集中供热系统的节能措施研究

朱成华

(中国石化集团共享服务公司淄博服务部，山东 淄博 255400)

目前我国能源浪费严重，是世界第二大能源消耗国，其中供暖能耗占相当大比例。特别是早期没有分户的供暖系统尤为显著。供暖能耗一部分是由于供暖系统运行管理造成的，另一部分是由于供暖系统缺少科学的调节设备。科学合理的供热系统能够尽可能使每个环节发挥最大功能效益。

现针对齐鲁石化公司辛店社区的供暖为例，探讨供暖节能的措施。

1 齐鲁石化辛店社区供热基本情况

辛店社区始建于20世纪80年代中期，共有12个换热站，总供热面积为146.37万m2，公建面积占总供热面积的10%左右。其中6个换热站负责辛店社区的内供，总面积为119.37万m2。另有6个换热站负责外供，共计27万m2。除内供的1号换热站和6号换热站为直接购买蒸汽换热后供给居民热量外，其余都为中心换热站购买临淄区热力公司蒸汽，集中换热后通过一次水把热量输送给二级换热站，再进行二次换热供给用户，用户没有实现分户供暖。

其中辛店社区的换热站和供热面积分别为：1号站：12.95万m2(其中住宅6.3万m2，公建3.65万m2，外供3万m2)；2号站：31.16万m2(其中住宅23.44万m2，公建7.72万m2)；3号站：18.44万m2(其中住宅15.56万m2，公建2.88万m2)；4号站：12.35万m2(其中住宅11.45万m2，公建0.9万m2)；5号站：20.57万m2(其中住宅18.65万m2，公建1.92万m2)；6号站：23.00万m2(其中住宅21.51万m2，公建1.49万m2)。

另外，6个换热站和一个区域也同样经过新建中心换热站供给齐鲁石化外部单位。其换热站和面积为：临1#站：4.9万m2，临5#站：3.0万m2，临6#站：7.2万m2，相家1站：3.8万m2，相家2区域：9.0万m2。

2 存在的问题和需要改善的环节

辛店生活区的供热能耗偏高。根据以往煤耗和蒸汽使用量折算估计，每采暖期每平米平均耗热量约为0.47 GJ。按照山东当地冬季室外平均温度和6年来在中石化燕山等各地社区(节能改造后)，包括齐鲁3个社区的实施经验，一个采暖季每平米能耗在0.40 GJ以内就可以满足要求。如果辛店社区也采取相应措施，应当会有较大的节能降耗空间。通过调研和分析，辛店社区供热还存在下列薄弱环节。

图1 齐鲁一个生活区供水温度与室外温度对应图(改造前)

2.1 热源缺少自动调节措施

没有根据室外气温的实时变化，随时调节蒸汽量的装置(图1)。而气温在一天的不同时段波动是很明显的，热用户的用热需求也不同。如果蒸汽的阀门只是执行每天一两次的简单指令，不能及时调节，就会导致能源浪费(图2)。科学运行应当根据每天室外气温的波动变化，按需随时合理调节蒸汽用量。

图2 蒸汽用量与室外气温对比图(改造前)

2.2 供热管网热利失调

各换热站的供热区域大(图3)，主要管网环路都没有相应的水力平衡调节措施，没有流量和热量的计量装置，无法判断该管线的流量或热量是否满足所供区域里总建筑面积需要的热量，也无法判断各管线的实时流量是否合理，并据此作出相应调节。因此，在供热过程中，某一个局部区域出现温度偏低或偏高，都只能通过调节换热站循环水泵的开启台数和换热器的使用台数来提高或降低整个区域的供水温度。这样会导致近端的区域更热，或者远端的区域更凉，不能解决冷热不均的现象，还会使能耗增加(表1)。

图3 换热站示意图

楼号层数房号温度/℃备注8220416.0远端楼430215.3远端楼820114.2远端楼730113.1远端楼740212.7远端楼820615.4远端楼2530619.1远端楼5140220.4中间楼1220421.1中间楼1610322.1中间楼1920511.4中间楼19130421.5近端楼610325.5采暖总管走该层1320224.3近端楼

由于缺乏调控手段，外供换热站的热量供给也难以合理调节，造成内供站与外供站热量输送的不平衡。经常会出现近端区热量供给偏多，而远端区却热量偏低的状况。

各换热站供热参数读取不全。系统运行参数缺乏各项实际数据的支持，站内各管线的流量、温度、压力等指标对分析系统是否正常和经济运行起着重要作用。如果缺少这些数据，就无法对站内系统的供热状况做出准确分析，影响供热效果和节能运行。

