、 供暖過(guò)熱等一系列問(wèn)題。

3.2 熱力源節(jié)能的技術(shù)

實(shí)現(xiàn)城市建筑集中供熱采暖節(jié)能減排， 關(guān)鍵就是選擇適合的節(jié)能技術(shù)， 才能符合城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程， 也是最關(guān)鍵的步驟。 合理降低供熱采暖系統(tǒng)的能源消耗量， 也能減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞， 減輕城市集中供熱采暖系統(tǒng)的壓力。 所以， 需要使用高硫煤， 以及清潔的循壞硫化床鍋爐等節(jié)能的設(shè)備和材料， 制定妥善的熱力源節(jié)能方案。 用自動(dòng)化的控制方式， 控制能源的燃燒過(guò)程， 通過(guò)此形式確保供熱采暖的安全性， 保障工作人員的健康， 也控制好實(shí)時(shí)的熱力原參數(shù)， 讓城市集中供熱采暖系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行， 提升供熱性能。 此外， 立足于智能化技術(shù)開展控制， 保障城市集中供熱采暖系統(tǒng)運(yùn)行效率穩(wěn)步提升， 在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的基礎(chǔ)上， 降低供熱采暖系統(tǒng)對(duì)能源的損耗。

3.3 用戶端節(jié)能技術(shù)

用戶端是城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)最末端環(huán)節(jié)， 但作用也是最關(guān)鍵、 最明顯的環(huán)節(jié)。 用戶端與供熱采暖系統(tǒng)節(jié)能性的聯(lián)系緊密， 也關(guān)聯(lián)著熱交換的效率， 所以， 必須要結(jié)合用戶端建筑物的設(shè)計(jì)風(fēng)格特點(diǎn)， 采取有針對(duì)性的用戶端設(shè)計(jì)與管理方式。 選擇隔熱性能優(yōu)秀的門窗結(jié)構(gòu)， 防止建筑物內(nèi)部的熱量大量流失到外部， 提升用戶端建筑的保溫性， 提升用戶端建筑的熱量控制性能。 由于我國(guó)的地域特征較為明顯， 各城市的氣候條件也有明顯差距， 所以要立足于實(shí)際情況。 在一些氣候條件特殊的城市增設(shè)圍護(hù)層，保護(hù)建筑為內(nèi)部殘余的熱量。 在現(xiàn)階段， 我國(guó)設(shè)計(jì)圍護(hù)層的工藝、 技術(shù)也是多樣的， 都能在實(shí)際應(yīng)用中起到良好的隔熱、 防水效果。 各城市也要結(jié)合實(shí)際情況， 健全供熱采暖系統(tǒng)的計(jì)量體系。 在城市供熱采暖系統(tǒng)的不斷運(yùn)行下， 需要結(jié)合各地的實(shí)際熱量需求開展供熱采暖工作， 才能真正提升人民群眾的生活質(zhì)量。 也要根據(jù)熱力站的實(shí)際情況， 設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的聯(lián)結(jié)方法。 選擇科學(xué)的聯(lián)結(jié)方法， 防止在一次管網(wǎng)與二次管網(wǎng)交換過(guò)程中損耗大量的熱能， 也讓換熱機(jī)組的熱交換效率得以提升。 將自動(dòng)化的交互裝置應(yīng)用于供熱采暖系統(tǒng)， 保障系統(tǒng)的供熱量， 也大幅度節(jié)省能源。

3.4 推廣智能化技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)的集中供熱采暖系統(tǒng)能源利用率低， 主要原因有四個(gè): 1) 鍋爐效率長(zhǎng)期維持在75%左右， 過(guò)高的排煙溫度、 燃料燃燒不充分、 缺乏有效的管道保溫措施、 對(duì)氣象溫度的調(diào)節(jié)能力差等因素， 都導(dǎo)致了供熱采暖系統(tǒng)的效率低下； 2) 經(jīng)濟(jì)值是設(shè)計(jì)導(dǎo)熱系數(shù)的重要因素， 很難發(fā)揮出較高的保溫性能， 而過(guò)大的管徑也造成了流速低的問(wèn)題， 熱網(wǎng)溫升較大， 損失了較多的熱量， 降低了整體的供熱輸送效率。 而由于較大的補(bǔ)水量、 遠(yuǎn)端熱不足、 近端熱有余等現(xiàn)象的頻繁出現(xiàn)， 也很難滿足熱用戶的實(shí)際需求； 3) 在當(dāng)前階段， 用戶端建筑物的供熱采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷明顯， 存在著嚴(yán)重的熱損耗。 不合理的散熱器設(shè)計(jì)方式， 以及屢禁不止的熱用戶自改裝問(wèn)題， 再加上片數(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)格不統(tǒng)一， 導(dǎo)致熱交換的效率很不理想； 4) 公共場(chǎng)所供熱運(yùn)行的管理存在缺陷， 在夜間歇業(yè)時(shí)仍然持續(xù)供熱， 熱能的利用效率低下， 對(duì)能源的浪費(fèi)也較為嚴(yán)重， 這些問(wèn)題都需要及時(shí)關(guān)注。

