高洪波 吳春玲

天津市某小區(qū)供熱系統(tǒng)診斷及節(jié)能改造研究

高洪波1吳春玲2

1天津華電北宸分布式能源有限公司
2中國建筑科學研究院天津分院

以天津市某小區(qū)供熱系統(tǒng)為研究對象，分析了既有供熱系統(tǒng)存在的缺陷和問題，提出了“三段式”供熱診斷模式，針對改造方案和改造效果進行了節(jié)能量、減排量和社會效益分析。改造效果表明，“三段式”供熱診斷模式能夠有效地克服供熱系統(tǒng)建設與管理過程中的脫節(jié)，實現(xiàn)設計、施工和運營的無縫對接，為天津市乃至全國供熱市場探索出一種新的可推廣、易借鑒的供熱診斷模式。

供熱診斷計量供熱水力平衡節(jié)能改造

0 前言

天津市某小區(qū)供熱系統(tǒng)2012年11月投入運行的初期階段，由于鍋爐、二次網(wǎng)循環(huán)泵等設備不同程度地發(fā)生故障，供熱系統(tǒng)整體調(diào)試不當?shù)仍蛟斐捎脩舫善粺岬默F(xiàn)象多次發(fā)生，嚴重影響居民的正常生活，給社會帶來了一定的不穩(wěn)定因素。在供熱質(zhì)量多次出現(xiàn)問題的同時，供熱能耗亦居高不下，單位建筑面積消耗的天然氣量達12.89m3，遠遠高于天津市三步節(jié)能建筑所應有的能耗水平。為此，北辰區(qū)政府領導責成相關(guān)管理部門積極采取應對措施，組織行業(yè)專家對該供熱系統(tǒng)進行全面診斷并要求參建單位進行有效的整改工作。

經(jīng)過全面的供熱診斷和節(jié)能改造，該供熱系統(tǒng)從2013年11月15日起（第二個采暖期）開始供暖運行穩(wěn)定。居民普遍反映室內(nèi)溫度有顯著提高，供熱企業(yè)供熱同期能耗亦有所下降，對供熱系統(tǒng)的診斷和改造取得了初步成效。考慮該小區(qū)作為天津市三步節(jié)能的新建建筑，其供熱系統(tǒng)運行的首年即出現(xiàn)大面積供熱問題，引起群體上訪和能耗超標等問題，這一事件的發(fā)生引發(fā)業(yè)界諸多的思考與討論，其中涉及到建設管理系統(tǒng)體制、機制的問題。建管脫節(jié)現(xiàn)象是當前建筑節(jié)能領域和供熱系統(tǒng)普遍存在問題。因此，將此次供熱診斷和改造的經(jīng)驗做簡單的介紹和總結(jié)，以供同行們參考與借鑒。

1 項目概況

天津市某小區(qū)是天津市第三批小城鎮(zhèn)建設試點之一，占地面積2475畝，總建筑面積約60萬m2，其中一期建筑面積為280856m2。本次供熱系統(tǒng)節(jié)能改造研究對象為一期工程。

該小區(qū)供熱系統(tǒng)既有設計方案中熱源為兩臺15t的過熱蒸汽鍋爐，二級換熱站共4個，包含7套換熱機組，住宅63棟，83個熱力入口，公建11個熱力入口。供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)的設計供回水溫度為110℃/70℃，二次網(wǎng)的設計供回水溫度為55℃/45℃。系統(tǒng)末端分高低區(qū)，室內(nèi)采暖末端除公廁外均采用地板輻射采暖系統(tǒng)。

2 問題診斷

2.1“三段式”供熱診斷模式

集中供熱系統(tǒng)是一種涉及多專業(yè)的復雜系統(tǒng)，它的每一部分都對供熱質(zhì)量和供熱能耗有著不同程度的影響[1～2]。我國現(xiàn)行的建設程序，由建設單位投資、設計單位設計、施工單位安裝、運營單位運行。雖各司其職，卻又相互隔裂，這就是所謂的“建管脫節(jié)”。該小區(qū)供熱系統(tǒng)的問題就是正是由于“設計與施工的脫節(jié)，施工與運行管理的脫節(jié)”，一系列供熱體制和機制問題造成的。

