王祖瑞 邵 騰

高校供暖接入市政熱力管網(wǎng)的實踐探索——以對外經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)市政供暖改造為例

王祖瑞 邵 騰

對外經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)]

冬季供暖是高校后勤保障工作的重要內(nèi)容,隨著高校節(jié)能減排工作持續(xù)推進和環(huán)保部門對空氣治理力度日趨嚴格,高校陸續(xù)開展供暖節(jié)能改造。結(jié)合各高校改造的經(jīng)驗和供暖設(shè)備的運行特征，分析了幾種供暖改造方式的利弊。結(jié)合綠色校園建設(shè)和對外經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)供暖改造的實踐，對供暖的現(xiàn)狀、存在問題、供暖節(jié)能改造的理念、思路進行闡述。分析了接入市政管網(wǎng)后的設(shè)備運行模式、分區(qū)域供暖布局、能耗使用量等成效。

高校；冬季供暖；市政熱力；節(jié)能改造

冬季供暖是高校后勤保障工作的一項重要內(nèi)容。尤其是在北方高校，冬季供暖的質(zhì)量是考核后勤服務(wù)水平的重要指標之一。高校供暖的熱源設(shè)備不僅是高校能源消耗的大戶，同時也存在廢氣排放的污染問題。近年來地方政府主管部門倡導(dǎo)各用熱單位對熱源設(shè)備進行改造。2013年北京市印發(fā)了《北京市2013-2017年清潔空氣行動計劃》（簡稱“清空計劃”），2015年北京市發(fā)布新的《鍋爐大氣污染物排放標準》，對鍋爐污染物排放提出更高的要求和標準。由此，包括高校在內(nèi)的北京市各供暖單位陸續(xù)開展鍋爐改造工作。

一、目前高校供暖改造的幾種方式及利弊分析

高校屬于人員密集區(qū)域，其校內(nèi)用暖建筑有學(xué)生宿舍、教室、辦公室、家屬樓等多種類別，能源消耗量較大。由于缺乏城市供熱統(tǒng)一規(guī)劃，北方地區(qū)大部分高校仍采用鍋爐自供暖模式。結(jié)合北京市清煤降氮的要求和各高校改造的實踐經(jīng)驗，改造方式主要分為以下幾種：

（一）整體更換鍋爐

將原有的燃煤鍋爐或燃氣鍋爐整體更換為低氮、節(jié)能、環(huán)保的全預(yù)混冷凝鍋爐，可以從根本上解決鍋爐排放超標的問題，新型的鍋爐氮氧化物排放均低于30mg/m3，滿足國家低氮改造的要求，同時因設(shè)備為一體式更換，運行時各部件匹配度好，總體熱效率高。這種方式的缺點為鍋爐屬于特種設(shè)備，更換鍋爐后高校內(nèi)仍存在燃氣危險源。因鍋爐仍存在，會占用一定的校園面積，同時整體更換鍋爐需要金額較大。

（二）更換燃燒器

在保留原鍋爐主體的基礎(chǔ)上，更換燃燒器，通過更換燃燒器來實現(xiàn)低氮排放。更換燃燒器比更換鍋爐成本低，但更換燃燒器的改造效果不如整體更換鍋爐，通常改造后氮氧化物排放在30~80mg/m3左右。由于燃燒器屬于后添加設(shè)備，與原有鍋爐本體存在匹配度問題，在運行中存在一定隱患。北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局《關(guān)于鍋爐低氮燃燒改造安全風(fēng)險警示的通告》京質(zhì)監(jiān)發(fā)〔2017〕6號文件明確提出對于在用鍋爐，不建議采用直接改造燃燒器的改造方式。

（三）接入市政熱力管網(wǎng)

隨著熱電廠、供熱廠的熱產(chǎn)能不斷增加，城市熱網(wǎng)的覆蓋范圍也逐漸延展到各高校附近。市政供熱質(zhì)量高，高校接入市政后將按照市政高標準供熱，可改善校園環(huán)境，取消了校園內(nèi)原有鍋爐，減少未來對熱源設(shè)備進行改造。同時鍋爐房可騰空改造，提升了房產(chǎn)使用效率。但高校對供暖的控制權(quán)弱化，未來學(xué)校的供暖面積增減、供暖時間調(diào)整及供暖收費等需與熱力集團商定。管線和設(shè)備需要按照市政標準進行改造，投資較高。

