基于成本控制的供暖系统节能改造研究及应用

李春亮 蒙玉琼

摘要：某工厂原供暖系统由传统的蒸汽和热水供暖组成，设备和技术落后，能耗高，固定分摊费用高，供暖成本逐年增加。通过节能改造，采用天然气供暖技术代替传统的蒸汽和热水供暖方式，同时对整个供暖系统进行节能改造，对厂房进行局部修补，防止热量泄露，提高保温效果，极大地提高了供暖效率，降低工厂能源成本，实现了企业的整体成本控制。同时通过降低能源资源消耗，减少对生态环境的不良影响，实现了环境保护，可以为机械制造企业提供借鉴和参考。

关键词：集中供暖；节能改造；成本控制

0   引言

近年来，在经济高速发展的背景下，机械制造业也迎来了蓬勃的发展，随即而来的是市场竞争愈加激烈。同时企业规模的扩大，也带来了更多的资源和能源消耗。如何在不提高售价的前提下保证盈利，也就是进行良性的成本控制，成为各个企业探索的一个方向。

能源消耗量的增加对工业制造业产业提出了更高的要求，迫切需要以节能设计理念为理论指导，优化机械制造及自动化过程，从能源消耗控制、环境保护等方面制定可行性较强的技术方案，实现整体产业的可持续发展[1]。对于工厂而言，降低生产成本、提高产品质量是企业发展的根本之道[2]。因此节能减排、降低成本、提高产品质量，已经成为各个机械制造企业的必然选择[3]。

对于北方机械制造企业，除了必须的生产过程，大部分能源消耗都用于供暖。某工厂一直采用传统的蒸汽和热水进行供暖，供暖效率低，能耗高，同时热源管道固定分摊费用高，导致供暖成本居高不下。针对于此，工厂必须进行供暖系统节能改造，以降低能源费用和运营成本，提升产品竞争力。

1   改造前的供暖系统状况

改造前的供暖系统如图1所示。

1.1   热水供暖系统

当前的热水供暖系统主要采用热水散热的方式，用于工厂办公室和生产车间集中供暖，主要存在以下问题：

生产车间面积约4万m2，内高17m，车间内部空间空旷。在空旷的生产车间内，热水散热方式的加热速度慢、效率低下。生产车间和办公室建筑外墙和屋顶年限久，缺乏有效的隔热保温层。屋顶采光天窗为普通玻璃，破损点多，热量聚集和泄漏，不具备保温效果。现有的供暖方式采用热水散热生成热风，而热空气密度低，在上升和蔓延过程中，由于缺乏有效的隔热保温性能，热量损失高达40%；低效的加热方式和保温性能缺失，导致冬季供暖往往需要采用很高的热水功率，供暖成本居高不下。但同时又很难使生产车间达到规定的温度，员工作业环境差，影响工作积极性。热水输送管道从供应商到工厂，再到车间内部，都需要很好的隔热防护，每年运营维护成本高，由此导致公司热水费用的固定分摊成本很高。

综上，热水供暖系统用于冬季集中供暖，特别是在生产车间内，其加热效率低、能耗高、管网维护成本高，这些都极大影响供暖效果，同时造成能源浪费和高运营成本。

1.2   蒸汽供暖系统

蒸汽供暖系统主要以高温蒸汽作为热源，以换热方式形成热风，主要用于工厂油漆车间的暖风烘干，其他包括零部件热清洗，以及办公室卫生热水等，主要存在以下问题：蒸汽热风系统技术落后，设备陈旧，噪声大。蒸汽从供应商到工厂及工厂内部的输送过程中热损失较多。蒸汽管线运营维护复杂，每年的固定分摊费用高。换热效率低，加热速度慢。输出热风温度35℃左右，单台整机烘干需要8h以上，生产周期长，无法满足生产节拍。

综上，蒸汽供暖系统作为热源，用于整机油漆烘干，其加热效率低、能耗高、管网维护成本高，由此导致整机油漆烘干效率低下，周期长，同时能源费用和运营成本居高不下。

1.3   供暖系统成本分析

经过统计分析，供暖成本是公司最大的能源支出项，每年平均占总的能源成本80%以上，特别是2015年由于周边企业逐步停止蒸汽采购，公司成为蒸汽供应的唯一客户，承担了几乎所有的固定分摊费用，导致当年供暖成本急剧上涨。总之，供暖费用成为制约公司盈利的主要成本因素之一。改造前连续3年供暖成本及占比见表1。

2   节能改造方案研究

根据目前存在的问题，经过成本分析研究和考察周边其他能源供应商，决定采用相对廉价的天然气作为能源基础，替换传统的蒸汽和热水供暖方式（加上必要的建筑维修），对整个供暖系统进行节能改造。整体技术方向如图2所示。

