有关供热系统节能技术的研究

　　摘要：作者针对供热系统节能技术做了一些理论和实践的探讨，包括我国供热系统中存在的问题和供热自动化节能减排技术，并对供热系统的节能有效措施进行了介绍。
　　关键词：供热系统，节能技术
　　能源紧缺及节能问题,已越来越引起国内外的关注。而供热在能源消耗中占据相当大的比重,据统计[1]:我国建筑能耗约占总能耗的1/3,供热及空调能耗约占建筑能耗的1/3。而我国目前的供热系统的综合能效只有30%,若供热系统的理想能效为70%,尚有40%的节能空间,潜力很大。供热要消耗大量的能源,据统计,三北地区年供热能耗约占全年总能耗的13%,。目前,我国能源供应年增长约4%,不能满足能源需求增长8%-10%的要求,必须通过调整产业结构、产品结构,采取节能措施,以实现可持续发展。
　　1、我国供热系统中存在的问题
　　1.1管网敷设方式落后。供热管网敷设方式普遍采用管沟式，这种方式占地比较多，在城市规划管线综合安排上有一定的困难。尤其在城市中心会遇到大量的拆迁问题，增加了大量的投资。在供热管网建设施工过程中，经常会与城市的整体建设规划产生冲突，与各相关部门的协调配合存在较大问题，增加了施工难度，阻碍了施工进度，甚至无法实施，减缓了城市集中供热的发展速度，导致供热管道及热源的建设赶不上城市发展的需要。
　　1.2管网夏季检修落后。城市供热系统检修手段落后，供热企业在成本、管理方面存在问题，检修不到位，用户冬季反复受到停热的影响，投诉率高，热费收取困难，导致供热企业和热用户间问题频出，用户经常投诉至媒体，供热企业给大众的印象较差。
　　1.3供热系统的控制水平和调节水平落后。供热管网经过多年的发展已经形成规模，但是由于大多数系统没有管网监控系统，热源、热力站自动化程度低，大大降低了系统的经济性和可靠性。
　　1.4供热系统不能适时有效地调节供热流量和供水温度。现有的供热系统只是针对设备的粗放式管理，很少考虑对整个系统主要运行参数进行监控，更没有实现对用户(楼宇)室温的远程监测，无法准确掌握系统供热水平和质量，操作人员只能凭经验调节供热量。另外，由于没有采取气候补偿措施，在实际运行过程中依然只能采用“看天烧火”的传统方式，即通过人工手动方式来调节供热量，不能自动地、实时地进行分时按需供热，造成采暖期初、期末大量浪费热量[2]。
　　1.5运行的室外管网多为枝状管网，二次系统缺乏必要的调节手段，水力失调严重。同时大部分用户不具备分户计量的手段，能源浪费现象严重。如何有效保证供热管网的水力平衡是亟待解决的大问题，另外管网水力调节需要大量的资金、设备及人力投入，在实际操作中仍存在困难。
　　1.6分户控制正在实施中，分户按实际用热量收取热费还在摸索阶段，虽然在全国各地进行了很多试点，很多暖通科研人员也进行了大量研究，但是收费体系、计量方法还没有十分成熟的可供推广的经验，在建造、改造过程中资金投入等还存在很多问题，真正实现分户计量收费还需时日。
　　2、供热自动化节能减排技术
　　供热自动化节能控制技术主要包括以下5个方面：供热系统网络分层控制、气候补偿、楼栋分时段控制、水力平衡、单户热计量。
　　2.1供热系统网络分层控制
　　供热系统网络采用三级热量管理模式。
　　2.1.1一级热量管理
　　供热调度中心为一级热量管理，可采集分区监控中心的全部监控、报警参数，同时可下传数据至分区监控中心，根据室外温度计算出各区域所需热量，并将数据下发至分区监控中心，实现定量供热。
　　2.1.2二级热量管理
　　分区监控中心为二级热量管理，监控中心负责辖区各换热站的运行管理。
　　(1)通讯功能
　　换热站←→监控中心←→网络交换中心←→供热调度中心，利用区域内现有的宽带网络实现通讯，并通过GPRS通讯方式采集用户远程测温参数。
　　(2)数据采集功能
　　分区监控中心负责采集其管辖范围内的所有换热站的监控信息，如供热参数（管网温度、压力、流量）、电机电流、水泵运行状态、启停、变频器故障、频率控制、泵房视频、红外报警、住户远程测温、换热站电子巡检、泄压阀开启和电动调节阀阀位反馈信号[3]。
　　(3)管理功能