（四）更換其他清潔能源供暖設(shè)備

清潔能源也稱為綠色能源，不會直接產(chǎn)生環(huán)境污染，同時在低溫環(huán)境中，清潔能源也能達到高效能供熱，如空氣源熱泵采用雙級壓縮技術(shù)后，在室外溫度-10℃環(huán)境下能效比COP能夠達到2.0。但目前清潔能源規(guī)模不宜過大，由于原鍋爐出水溫度較高，設(shè)計主管道較細，而熱泵機組出水溫度較低，供暖規(guī)模過大很可能會出現(xiàn)溫度上不去、主機經(jīng)常報故障等諸多問題。另外，電暖氣單體耗電量大，如果大規(guī)模同時使用將給附近用電網(wǎng)絡(luò)帶來巨大壓力，不適宜在缺電地區(qū)使用。

表1：各種改造方式對比表

二、改造前學(xué)校供暖的運行狀況。

（一）鍋爐及管線設(shè)備老化

對外經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)校內(nèi)建有鍋爐房，有3臺20蒸噸的燃氣蒸汽鍋爐為全校各樓宇及學(xué)校周邊的家屬區(qū)供暖。由于校園面積較大，供暖區(qū)域分為東西兩個區(qū)域，各建立有一座汽水交換站。3臺熱源鍋爐至改造時已使用17年，設(shè)備老化，故障頻發(fā)，并且鍋爐以及附屬設(shè)施的維修維保費用逐年增加，已經(jīng)進入整體更換期。供暖管線多數(shù)鋪設(shè)有管溝，但由于管道使用時間較長，跑冒滴漏現(xiàn)象也較為嚴重。

（二）供暖區(qū)域設(shè)計不科學(xué)

改造前，東西供暖區(qū)域?qū)嵭泄芫€大循環(huán)。教學(xué)樓、宿舍樓、家屬樓在一個循環(huán)線路中，未能實現(xiàn)分類別、分樓宇供暖。同時大循環(huán)管線過長，分布不合理，存在末端散熱不均衡的現(xiàn)象。在出水溫度固定的條件下，位于供暖循環(huán)末端的部分樓宇和房間溫度偏低，而位于供暖循環(huán)前段的樓宇溫度偏高，導(dǎo)致師生對供暖效果滿意度較低。

（三）鍋爐污染物排放超標

經(jīng)檢測，鍋爐的氮氧化合物、二氧化硫等排放氣體均超過新的鍋爐大氣污染物排放標準（約150mg/m3）。

三、學(xué)校接入市政供暖改造方案

（一）供暖改造的整體思路

1.秉承綠色校園理念，盡量消除校內(nèi)污染源和安全隱患。

首先，本次改造模式立足于綠色低碳校園的發(fā)展理念。在前期論證和調(diào)研中充分考慮國家對大氣污染治理的長期性以及環(huán)保治理政的逐步“加碼”，兼顧經(jīng)濟成本和社會效益，希望能盡可能消除校園內(nèi)供暖設(shè)備的大氣污染源，降低未來可能發(fā)生的再次改造的成本。其次，本次改造也是從減少燃氣使用率出發(fā)，盡量降低燃氣的安全隱患。綜合考慮鍋爐的使用現(xiàn)狀、幾種改造模式的優(yōu)缺點，最終選擇了接入市政熱力管網(wǎng)的改造模式。

2.全面考察設(shè)備選型，力爭減少設(shè)備用房面積。

在設(shè)計初期，堅持不增加設(shè)備用房面積的原則，因地制宜，減少房屋改造成本。依據(jù)現(xiàn)有供暖設(shè)備用房的高度、寬度、面積，在設(shè)備選型過程中，在滿足設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上，選用體積較小的設(shè)備設(shè)施，力求實現(xiàn)設(shè)備占用空間最小化。盡可能的節(jié)約或釋放更多的房屋空間，提高房產(chǎn)使用效率。

