張鼎肅,熊東峰

(1.河南師范大學,河南新鄉(xiāng)453007;2.中平能化矸石電廠,河南平頂山467013)

隨著我國高等教育規(guī)模的不斷擴張,校園供暖負荷也驟然增加。據調查,部分高校每年供暖所消耗的能源費已占到全?？傮w能源經費的50%。但是,由于缺乏有效的自動檢測及調控裝置,不能采用有效的節(jié)能措施,使得現(xiàn)有供暖系統(tǒng)存在諸多弊端,導致能源浪費問題突出。因此,對既有的供暖系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化運行改造顯得非常必要。本文依據筆者對我國高等院校供暖系統(tǒng)的調查和分析,總結出高等院校供暖系統(tǒng)普遍存在的常見問題及原因,并針對這些問題,探討高等院校供暖系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化運行方案。

1 高等院校供暖系統(tǒng)存在的普遍問題

1.1 供暖管網方面

⑴水平衡失調嚴重。水平衡失調指供暖系統(tǒng)各熱用戶之間室內溫度的不均勻性。這種水平衡失調現(xiàn)象主要表現(xiàn)為近端熱用戶平均室溫在20℃左右,而遠端熱用戶平均室溫在10℃左右。導致這一現(xiàn)象的原因是由于高等院校供暖面積大、供暖管線長,同時又缺乏科學有效的管網分布和調節(jié),致使水流量分配不均：近端熱用戶水流量是設計流量的2～3倍,遠端熱用戶水流量是設計流量的0.2～0.3倍,中端熱用戶水流量大體接近設計流量。因此,針對這一情況,應該對高等院校的供暖管網進行科學合理的分布和調節(jié)。

⑵未采用分時、分區(qū)供暖。目前高等院校供暖區(qū)域主要分三個部分：教學區(qū)、學生區(qū)和住宅區(qū)。一般情況下,供暖系統(tǒng)通向這三個區(qū)域的熱力管網相互隔離,以實現(xiàn)分區(qū)供暖的目的,避免各區(qū)域連帶供暖。但大部分高等院校在供暖運行上未針對這三個區(qū)域實施分區(qū)、分時供暖,即晚上教學區(qū)無供暖需求時,該區(qū)域仍在供暖;而白天學生區(qū)無供暖需求時,該區(qū)域也在正常供暖,這些情況造成了能源的浪費和設備的無謂損耗。同時,供暖系統(tǒng)也不能根據一天內室外溫度變化,適時調整供暖熱量大小,即在每天10：00～17：00時間段,由于日照比較充足,室外溫度較高,本可以在適當減少供暖熱量的情況下保證供暖質量,而未采取有效調控措施,造成熱量損失及能源浪費。以上兩種情況皆造成學校能源浪費,因此應該采取措施實行分時、分區(qū)供暖。

1.2 熱力站方面

⑴循環(huán)水泵控制方式不合理。循環(huán)水泵在供暖系統(tǒng)中是主要的耗電設備,在熱力站中,其耗電量占總系統(tǒng)耗電量的80%～90%。目前供暖系統(tǒng)大部分使用的水泵為交流拖動,由于沒有安裝變頻設備,無法根據管網壓力的變化采取相應的調節(jié)措施,熱力站操作人員只能通過改變進、出口閥門的開啟度的辦法來進行流量和壓力的控制,既浪費了拖動電機在額定狀態(tài)的富裕功率的能量,也浪費了由于限制流量造成的過載能量。因此,對熱力站進行變頻改造是非常必要的。

⑵除污器設置不合理。在高等院校的熱力站中,除污器普遍重復設置,即在供暖回水設有臥式除污器,同時在泵的入口還設有Y型除污器,兩種形式的除污器串聯(lián)使用,增加了系統(tǒng)阻力,并且除污效果均不夠理想,常使換熱器內部發(fā)生阻塞,使系統(tǒng)阻力增加[1]。因此,應該對熱力站的除污器進行科學合理的設置。