　　曲线功能、报警功能、报表功能、管网图和水压图、温度曲线计算并下发、权限分级管理功能、实时监测各种信息及换热站视频和红外报警信号、数据存储与处理功能、分析管理功能及权限管理功能等。
　　(4)现场控制
　　监控中心可对换热站现场设备进行直接控制，现场的控制全部是由监控中心来直接实现，总调度中心无法对现场设备进行控制。
　　2.1.3三级热量管理
　　换热站为三级热量管理，下位机接收监控中心下达的指令自动完成热量控制及安全运行。下位机采用PLC控制器，功能如下：
　　(1)信号测量：测量供热一次、二次管网的压力、温度、流量、热量等。
　　(2)控制功能：通过简单的单回路控制即可实现：热量控制、一次网回水定压控制、街区循环泵出口定压控制。
　　(3)信号报警：热量、温度、压力、混水泵电机电流超限报警、变频器故障报警。
　　2.1.4三级热量管理网络结构
　　调度中心网络为双网接入，处于网络的最高级，实现生产网和管理网同时访问到调度中心发布的监控系统。负责发布的通讯服务器配备双网卡，一个网卡负责发布，另外一个网卡通过交换机负责与数据库服务器进行连接，此时客户端访问系统与服务器间数据通讯互不影响。
　　分区监控中心是调度中心的下一级网络，多个分区监控中心网络处于平级，各自访问和运行都互不影响。换热站内的PLC控制系统为最底层网络，PLC通过网卡与路由器实现与分区监控中心的网络互连。
　　2.2气候补偿
　　气候补偿器控制是根据室外温度的变化及用户设定的不同时间对室内温度要求,按照设定曲线求出恰当的供水温度进行自动控制,实现供热系统供水温度———室外温度的自动气候补偿,避免产生室温过高或过低而造成能源浪费。例如,当室外温度降低时,为了维持原有的室内温度,总管供水温度应适当提高,此时气候补偿器将自动加大换热机组供应的输出负荷,以提高供水温度,反之亦然。
　　另外,气候补偿控制可充分利用太阳辐射热和人的活动规律进行时间控制。并且,由于锅炉在较高的回水温度下运行,避免冷凝水的出现,防止锅炉腐蚀,延长锅炉使用寿命。
　　2.3楼栋分时段控制
　　2.3.1分时段控制
　　楼栋分时段控制采用分时段控制系统实现，系统是基于整个楼栋的控制，主要适用于用热时间较集中，使用时间分阶段的建筑物。采用整体管理控制，通过加装自控装置实行分时段供暖，将大大减低能耗。楼栋分时段控制系统由现场温度变送器、楼栋控制电磁阀、楼栋控制箱和监控中心组成。
　　2.3.2分时分温供暖智能控制系统
　　分时分温供暖系统采用自动化控制,实现数字化的计算机供暖管理。对于智能控制系统软件要能够准确记录、及时显示供热系统和辅机设备的运行参数及工作状态;对各运行参数(室内外温度、总管进水温度、总管回水温度、各供热楼宇回水温度等)自动记录及分析;能预测故障,显示故障部位、发生时间及当前数据等相关信息,并做记录;系统的可操作性要强,设备参数的设定和修改处理方便;支持管理者网内远程监控功能。
　　2.4水力平衡
　　水平水力平衡技术主要应用在全区供热的总管网上，在管网阀门井、进户井内配置先进的调节设备以解决管网水力平衡问题。目前国内供热行业在管网上应用的主要有自力式流量控制器、自力式差压控制器、自力式流量/差压控制器三种调节装置。目前国内采用管网定流量系统的较多，可按需设定流量，并将通过阀门的流量保持恒定。使管网的流量调节一次完成，免除了热源切换时的流量分配工作，有效地解决管网的水力失调。
　　2.5单户热计量
　　热计量技术包括：热计量法、用户热分摊法等。
　　除热计量外，在热源或热力站应设计安装相应的其它计量装置，用以计量燃料消耗量、补水量、耗电量。循环泵耗电量宜单独计量。
　　将集中供热系统中的热源、热力站、楼栋或用热单户作为各供、用热方的热量结算点，安装超声波热量表，进行热计量。对住宅，以户为单位，直接计量或分摊计量其每户的供热量。对直接计量的住宅、公共建筑的热用户，以热量结算点的热表值进行结算。而对以分摊方式计量的住宅户，则按其各户内所安装的测量记录装置，确定每户的用热量占热量结算点（楼栋或热力站）所安热表总值的比例，算出各热用户所应分摊的热量，实现分户热计量。通过单户热计量技术应用可实现按需供热大大减少热源的消耗，实现节能减排。
　　3、供热系统的节能有效措施
