(大慶市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，黑龍江 大慶 163311)

0 引 言

城市供熱系統(tǒng)節(jié)能是建筑節(jié)能的重要組成部分，許多城市的供熱設(shè)施嚴(yán)重老化，供熱能源浪費(fèi)嚴(yán)重[1-3]。老城區(qū)供熱管網(wǎng)存在著嚴(yán)重的水力失調(diào)問(wèn)題，以致于普遍存在供熱系統(tǒng)冷熱不均問(wèn)題，近端用戶(hù)室內(nèi)溫度過(guò)高，開(kāi)窗放熱問(wèn)題普遍存在，造成了大量的熱量浪費(fèi)。由于二級(jí)管網(wǎng)不平衡，平均可造成10%～20%的熱能浪費(fèi)，節(jié)能潛力巨大。但由于外網(wǎng)信息量大，數(shù)據(jù)繁雜，通過(guò)人工統(tǒng)計(jì)分析比較困難，再加上現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作難度，巨大的節(jié)能潛力往往被人們所忽視。文中通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中的探索，充分挖掘節(jié)能潛力，提出集中供熱系統(tǒng)節(jié)能改造方案。

1 簡(jiǎn)述供熱系統(tǒng)工藝過(guò)程

集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的基本過(guò)程是由熱源生產(chǎn)熱量、然后通過(guò)循環(huán)泵將熱量輸送到熱網(wǎng)，熱網(wǎng)根據(jù)用戶(hù)需要流量完成熱量的分配，最后用戶(hù)通過(guò)散熱器完成熱量的供給。

(1)熱量生產(chǎn)過(guò)程——由熱源系統(tǒng)完成。

(2)熱量輸配過(guò)程——由循環(huán)泵和室外管網(wǎng)系統(tǒng)完成。

(3)熱量散發(fā)過(guò)程——由用戶(hù)散熱器完成。

供熱系統(tǒng)節(jié)能，除了設(shè)備本身層面如鍋爐、換熱器效率外，最大的節(jié)能部分就是熱量生產(chǎn)、輸配及放熱這三個(gè)環(huán)節(jié)的整體能量?jī)?yōu)化。通過(guò)實(shí)時(shí)補(bǔ)償、實(shí)現(xiàn)適量供熱，最終用戶(hù)室內(nèi)溫度都達(dá)到18～19 ℃。

2 供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 熱網(wǎng)輸配流量不均衡

存在冷熱不均、近端開(kāi)窗戶(hù)問(wèn)題，造成大量熱量浪費(fèi)，雖然每個(gè)采暖期都通過(guò)人工進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，但由于供熱系統(tǒng)用戶(hù)數(shù)量龐大，熱用戶(hù)之間還存在著流量的相互擾動(dòng)，如果沒(méi)有先進(jìn)的調(diào)控設(shè)備，靠人力把熱量調(diào)整均勻，是實(shí)現(xiàn)不了的，所以在現(xiàn)有技術(shù)條件下，只能是加大系統(tǒng)總熱量使末端用戶(hù)也滿(mǎn)足室溫要求，但這時(shí)近端開(kāi)窗戶(hù)的現(xiàn)象就普遍存在了，這也是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)大部分熱力公司供熱的現(xiàn)狀，是供熱系統(tǒng)中能源浪費(fèi)最大的一部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)由于開(kāi)窗戶(hù)帶來(lái)的能源浪費(fèi)高達(dá)10%～20%。

熱網(wǎng)系統(tǒng)是連接熱源和熱用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)熱網(wǎng)系統(tǒng)將熱源生產(chǎn)的熱量傳輸給各熱用戶(hù)。目前供熱管網(wǎng)普遍存的問(wèn)題有：

(1)熱網(wǎng)運(yùn)行方式是高溫間供，管網(wǎng)承擔(dān)的面積也大，水力失調(diào)情況較為嚴(yán)重，調(diào)節(jié)難度很大，每年啟運(yùn)前期都要花費(fèi)大量人力和物力進(jìn)行管網(wǎng)水力平衡調(diào)試，需要反復(fù)調(diào)整多次，往往調(diào)試工作要近兩個(gè)月的時(shí)間才能完成。

(2)熱力站內(nèi)的儀表尚未完善，有些熱力站只安裝了流量?jī)x表，沒(méi)有熱量功能，無(wú)法直觀地顯示冬季耗熱量的多少，只憑理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)估算調(diào)節(jié)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