1.3 自動控制方面

自動控制方面的問題主要表現(xiàn)在缺少對供暖系統(tǒng)運行參數的實時監(jiān)測和調控。高等院?，F(xiàn)有供暖系統(tǒng)的日常運行及檢修主要依靠人工操作實現(xiàn)。對供暖系統(tǒng)的主要運行參數也是通過定期人工抄表的方式記錄,自動化程度很低,信息滯后,無法及時準確掌握系統(tǒng)供暖水平和質量,嚴重影響到整個供暖系統(tǒng)的正常運行和參數調節(jié)。因此,供暖系統(tǒng)應該進一步增強監(jiān)測和調控的自動化程度。

2 高等院校供暖系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行方案

2.1 解決水平衡失調方案

⑴用附加阻力消除用戶剩余的資用壓頭。在近端用戶系統(tǒng)安裝完善的溫控閥、平衡閥等自動調節(jié)設備。通過安裝自動調節(jié)設備來消除剩余壓頭,使各個環(huán)路實現(xiàn)阻力平衡的措施,稱為“附加阻力平衡”技術。它的特點是循環(huán)水泵具有足夠的流量和揚程,減少過熱用戶的熱量浪費,獲得節(jié)能效果。

⑵用附加壓頭提高用戶不足的資用壓頭。在遠端用戶系統(tǒng)安裝不同規(guī)格的增壓泵。通過安裝增壓泵來彌補資用壓頭欠缺部分、使各個環(huán)路實現(xiàn)阻力平衡的措施,稱為“附加壓頭平衡”技術。它的特點是除了具有“附加阻力平衡”技術所能獲得的節(jié)能效果外,水泵電耗也將降低,節(jié)能效果顯著[2]。

2.2 分時、分區(qū)供暖的科學安排

根據多年的供暖經驗和學校的作息制度,應該制定出室外溫度補償方式下的分時、分區(qū)供暖調控措施。

⑴學生區(qū)在8：00至22：00,教學區(qū)在22：00至次日8：00屬于無供暖需求區(qū)域,因此只需提供設施設備的供暖防凍措施即可。

⑵住宅區(qū)居住的主要是學校教職員工,屬于全天候供暖需求區(qū)域,為了能夠最大限度的給他們的生活提供方便,住宅區(qū)應實行24h不間斷供暖,只需根據時段變化和人體舒適度的要求提供不同的供暖溫度即可[3]。

2.3 通過循環(huán)水泵實現(xiàn)變頻控制

變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調的交流電的裝置,交流電動機變頻技術具有節(jié)能、改善工藝流程、提高產品質量和便于自動控制等諸多優(yōu)點。

熱力站二次網供暖系統(tǒng)一般分為定流量系統(tǒng)和變流量系統(tǒng),若循環(huán)水泵不變頻,電動機始終工頻運行,無法隨著室外溫度的變化而變化,循環(huán)水泵流量恒定,極大地浪費電能。當需要對因環(huán)境溫度變化導致的供暖負荷變化調節(jié)循環(huán)水泵流量時,常規(guī)的控制手段是人為地調節(jié)閥門的開度,這樣在閥門上就產生了附加損失,使得能量因為閥門的節(jié)流而消耗掉了。另外,用閥門調節(jié)控制,精度受到限制,不但浪費能源而且加快設備損耗。

如果熱力站通過變頻控制循環(huán)水泵的轉速,根據戶外溫度的變化來自動調整熱力站二次網回水溫度,實現(xiàn)按需供暖,既能保證供暖用戶的室內溫度,又能達到節(jié)約能源的目的[4]。

2.4 除污器的科學設置

將重復設置的泵入口Y型除污器摘除,與供暖回水系統(tǒng)中安裝的除污器并聯(lián)一根旁通管,或是并聯(lián)安裝兩個除污器(一用一備),這樣既減少了管網的局部阻力損失,達到節(jié)能效果,又便于檢修除污器。在檢修時將除污器與系統(tǒng)斷開,打開旁通管或是備用的除污器,使系統(tǒng)照常運行。