3.考慮校內(nèi)用熱特征，重新規(guī)劃供熱布局。

在設(shè)計初期充分考慮不同建筑物的使用特征，將用熱建筑物分類：教室、辦公室等公共建筑白天用熱量較大，夜間用熱量較少；學(xué)生公寓夜間用熱量較大、白天用熱量較少；家屬區(qū)居民樓等民用建筑全天用熱較為平均。同時考慮到公共建筑與民用建筑的取暖費采取不同的計價標準。在改造時，力求實現(xiàn)“分區(qū)域、分系統(tǒng)、分時段”，即分別改造東區(qū)和西區(qū)供暖系統(tǒng)，均衡供熱負荷；分別建立公建供暖系統(tǒng)和民建供暖系統(tǒng)，按不同標準運行管理；分別建立學(xué)生公寓溫控系統(tǒng)和教學(xué)辦公溫控系統(tǒng)，分時段調(diào)整供熱溫度。

4.結(jié)合地下路由現(xiàn)狀，合理設(shè)計管線走向。

因市政熱力一次線供水溫度高達110℃，為確保供熱安全，市政熱力的設(shè)計和施工有其嚴格的規(guī)范，尤其管線的鋪設(shè)方式。市政熱力的改造項目不同于新建項目，在設(shè)計和改造過程中需要充分考慮原有地下管線的分布走向。因校內(nèi)不同種類的地下管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，在改造過程中需要對現(xiàn)有草坪綠植、柏油路面、地下管線甚至占壓建筑物進行破壞或改移。這就需要在尊重設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上最大程度上避開在用的地下管線，最小程度上減少地上物的拆除改移。

（二）供暖改造的實施

基于上述改造思路和理念，改造前，委托北京市熱力集團直屬的設(shè)計單位進行整體設(shè)計。本次改造共覆蓋供暖面積約50.6萬平米，其中校內(nèi)公共建筑約42.6萬平米，家屬區(qū)民建約8萬平米。按照設(shè)計要求，從位于學(xué)校西門市政主管道向校內(nèi)引入一次供暖管線，在具備鋪設(shè)管溝條件的路段鋪設(shè)管溝，不具備鋪設(shè)管溝的路段鋪設(shè)直埋管線。為實現(xiàn)分區(qū)供暖，在本次改造中，結(jié)合管線現(xiàn)狀和用熱建筑物的距離，共改造4處設(shè)備間，建設(shè)10個供熱系統(tǒng)，新鋪一次管線2400米同時對原有的二次供暖管線進行改造共計約1800米。在同類用熱建筑物管道上加裝溫控系統(tǒng)，力爭實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)節(jié)。供暖一次管線沿途，共建設(shè)檢查小室12個。在施工過程中采取了鋼板樁、掛網(wǎng)錨噴、管線懸吊保護、樹木移植等多種措施，盡可能減少對綠植、地下管線等在用物體的破壞。整個施工歷時204天。

（三）熱交換站供熱設(shè)備運行模式

接入市政后，學(xué)校的供熱模式為：熱水由市政主管網(wǎng)送至校內(nèi)各熱力站，再由各站內(nèi)總計十套供熱系統(tǒng)送至各用戶末端。110℃的高溫高壓熱水進入換熱站內(nèi)轉(zhuǎn)換為55-70℃的二次熱水進入各樓內(nèi)，滿足不同建筑需要。此種運行方式較之原有鍋爐單一循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，具有熱源穩(wěn)定、各區(qū)域獨立調(diào)節(jié)溫度、熱傳輸損失少、換熱效率高等特點。

例如，改造原有鍋爐供暖兩座換熱站為七座換熱站，按照不同使用性質(zhì)（公建供暖、民用供暖、洗澡水）分別設(shè)立，彼此之間互不干擾，從而杜絕了各系統(tǒng)互相干擾的可能，加強了校園供熱的穩(wěn)定性。換熱站內(nèi)所有設(shè)備均采用市政標準設(shè)計安裝，設(shè)備與一次供熱大網(wǎng)匹配度高，能效等級也處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。同時運行中采用水泵變頻技術(shù)、換熱機組自動溫度控制系統(tǒng)及溫度遠程監(jiān)控系統(tǒng)，減少了換熱站巡視人員的同時降低了供熱能耗。

圖1 換熱站運行模式

四、市政熱力供暖改造的成效和能耗分析

（一）廢除傳統(tǒng)鍋爐，設(shè)備運行更加安全環(huán)保

通過此次改造，直接將鍋爐設(shè)備拆除報廢，校內(nèi)不再設(shè)有大型鍋爐設(shè)備，安裝更為先進的熱力交換供熱設(shè)備，供熱效率和安全性進一步提升。將與鍋爐連接的燃氣管道、燃氣調(diào)壓設(shè)備一并切斷，消除了這一校園安全隱患部位。原鍋爐拆除后，騰空設(shè)備用房約1000平米，房屋空間進一步釋放。接入市政熱力管網(wǎng)后，徹底清除了校內(nèi)污染源，從根本上解決了供暖設(shè)備排污超標的問題。