因此，筆者在提供項目改造咨詢過程中創(chuàng)新性的提出了“三段式”供熱診斷模式，即在設計階段提供供熱節(jié)能專項審查，實現(xiàn)“關(guān)口前移”；在設備施工安裝階段進行現(xiàn)場核查，實現(xiàn)“過程管控”；在運行階段，展開供熱穩(wěn)定和供熱節(jié)能性指導，最終實現(xiàn)“結(jié)果考核”的“三段式”供熱診斷模式。通過三段式供熱診斷模式在該項目的實踐經(jīng)驗可知，該供熱診斷模式能實現(xiàn)設計單位、施工單位、供熱企業(yè)及政府監(jiān)管部門之間的無縫對接。

2.2供熱系統(tǒng)中存在的主要缺陷和問題

通過復核該還遷房建筑的設計資料、現(xiàn)場施工設備核查及運營參數(shù)記錄發(fā)現(xiàn)，其供熱系統(tǒng)存在的主要缺陷和問題有：

1）整個供熱系統(tǒng)雖按照“三步節(jié)能”住宅的相關(guān)標準設計，但由于設計的各部分割裂，不銜接，設備安裝不到位，使整個系統(tǒng)不能夠?qū)崿F(xiàn)計量供熱所要求的“變流量”運行模式，違反了國家相關(guān)強制性條文。

2）板式換熱器阻力大，熱交換器效率低。二次網(wǎng)換熱站的板式換熱器的阻力和效率大小直接影響到系統(tǒng)的供熱能力和供熱質(zhì)量[3]。板式換熱器二次側(cè)的壓降值一般為20kPa～50kPa，供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)顯示，該還遷房部分換熱站的換熱機組最大的壓降值達300kPa。經(jīng)換熱站板式換熱器示范拆裝后發(fā)現(xiàn)，一次水側(cè)換熱板片有明顯油污，嚴重影響換熱效率，二次水側(cè)板換片有約0.5mm水垢，且板換流道內(nèi)有很多顆粒雜質(zhì)，增大了換熱阻力。

3）一次網(wǎng)和二次網(wǎng)均存在嚴重的水力失調(diào)度，“近端熱遠端冷”現(xiàn)象十分顯著，且各熱力入口均安裝不可調(diào)節(jié)的定壓差閥，不能滿足不同工況下管路系統(tǒng)的阻力變化。表1給出了一次網(wǎng)熱量失調(diào)的情況，數(shù)據(jù)顯示，位于整個地塊最遠端的住宅樓水力失調(diào)最為嚴重，低區(qū)、高區(qū)的實際運行流量均小于設計流量近一半。供熱系統(tǒng)的水力平衡是穩(wěn)定供熱、節(jié)能供熱基礎[4～5]，水力不平衡必然造成“末端不熱”的現(xiàn)象發(fā)生。

表1 一次網(wǎng)熱量失調(diào)率

4）供熱能耗居高不下，而采暖末端室內(nèi)溫度卻嚴重不達標。項目運營參數(shù)中，采暖季單位建筑面積燃氣消耗量達12.98m3/m2，遠高于天津市供熱能耗9.88m3/m2的平均水平。

5）補水泵定壓點選取過低，導致鍋爐運行效率較低，且鍋爐房未設置自控裝置，無法實現(xiàn)氣候補償，不能滿足鍋爐根據(jù)負荷變化進行自動燃燒調(diào)節(jié)的要求，且未設置熱量表和流量表，無法核算鍋爐效率。

6）換熱站設計熱負荷直接采用建筑末端的計算負荷，未考慮管網(wǎng)效率帶來的負荷損失，導致二次網(wǎng)循環(huán)水量的設計流量偏小，會造成二次網(wǎng)水力失衡現(xiàn)象。

7）戶用熱計量表安裝未實現(xiàn)遠傳，計量功能不完善，無法起到計量裝置應有的作為能耗診斷、分析的工具，而僅僅作為滿足施工驗收，現(xiàn)階段熱計量裝置提供的計量功能無法滿足計量供熱的要求，實用性不強。

3 改造方案

3.1熱源改造方案

1）增大鍋爐出口管徑，改善鍋爐出口蒸汽管徑過小導致頻繁出現(xiàn)的憋氣現(xiàn)象。針對原來鍋爐蒸汽出口兩根串聯(lián)的DN150的蒸汽管改造為兩根并聯(lián)管徑均為DN200的蒸汽管作為兩臺鍋爐的出口。

2）鍋爐房增加自控系統(tǒng)，加裝氣候補償器，對一次網(wǎng)循環(huán)水泵加裝變頻裝置并納入鍋爐房的自控系統(tǒng)中，并在各換熱站安裝熱計量表。通過加裝氣候補償裝置，使得熱源供給量能夠隨著末端負荷的變化和室外溫度的變化而自動調(diào)整，從而實現(xiàn)“變流量”運行模式下實現(xiàn)“氣候補償”和“溫度補償”的兩大功能，并從源頭到末端自動控制和安全聯(lián)鎖保護設置方案。

