既有建筑供暖系统热源及管网节能改造探讨

■张天寿 ■山西二建集团有限公司，山西 太原 030006

目前我国既有建筑供暖系统设施老化，锅炉运行效率及室外管网输送效率低，造成能源的巨大浪费。随着国家节约能源法规的实施，为了实现节能65%新的节能目标，通过运用有效的节能改造技术措施，加强围护结构的保温性和门窗的气密性，以及提高锅炉的运行效率和供暖管网输送效率来实现。

1 既有建筑改造前供暖系统热源及管网基本情况及存在的问题

既有建筑供暖系统由室外集中供暖系统和楼内供暖系统组成。集中供暖系统采用由分散锅炉房、小区锅炉房和城市热网等热源，通过供暖管网向建筑物供热的采暖方式。集中供热系统的锅炉多采用链条炉排，燃煤主要为混煤，着火条件差，炉膛温度不高，燃烧不充分，炉渣含碳量较高，锅炉热效率偏低。锅炉房或热力站没有装设必要的检测仪表，计量仪表与能源调节和控制装置，不能及时根据室内外情况调节出力，造成很大的浪费。集中供热系统的一次水系统和二次水系统大多采用大流量小温差的运行方式。致使循环水泵电耗急剧增加50%以上、换热站内热交换设备增加、管网输送能力下降严重。一是受热源的限制不能提高供水温度，二主要是因为热媒输配系统因缺少必要的调节设施，为保证不利用户达到采暖温度而采取的措施，造成系统水力失调非常严重，部分用户过量供热，造成能源的巨大浪费。室外供热系统普遍为直联系统，不分采暖用户的类型和功能均统一全天供热，造成不必要的浪费。目前老旧热水管网大多采用地沟敷设，跑冒滴漏严重，地沟供热管道的保温层损坏严重以及地沟积水而造成大幅度热损失。

2 供暖热源及管网技术改造措施

实现节能目标中重要的一个手段就是提高锅炉的的运行效率和提高管网的输送效率。既有建筑采暖系统改造后，在供热系统末端安装了温控阀等调节器件后，供热系统末端动态的调节必然会给整个供热系统带来异常波动，直接影响系统的稳定性，如热源系统不能与之相适应，将影响系统各环节，特别是末端散热设备调节的有效性。因此要采取可靠的供热管网控制技术，对外网及热源进行相应的改造控制，以适应室内动态控制的需要，提高供暖质量。以自动化控制和网络通讯技术为基础，以热源(锅炉)、管网和用户作为整体控制对象，通过供热系统控制与管理平台对整个供热系统进行优化控制与管理，达到“按需供热”目的。保证供热系统运行的稳定性和安全性，显著地提高系统供热效率。

2.1 热源的改造控制

将小型分散锅炉房改造成热电联产或集中锅炉房，可大大提高供热效率和锅炉的工作效率，环境污染也可以得到改善。集中供热锅炉安装热工仪表，掌握系统的实际运行情况，采用计算机控制燃烧过程，根据负荷状况，对锅炉蒸汽压力、排烟温度、煤量、流量、烟气含氧量炉膛温度进行综合分析和优化调整，以达到自动化操作的效果。采用分层燃烧以及型煤技术对粉末含量高的燃煤在入料口先通过分层装置进行筛分，使小颗粒及粉末煤送入炉前型煤装置压成核桃大小形状的煤块，然后送入炉排，大颗粒煤直接落至炉排上，通过提高煤层的透气性以及充分燃烧性，使锅炉热效率提高和减少了环境的污染。利用气候补偿器，根据室外气温与回水温度，随时自动调节供水水温，简单准确实现动态质调节，避免供热过度或不足，实现供热系统的稳定。随着一次能源日趋大量的消耗，使人们越来越深刻的认识到寻找城市供热替代能源的重要性和迫切性。积极开发利用可再生新型能源，加大力度推广太阳能采暖、太阳能与浅层地能耦合利用以及工业余热利用等新能源利用技术，以适应城市的环保、节能等诸多方面的要求。

