现代暖通供热节能技术的探讨

任占军

（太原市热力集团有限责任公司，山西 太原 030000）

0 引言

本文主要对供暖系统的节能技术进行深入的研究，通过研究得出，供暖节能技术的采用不但可以使供暖系统能耗降到最低，也是集中供暖节能技术应用最佳节点，同时降低能耗技术也会对我国的供暖供暖系统的发展产生深远的影响。

1 热源改造的必要性

我国目前的采暖方式仍然是以燃煤锅炉作为热源，其最大的弊端就是热效率低，环境污染较为严重，据环保等有关部门统计，在供暖季节，燃煤锅炉的实际发热量占比一般只有70%，而燃气锅炉的实际负荷率基本上可以达到90%以上。因此，目前的大型燃煤锅炉房节能降耗工作十分繁重，要实现其节能降耗目标，必须对现有的锅炉进行节能改造，以利用高效清洁能源为主，以利用高效、清洁的能源为改造的主导方向。

在集中供热系统的基础上，提出了一种新的高效、洁净的新型锅炉，以取代效率低、污染严重的燃煤锅炉。例如，在使用燃气锅炉时，应设置烟气余热回收装置，采用变频技术对烟气进行综合调整，以获得最佳的热源利用率。

2 供热系统热网

2.1 热网

在采暖系统中，按照热媒介质的不同，将其划分为热水供暖系统和蒸汽供暖系统，按供暖方式可分为环形供暖系统和分支供暖系统，按供暖区域划分为一次管网和二次管网。两种供热管网所对应的供热范围是不同的。一次管网具有较高的工作温度和压力，是由热源向热源处传输热量的一种供暖管道。一次管网从热源协议的边界开始，一直到换热站围墙1m处。换热站是将一次管网与二次管网之间的热质、温度、压力进行交换的地方，其可以根据使用者的需要，调整热源的种类、温度和压力，并根据使用者的需要进行热能的调节和测量。二次管网是通过换热站进行热交换而得到的低温和高压的热传输到终端用户的供暖管路中。二次管网的使用范围为从供热站围墙外侧1m到用户楼宇入口。

2.2 热网改造的必要性

通过对现有供暖系统的运行情况的分析，可以发现供暖系统热网的主要问题如下。

（1）由于网络铺设方法陈旧，存在着严重的漏热现象。目前的供暖系统大多是在20世纪70、80年代建成的，因为在敷设、保温、节能等方面尚不完善，许多老式管线都是采用地沟敷设，由于老式地沟的防水性能差，从其他管线中流出的水，造成了部分保温管的隔热性能下降，已经失去了对供热管道的隔热能力，而且由于跑水、冒水、滴漏等现象严重，造成了系统稳定性极差、供热效果不佳、水资源和热量浪费严重。

（2）热电厂供热设施的使用寿命较长，能源消耗较大。大部分设备因年久失修、设备老化，导致设备选型不符合生产实际，由于存在着低温差、大流量的特点，由于水泵缺乏变频调节、气候补偿等节能措施，无法根据最终受热用户的实际需求实行分区分温、分时调节，因此造成严重的能源浪费。

由于集中供热系统规模庞大，在供热系统的节能改造中节能能力最强，因此，对老式供暖系统进行节能改造，是改善供热质量、提高供热系统运行效率、缓解供热资源短缺的一种有效途径。

2.3 集中供热系统末端热用户

由于传统供暖系统的终端用户并没有采取有效的节能措施，所以供暖系统的调节主要是通过质量调节来实现，而不是由用户自己来调节[1]。要想提高供暖系统的供暖效率，首先要对供暖管网进行节能改造，而制约供暖节能改造的主要原因是现行供暖系统的按面积计费。按面积计费，无论管线的保温和供热的质量好坏，都要确保室内温度不能低于16℃。这种方法让使用者不会主动地节约能源，在房间里温度太高时，就会打开窗户，使热量流失很大。

3 供热系统中的节能技术

3.1 烟气余热回收装置的应用

3.1.1 烟气余热回收装置的应用介绍

锅炉烟道处装有烟尘废热回收设备，通过对锅炉的回水或补水进行加热，提高锅炉的回水或补水温度，提高锅炉效率，节约燃料。其工作原理类似于燃煤锅炉中的节煤器，通过在烟囱的烟道上安装一组换热器，该换热器通过高温烟气的对流换热，将热量传递到换热管，使其与换热器的内壁发生对流换热，从而吸收烟气中的热量。烟气余热装置换热如图1所示。锅炉的烟气余热回收有以下两个部分。

图1 烟气余热装置换热

（1）显热回收：在烟气废热回收设备的预热系统中，采用降低烟温释放热量的方法，回收了烟尘中的热能，并利用实测资料进行试验，结果显示，当烟温下降到50℃时，回收的显热可以提高锅炉的热效率3%～6%。

（2）潜热回收：利用烟气中的水蒸气凝结为水进行相变释放的热，实测资料显示，当烟温下降到50℃时，潜热回收率达到30%左右，回收的潜热可以使锅炉的热效率提高3%～5%。在安装了烟道废热回收系统后，通过对锅炉运行数据的分析，发现在烟道温度降低到50℃的情况下，能有效地将烟道余热中的潜热和显热回收，从而提高锅炉的综合效能。

