集中供热系统的节能分析和优化设计

孔 德 辰

(太原市热力公司城南供暖分公司，山西 太原 030006)



集中供热系统的节能分析和优化设计

孔 德 辰

(太原市热力公司城南供暖分公司，山西 太原 030006)

结合太原市集中供热的现状，分析了城区中某些老旧小区建筑物室内温度偏低的原因，并从确定实际供暖热负荷、实现供热管网内动态水力平衡、调整换热站供热温度等方面，阐述了相应的改进措施，使集中供热系统更节能、高效、环保。

集中供热，管网，节能，换热站

太原市供暖气候条件属于寒冷地区，冬季室外采暖设计温度为-11 ℃；主城区已全部实现集中供热，每年供暖时间为11月1日至次年3月31日；5个月的时间供暖总能耗占城市全年总能耗的比重很大，供热系统的能耗降低，将在绿化环境和节能减排方面做出巨大贡献。

在城区新建商业和住宅项目中，建筑物体形系数的限制、围护结构保温措施的改善、门窗气密性的提高、建筑群整体布局规划的完善和建筑物从朝向、间距、形体上受到太阳辐射面积和日照时间的优化，使新建项目建筑物单体的能耗已经满足节能需求，并且大部分建筑物室内温度高于22 ℃，甚至有些高层住宅项目中间层因为室温超过30 ℃需要关闭供暖阀门并且打开门窗来降低室温；但城区中与之形成鲜明反差的老旧小区建筑物室内温度无法达到基本供热要求，有的还不到14 ℃甚至更低。造成这种现象的原因笔者认为主要为水力失调和管网老化：其中管网老化需要供热公司在供暖季到来前及时修复和更换管道；集中供热管网水力失调现象普遍存在于一次网和二次管网内，并且在集中供热系统的热源总量没有增加的情况下，新建项目和改造项目使水力失调现象进一步加剧，造成能源的浪费。笔者认为需从以下三方面来实现供热系统运行期的节能。

1)确定建筑物的实际供暖热负荷；计算负荷参数来源见表1。

表1 计算负荷参数来源

建筑物单体热负荷在工程设计阶段有两种方法确定：一种为热负荷指标法，另一种根据围护结构的传热系数，建筑物内部产热量和冷风渗透量来确定，前者是由“三北地区”实测资料实验而来，地域跨度大，指向性差，总热负荷比后者高出0.5倍～0.8倍[1]，实际中第二种方法更加准确，有针对性，可作为管网选型的基础数据使用。

根据围护结构计算建筑物采暖热负荷主要由以下几个方面组成：

a.建筑物基本耗热量Qj：Qj=KF(tn-tw)α；

b.建筑物附加耗热量Q1：Q1=Qj(1+βch+βf+βli+βm)(1+βfg)(1+βj);

c.通过外窗渗透冷风耗热量Q2：Q2=0.28cpρ(tn-tw)V;

d.通过外门开启耗热量Q3：Q3=Qj×βkq。

建筑物采暖热负荷经计算后汇总确定，并考虑建筑物朝向，层高等多种因素的影响，对建筑物采暖总热负荷进行适当调整；新入网的小区在第一年供暖季开始供热后，当地集中供热公司应实际入户考察小区供热情况，确定管网选型是否满足或者超过实际用热需求，为供暖系统运行实行动态调整提供数据依据。

2)通过对集中供热管网整体设置自力式压差控制阀实现供暖季管网内动态水力平衡；集中供热系统中的水力失调现象主要体现为水力运行工况失衡，流量分配不均，造成部分供热区域温度过低；如果只是通过增加流量和提高水泵扬程的方式来解决[1]，无法从根本上解决水力失衡的问题，甚至引起管道超压、倒空、气化的危险；笔者认为解决水力失衡的有效方案之一便是整体规划和设计供热管网，在小区建筑物管网入口处添加自力式压差控制阀，将动态水力失调通过自力式压差控制阀转化为静态水力平衡状态，实现水力平衡。

自力式压差控制阀主要由一个自动平衡阀和一个手动调节阀组成，设定好流量后，通过自动平衡阀控制节流后压力与出口压力的差值不变，通过手动调节阀控制阀体开度，实现消除采暖系统富裕压头的作用；供热系统中采用自力式压差控制阀来进行水力平衡的调节，必然会增加热力施工的建造成本，但从投资收益的角度分析：在供暖期自力式压差控制阀在节电，节煤，节水方面都能带来很好的节能效益；并且热力管网达到水力平衡后，不仅能有效改善管网运行情况，还可以提高热用户的室内温度，满足热用户的需求，减少用户投诉，提高热用户的满意度。