（二）梳理維護施工區(qū)域地下管網(wǎng)，供暖效果更穩(wěn)定

由于地下管線錯綜復(fù)雜，長年埋于地下，平時難以發(fā)現(xiàn)故障點。施工過程中，在計劃破除路面的施工范圍內(nèi)梳理、維修、更換了與供暖管線相鄰、交叉的自來水、中水、綠化用水、雨水、污水、電纜等各種地下管線，解決了部分區(qū)域老舊管道“跑冒滴漏”問題。按照市政熱力標準新建了部分鋼筋混凝土熱力管溝，新鋪的市政一次管道和改造校內(nèi)二次管道均采用保溫性能更好的聚氨酯保溫鋼管，熱損失有所降低，供暖效果更穩(wěn)定。

（三）優(yōu)化供暖分區(qū)，供暖模式更加專業(yè)科學(xué)

此次改造打破了“一體式”供暖，解決了供暖管網(wǎng)的前端、中端、末端供熱溫度不平衡的問題。將校區(qū)和家屬區(qū)按區(qū)位和用熱特征劃分為6個供暖區(qū)，其中2個家屬區(qū)系統(tǒng)、4個校區(qū)系統(tǒng)。每個供暖區(qū)的管網(wǎng)系統(tǒng)獨立循環(huán)運行，可以針對學(xué)生公寓、教室、家屬樓等不同建筑物的用熱規(guī)律，靈活調(diào)整供熱時間和溫度。改造后，居民報修投訴次數(shù)由改造前的200余次降為80余次。新的供暖系統(tǒng)采用“熱計量”方式計費，依據(jù)實際用熱量繳納取暖費，避免能源浪費。改造后，北京熱力集團參與設(shè)備、管線的運行維護，供熱服務(wù)更加專業(yè)。

（四）市政供暖的能耗與運行成本分析

1.市政改造后用電用水量明顯下降

接入市政后，學(xué)校兩棟新樓正式投入使用，供暖面積由上一供暖季的40.9萬m2增加到50.6萬m2，較上年度增加了約20%。但統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，學(xué)校供暖用電量、用水量卻呈現(xiàn)下降趨勢。用電量對比上年度同比降低了55%，體現(xiàn)了市政標準水泵電機具有高效能的特點。用水量方面由于供暖一次主管道及部分二次管道整體更新，降低了跑冒滴漏等現(xiàn)象的發(fā)生，同時供暖大循環(huán)細分為若干小循環(huán)，便于及時查出漏點排除故障，因此較上年度節(jié)約了用水量。學(xué)校接入市政后供暖不再使用燃氣，由去年的5025936立方米降為零。

2.市政改造后單位面積供暖能耗下降

根據(jù)供暖季統(tǒng)計，接入市政管網(wǎng)后供暖單位面積綜合能耗（折合標煤）由16.6千克/平方米降為8.4千克/平方米，同比下降49%，這是由于接入市政后學(xué)校采用分區(qū)供暖，每個區(qū)域按照用熱需求獨立調(diào)節(jié)，有效減少供暖耗能現(xiàn)象，從而降低了供暖綜合能耗。市政供暖的能源成本比自供暖時每平方米減少了8%，充分體現(xiàn)了市政供暖低成本、高環(huán)境效益的特點。

通過以上分析，高校內(nèi)應(yīng)用市政供暖模式，具有提高學(xué)校的綜合基礎(chǔ)設(shè)施成熟度、提升校園節(jié)能水平、建設(shè)綠色校園、改進供暖模式及降低單位面積供暖成本的特點，也符合目前高校社會化的發(fā)展方向。同時，在引入市政熱源的基礎(chǔ)上，加強學(xué)校內(nèi)部管線與市政設(shè)備的匹配度，完善梳理供暖系統(tǒng)，才能更好的發(fā)揮市政供暖的優(yōu)勢，從而推動學(xué)校的發(fā)展。

（責(zé)任編輯：盧彩晨）