2.3 供热系统水利失调

供热管网和热用户入口没有水力平衡调节措施。不能根据用户用热需求做水力平衡调节。部分热用户存在距离换热站远近不同而导致室温冷热不均的现象。为了解决远端热用户室内温度偏低的问题，就要提高供热温度或加大循环量，如果远端热用户达标了，近端热用户会偏热，造成能源浪费。

2.4 公建没有调节措施

社区内有一些公共建筑，比如办公楼、文体设施、中小学校等等，占总供暖面积15%。在长达130余天的供暖期内，节日、周末、夜间无人。但整个采暖季都是24 h正常供热，这样就浪费了大量的热能。

2.5 其他

部分换热站失水严重。由于补水量大，不仅影响系统的稳定，还会造成能耗增加。因此，针对上述问题，对辛店社区实施供热节能改造，达到既可提高供暖效果，也可节能降耗的目的。

3 采取的节能降耗措施

提供合理的供热实施方法和运行管理机制，进行管网的整体热量检测，提高换热站的供热平衡调节水平，降低蒸汽耗量和失水量，节约用电量，强化对公建单位的用能管理，通过对供热系统的改造和科学的管理，切实提高和改善居民楼房的供暖效果，加强供热过程的自动监控水平，最终达到节能降耗的目的。

3.1 设置高温蒸汽自动调节阀，气候补偿器

蒸汽量的合理使用，直接关系到节能的效率、供热的效果和经济的效益。通过设置高温蒸汽自动调节阀(图4～5)、气候补偿器的方式，根据室外气温调节蒸汽用量。把根据当地情况设计的供热质调节曲线，输入到气候补偿器中，参考室外气温的实时变化，自动调节阀可以对蒸汽供应量随时加以自动调节(图6～7)，提高换热站供暖蒸汽用量(表2)的科学合理性。中心换热站、1号、6号换热站是汽水换热。

为提高热水供暖系统的管理水平，可通过理论计算根据天气变化来调节热煤参数，即采用运行调节基本公式(1)和(2)，来求得任意室外温度tw下的供、回水温度tg和th。

图4 根据室外温度调节供汽用量图

图5 根据室外温度调节供水温度图

图6 电动阀补偿原理

图7 电动阀控制原理

时间室外温度/℃蒸汽用量/(t·h-1)8:00-511.610:00-310.412:00-29.614:0009.416:00-39.718:00-511.620:00-612.422:00-814.924:00-916.12:00-1017.24:00-814.66:00-612.98:00-511.2

(1)

(2)

式中：tg′为任意室外日均温度时的供水温度，℃；th′为任意室外日均温度时的回水温度，℃；th为室内设计要求温度，℃；tg为室外计算温度时的供水温度，℃；tw为室外计算温度时的回水温度，℃；tw′为任意室外日平均温度，℃；B为散热器指数(实验得数)；G为相对流量比(即系统实际流量与设计流量比)。

式(1)和(2)是来源于不考虑热网热损失的热平衡方程：

Q1=Q2=Q3。

(3)

式中：Q1为建筑物的热负荷(W)；Q2为散热器放出的热量(W)；Q3为热网输出的热量(W)。

运行基本调节公式(1)和(2)，是个理论公式，只有当建筑物的设计热负荷与实际需要量相等，而且G已知，才可以求出该工况下的热煤运行参数，这是我们很熟悉的。但是，我们在多年的热水供暖工程的运行管理实践中体会到，设计热负荷的计算，由于种种偏于安全的考虑，往往与设计流量不相等，因此，当我们在应用上述运行调节基本公式时，并不能确定出符合实际运行工况要求的热煤参数。为了切实指导实际运行，有必要对运行调节基本公式进行处理和改造，得出正确实用的运行调节公式，才能真正指导实践，把运行管理纳入科学的轨道。

在运行调节基本公式中加入热负荷修正系数，得出正确的实用的热水供暖质调节公式。

(4)

(5)

式中：n为一栋建筑物在设计工况下，实际热负荷与设计热负荷之比，称热负荷修正系数；q为运行工况与设计工况下建筑物热指标之比；tn为室内设计要求温度，℃；tw为运行室内实际温度，℃；G为相对流量比。