2.5 實時遠程監(jiān)測、即時溫度補償

在供暖過程中只提供一種供暖溫度是不合理的。隨著室外溫度的下降,供暖系統(tǒng)供回水管道上的熱損失增加,熱用戶需要更多的熱量防止室內溫度下降,這時供暖系統(tǒng)應該提供較高的溫度以滿足需要;反之,供暖系統(tǒng)則應該提供較低的溫度。同時,供暖過程中應該及時掌握熱用戶室內溫度,使用戶室內溫度保證在18℃±2℃,避免能源浪費。如果供暖系統(tǒng)提供的溫度低于16℃,則需要合理的提高出水溫度;反之,如果高于20℃,則應該合理降低出水溫度。

上述溫度調節(jié)是通過氣候補償器來自動實現(xiàn)的。氣候補償器的原理是根據室內溫度、室外溫度和用戶端溫度的變化,自動控制二次側電動閥門,調節(jié)供水溫度,實現(xiàn)系統(tǒng)供水溫度的氣候補償。二次側供水溫度主要由室外溫度和用戶端溫度決定,控制系統(tǒng)通過室外溫度傳感器和遠端溫度采集器測得室外溫度和用戶端溫度,并根據室外溫度、用戶端溫度和供水溫度的對應關系計算出二次側理論供水溫度t1;同時,控制系統(tǒng)通過二次側供水溫度傳感器測得實際的二次側供水溫度t2;最后,控制系統(tǒng)吩這兩個參數進行比較,若t1＞t2,控制系統(tǒng)發(fā)出指令給電動三通閥的執(zhí)行器,開大供水側,關小回水側,直到t1=t2時,電動三通閥停止動作;若t1＜t2,控制系統(tǒng)發(fā)出指令給電動三通閥的執(zhí)行器,開大回水側,關小供水側,直到t1=t2時,電動三通閥停止動作。[5]

3 結束語

在高等院校供暖系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改造方案中,通過引入平衡閥、增壓泵等設備消除或提高熱用戶的資用壓頭,能夠消除管網的水力失衡隱患,實現(xiàn)供暖熱量均衡;通過實行分時分區(qū)供暖,能夠最大程度的實現(xiàn)校園供暖的節(jié)能;通過引入循環(huán)泵變頻控制技術,能夠提高熱力站整體運行效率,延長設備使用壽命,降低供暖成本,達到節(jié)能降耗的目的;通過引入除污器并聯(lián)設施的新思路,能夠減少供暖系統(tǒng)運行阻力,實現(xiàn)節(jié)能和便于檢修的雙重效果;通過引入自動化控制系統(tǒng),能夠根據實時負荷狀況對水泵流量、管網壓力、供/回水溫度等進行自動調節(jié),全程記錄系統(tǒng)的運行數據和故障狀況。這些措施的實施,能夠有效的提高供暖系統(tǒng)的節(jié)能水平,實現(xiàn)校園供暖系統(tǒng)安全、高效、節(jié)能地運行,預期可節(jié)能20%～25%。這對高等院校緩解資金緊張局面,建設節(jié)約型校園大有裨益。

[1] 張文立,黃埔國勝,魏玉煥.優(yōu)化供熱系統(tǒng)構建節(jié)約型校園[J].暖通空調,2007(24)：38-39.

[2] 沈小平.供熱系統(tǒng)水力失調的綜合優(yōu)化治理[J].山西建筑,2008(13)：204-205.

[3] 趙乃波,王立峰,鐵軍等.校園供熱節(jié)能控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].工業(yè)控制計算機,2008(2)：31-32.

[4] 吳學斌,王思平,田曉光等.小區(qū)換熱站節(jié)能措施探討[J].技術交流,2009(7)：57-59.

[5] 李曉鵬.北方營區(qū)鍋爐供暖節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)研究[J].節(jié)能,2009(5)：32-34.