高等院校供暖系统常见问题及节能优化研究

张鼎肃,熊东峰

(1.河南师范大学,河南新乡453007;2.中平能化矸石电厂,河南平顶山467013)

随着我国高等教育规模的不断扩张,校园供暖负荷也骤然增加。据调查,部分高校每年供暖所消耗的能源费已占到全校总体能源经费的50%。但是,由于缺乏有效的自动检测及调控装置,不能采用有效的节能措施,使得现有供暖系统存在诸多弊端,导致能源浪费问题突出。因此,对既有的供暖系统进行节能优化运行改造显得非常必要。本文依据笔者对我国高等院校供暖系统的调查和分析,总结出高等院校供暖系统普遍存在的常见问题及原因,并针对这些问题,探讨高等院校供暖系统的节能优化运行方案。

1 高等院校供暖系统存在的普遍问题

1.1 供暖管网方面

⑴水平衡失调严重。水平衡失调指供暖系统各热用户之间室内温度的不均匀性。这种水平衡失调现象主要表现为近端热用户平均室温在20℃左右,而远端热用户平均室温在10℃左右。导致这一现象的原因是由于高等院校供暖面积大、供暖管线长,同时又缺乏科学有效的管网分布和调节,致使水流量分配不均：近端热用户水流量是设计流量的2～3倍,远端热用户水流量是设计流量的0.2～0.3倍,中端热用户水流量大体接近设计流量。因此,针对这一情况,应该对高等院校的供暖管网进行科学合理的分布和调节。

⑵未采用分时、分区供暖。目前高等院校供暖区域主要分三个部分：教学区、学生区和住宅区。一般情况下,供暖系统通向这三个区域的热力管网相互隔离,以实现分区供暖的目的,避免各区域连带供暖。但大部分高等院校在供暖运行上未针对这三个区域实施分区、分时供暖,即晚上教学区无供暖需求时,该区域仍在供暖;而白天学生区无供暖需求时,该区域也在正常供暖,这些情况造成了能源的浪费和设备的无谓损耗。同时,供暖系统也不能根据一天内室外温度变化,适时调整供暖热量大小,即在每天10：00～17：00时间段,由于日照比较充足,室外温度较高,本可以在适当减少供暖热量的情况下保证供暖质量,而未采取有效调控措施,造成热量损失及能源浪费。以上两种情况皆造成学校能源浪费,因此应该采取措施实行分时、分区供暖。

1.2 热力站方面

⑴循环水泵控制方式不合理。循环水泵在供暖系统中是主要的耗电设备,在热力站中,其耗电量占总系统耗电量的80%～90%。目前供暖系统大部分使用的水泵为交流拖动,由于没有安装变频设备,无法根据管网压力的变化采取相应的调节措施,热力站操作人员只能通过改变进、出口阀门的开启度的办法来进行流量和压力的控制,既浪费了拖动电机在额定状态的富裕功率的能量,也浪费了由于限制流量造成的过载能量。因此,对热力站进行变频改造是非常必要的。

⑵除污器设置不合理。在高等院校的热力站中,除污器普遍重复设置,即在供暖回水设有卧式除污器,同时在泵的入口还设有Y型除污器,两种形式的除污器串联使用,增加了系统阻力,并且除污效果均不够理想,常使换热器内部发生阻塞,使系统阻力增加[1]。因此,应该对热力站的除污器进行科学合理的设置。

1.3 自动控制方面

自动控制方面的问题主要表现在缺少对供暖系统运行参数的实时监测和调控。高等院校现有供暖系统的日常运行及检修主要依靠人工操作实现。对供暖系统的主要运行参数也是通过定期人工抄表的方式记录,自动化程度很低,信息滞后,无法及时准确掌握系统供暖水平和质量,严重影响到整个供暖系统的正常运行和参数调节。因此,供暖系统应该进一步增强监测和调控的自动化程度。

2 高等院校供暖系统节能优化运行方案

2.1 解决水平衡失调方案

⑴用附加阻力消除用户剩余的资用压头。在近端用户系统安装完善的温控阀、平衡阀等自动调节设备。通过安装自动调节设备来消除剩余压头,使各个环路实现阻力平衡的措施,称为“附加阻力平衡”技术。它的特点是循环水泵具有足够的流量和扬程,减少过热用户的热量浪费,获得节能效果。

⑵用附加压头提高用户不足的资用压头。在远端用户系统安装不同规格的增压泵。通过安装增压泵来弥补资用压头欠缺部分、使各个环路实现阻力平衡的措施,称为“附加压头平衡”技术。它的特点是除了具有“附加阻力平衡”技术所能获得的节能效果外,水泵电耗也将降低,节能效果显著[2]。