因此， 需要將智能化技術(shù)大幅應(yīng)用于供熱采暖系統(tǒng)， 在供熱采暖系統(tǒng)智能運(yùn)行與管理中， 實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。 在供熱采暖智能運(yùn)行中， 能夠及時(shí)監(jiān)督與調(diào)節(jié)熱源運(yùn)行的職能， 對(duì)熱源的運(yùn)行情況、 熱力站的運(yùn)作狀態(tài)、 熱力網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)都能及時(shí)監(jiān)督， 也能了解運(yùn)行環(huán)境的具體參數(shù)， 包括室內(nèi)與室外的溫度。 用可視化的數(shù)據(jù)圖形， 了解熱負(fù)荷的形成情況， 及時(shí)調(diào)整溫度， 選擇有效的供熱方案， 防止造成能源的過(guò)度浪費(fèi)。 而在熱用戶端， 也需要將分戶計(jì)量措施貫徹落實(shí)， 將監(jiān)測(cè)感應(yīng)、 自動(dòng)恒溫調(diào)節(jié)閥等設(shè)備安裝到用戶端建筑物。 用有效的措施， 避免對(duì)熱能的過(guò)度浪費(fèi)，防止出現(xiàn)遠(yuǎn)端供熱不足、 近端供熱過(guò)剩的問(wèn)題。 對(duì)建筑物內(nèi)的采暖設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控， 根據(jù)熱用戶的熱能用量收取費(fèi)用， 讓供熱變得更加合理， 也防止由于粗放式經(jīng)營(yíng)造成熱能的浪費(fèi)， 提升熱用戶節(jié)約能源的意識(shí)，才能發(fā)揮出節(jié)能技術(shù)的真正價(jià)值。 將智能化技術(shù)應(yīng)用于供熱采暖系統(tǒng)， 并開展智能化的系統(tǒng)管理， 將現(xiàn)有的智控手段利用起來(lái)， 也要及時(shí)更新與學(xué)習(xí)先進(jìn)的智能技術(shù)， 協(xié)調(diào)人機(jī)關(guān)系， 完善供熱采暖系統(tǒng)的運(yùn)行流程， 用高水平的監(jiān)測(cè)、 服務(wù)與管理提升節(jié)能水平。 將智能化技術(shù)應(yīng)用于供熱采暖系統(tǒng)中， 符合現(xiàn)階段城市建筑集中供熱采暖的實(shí)際需求， 完善供熱采暖系統(tǒng)的運(yùn)行流程， 及時(shí)創(chuàng)新與發(fā)展現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)， 也提升了整體的供熱采暖效果， 讓供熱收費(fèi)更加合理。 降低供熱環(huán)節(jié)對(duì)能源的損耗， 也提升供熱采暖的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 我國(guó)是一個(gè)國(guó)土遼闊的國(guó)家， 不同地區(qū)、 不同城市的氣候條件差距明顯。 城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)的建設(shè)， 也要結(jié)合城市實(shí)際的水文地質(zhì)、地理環(huán)境因素， 全面、 詳盡分析用戶的熱需求及實(shí)際供熱情況， 才能降低供熱采暖系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。 通過(guò)智能化技術(shù)， 以及熱力網(wǎng)、 熱力源、 用戶端節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用， 創(chuàng)新供熱采暖系統(tǒng)的運(yùn)行方式、 設(shè)計(jì)方案及管控模式， 減少對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的破壞， 提升城市建筑集中供熱采暖水平， 推動(dòng)城市化建設(shè)的發(fā)展， 實(shí)現(xiàn)城市建筑集中供熱采暖的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。