(3)熱用戶(hù)室內(nèi)系統(tǒng)形式復(fù)雜，有同程式系統(tǒng)和異程式系統(tǒng)；多單元大循環(huán)系統(tǒng)和單元循環(huán)系統(tǒng)；上供下回垂直式系統(tǒng)和水平串聯(lián)式系統(tǒng)；分戶(hù)供熱有散熱器系統(tǒng)和地板輔射系統(tǒng)等等，其運(yùn)行阻力各不相同，差異很大，沒(méi)有計(jì)量裝置，只能憑溫度感覺(jué)調(diào)整單元或入戶(hù)閥門(mén)，很難達(dá)到水力平衡。

(4)熱用戶(hù)室內(nèi)系統(tǒng)老化、結(jié)垢較為嚴(yán)重，由于有些供熱管網(wǎng)已經(jīng)運(yùn)行近二十年，加之這些年無(wú)人維護(hù)和清洗，致使水流量不足、散熱器散熱量不足，耗費(fèi)大量的熱量。

(5)雖然多數(shù)樓房都有用戶(hù)井，井內(nèi)安裝了閘閥，調(diào)節(jié)閥等裝置，但調(diào)節(jié)閥都是手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，沒(méi)有流量和熱量顯示，調(diào)節(jié)能力差，達(dá)不到效果。如閥門(mén)開(kāi)度大了，會(huì)影響其后端各熱力站和各熱用戶(hù)供熱運(yùn)行，閥門(mén)開(kāi)度小了，影響該站所負(fù)責(zé)的熱用戶(hù)不熱，所以，需要反復(fù)多次試驗(yàn)著調(diào)整，根據(jù)每年熱負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)更加復(fù)雜。綜上所述，存在冷熱不均現(xiàn)象較為嚴(yán)重，能源浪費(fèi)較大，很難保證供熱效果。

2.2 熱源運(yùn)行調(diào)節(jié)不適量

供熱系統(tǒng)總的要求是按需供熱，只有供熱量與需熱量平衡了，用戶(hù)室內(nèi)溫度才能保證，而需熱量的變化是隨著室外溫度晝升夜降而發(fā)生周期變化的，這就要求供熱系統(tǒng)要根據(jù)室外溫度變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，否則就會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱或熱量不及的問(wèn)題，現(xiàn)有熱源系統(tǒng)的運(yùn)行主要是根據(jù)天氣預(yù)報(bào)的最高和最低溫度，憑操作人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行熱源的調(diào)節(jié)，由于沒(méi)有精確的負(fù)荷預(yù)報(bào)和量化的調(diào)度指令，系統(tǒng)運(yùn)行存在著經(jīng)驗(yàn)性和隨機(jī)性的問(wèn)題，實(shí)際抽查發(fā)現(xiàn)整個(gè)采暖期用戶(hù)室內(nèi)日平均溫度波動(dòng)達(dá)6度左右，這對(duì)于熱源來(lái)說(shuō)由于沒(méi)有量化精確的負(fù)荷控制造成了較大的能源浪費(fèi)，由于熱源系統(tǒng)不能精確適應(yīng)氣候變化而造成的熱量損失至少在5%以上。

3 供熱系統(tǒng)節(jié)能改造具體實(shí)施方案

3.1 建立熱網(wǎng)信息化及數(shù)據(jù)采集管理工作

通過(guò)采用先進(jìn)的信息化手段，建立一套從熱源、到熱網(wǎng)、到熱用戶(hù)全方位的綜合管理平臺(tái)，將現(xiàn)場(chǎng)繁雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析處理，通過(guò)水力計(jì)算等高級(jí)功能模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管網(wǎng)信息做水力工況診斷分析，從而協(xié)助用戶(hù)解決現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題，達(dá)到提高生產(chǎn)管理水平和節(jié)能降耗的目的。

在建設(shè)供熱信息化的同時(shí)，需要有步驟、有計(jì)劃的實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工作，包括管網(wǎng)信息的現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，用戶(hù)室溫采集點(diǎn)布置工作。只有現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)工作做的細(xì)，信息化平臺(tái)才能夠發(fā)揮大的作用。信息化平臺(tái)的建立后，可以實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的在二級(jí)網(wǎng)管路上安裝必要的流量平衡調(diào)節(jié)設(shè)備，并實(shí)施必要的管路、閥井改造工程，以達(dá)到有效緩解水力失調(diào)問(wèn)題的目的。

