张家口某小区供热系统节能改造分析

许慧萱 张宏喜 刘 洋 刘聪聪 牛金花 刘帅帅

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 引 言

我国是一个消耗能源的大国，尤其是每年冬季，北方采暖时期的能源消耗量占国家年能源消耗量的2/3.由于运行方式不合理，供暖系统耗能量大，能源有效利用率低，对环境污染严重[1].2018年10月国家重新修订了《中华人民共和国节约能源法》[2]，深化了节约能源的具体要求完善了相关法律，依据国家出台的节能减排发展战略.在供热管网改造的过程中须以节能为设计和施工的原则将供热资源不断整合，系统不断优化，实现城市现代化建设和供热设施节能改造步伐的加快，促进能源利用效率和供热保障能力的提高[3-5].

1 基本概况

此小区位于张家口市经济开发区沙岭子镇，小区建筑面积为33046.21 m2，实供建筑面积为32840 m2.住宅属于民用建筑，室外庭院管网采用直埋敷设，室内采暖形式为散热器.

小区于2016年改造为集中供暖，换热站采用补水定压采用变频式补水泵定压，软化水采用全自动软水器制取.采暖系统定压范围0.22-0.27 MPa,安全阀起爆压力0.37 MPa.换热站内设备参数如表1所示：

表1 设备参数

2 供热系统节能改造

2.1 改造原因

张家口属于北方严寒地区，采暖期累积151天，在实地走访、调查中发现，原庭院管网漏水现象严重，热量在输送过程中散失严重，造成大量热水的浪费，导致补水量偏高，但是热量较少，造成能源的浪费；由于管网漏水致使管网保温层吸水严重，影响保温效果，并且管网使用时间较长，保温层有严重的腐蚀现象，会造成热量损失.通过走访调查，居民普遍反映冬季供暖季室内温度较低，舒适性差，为了响应国家节省能源的号召和提高热用户冬季室内供暖温度和舒适度，对本小区的庭院管网进行改造，主要改造项目是完善保温层，更换不合适管径，增加阀门等.

2.2 改造项目及费用

对此小区的供热管网的改造主要是更换部分不合格管径，完善保温层，更换漏水管径，供热管道保温层采用聚氨酯保温，聚乙烯保护外壳，管道焊接部分有泡沫胶包裹，热力站进出口井供、回水管道上装有一个截止阀，一个放气阀，单元井中供水管道上装有一个截止阀和一个泄水阀，回水管道上装有两个截止阀、一个过滤器和一个泄水阀.管道费用、阀门费用以及人工费用总计供3.58万元.

3 改造效果

3.1 改造前后管网节能诊断

3.1.1 补水率

以一个供暖季(151天)为检测期间，根据《居住建筑节能检测标准》规定[6]，采暖系统补水率不应大于0.5%.

补水率计算公式如式1所示：

(1)

式中：Rmu——供热系统补水率

Gmu——检测持续时间内系统的总补水量(t)

Gwt——检测持续时间内系统的设计循环水量的累积值(t)

改造前

改造前检测到检测期间内系统的总补水量为2125.97 t,检测供暖期内系统的设计循环水量的累积值：

Gwt=96.17×24×151=348520.08t

因此，改造前采暖系统的补水率为：

改造后

改造后检测到检测期间内系统的总补水量为1349.40 t,检测供暖期内系统的设计循环水量的累积值：

Gwt=74.47×24×151=269879.28t

因此，改造前采暖系统的补水率为：

根据对供热系统补水率的计算和整理，分析得改造前的补水率为0.61%，不符合相关规定，改造后的补水率为0.5%，符合相关规定，通过更换庭院管网，极大地改善了管网漏水的现象，因此，在供暖季期间，补水量减少，热损失减少，节省了能源，符合国家相关规定.

3.1.2 室外管网输送效率

以一个供暖季(151天)为检测期间，根据《居住建筑节能检测标准》规定[6]，室外管网的输送效率不应小于90%.

室外管网输送效率计算公式如式2所示：

(2)

式中：η——室外供热管网输送效率，%

∑Qy——检测期间各用户供热量之和，GJ

Q——检测期间换热站输出热量，GJ

改造前

改造前检测到检测期间各用户供热量之和为14596.93 GJ，检测期间总输出热量为18238.68 GJ.

因此，改造前室外管网输送效率为：

改造后

改造后检测到检测期间各用户供热量之和为15459.47 GJ，检测期间总输出热量为16446.25 GJ.

因此，改造后室外管网输送效率为：

综上所述，改造前总输出热量大于改造后的总输出热量，但是检测到的各用户的供热量比改造后地少，不仅提高了各热用户的供热量，而且降低了总输出热量，节省了能源，达到了及节能减排的效果.

3.1.3 耗电输热比

采暖系统耗电输热比(EHRa,e)应满足式3：

(3)

式中：EHRa,e——采暖系统耗电输热比；

L——室外管网主干线(从采暖管道进出热源机房外墙处算起，至最不利环路末端热用户热力入口止)包括供回水管道的总长度(m)，260.06×2米；

a——系数，其取值如表2所示

表2 系数a取值范围

此小区的采暖系统耗电输热比的取值范围应为：

耗电输热比计算公式如式4所示：

(4)

式中：Q——每小时供热量(KW)；

N——每小时输电量(KW);

改造前

根据公式4可知，每小时的输电量为307.53 kw·h，每小时的供热量48814.28 kw.

改造前的耗电输热比：

改造后

根据公式4可知，每小时的输电量为289.76 kw·h，每小时的用热量为52565.8 KW.