2.2 分时、分区供暖的科学安排

根据多年的供暖经验和学校的作息制度,应该制定出室外温度补偿方式下的分时、分区供暖调控措施。

⑴学生区在8：00至22：00,教学区在22：00至次日8：00属于无供暖需求区域,因此只需提供设施设备的供暖防冻措施即可。

⑵住宅区居住的主要是学校教职员工,属于全天候供暖需求区域,为了能够最大限度的给他们的生活提供方便,住宅区应实行24h不间断供暖,只需根据时段变化和人体舒适度的要求提供不同的供暖温度即可[3]。

2.3 通过循环水泵实现变频控制

变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置,交流电动机变频技术具有节能、改善工艺流程、提高产品质量和便于自动控制等诸多优点。

热力站二次网供暖系统一般分为定流量系统和变流量系统,若循环水泵不变频,电动机始终工频运行,无法随着室外温度的变化而变化,循环水泵流量恒定,极大地浪费电能。当需要对因环境温度变化导致的供暖负荷变化调节循环水泵流量时,常规的控制手段是人为地调节阀门的开度,这样在阀门上就产生了附加损失,使得能量因为阀门的节流而消耗掉了。另外,用阀门调节控制,精度受到限制,不但浪费能源而且加快设备损耗。

如果热力站通过变频控制循环水泵的转速,根据户外温度的变化来自动调整热力站二次网回水温度,实现按需供暖,既能保证供暖用户的室内温度,又能达到节约能源的目的[4]。

2.4 除污器的科学设置

将重复设置的泵入口Y型除污器摘除,与供暖回水系统中安装的除污器并联一根旁通管,或是并联安装两个除污器(一用一备),这样既减少了管网的局部阻力损失,达到节能效果,又便于检修除污器。在检修时将除污器与系统断开,打开旁通管或是备用的除污器,使系统照常运行。

2.5 实时远程监测、即时温度补偿

在供暖过程中只提供一种供暖温度是不合理的。随着室外温度的下降,供暖系统供回水管道上的热损失增加,热用户需要更多的热量防止室内温度下降,这时供暖系统应该提供较高的温度以满足需要;反之,供暖系统则应该提供较低的温度。同时,供暖过程中应该及时掌握热用户室内温度,使用户室内温度保证在18℃±2℃,避免能源浪费。如果供暖系统提供的温度低于16℃,则需要合理的提高出水温度;反之,如果高于20℃,则应该合理降低出水温度。

上述温度调节是通过气候补偿器来自动实现的。气候补偿器的原理是根据室内温度、室外温度和用户端温度的变化,自动控制二次侧电动阀门,调节供水温度,实现系统供水温度的气候补偿。二次侧供水温度主要由室外温度和用户端温度决定,控制系统通过室外温度传感器和远端温度采集器测得室外温度和用户端温度,并根据室外温度、用户端温度和供水温度的对应关系计算出二次侧理论供水温度t1;同时,控制系统通过二次侧供水温度传感器测得实际的二次侧供水温度t2;最后,控制系统吩这两个参数进行比较,若t1＞t2,控制系统发出指令给电动三通阀的执行器,开大供水侧,关小回水侧,直到t1=t2时,电动三通阀停止动作;若t1＜t2,控制系统发出指令给电动三通阀的执行器,开大回水侧,关小供水侧,直到t1=t2时,电动三通阀停止动作。[5]

3 结束语

在高等院校供暖系统的节能优化改造方案中,通过引入平衡阀、增压泵等设备消除或提高热用户的资用压头,能够消除管网的水力失衡隐患,实现供暖热量均衡;通过实行分时分区供暖,能够最大程度的实现校园供暖的节能;通过引入循环泵变频控制技术,能够提高热力站整体运行效率,延长设备使用寿命,降低供暖成本,达到节能降耗的目的;通过引入除污器并联设施的新思路,能够减少供暖系统运行阻力,实现节能和便于检修的双重效果;通过引入自动化控制系统,能够根据实时负荷状况对水泵流量、管网压力、供/回水温度等进行自动调节,全程记录系统的运行数据和故障状况。这些措施的实施,能够有效的提高供暖系统的节能水平,实现校园供暖系统安全、高效、节能地运行,预期可节能20%～25%。这对高等院校缓解资金紧张局面,建设节约型校园大有裨益。

[1] 张文立,黄埔国胜,魏玉焕.优化供热系统构建节约型校园[J].暖通空调,2007(24)：38-39.

[2] 沈小平.供热系统水力失调的综合优化治理[J].山西建筑,2008(13)：204-205.

[3] 赵乃波,王立峰,铁军等.校园供热节能控制系统研究与开发[J].工业控制计算机,2008(2)：31-32.

[4] 吴学斌,王思平,田晓光等.小区换热站节能措施探讨[J].技术交流,2009(7)：57-59.

[5] 李晓鹏.北方营区锅炉供暖节能优化控制系统研究[J].节能,2009(5)：32-34.