2.1   集中供暖技术方案

当前集中供暖成本80%用于工厂集中供暖，因此工厂集中供暖是节能改造重点。通过对当前主流供暖技术研究发现，天然气辐射供暖技术具有投资较低、安装方便、运营成本低的特点，因此选择天然气辐射技术取代传统的热水供暖。

2.1.1   天然气辐射供暖技术特点

设备技术先进，能源转换效率高达90%。基于红外原理，采用辐射加热，直接作用人体和工作环境，不直接加热空气，杜绝由于热空气对流造成的热量泄露和损失。传统的热水供暖技术对厂房建筑的隔热保温性要求高，需要全面维修厂房屋顶、外墙、天窗等。天然气辐射供暖，对厂房建筑的隔热保温性能不敏感，不需要大規模改造和提升屋顶、墙壁等的保温性能。

传统热水供暖由于车间内部是连通的，必须启动所有终端才能起到供暖效果，功率要求高且能耗难以控制。天然气辐射供暖可在车间内实现分片控制，按需启动供暖终端，有效控制能耗。

取消了传统热水供暖终端-风扇，实现了静音，不会产生气流或灰尘。减少了热水从供应商到工厂的长距离运输过程中的能源损失，降低了固定分摊成本。与热水管线相比，天然气管线的后期运行维护成本更低。天然气辐射供暖与传统热水供暖对比如图3所示。其中左侧为天然气红外辐射，相比热水供暖，可节约能源成本30%～60%。

2.1.2   所需要的厂房建筑维修投入

两种供暖方式对厂房建筑的保温性要求不同，所需要的厂房建筑维修投入如表2所示。由此可见，采用天然气辐射供暖，可大大减少厂房建筑的维修投入。天然气辐射供暖系统应用案例如图4所示。

2.2   油漆车间热风系统改造

油漆车间的热风通风系统使用天然气加热作为循环热风的热源，替代蒸汽换热，具有如下的技术优势：

气源供应期间无热损失。换热效率高达90%，远高于蒸汽。减少了工业蒸汽从供应商到工厂的长距离运输过程中的能源损失，降低固定分摊成本。与蒸汽管线相比，设备简单，维护成本低。与蒸汽加热相比，天然气加热可节省35%的费用。某天然气热风站应用案例如图5所示，其中的热风是通过天然气加热产生的，该站位于车间外，车间内可以安全地进行油漆作业。

2.3   办公集中供暖及卫生热水解决方案

天然气辐射供暖不适用于办公室，因此办公集中供暖及卫生热水采用自建锅炉房，如图6所示，利用天然气加热获取供暖热水，以及卫生热水，具有如下优势：用低压热水代替外部高压热水工业，运行维护成本更低；实现输出温度和流量的自动调节，有利于更好地控制成本。

2.4   供暖系统总体改造方案

整个供暖改造方案包括：天然气辐射供暖系统、天然气热风通风系统、天然气热水站等3个部分，具体见图7。

根据详细的分析和测算，供暖系统改造后每年可以节省30%左右的能源费用，即150万元。总的改造投资约450万元，3年就可以回收投资。

3   改造实施

结合蒸汽和热水供应的实际情况，制定投资改造优先级，在2016%～2018年分阶段逐步完成了供暖系统改造和必要的廠房建筑维修。同时配套实施能源监控系统，对天然气、电力等能源的测量单元进行升级调整，以实现测量数据的远程传输。共完成了3个天然气接口的改造，打通了测量系统与局域网之间的数据传输链接，用于实时监测能源消耗和指导生产，同时为天然气的年度采购提供数据支持。

4   实施效果

经过评估和数据对比，节能改造达成预期目标，实施效果显著。天然气加热换热效率高，传输过程无管道热损失，热利用效率显著提升，更加节能环保。车间供暖温度从10～12℃提升至18℃（最低标准16℃），员工舒适性提高，消除了一线员工抱怨，提高员工满意度。改造后供暖成本逐年下降，投资完成后供暖成本最终降低了38%以上。改造后供暖成本见表3。

5   结束语

节能环保是当今全球发展的共识和趋势，成本控制则是企业立足于行业的重中之重。根据工厂所在地的能源供应情况，通过对前沿供暖技术开展分析研究，因地制宜的选择合理的技术方案，对供暖系统进行节能改造，解决了公司供暖损耗大、成本高的问题，提高了能源利用率，最终大幅降低了工厂运营成本，提升了企业竞争力。

参考文献

[1] 姚建斌.节能设计理念在机械制造及自动化中的应用[J].装

备制造技术，2022（7）：113-115+129.

[2] 李俊海.工厂节能技术的应用[J].科技风，2011（9下）：108.

[3] 杨荣正.如何通过涂装工艺设计控制车身成本[J].装备制

造技术，2013（11）84-86+97.