(1)建立供熱調(diào)度管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大型熱網(wǎng)的中心控制室的集中調(diào)度管理，熱網(wǎng)平衡分析。

(2)建立供熱管網(wǎng)信息平臺(tái)，基于GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備檔案管理，并可對(duì)熱力管網(wǎng)實(shí)施水力工況計(jì)算，實(shí)現(xiàn)診斷分析功能。

(3)建立供熱呼叫服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)話(huà)務(wù)量統(tǒng)計(jì)分析功能。

(4)建立供熱能耗分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的量化管理，定量分析功能。

3.2 實(shí)施全面的熱網(wǎng)水力平衡技術(shù)改造

全面熱網(wǎng)平衡工作，是搞好供熱系統(tǒng)節(jié)能改造工作的基礎(chǔ)工作。熱網(wǎng)平衡在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的細(xì)化程度，決定了供熱系統(tǒng)節(jié)能改造項(xiàng)目最終能夠?qū)崿F(xiàn)多大的節(jié)熱、節(jié)電效果。

3.2.1 分支環(huán)路水力平衡方案

通過(guò)站內(nèi)的分支線(xiàn)閥門(mén)調(diào)節(jié)，主要是解決了樓群與樓群間的平衡。換熱站的二級(jí)網(wǎng)循環(huán)泵的揚(yáng)程主要是為了克服最不利的那個(gè)環(huán)路的阻力，如果其他支線(xiàn)環(huán)路不加以控制，就會(huì)造成其他支線(xiàn)環(huán)路流量過(guò)大，在同等供水溫度的前提下，供熱量就會(huì)超標(biāo)。通過(guò)我們實(shí)施的管網(wǎng)分支環(huán)路平衡技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)電的雙重目的。

3.2.2 樓前水力平衡解決方案

在掌握用戶(hù)室溫?cái)?shù)據(jù)、供熱管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在專(zhuān)業(yè)的熱網(wǎng)水力平衡分析軟件的指導(dǎo)下，實(shí)施有效的熱網(wǎng)平衡改造及增加必要的調(diào)節(jié)手段，盡量減少因?yàn)闊峋W(wǎng)不平衡導(dǎo)致的能耗浪費(fèi)，將熱網(wǎng)平衡工作，變得更加具有可操作性。

(1)改造單元閥井內(nèi)的閥門(mén)，使其具有可調(diào)節(jié)性。

(2)單元供、回水閥門(mén)入戶(hù)側(cè)，安裝現(xiàn)場(chǎng)壓力測(cè)試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)量化調(diào)節(jié)。

(3)對(duì)部分空間狹小，條件惡劣的閥井或樓內(nèi)閥組間，實(shí)施改造。

(4)根據(jù)調(diào)節(jié)精度要求，布置室內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)安裝數(shù)量。

3.2.3 平衡到戶(hù)的末梢水力平衡方案

全面水力平衡調(diào)整工作，在細(xì)化到樓前用戶(hù)側(cè)時(shí)，對(duì)熱網(wǎng)系統(tǒng)的水質(zhì)提出了很高的要求，這就需要我們?cè)趯?shí)施水力平衡改造前，先解決系統(tǒng)的水質(zhì)問(wèn)題。

主要采取的技改措施為：

(1)在換熱站內(nèi)二級(jí)網(wǎng)總回水，安裝立式擴(kuò)容除污器，以降低水流速，將水中的絮狀沉淀，匯集到沉淀器一端，通過(guò)排污排出沉淀箱，達(dá)到除污目的

(2)采用新型環(huán)保防腐阻垢劑，可起到防腐、阻垢、除垢、除銹、育保護(hù)膜、防人為失水、濕法停用保護(hù)、殺菌、滅藻、除生物黏泥、修復(fù)作用

在水質(zhì)問(wèn)題解決的前提下，在每戶(hù)的閥組間安裝戶(hù)平衡閥，解決戶(hù)與戶(hù)間的垂直失調(diào)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)約能源，均衡供熱。

3.3 實(shí)施全面的節(jié)電技術(shù)改造

通過(guò)嚴(yán)格的理論、分析、計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出一套有針對(duì)性的節(jié)電改造方案及節(jié)電分析報(bào)告，同時(shí)制定出與之配套的運(yùn)行管理辦法，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的節(jié)電效果。