该成果还通过变量值导出热负荷修正系数n和相对流量比G的公式：

(6)

(7)

现根据实测供暖工程列出《热水供暖实际运行热煤参数的确定》的具体应用实例：系统设计工况：室外计算温度tw=-24 ℃；室内温度tn=18 ℃；供水温度tg=95 ℃；回水温度th=70 ℃；测定获得数据：室外日均温度tw′=-14.8 ℃；室内日均温度tn′=18.3 ℃；供水日均温度tg′=57.4 ℃；回水日均温度th′=48.5 ℃

将上列数据代入式(6)和(7)得：

0.59，

将n及G值代入式(4)和(5)即可得出该工程现行流量下的热煤运行调节参数对照表。

3.2 安装自力式流量控制阀

在内供区域各换热站内的各主环路安装自力式流量控制阀，即平衡阀，用于调节各主环路之间的水力平衡，使各换热站的主循环管网的流量达到按需控制的目的。避免部分区域过热和过冷，减少不必要的能源浪费。根据各采暖用户距离热源的远近和管网阻力大小，在部分公共用户和居民楼前安装相应口径的平衡阀。根据用户采暖面积计算出合理的流量，通过流量设定，使原来温度偏低的居民楼达到需要的流量，解决居民楼供热效果冷热不均的问题。同时，选择不同区域和位置的居民家庭，安装小型精密的具有存储功能的温度测量器，以便监测实际的供暖效果，以更好地指导供热调节。

3.3 安装超声波热量总表

在各换热站的主管网，安装超声波热量总表，可以显示各主要管线通往各供热区域的实时流量和热量。根据这些数据，可对水力平衡的调节起到量化的指导作用。能够对应各区域的总供热面积，定量合理地掌控其供热量。

对外供区域的主管线出口，也同样安装超声波热量总表和平衡阀，合理分配总热量，根据其总建筑面积，通过上述装置提供的数据参考，给予合理的热量供应。

3.4 安装楼宇节能自动控制器

为合理节约能源，根据商业和公建单位节假日、周末和夜间无人的特点，在这些楼前入口处安装楼宇节能自动控制器。通过程序设定，确保在上述时段，自动将流量关小，实现楼内小流量低温运行模式(图8)，避免不必要的能源浪费。同时也将更多的流量调剂到居民楼群，满足他们在这些时段相应更多的用热需求。

3.5 安装监控仪表

在中心换热站的供回水管道和换热器的进出口安装温度和压力检测装置，同时安装电脑监控系统。可在操作室里对各项供热指标实现实时监控，减少员工抄表的工作量。同时可以通过这些参数，对站内系统做出准确分析，对于异常状况能及时发现和解决，提高换热站的供热运行管理水平。

图8 楼宇控制器流量变化图

3.6 购置先进的测漏仪

对于失水的换热站和区域，购置先进的测漏仪，与换热站超声波热量表结合使用，快速查找漏点，加以排除，降低失水，减少热量损失，稳定供暖系统。

4 节能效果

齐鲁石化辛店生活区因2010年供暖热源由燃煤锅炉改造为外购蒸汽换热的方式(除1号换热站外)，所以两采暖季能耗数量对比不直观。现在选择1号换热站作为能耗比较对象，因为这个换热站前后供暖热源一直是外购蒸汽，方式没有发生变化。

2009年—2010年供暖季1号站消耗的蒸汽总量为26 000 t。2010年—2011年采暖季，1号站在实施了改造，采用了上述各项节能措施后，截至供暖结束，共消耗蒸汽21 908 t，与2009年—2010年采暖季相比，节约了蒸汽4 092 t，能耗同比降低15.7%。按蒸汽内部结算价格165元/t结算，节约人民币67.5万元。

以上节能效果仅以1号站的能耗数目作为统计对象，不包括其他同样实施了节能改造措施的区域，1号站供暖面积为12.95万m2，节约蒸汽4 092 t，折合节约0.031 6 t/m2，辛店社区总供暖面积146.37万m2，所以，如果以辛店总区域的供暖能耗作为统计对象的话，可结余蒸汽量按50%计算，一个供暖期节汽约2.3万t。

通过节能改造，不仅有效地节约了能源，降低了能耗，而且还优化了各社区的供暖系统，同时也使供暖效果得到明显改善，实现了按时按需按质供暖，使热量分配更合理，室温更舒适，用户更满意，实现节能改造较小的投入换来长远的经济效益。