2.2 水泵的改造控制

采暖系统的循环水泵应同建筑热负荷相匹配，以保证水泵流量适应建筑热负荷的变化。当热用户为变流量系统时，循环水泵应设置变频调速装置;当热用户为定流量系统时，可采用分阶段变流量的集中质调节方式。系统定压采用变频调速的补水定压方式，既能使系统运行稳定，又节约能源。水泵采用变频调速技术，可以动态调节流量、扬程，节约电能消耗30%以上。水泵变速装置通常有液力耦合器和变频器两种。液力耦合器变速范围小、效率不高，但维护方便而且投资费用少。采用变频器效率高效、调速范围较大，但管理比较复杂而且投资费用高。但不论采用何种调速设备还是需要更换风机或水泵，应根据具体情况经技术、经济比较后确定。

2.3 热力站改装控制

热力站应安装监控系统实时控制和调节热用户的热量。当一、二次供热系统均为质调节、流量不变时，应根据二次供热系统的供回水温度控制一次供热系统的供水手动调节阀或自力式调节阀。另外一次系统因通过各个热力站的供水量得不到较好控制而造成的水力失调严重和造成能源浪费。故应在热力站入口装设流量控制设施来解决一次供热系统水力失调问题。供热系统采用定流量质调节运行方式时应装设自力式流量控制器，采用的变流量调节的系统应装压差控制器。

2.4 供热管网改造控制

积极推广供热管道无补偿直埋技术，大大降低投资和运行费用，热水管道无补偿直埋技术在国内已趋于成熟。无补偿直埋敷设与地沟敷设比较，在保温性能，初投资，施工条件，维护工作量及日常运行费上均有较大优势，采用导热系数极小的聚氨酯硬质泡沫塑料保温，热损失大大降低。施工时应使用符合产品标准的预制保温管和管件，并确保工程设计和施工的质量。另外供热系统非采暖期放水后空气进入管道而造成管内壁腐蚀，所以供热系统应积极推广夏季管道充水保护技术，在停暖检修后及时充满符合标准要求的水，既能省去下一采暖期管道运行时的充水准备时间，又能防止管道受损，延长管道使用寿命。

2.5 水力系统稳定性控制

水力系统稳定性是实现供热系统动态调节的关键问题之一。供热末端(温控阀)的动态调节对系统集中控制产生影响，使锅炉水泵的工况、出力、效率等受到影响，同时也影响到其它末端设备工况产生噪音。设计中应对供热系统进行水力平衡计算确保各环路水量符合设计要求。在室外各环路及建筑入口采暖回水管路上安装水力平衡元件，如:平衡阀、自力式压差控制阀、自力式流量控制阀，并进行水力平衡调试。另外，通过热力站或三通混水阀将室外供热系统分成独立的系统，实现独立控制分片、分时供热的可能。当管网与用户均为定流量系统且管网较大或用户所需压差较大时应使静态平衡阀;当管网及用户均为变流量系统时，入口设自力式压差控制阀;当管网为变流量，个别用户为定流量系统时设自力式流量控制阀;当管网为定流量，个别用户为变流量系统时，应在入口处设自力式压差旁通阀或电动三通阀。

3 结语

供热系统是由热源、管网、用户组成的一个综合性集成系统，为了提高供热系统的热效率，使热生产、配送、分配、使用都处在科学有序的状态下，除了要采取可靠的供热管网控制技术，对外网及热源进行相应的改造控制，以适应室内动态控制的需要外，还需要建立和供热系统相匹配的智能控制系统。以自动化控制和网络通讯技术为基础，以热源(锅炉)、管网和用户作为整体控制对象，帮助供热管理人员通过系统的运行工况来选择最佳的运行方式，通过供热系统控制与管理平台对整个供热系统进行优化控制与管理，达到“按需供热”目的，保证供热系统安全及节约能源。

［1］徐伟，黄维，邹瑜.供热系统按户计量技术的进展与评述.空调节能资料大全，2004.

［2］GB50176-93《民用建筑热工设计规范》.