改造后的耗电输热比：

一般情况下，常见的不均匀荷载方式是由单向混合交通产生的，也就是车辆在行驶的过程中，导致的荷载停留时间过长、车辆速度过快、车辆载重过高等问题产生的，相关研究资料表明，当行车荷载停留时间过长，则会在一定的范围内引起路基路面的荷载作用，从而导致路段出现下沉以及发生错台现象。而针对填充材料失效问题，若沥青路面处于高温条件影响下，沥青路面材料会产生膨胀现象，同时当温度达到巅峰值后，填充材料会从连接缝中溢出；同时在气温下降之后，沥青路面收缩速度就会加快，此时填充物就会被挤出，进而形成空隙，若雨水侵入其中则会对路面层结构、路基基层结构产生破坏，导致整体路面出现变形现象。

综上所述，管网改造前的耗电输热比为0.0063，不符合相关规定，改造后的耗电输热比为0.0055，符合规范要求.

3.1.4 水力不平衡率

根据相关标准规定[6]，管网的水力不平衡率不应大于15%，在对此小区以每栋楼为单位进行水力平衡率的计算.

根据流量和选择好的管径，可计算出各管段的压力损失，可计算出各管段的压力损失P，按已经算出的各管段压力损失，进行各并联环路间的压力平衡计算.

水力不平衡率的计算公式如式5所示：

(5)

式中：∑Δp1——第一环路总压力损失，Pa

∑Δp2——第二环路总压力损失，Pa

根据对此小区进行水力不平衡率计算可知，改造前的管网水力不平衡率在20%-30%左右，水力不平衡率最大为29.8%，最小为22.3%，不符合相关规定；改造后的庭院管网的水力不平衡率在10%-15%左右，水力不平衡率最大为15.2%，最小为10.6%，符合相关规定.

3.2 室内温度

在供暖系统改造前，温度较高的大部分家庭处于庭院管网的前端，热量比较充足道改造前的室内温度，数据整理如图1所示，在供暖系统改造前，供暖期间大部分家庭的室内温度为20-21 ℃，室内温度为23-25 ℃的家庭仅占20%，且室内温度，而处于管网末端的家庭室内温度往往不超过21 ℃.

在改造了供暖系统以后，供暖期间大部分家庭的室内温度为23 ℃-25 ℃，室内温度为23 ℃-25 ℃

表3 系统改造前后热用户室内温度分布

的家庭占70%，位于庭院管网前端的部分家庭的室内温度甚至可能达到26 ℃，而室内温度为18 ℃-20 ℃的家庭仅占调查家庭的5%.且据反映热量损耗主要是围护结构外保温和门窗的冷风渗入量较大造成的.处于管网末端围护结构保温较好的热用户温度也会达到23-24 ℃.供热系统改造前后热用户室内温度分布如表3所示，改造前后室内温度对比如图1所示.

图1 改造前后室内温度对比

图2 改造前后室内舒适度对比

3.3 供热满意度

管道改造前的室内舒适度，在供暖系统改造前，有114户热用户认为室内的舒适度极差或者极不舒适，有108户热用户认为供暖期间室内的舒适度较差或者较不舒适，认为不舒适的热用户占73%，53户热用户认为室内比较舒适，仅有25户热用户认为供暖期间室内舒适.

管道改造后的室内舒适度，在供暖系统改造后，有14户热用户认为室内的舒适度极差或者极不舒适，有34户热用户认为供暖期间室内的舒适度较差或者较不舒适，认为不舒适的热用户仅占16%，89户热用户认为室内比较舒适，有163户热用户认为供暖期间室内舒适，认为舒适的热用户占84%.改造前后热用户对室内供热满意度对比如图2所示.

3.4 能源消耗

3.4.1 耗电量及其费用

(1)改造前.

改造前的耗电量为56557.92 KW·h，单价为0.8元/KW·h，因此，改造前的的费用为：

费用=56557.92×0.8=4.52万元

(2)改造后.

改造后的耗电量为45838.9 KW·h，单价为0.8元/KW·h，因此，改造前的的费用为：

费用=45838.9×0.8=3.67万元

因此，改造前后共节省电费0.86万元.

3.4.2 耗水量及其费用

(1)改造前.

改造前的耗水量为35.06万吨，单价为5元/吨，因此，改造前的的费用为：

费用=35.06×10000×5=175.31万元

(2)改造后.

改造后的耗水量为27.12万吨，单价为5元/吨，因此，改造前的的费用为：

费用=27.12×10000×5=135.60万元

因此，改造前后共节省水费39.7万元.

改造前后的总费用对比如表3所示：

表3 改造前后总费用对比

4 结 论

通过对供热管网系统实施全面的节能改造，管网水力平衡率保持在相关标准要求范围内，解决了供热系统冷热不均的问题，管道的密闭性和保温得到了大幅改善，解决了管网漏水和热量损失严重造成的能源的大量浪费，是热用户的室内温度整体达到要求的室内温度.使供热系统用能过程整体优化，达到大幅的节能减排的目的.实现了以提升热用户的满意度为目标的，以节能减排为原则，供热管网系统的节能性和持续性的发展.

供热系统改造前后能源节约十分显著，改造前用水35.06万吨，用电5655.792 kw·h，费用为179.83万元，改造后用水27.12万吨，用电45838.9 kw·h，费用为139.27万元，改造前后共节省费用40.56万元.

供热系统的节能改造带来了巨大的环境效益、节能效益及社会效益，对张家口市经济的可持续发展具有重要意义.