3.2換熱站改造方案

1）對各個換熱站的換熱器進行拆洗，最大程度的清洗油污，以減小板換阻力，提高管網(wǎng)系統(tǒng)的供熱能力。

2）更換了部分換熱站的補水泵，選取更高揚程的補水泵以解決二次網(wǎng)定壓不穩(wěn)定的故障。

3）換熱站的二次網(wǎng)循環(huán)泵加裝變頻調(diào)節(jié)裝置，設置氣候補償裝置，建立集中監(jiān)測平臺，將末端熱表計量數(shù)據(jù)、氣候補償裝置、水泵變頻調(diào)節(jié)裝置納入統(tǒng)一的監(jiān)測平臺中。

3.3末端改造方案

1）熱力入口安裝熱計量表，且能實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳功能。熱計量表增加帶前處理功能的軟件，能夠直接輸出房間瞬時熱量、供回水溫度、瞬時流量、單位面積瞬時能耗量等功能，讓熱計量表成為分析供熱系統(tǒng)能耗，指導供熱企業(yè)運行調(diào)節(jié)的實用工具。

2）室內(nèi)地板輻射采暖末端加裝溫控閥，與換熱站實現(xiàn)連鎖反應。

3.4管網(wǎng)改造調(diào)試方案

對現(xiàn)有一次網(wǎng)、二次網(wǎng)進行了全面的排查，局部調(diào)整了閥門安裝位置，排除由于人為安裝失誤引起的管路阻力突變，并增加各個熱力入口的自力式壓差調(diào)節(jié)裝置。管網(wǎng)設備改造完成之后，經(jīng)過全面的水力計算分析，組織施工單位進行了多次水力平衡調(diào)試，初步實現(xiàn)水量熱量的合理分配。

4 改造效益分析

目前，小區(qū)一期供熱系統(tǒng)自2013年10月份改造完成，投入使用后運行穩(wěn)定，用戶投訴率相比改造前顯著降低，在室外溫度低于-9℃的嚴寒期亦有供熱能力的提升空間，其改造效果明顯。

4.1節(jié)能效果分析

根據(jù)供熱企業(yè)提供的熱源運行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，自2013年11月15日點火運行的97天測試時間內(nèi)，該供熱系統(tǒng)單位面積的天然氣消耗量約為7.86m3，折算成一個采暖季（119天）的燃氣消耗量約為9.74m3/m2，而未經(jīng)改造之前2012年供暖季的單位面積燃氣消耗量達到12.89m3/m2，由此計算得到改造之后單位面積節(jié)約天然氣約3.15m3。根據(jù)一期建筑總面積280856m2進行計算，該項目供熱系統(tǒng)改造之后，年節(jié)約天然氣量為88.47萬m3，折合每年節(jié)約的標煤量為1074.2噸。

4.2減排量分析

根據(jù)《節(jié)能手冊2006》選定標煤燃燒的大氣污染物排放系數(shù)，由此計算得本項目采用的節(jié)能措施所帶來的污染物減排量如表2所示。

表2 年節(jié)能減排量

計算結(jié)果可知，還遷房一期項目供熱系統(tǒng)通過供熱診斷、供熱系統(tǒng)改造、水力平衡調(diào)試等系列改造措施之后，由2013年采暖季燃氣消耗量推算年節(jié)約標煤量1074.2噸，減少二氧化碳排放量719.7噸，二氧化硫、煙塵等減排效果顯著。

4.3社會效益分析

天津市某還遷房供熱系統(tǒng)的成功診斷和改造，所帶來的效益不僅僅體現(xiàn)在項目本身，而且對社會、周圍的環(huán)境產(chǎn)生更為積極深遠的影響，具有良好的社會效益，促進了社會的和諧與穩(wěn)定。

供熱系統(tǒng)改造之后，不但明顯提高了采暖末端室內(nèi)溫度，還全面提高了政府的公信力和百姓的供熱滿意度，避免了由于供暖問題而造成的群集事件的發(fā)生。改造方案為后期供熱企業(yè)實行計量供熱創(chuàng)造了條件，為北辰區(qū)實施節(jié)能減排戰(zhàn)略、推行供熱體制改革，全面執(zhí)行供熱計量做出了較大的貢獻。