　　3.1采用变频调速技术
　　变频调速技术的特点为调速效率高、调速范围大、可持续调速、启动电流小、原有设备改造简便、可兼顾启动等。锅炉引风机、循环水泵、补水泵采用变频调速技术,可以及时地把流量、扬程调整到实际工况点,避免了电能的浪费,节能率可达到30%以上。
　　3.2使用高效节能产品
　　热力站应选择节能效果好、热效率高、自动化水平高的全自动换热机组。采用Y型电机、辅助节能器、节电开关、节能灯等,以降低运行电耗。
　　3.3建立并完善控制系统
　　供热系统由热源、管网、热用户组成,为使热量的生产和供热介质的输送、分配、使用处于有序的状态,提高供热系统的能源利用效率,需要建立并完善与供热系统相适应的控制系统。
　　安装监测、控制仪表,掌握供热系统的运行状况,准确分析系统热工参数存在的问题,对供热系统进行调节以达到节能目的。
　　热力站入口应装设流量控制器,解决一级管网水力失调问题。对于采用质调节的供热系统应装设自力式流量控制器,对于即将或正在采用变流量调节的供热系统应装设压差控制器。
　　在建筑物入口装设流量控制器,对各单元供热介质流量分配进行调节。在管道(一般为立管)上装设平衡阀,平衡各立管之间的流量。在散热器前装设温控阀控制室内温度,可以有效解决建筑物之间及房间冷热不均的问题,不仅节约能源,还为实现供暖计量收费打下基础。
　　3.4改进锅炉燃烧技术
　　(1)锅炉房是热源的主要形式,对锅炉房节能的研究较多,目前集中供热锅炉房多采用链条炉排炉,由于燃料多为混煤,导致着火条件差、炉膛温度低、燃料燃烧不完全、炉渣含碳量高、锅炉热效率低。采用分层燃烧技术可减少炉渣含碳量,提高锅炉热效率。
　　(2)对于大型链条炉排炉,当负荷增加、扩建锅炉房场地不足时,可采用复合燃烧技术。在链条炉排炉的炉侧或炉前,加装磨煤系统及煤粉喷燃装置,将制成的煤粉吹入炉膛内,依靠炉排上的火床引燃煤粉,在炉内形成层燃、室燃两种燃烧方式。采用复合燃烧虽然需要增加燃烧空间,加大除尘力度,但可提高锅炉热功率和热效率。
　　(3)对于中小型锅炉应采用煤与炉渣混烧,以减少炉渣含碳量。煤与炉渣的质量比约为4∶1,充分混合后入炉燃烧。煤中掺了较大颗粒的炉渣,减少了通风阻力,使送风更加均匀,增加了煤层的透气性,提高了燃烧的稳定性,使炉渣含碳量明显下降[4]。
　　(4)锅炉燃烧过程是一个复杂过程,燃烧工况受多种因素影响,因此实现锅炉燃烧的自动控制对提高锅炉热效率非常重要。
　　3.5加强锅炉房运行管理
　　(1)司炉人员及水处理人员必须经国家劳动部门或技术监督部门培训并考试合格后持证上岗。
　　(2)严格执行定期维修、停炉保养制度,保证设备完好,杜绝跑、冒、滴、漏现象,将供热系统失水率降到正常的水平。
　　(3)锅炉房水处理必须达到规定的水质标准。将自动软水器反冲洗水循环使用,总节水量效益可观。
　　(4)加强计量工作。锅炉供水及补水系统均设计量仪表,设电子式汽车衡对购进的煤炭称重,锅炉上煤设备加装计量装置,在每个热力站内设热量计量装置,从而达到强化管理、节约能源、降低成本的目的。
　　4、结论
　　供热行业作为对国民经济发展有着全局性、先导性影响的基础产业，与人们的生活息息相关，由于当前能源和环保问题越来越多地受到关注，能源节约、环境保护、经济可持续发展己成为我国的基本国策。应用供热自动化节能减排技术是解决城市供热节能目的的方法，是对环境保护的最佳方案，因此大力推广供热自动化节能减排技术具有长远意义。
　　参考文献：
　　[1]石兆玉．提高供热系统能效是建筑节能的重要途径[J]．供热与制冷，2005，(12：30-34．
　　[2]常有利．供热系统高能耗原因分析及节能对策[J]．科技咨询导报，2008，(17)：68．
　　[3]王魁吉，王颖曦，王魁荣等．供热系统的优化方法和混水系统的适用范围[J]．区域供热，2009，(06)：5-12．
　　[4]李志平，翁杰．混水直连供热系统的节能分析[J]．河北电力技术，2004，23(04)：47-49．

《有关供热系统节能技术的研究》

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