3.3.1 換熱站分布式水泵節(jié)電方案

常規(guī)換熱站系統(tǒng)，每單分區(qū)系統(tǒng)多采用一套總循環(huán)泵的運(yùn)行方式，由于各分支環(huán)路的外管網(wǎng)特性差別較大，所需的流量和壓差不同，循環(huán)泵需要克服最不利支線(xiàn)環(huán)路所需要克服的阻力來(lái)運(yùn)行，其他支線(xiàn)環(huán)路就會(huì)在嚴(yán)重的大流量情況下運(yùn)行。

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行效果是，在滿(mǎn)足最不利支線(xiàn)環(huán)路供熱基本要求的前提下，其他環(huán)路就會(huì)存在大量的能量浪費(fèi)，造成系統(tǒng)即費(fèi)電、又費(fèi)熱的運(yùn)行方式。

在換熱站實(shí)施二級(jí)網(wǎng)分布泵系統(tǒng)改造時(shí)，需對(duì)其所負(fù)擔(dān)的外網(wǎng)用戶(hù)所存在的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析后，實(shí)施改造，一般采取的辦法是：

(1)取消現(xiàn)有的二級(jí)網(wǎng)循環(huán)泵，根據(jù)不同支路的外網(wǎng)管路特性，為每個(gè)支路單獨(dú)設(shè)變頻循環(huán)泵，將變頻泵裝于從分水器出來(lái)的供水管上。

(2)在供回水管上均安裝壓力傳感器，水泵的轉(zhuǎn)速由供回水管壓差控制。

3.3.2 換熱站水泵系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方案

同時(shí)針對(duì)不宜實(shí)施二級(jí)網(wǎng)分布泵改造的換熱站，亦可根據(jù)各自的特點(diǎn)，有針對(duì)性地實(shí)施水泵或管路改造，并制定科學(xué)合理的運(yùn)行方式，達(dá)到最大的節(jié)電目的，具體如下：

①加一網(wǎng)回水泵旁通管，減小站內(nèi)阻力。

②水泵出入口管過(guò)細(xì)，阻力較大的位置實(shí)施改造，減小站內(nèi)阻力。

③間供換熱站，板換阻力大，可通過(guò)加旁通管或調(diào)整板換入口閥門(mén)開(kāi)度的辦法，調(diào)整適宜的板換阻力和換熱效率。

④直供站，在以混合泵方式進(jìn)行工作時(shí)，一網(wǎng)回水閥門(mén)和摻水閥門(mén)應(yīng)有一個(gè)全部打開(kāi)，以減少不必要的系統(tǒng)阻力。

⑤在一條管路上，通過(guò)泵閥組合進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)，泵運(yùn)行時(shí)，閥門(mén)應(yīng)該全部打開(kāi)。

⑥直供站，在二級(jí)網(wǎng)回水壓力高于一級(jí)網(wǎng)回水壓力時(shí)，應(yīng)停掉一網(wǎng)回水泵(或?qū)⒒旌媳茫臑榧儞剿?，以降低站內(nèi)電耗。

⑦對(duì)于多支線(xiàn)環(huán)路的，必須保證最不利環(huán)路的供回水總閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，減小不必要的阻力。

⑧合理分析二級(jí)網(wǎng)站內(nèi)系統(tǒng)阻力，換熱器的阻力20～50 kPa，水泵的進(jìn)出口阻力30～50 kPa，除污器的阻力10～20kPa，對(duì)阻力損失過(guò)大的設(shè)備進(jìn)行合理的調(diào)整、檢修維護(hù)，減小站內(nèi)阻力。

⑨在二級(jí)網(wǎng)滿(mǎn)足同樣的工況的情況下，具體是一臺(tái)變頻泵高頻率運(yùn)行省電，還是兩臺(tái)變頻泵低頻率情況下省電，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定。不能盲目的認(rèn)為一臺(tái)泵運(yùn)行就一定省電。

3.4 實(shí)施全面的節(jié)熱技術(shù)改造

3.4.1 熱網(wǎng)氣象調(diào)度

根據(jù)每日氣象局發(fā)布的預(yù)報(bào)室外溫度，并參考本地氣象站的實(shí)測(cè)室外溫度，實(shí)時(shí)計(jì)算出各換熱站供熱指標(biāo)，并與全網(wǎng)總供熱指標(biāo)做對(duì)比，時(shí)刻關(guān)注熱網(wǎng)的熱平衡情況，保證熱量被平衡分配到每一個(gè)換熱站，滿(mǎn)足每個(gè)換熱站的供熱需求。解決了熱網(wǎng)的失控狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)調(diào)度管理。

