“双碳”目标下市政供热的节能设计

董硕

（青岛能源热电集团有限公司，山东青岛 266000）

习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上首次提出实现“碳达峰、碳中和”的目标。国家鼓励低碳经济的发展，为实现低碳目标，无论是生产还是生活中的一切高碳产品和工艺都应该日渐被淘汰，通过节能设计理念的应用形成崭新的生产模式，力争节能减排目标的实现。在城市现代化的发展趋势下，市政供热改造工作日渐完成，改造的目的除了要满足人们的采暖需求，还要淘汰原来高能耗的供热系统，实现新能源的利用。很多城市的市政供热节能改造取得了一定的成效，但部分城市在供热方面还存在着节能方面的问题，未来需加大节能方面的研究。

1.市政供热系统节能的问题

1.1 集中供热系统运行热效率偏低

新时期的市政供热系统突破了原先的技术限制，采用了崭新的系统，尽管如此，新型供热系统在投入使用以后也会出现能耗过高的问题，比如，系统运行时的热效率偏低，造成了能源的浪费。根据已有的有关数据显示，我国有很多的民用建筑，供热系统运行效率不符合国家标准，集中供热系统的运行效率偏低。造成供热系统运行效率偏低的直接原因往往是系统设计方面的问题所导致，随着市政供热改造的进行，几乎都以天然气或者电能为动力，当供热系统存在设计缺陷时可能会导致能源的浪费。

1.2 供热管网输送效率低

就市政供热来看，为保障供热的充分性和全面性，往往对于供热管网建设有着较高的要求，只有保障了供热管网的输送效率才可降低供热过程中的热能消耗。但就很多城市的市政供热系统运行情况来看，供热管网的输送效率偏低，阻碍了节能目标的实现。就当下市政供热管网建设现状来看，关于供热管网的输送效率有明确的计算公式，在输送过程中任何一个参数达不到要求，都会导致输送效率达不到要求[1]。就现阶段供热管网输送效率偏低的情况来看，多数是由供热管网本身的结构不合理所导致，这一方面的问题导致在供热过程中存在一定的热保温损失、水力失调。

1.3 冷热不均，浪费能源

近年来，关于市政集中供热，单向顺流的方式较为常用，此方式指的是热源在一个固定的方向陆续传输到每个住户家中，虽然这种方式可以满足居民的供热需求，但由于这一方式的特殊性，长期使用时可能会发生冷热不均的问题，而一旦无法保持冷热的均匀性，必然同步伴随着能源的消耗。供热的冷热不均多是因为住户与热源的距离偏差所导致，也有可能是因为供暖设备老化，或者同一栋的个别住户，存在私自增减暖气片、将暖气供暖转为地暖或者房屋长期闲置的情况所引起。

2.“双碳”目标下市政供热的节能设计

2.1 确保供暖系统水力平衡

为有效降低在市政供热系统运行中的能源消耗，在实际的工作进行中要尽可能保障供暖系统的水力平衡，只有达到了这一平衡条件，才可使得集中供热系统维持在稳定的运行状态下。在开展节能设计时，有关设计人员要考虑水力平衡的条件，开展有针对性的设计，具体的设计工作进行中可根据途径的差异将平衡方式细分为动态平衡和静态平衡。一旦在设计环节中出现了设计缺陷，可能会导致供热过程中发生温度不均的情况，在一些住宅中的温度偏高，而部分住宅的温度偏低，难以保障最佳的供热效果[2]。针对这一方面问题，为实现水力平衡设计，如果为静态水力可增加平衡阀，而在动态水力部分则需要增加自力式压差阀。

2.2 住宅分户温度调控

就当前我国各个城市的供热情况来看，绝大多数都实现了集中供热。集中供热方式下，为降低能源浪费，实现节能减排，达到碳中和目标，对分户温度的调节和控制是极为重要的，具体的调节工作中应依据每个供热区域内住宅对于热量的需求进行有针对性的调节，实现热量的合理分配。在分户温度的调控方面，为保障调节效率，在市政供热系统内需配备恒温控制阀，并将此阀门规范安装于散热管线的恰当位置，热力公司在供热系统的运行过程中，能够对其服务范围内的各个住宅的供热情况、水量等加以实时监控，也就可以开展对应的调节，这种调节方式下，可以大大减少供热过程中不必要的热能损失。如果能够在满足供热需求的前提下适当减小水泵功率，所获得的节能效果是十分理想的。分户温度调控方面，最为常用的方式就是在供热系统靠近入口的部位，增设电动温度阀。

2.3 住宅分户热计量

在市政供热系统的运行中，分户热计量也是影响供热系统节能的一个关键性因素，为达到良好的节能目标，要重视分户热计量工作的进行。市政供热系统中，分户热计量是其中的重点组成部分，不仅仅是集中供热期间各个住宅热能分配的参考，供热企业也需要根据这一数值来对热能进行科学调节与控制，通过分户热计量可以在很大程度上减小热能损失，从这一角度来分析，节能效果是相对明显的。但是，集中供热住宅中并不全部适宜采用分户热计量的方式，特别是对于一些刚建成并投入使用的住宅来说，对于新住宅一般可通过楼道中的专用表配置来实现。