实际施工时，由于采暖系统设计软件存在局限性，并且受到实际施工质量的影响，集中供热管网投入使用初期，需要实际检验供热管网的水力工况，并且对自力式压差控制阀进行微调。

3)根据居住建筑与商业类建筑负荷峰值差异，调整换热站供热温度；城区的集中供热已经实现，并且在节能和环保方面也发挥出应有的作用；集中供热系统由于供热面积大，造成供暖区域内建筑物功能的多样性，实际供热中，考虑是否可以根据建筑物功能，实现模块化供热。

集中供热一般由热源，一次供热管网，换热站，二次供热管网和热用户组成；现在太原市热力公司正在建设三级供热系统，虽然还在试行阶段，但已经在国际上取得技术的认可和肯定；三级供热系统比二级供热系统所带面积更大，热网区域内热用户更多，热力交换所需要的时间也更长，因此对于热力管网稳定性要求更高；如果天气改变或者其他外界原因影响，需要临时调整供热温度，供热管网的热交换时间的增加，管网内的水无法及时调整，很容易造成能源的浪费，降低用户体验和能源的浪费。笔者认为三级供暖系统所带区域极大，需要借鉴模块化系统的优势来调整供暖策略，换热站后二次网管线按建筑物功能划分开，比如住宅类建筑白天负荷低，夜间负荷高；商业类建筑(除医院、旅馆等夜间开放的建筑外，下同)恰恰相反，一般白天负荷较高，夜间热负荷低；供暖需求峰值不同，换热站供热温度可根据功能调整供水温度，如果将多种功能建筑由同一条管网供热，将造成能源的浪费；供热公司一般根据日照和气温的变化，在白天供热温度低，夜间供热温度高；供水温度白天满足商业类建筑升温，夜晚由于同一管线内住宅建筑而供热升温，而商业类建筑此时热负荷很低，而且商业类建筑一般都采用空调采暖，夜间如果供水温度很高，为了防止供热系统管道内压力过高，只能在夜间被迫的情况下开启空调散热，以防止管道因为高温高压爆管，造成电能和热能的双重浪费。换热站采用模块化供暖管网设计时，可根据峰值不同分别调整供热温度，白天降低对住宅类建筑的供水温度，升高商业类建筑的供水温度，夜晚升高住宅类建筑的供水温度，降低商业类建筑的供水温度，可有效实现错峰填谷，提高集中供暖系统的供热效率。

模块化供暖系统，从现在的技术和费用角度来看，是一种半理想化的系统状态，实际中由于各种因素的限制，往往无法根据建筑物的功能实现，但笔者在这里建议热力公司在换热站设计时，将建筑物功能作为一种考虑标准，对商业类建筑与住宅类建筑分别调控，更好的实现供暖系统的节能。

供热系统作为耗能大户，在环境问题日益突出的今天，节能减排势在必行；采暖系统的设计者首先需要确定建筑物实际负荷，因为热负荷是供热管网选型的基础；只有在正确数据的基础上，才能做出最节能高效的选型；供暖系统的水力工况决定供暖系统的稳定和末端热用户体验，采用自立式平衡阀可有效实现水利平衡；最后就是要根据建筑物功能和天气变化等综合条件来确定供热温度变化，而不仅仅是室外温度单一变量。通过在集中供暖运行中各个环节的把控，才能使集中供热系统更节能、更高效、更环保。

[1] 李德英.建筑节能技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2] 贺 平，王 飞.供热工程[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

Energy saving analysis and optimal design of central heating system

Kong Dechen

(Taiyuan Thermal Power Corporation Chengnan Heating Branch Company, Taiyuan 030006, China)

Combining with central heating status of Taiyuan city, the thesis analyzes low indoor temperature cause of the old community building, and describes corresponding improving measures from aspects of determining actual heating load, realizing dynamic water stress balance of the internal heating pipe network, and adjusting heating temperature of the heat-exchange station, so as to make the central heating system more energy saving, high efficient and environment protection.

central heating, pipe network, energy saving, heat-exchange station

1009-6825(2017)08-0189-02

2017-01-05

孔德辰(1989- )，女，助理工程师

TU995

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