节能技术在城市集中供暖中的应用

雷东

【摘 要】城市发展建设日新月异，大量新增的供热面积需要配套建设更多的热源来保障，日益严峻的环境治理要求制约着集中供热热源的发展建设。为兼顾环境保护和解决供热需求，近年来，长输管网超大型集中供热工程的建设，为城市集中供热发展提供了新的解决方案。本文就针对城市集中供暖中节能技术的应用进行了探讨。

【关键词】集中供暖;节能技术;应用

当前在供热系统的运行过程中，节能措施已经成为了供热管理部门工作环节的重中之重，在供热工作领域具有极为重要的作用。不过，现在我国的供热系统中能源消耗仍较为严重，这与国家提倡的绿色节能发展不相符合，也不能很好地适应当前社会的进步和发展需求。因此，相关部门和工作者应制定出可行性高且有效的节能措施，促使供热系统的正常有序和稳定运行，从而有效实现资源能源的优化配置，并最大限度发挥其利用率，更好地顺应时代的发展。

1存在的问题

1.1 管网结构不合理造成水力失调

超大型集中供热系统中继能源站处于热网边界，位置远离热网负荷中心，热网是根据热源项目的调整，由多个小型热网逐步连接成大网的，部分管网尚未按需匹配各区域热负荷。我单位沈阳经济技术开发区热电项目服务范围约900km2，热用户分布范围广，热网涵盖沈阳开发区一期二期，区域内工厂林立密集、热负荷集中且离热源较远，其中管线部分老化，输配管路热源损失较多，形成热网输送瓶颈，管网输送能力相对不足，从客观条件上限制了水力工况改善条件，加大了调节难度，区域内整体性出现资用压差不足的情况，达到相对稳定的水力平衡状态较为困难。

1.2 水力失衡问题引起的热力失调

因为供热管路各段流量、压力不同，将会产生用户室内供热不均问题。究其原因在于以下几点。第一，管网作用压力存在差异，将会产生水力失调问题，从而出现热力失调现象。第二，用户量增加，供热需求随之加大，管网规模进一步扩大，供热系统管道布设面积日益增大，当管网流量控制调节不到位时，很难达到水力平衡条件，从而产生热力失调现象。当出现水力失调现象，不仅会导致用户室内冷热不均，还会造成严重的能源损失。据相关数据显示，在总供热量中，因冷热不均造成的能源损失高达20%左右。

1.3 自控系统不匹配

管网由十个供热单位的子网组成，各子网独立运行，自控系统相对独立，数据互通及系统远程统一操作实现难度大，不利于水力工况的实时比对及统筹规划调整，导致区域性的失衡和流量调整动作缓慢，管网流量调节不能与热负荷需求及时进行合理匹配，直接或间接浪费了能源和影响了供热质量。

2 城市集中供暖中节能技术的应用

2.1 全面水力系统平衡的优化方案

全面水力系统平衡是一项综合性的优化方案，其实施的主要依据在于，任何一项系统都会有静态水力失调与动态水力失调同时存在的状况，而仅仅只解决其中一项并不能解决两大方面问题。所以，全面水力平衡这个优化方案是通过静态与动态两类同步进行调节的，进而保证整个供热系统的水力得到平衡。该方案可以实现相对复杂化的供热系统中的水力平衡调节工作，同时还能从基础和根本上来解决好静态和动态失调的两大问题，总体来说，它能最大限度地节约能源资源的消耗。然而由于这种解决方案投入较大、施工难度偏高，所以适用范围相对有限。除此之外，还可以通过附加阻力的方式来消除供热用户的富余压头，使得富余压头可以得到较好的调节，进而更为有效地解决水力失调这一问题。此技术也可以在一定程度上减少热量浪费，有一定的节能效果。

2.2 相变储热技术

储热技术包括两个方面的要素，其一是热能的转化，它既包括热能与其他形式的能之间的转化，也包括热能在不同物质载体之间的传递;其二是热能的储存，即热能在物质载体上的存在状态，理论上表现为其热力学特征，现在广泛采用的储热方式主要有三种，包括显热储热、潜热储热（也称相变储热）和热化学反应储热。相变材料按物理状态可分为固液相变和固固相变，其过程完全可逆，又以固液相变的应用更多，具体可分为无机、有机和复合相变材料;按温度来分可以分低温、中温和高温材料，常把相变温度为120℃和400℃作为低、中、高温相变储热材料的温度节点。相变材料在相变过程中可吸收或释放大量的热，其主要吸放热量来自相变潜热，而供热系统多采用低温相变材料，使用较多的为醋酸钠、磷酸盐等，这类材料的优点是：熔解热大、导热系数高，相变体积小，价格便宜。相变储热材料具有能量密度高且释热过程稳定等特点，成为了储热技术发展的重点方向。因为相变材料的温度在不断升高过程中，当达到相变点其物理状态发生改变时有大量的相变潜热被释放或者吸收，其温度在相变结束前几乎不发生改变，与常规供热方式有一定的衔接契合点。随着供热设施老旧导致故障频发，而换热站空间有限，管网运行压力高，必须采取闭式循环。因此，供热公司急需一种安全、清洁、经济的辅助能源提高供热系统保障性，相变储热系统正适应了这种需要。

2.3 应用分布式变频加压技术

（1）适应管网热负荷的变化能力强由于站内回水加压泵功率小、扬程低、频率可根据热负荷与热网匹配需求在一定范围内灵活调整，安装及调换也比较方便，所以分布式变频泵方式适应热网变化的能力远胜于传统的供热方式。（2）降低管网管道公称压力，减少管网建设投资采用一般的阀门调节的方法时，主循环泵须满足系统最不利用户资用压头的要求，采用分布式变频泵系统时，主循环泵只需提供系统循环的部分动力，其余动力由各热力站的回水加压泵进行调节，这使得主循环泵的扬程降低，管网总供水压力降低。管道的公称压力相应降低，也使得管网建设的投资下降。（3）增加管网输送效率，降低管网输送能耗采用一般阀门调节的方法时，为了满足系统最末端用户的资用压头要求，近端不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉，截流损失很大，输送效率低下。采用分布式变频泵系统时，热力站采用回水加压变频泵进行调节，热源主循环泵及分布式变频回水加压泵各自为热网提供部分循环动力，能够降低阀门截流消耗的能量，减少热媒输送过程中的无效电耗，直接节省了能源的消耗，这种系统的综合动力输送效率较高。结合相关历史数据和测算，采用分布式变频加压技術后，节能率可达10%至50%。同时主循环泵的扬程及电机功率都有所降低，运行更为安全，还可以延长系统的使用寿命，降低了设备损耗，直接降低了运行成本。

3 结束语

以现今的管网情况和调控手段，必然出现不同程度的水力失调。本文通过研究分布式变频加压技术与泵阀联控技术，将理论分析与实际数据相结合，确定一个安全经济的优化运行方案，并在运行期参照研究成果对水力工况实施动态调节，实现流量科学分配，快速准确达到水力平衡、热量按需分配的运行状态，进而从整体上提升供热质量，改善全网用户的供热效果。

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（作者单位：沈阳经济技术开发区热电有限公司）