3.4.2 典型用戶(hù)室溫監(jiān)測(cè)

供熱的手段是以水為載體，通過(guò)熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)，水的溫度和水的流量起到關(guān)鍵因素。

供熱的目的是實(shí)現(xiàn)該供熱區(qū)域內(nèi)的所有熱用戶(hù)的室內(nèi)溫度達(dá)標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，調(diào)整供熱參數(shù)是手段，最終檢驗(yàn)我們工作的結(jié)果是用戶(hù)的室內(nèi)溫度。

因此我們盡可能多的在用戶(hù)室內(nèi)安裝測(cè)溫設(shè)備，然后在每個(gè)換熱站的每條分支環(huán)路上，選擇三個(gè)典型用戶(hù)，作為指導(dǎo)供熱參考，并不斷加以修正，以保證該區(qū)域的供熱效果基本達(dá)標(biāo)。

3.4.3 供熱指標(biāo)管理

換熱站所轄區(qū)域內(nèi)的所有供熱建筑，綜合熱指標(biāo)的確定，對(duì)于供熱運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)作用。但是這個(gè)參數(shù)的確定，需要一個(gè)長(zhǎng)期摸索，不斷修正的過(guò)程。

最初的熱指標(biāo)的確定，是根據(jù)該區(qū)域所有供熱建筑的設(shè)計(jì)熱指標(biāo)，通過(guò)理論計(jì)算的辦法，予以確定。然后經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間的運(yùn)行、摸索，加以核實(shí)、修正，以達(dá)到逐漸趨于準(zhǔn)確的目的。

3.4.4 分時(shí)分區(qū)節(jié)能控制裝置

分時(shí)分區(qū)節(jié)能控制裝置根據(jù)供熱曲線(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)二級(jí)網(wǎng)供水溫度和室外溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)換熱站的質(zhì)調(diào)節(jié)；可以根據(jù)不同的時(shí)間段及地點(diǎn)(白天、夜晚不同，冬季、春季不同，學(xué)校、辦公室、居民樓不同)設(shè)置多條曲線(xiàn)，監(jiān)控中心也可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)分析，自動(dòng)生成經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的曲線(xiàn)，管理人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及RTU修改運(yùn)行曲線(xiàn)和設(shè)定參數(shù)，完成運(yùn)行曲線(xiàn)的修改、移植，達(dá)到節(jié)約熱能、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果，如圖1所示。

圖1 運(yùn)行曲線(xiàn)

對(duì)居民類(lèi)用戶(hù)主要的調(diào)節(jié)方式是每天晚間22點(diǎn)至凌晨3點(diǎn)期間降溫供熱，室內(nèi)溫度維持14 ℃左右，凌晨3點(diǎn)～8點(diǎn)提溫運(yùn)行，溫度維持在18 ℃左右，8點(diǎn)～16點(diǎn)降溫供熱溫度維持14 ℃左右，16點(diǎn)～22點(diǎn)提溫運(yùn)行溫度維持在18 ℃左右。對(duì)企事業(yè)單位機(jī)關(guān)學(xué)校幼兒園類(lèi)用戶(hù)主要的調(diào)節(jié)方式是每天晚間19點(diǎn)～6點(diǎn)降溫供熱溫度維持12 ℃左右。6點(diǎn)～19點(diǎn)溫度維持在18 ℃左右。

對(duì)企事業(yè)單位機(jī)關(guān)學(xué)校幼兒園類(lèi)等用戶(hù)在周末及節(jié)假日期間全天維持在10 ℃左右。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)集中供熱系統(tǒng)實(shí)施全面的節(jié)能改造，流量平衡設(shè)備解決了供熱系統(tǒng)冷熱不均的問(wèn)題，同時(shí)熱源調(diào)度系統(tǒng)，使熱源根據(jù)室外溫度變化精確控制總供熱量，實(shí)現(xiàn)適量供熱，使用戶(hù)室內(nèi)溫度達(dá)到要求值。這樣總體上就使開(kāi)窗戶(hù)浪費(fèi)的熱能在補(bǔ)充遠(yuǎn)端不熱用戶(hù)的情況下、實(shí)現(xiàn)用戶(hù)室溫均勻，同時(shí)又通過(guò)總熱量的控制實(shí)現(xiàn)適量供熱，最終使供熱系統(tǒng)用能過(guò)程整體優(yōu)化，達(dá)到大幅度節(jié)能減排的目的。

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