2.4 共用立管分户独立系统

就现阶段的市政供热情况来看，在很多的住宅小区内，都采用的是共用立管分户独立供暖系统的方式，在这种系统设计方式下，每个住宅小区的供热控制更为灵活。结合小区情况的调查，可通过采用共用立管分户独立系统来进行供热调节，即使在这一小区中存在一些不交供暖费的住户也能够即时将供热切断，不会影响其他住户的供热，再加上系统的集成性明显，也就符合节能减排的设计要求。但在小区中的共用立管分户独立系统设计，导致供热系统的建设成本相对偏高，且部分立管布设在地下，给后续的维修工作带来了一定的难题。

2.5 自动化节能减排技术

2.5.1 楼宇调控技术

信息时代到来后，市政供热中的节能设计可通过自动化技术来实现，特别是对一些楼宇建筑来说，可通过楼宇调控技术来进行自动调节。在楼宇调控技术应用后，可构建自动调控系统，在市政供热过程中，由自动化模块来进行供热调节，这种自动调节的模式下，调节效率高且更为科学，节能效果显著。楼宇调控技术在供热节能中的应用，需使用水力平衡阀、电磁调节阀、温度采集面板、集中控制箱，经由现场设置屏与操作站的协作，可预设楼宇内部的运行模式，在后期的运行阶段，自动化模块可对楼栋内温度采集面板所采集到的热量信息、预设数据加以比较，在得到了对比分析结果以后再进行有针对性的调节。比如通过物联网调节阀对楼栋单元末端回水温度进行自动调节，从而合理分配流量，实现末端用户的热力平衡。同时采集用户室内温度，对回水温度的设定合理性进行评估和微调，从而达到节能目标。

2.5.2 供热管网分层管控技术

“双碳”目标下的市政供热节能设计中，分层管控技术也属于自动化技术，但此技术的应用过程中，需结合供热特点进行热量管理体系的科学分层，就当下的市政供热体系来看，一般都划分为3层，第一层为热力站管理，在这一层的调节和控制上，由专业的管理人员对相应的数据信息加以全面收集，并通过实时监控及时识别和发现其中的异常数据，并对这些异常数据进行相应的处理，快速完成数据传输。调控中心设置有计算机系统，该系统能够对相关数据开展专业化处理，并根据处理结果发布有关的调控指令，使得供热系统可以依据热量需求来进行分配，这种调控模式下供热的效率得以提高。第二层为众多监控分站，而且每一监控分站均需对规定范围内的供热中继站具体运作与供热状况实行监督管理。最后一层管理体系为中控室，其管理流程为：下位机负责控制指令的接收，在指令接收过程中，由监控分站来转发指令，这种指令接收方式可保持下位机的安全运行。下位机采取的是PLC控制器的调节方式，控制器兼具信号测量、操作控制和异常预警的功能。

2.6 热网设计

2.6.1 供热管网热负荷的确定

市政供热要实现节能目标，同样需重视热网设计，但为保障热网设计的合理性，需在前期的设计工作中开展大量的调研，在这些调研工作基础上，确定供热管网的热负荷。供热管网热负荷确定方面，需注意以下几个要点：计算全年热负荷参数，随后获得平均热指标、全年热负荷数据，发布关于此供热区域内的年度供热负荷延时曲线图。分析远期和近期的热负荷变化规律，在此基础上确定供热管网的管径，并选择特定型号的循环水泵。

2.6.2 热网系统形式设计

热网形式同样会影响到市政供热的节能水平，在开展节能设计的过程中，有关设计人员需根据市政供热的节能要求对比多种热网形式的优缺点，从中选择最符合经济性、节能性、技术性的形式。在选择管网系统时，需遵循安全性、经济性和可靠性的要求，处理好不同原则之间的协调关系。传统的热网设计过程中，很多都采用的是单热源枝状管网形式，这种管网形式下，虽然是管网建设的成本较少，施工时间消耗也短，但是在运行过程中却存在着较大的能源消耗。在人们环保意识日渐增强，技术不断进步的过程中，传统的这种管网设计形式逐步被环状网所取代，通过环状管网的设计可长时间保持热网的平衡状态，减少热力损失。

2.6.3 控制形式

在热网的控制形式方面，可选择的方式也是相对较多的，在不同的热网控制形式下，热网的热力损失也存在着一定的差异。因此，市政供热节能设计中，应结合热网特点选择经济性好、节能性高的控制方式，从而使得市政供热过程中的运维管理成本得到一定的控制。在条件允许的情况下，供热公司可配置自动化检测仪表和自动控制系统，由这些仪表或者系统的控制功能来实现自动化调节。

2.6.4 热网运行调节

热网的运行调节同样是“双碳”目标下市政供热节能设计中不可忽视的方面。随着我国迈入了信息化时代，在调节方式的选择上，可引入数字化方式来形成数字化调节模式，最终所形成的数字化调节系统，兼具用户缴费、用户信息查询、远程数据采集、设备联动控制、高清视频监控、数据分析等功能，可实现一体化调节与控制。当数字化调节系统投入使用以后，数字化模块能够在整个采暖期对各种数据加以汇总和分析，进行趋势预测。不同的热力站，在其辖区范围内的热负荷用热特性往往存在一定的差异，通过对室外天气情况的掌握，数字化模块不断进行调节手段的优化，结合实际的供热需求选择最为合适的调节方法。数字化模块下的控制呈现出智能化特点，依据小流量大温差，可将采暖期细分为初寒期、高寒期、末寒期3个阶段，分阶段进行控制。

3.结语

现阶段的各个城市很多都实现了集中供热，但集中供热中的节能改造难度相对较大，一些城市的供热节能改造效果并不理想，未来的市政供热项目中应加大对节能设计的创新，提升供热系统的节能水平。