3.1.2 不同类型烟气余热回收装置的对比

烟尘废热回收装置的种类繁多，其中烟尘废热回收装置的核心是换热器，而在采暖系统中，烟尘废热的回收装置多为间接接触式[2]。以下比较了3种类型的烟尘废热回收设备。

（1）热管型烟道废热回收设备：当热管型烟道废热回收设备运行时，热管内的工作液会吸收来自热管蒸发区的高温烟气中的潜热，使其汽化，经传输区段进入冷凝区，再由冷凝区的蒸汽转变为液态，再释放潜热对冷水进行加热。热管烟气废热回收设备具有结构简单、占地面积小等特点；其缺点是没有解决腐蚀问题，节能率低，维修难度大，造成热管质量差的一个重要原因是在使用中易出现故障。有机工作媒质因其物理性质的不稳定，在一定的工作温度下，会发生降解，从而导致物理性能下降。

（2）板状烟尘废热回收设备：板状烟尘废热回收设备运行时，热风和冷风液体在板间流道的两侧流动，并由相互间的热板片进行换热。板式换热器具有结构简单，拆洗方便，传热效率高的特点；其不足之处在于对传热板材料的要求较高，而且由于其结构形式的特殊性，易产生结垢，造成流道阻塞，从而降低了换热器的换热器效率，因此对水质有较高的要求。

（3）加强翅片管换热式烟气废热回收设备：翅片管换热器具有良好的耐温性和承压性能，因为每个翅片管都是独立的热传递部件，在使用过程中，如果某一翅片管出现故障，其他翅片管仍能正常工作。采用加强翅片管换热方式，使高温烟气在翅片管外侧流动，并与管内的冷水发生隔壁对流传热[3]。目前在工程中应用最广泛的是采用钢铝板加强肋片换热管的形式，经工程实践证明，这种新型的热交换器是目前市场上效率最高、运行稳定的一种新型结构。

3.1.3 烟气余热回收装置的安装方式

根据出口位置的不同，锅炉的烟囱可以分成两种形式：后出烟囱和上出烟囱。烟尘废热回收设备是安装在锅炉的烟道中，烟尘的安装方式要依据烟道的出口位置而定，其可以分为水平安装和竖向安装。在本项目中，烟气废热回收设备的安装形式是以卧式布置为主，与卧式布置相比，竖向布置会增大排烟阻力，而且下部与锅炉相连，很容易造成凝结水回流，从而影响到锅炉的正常使用。在采用竖向安装时，应在余热设备下面设置凝结水回收设备，以实现对换热器的冷却。锅炉改造中，烟道废热回收设备应采取水平安装方式。在每个锅炉上安装一套烟道废热回收设备，通过排出的烟气余热对锅炉的回水进行加热，使其成为锅炉的补充水源。

3.2 变频节能技术

根据统计，目前在供暖系统中，风机和水泵的能源消耗占比约为25%。因此，对风机和水泵进行节能改造具有很大的潜力[4]。变频技术的应用使得供暖系统能够实现对流量控制更加精准，能够根据用户的入户温度和使用温度对水泵进行参数的调节，从而达到动态的节能效果。在供暖系统热网运行过程中，由于各种干扰原因，常常会出现管道渗漏现象，因此必须对管网介质进行及时的补充，以确保管网能正常工作，同时必须在供热系统中安装定压补水设备，以保持该位置的压力不变，以确保管网的整体压力稳定。

通常的定压方法有两种，一种是膨胀水箱定压，另一种是加泵变频定压[5]。尽管使用膨胀罐作为定压供水装置，其运行管理简单，压力保持稳定，但其弊端也非常显著，必须将膨胀水箱放置于全供暖系统的顶端，并且由于安装高位水箱不方便进行维修，并且不能满足供暖系统的扩容要求，所以通常情况下，这种方法仅用于小面积（建筑面积小于30000m2）的低温供暖系统。采用变频调压补水泵对系统进行补水，既能保证系统的压力稳定，又能节省能量。

当补水泵变频定压系统工作时，由循环泵入口的压力传感器辅助采集压力信号，再同时反馈给变频控制器，并将其与设定的压力参数进行对比，由变频器控制电流调整泵的转速，从而使补水泵的流量随需要而变化，从而实现变频供水。

3.3 气候补偿器在节能改造工程中的应用

由于楼宇室内的采暖散热器、换热站的换热器等设备都是在最不利的条件下进行工作的，且在实际使用中，室外的气温常常比设计值要高，如果不对换热器的供热量进行适当的调整，就会导致供热量超过实际的供热量，从而导致能耗大量的浪费。安装气候补偿装置就是针对这个问题提出的一种节能方法，它可以根据室内气温的变化，对换热器二次网络的供热进行实时的调节。实时调节过程就会避免造成供热量的浪费和流失。气候补偿器原理如图2所示。

图2 气候补偿器原理

在集中供暖系统安装了气候补偿装置后，该系统可以完成以下的功能。

（1）利用电动三通阀门，以适应户外气温的改变，在室内气温上升时，可降低热水温度，防止热量的浪费。

（2）利用设置时间控制器，能够按照建筑的用热特性进行分时控制，实现对热的合理分布。

（3）可以通过将太阳能等其他热源的热高效地用于散热，从而节约室内的能耗，从而降低供暖系统的供暖量，实现节约能源。

4 结语

综上所述，随着科技水平的不断提高，住宅的居住适用性将直接影响到供暖系统的设计和运行。为了节约能源，保护环境，必须通过各种节能措施、新工艺和新工艺来减少热量消耗，这就需要我们的专家们通过不断的努力，不断地采取措施，并对其进行严格的规范，以推动我国的供暖系统节能运行，以推动经济的可持续发展。