此外，本案例使得“三段式”供熱診斷模式成功得以實踐，并取得較好的節(jié)能、經(jīng)濟和環(huán)保效益，為天津市乃至全國供熱市場探索出一種新的可推廣、易借鑒的供熱診斷模式。

5 總結(jié)與思考

1）從天津市某小區(qū)供熱系統(tǒng)反映出的問題為當前普遍存在的供熱問題，由“建設與管理的脫節(jié)、設計與施工的脫節(jié)”以及供熱體制機制問題帶來的“節(jié)能建筑不節(jié)能”的現(xiàn)象普遍存在。因此，政府部門需要加強各個環(huán)節(jié)的審查力度，可以建立一個涵蓋多個專業(yè)的聯(lián)合性的節(jié)能審查機構(gòu)，開展從建筑末端至供熱源頭進行功能性審查和節(jié)能量考核。

2）供熱企業(yè)對于供熱節(jié)能不清晰，導致氣候補償、熱計量表等供熱產(chǎn)品安裝不到位，功能與需求的脫節(jié)，技術(shù)與產(chǎn)品的脫節(jié)；供熱企業(yè)對于新建建筑供熱系統(tǒng)交接驗收重點不明確，市場上缺乏有技術(shù)實力的第三方機構(gòu)對供熱企業(yè)的交接驗收、節(jié)能運行做全過程的技術(shù)支持和指導。

3）現(xiàn)行的“以補代獎”補貼政策，供熱價格和成本倒掛縱容了供熱企業(yè)在技術(shù)和管理上不思進取?，F(xiàn)行市、縣（區(qū)）兩級政府對供熱企業(yè)的補貼均是以“供熱面積”為計算依據(jù)而與供熱運行的能耗水平、管理水平關(guān)系甚小，造成了供熱企業(yè)過分依賴政府補貼，而不求企業(yè)的“技術(shù)進步、節(jié)能降耗”，無法從根本上擺脫現(xiàn)行供熱企業(yè)存在的困局。

4）計量供熱改革的推行迫切需要供熱體制機制的改革。計量供熱推進的主體可以由現(xiàn)行的政府主推，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎龑А⑹袌鲋魍频哪Ｊ?。通過設置獎勵、考核機制，吸引供熱企業(yè)實行計量供熱，由供熱企業(yè)作為供熱市場的主體，參與供熱設施的選型、采購、安裝和維護中，用節(jié)能的經(jīng)濟效益來促進供熱企業(yè)的技術(shù)進步和管理水平的提升。

[1]丁研,武涌.北方采暖地區(qū)既有居住建筑供熱計量及節(jié)能改造方案分析[J].暖通空調(diào),2010,40(11):19-23

[2]宋絳雄,范永東.居住示范小區(qū)地熱采暖供熱節(jié)能系統(tǒng)研究與應用[J].建筑熱能通風空調(diào),1999.(4):1-5

[3]徐偉,王敏.我國供熱計量技術(shù)發(fā)展與實踐[J].區(qū)域供熱,2008, (4):1-13

[4]劉學斌.煙臺民生小區(qū)供熱節(jié)能示范項目分析[J].暖通空調(diào), 2000,30(4):73-75

[5]薛志峰,江億.既有建筑節(jié)能診斷與改造[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007

[6]劉慶堂,舒海靜.既有公共建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能改造淺析[J].區(qū)域供熱,2007,(6):9-15

Study of Ene rgy Effic ie nt Dia gnos is a nd Re trofit on a Dis tric t He a ting Sys te m in Tia njin

GAO Hong-bo1,WU Chun-ling2
1 Tianjin Huadian Beichen Distributed Energy Systems Co.,Ltd. 2 China Academy of Building Research Tianjin Institute

Taking the heating system of a district in Tianjin as an object,puts forward a"three-stage"heating diagnostic mode,analyses the shortcomings and problems of heating systems.Meanwhile,compares the energy savings,emission reduction volume and social analysis for rehabilitation programs.Transformation results indicate that the"three-stage" heating diagnostic mode could effectively overcome the disjointed problem of construction and management process, remove obstacles among the design,construction and operation.The purpose is to explore a new heating diagnostic mode which can be easily extended in Tianjin even in all over the country.

heating diagnostic,heat metering,hydraulic balance,energy efficiency retrofit

1003-0344（2014）06-080-4

2013-12-8

高洪波（1968～），男，本科，工程師；天津市北辰區(qū)風電產(chǎn)業(yè)園華電分布式能源站（30000）；022-59380608；

E-mail:ghb_tjdne@163.com