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（太原市熱力集團城南供暖分公司， 山西 太原 030013）

我國是一個國土遼闊、 地貌豐富的國家， 因此各地區(qū)的氣候特征也極為明顯， 北方地區(qū)冬季較為寒冷， 對人民的生活、 生產都會造成影響， 必須借助合理的供熱采暖設備， 創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境， 提升人民群眾的生活質量。 隨著各地區(qū)供暖面積的增加， 對能源的消耗也會更加劇烈， 需要采取有效的供熱采暖節(jié)能技術， 防止出現能源浪費等一系列問題。

1 城市建筑集中供熱采暖節(jié)能技術的應用價值

由于我國各地區(qū)的氣候特征差異明顯， 在東北、華北、 西北等北方地區(qū)， 冬季氣溫相對較低， 對人民群眾的生產生活會造成一定影響， 所以需要集中供熱采暖， 但與此同時， 如何平衡好與綠色理念之間的關系， 降低對能源的消耗， 成為了當前階段的首要探究問題。 此外， 隨著我國人民生活水平的不斷提升， 一些江南地區(qū)的居民也期望能享受集中供熱采暖帶來的便利， 供熱采暖面積在不斷擴大， 必須要提升能源的利用效率， 推動國民經濟的可持續(xù)發(fā)展。 在開展供熱采暖的同時， 消耗了大量的能源， 也引發(fā)了一系列的環(huán)境問題。 集中供熱采暖會排放一定的溫室氣體，進而引發(fā)溫室效應、 海平面上升等一系列問題。 如表1 所示， 現階段煤炭仍然是我國主要的消費能源， 在支撐國民經濟發(fā)展的同時， 對環(huán)境的破壞也不容忽視。 表2 為北京空氣質量監(jiān)測結果一覽表， 可以看出在采暖期和非采暖期， 空氣中污染物的濃度變化較為明顯， 對群眾的生活質量也會產生一定影響。

表1 我國一次能源消耗構成表

表2 北京空氣質量監(jiān)測結果一覽表

因此， 需要深入探究集中供熱采暖及節(jié)能技術的應用價值， 減輕對環(huán)境的破壞及消極影響， 提升煤炭能源的利用效率， 這才是研究集中供熱采暖節(jié)能技術的根本目的。

2 基于綠色節(jié)能視角的供熱采暖問題

2.1 技術標準體系難以完全確立

隨著綠色發(fā)展理念的貫徹落實， 對節(jié)能環(huán)保的關注度也在不斷提升， 需要有更先進、 高效的節(jié)能技術與之適配。 作為涉及到集中供熱采暖系統(tǒng)的三個環(huán)節(jié)， 熱源、 熱網與熱用戶關聯的技術形式也是多種多樣的。 供熱方案有著較強的開放性， 準入門檻相對較低。 隨著城市化的高速發(fā)展， 對供熱采暖的需求也越發(fā)迫切， “尾大不掉” 的困境也嚴重阻礙了基礎設施的建設。 熱力網基礎設施涉及到較多的工作環(huán)節(jié)，因此也很難開展改造升級， 會耗費較多的資源與精力。 1) 在實際操作環(huán)節(jié)， 熱源節(jié)能技術很難實際應用。 由于鍋爐的性能受到限制， 很難在實際供熱采暖中應用紅外線高溫納米節(jié)能技術、 熱電轉化技術等形式， 雖然容易推廣到各個供熱采暖環(huán)節(jié)中， 但很難取得明顯的節(jié)能效果； 2) 熱力網技術難以應用。 需要有完善的設計方案， 平衡好熱源、 管網與用戶內系統(tǒng)的經濟性關系， 按照設計方案設計熱力網。 立足于原有的熱力網建設情況， 管網的距離間隔并不科學， 也造成了一定的經濟浪費； 3) 建設材料的保溫性能較低， 現階段也很難用保溫性能較強的材料替換， 因此很難滿足節(jié)能設計、 綠色發(fā)展的相關標準。

2.2 供熱采暖之間矛盾較為突出

隨著我國經濟的高速發(fā)展， 城市化進程也在不斷加快， 越來越廣泛的供熱面積， 逐漸提升的供熱需求， 需要有更強的供熱采暖能力與之適配。 面對新增的供熱需求， 需要接入現有的城市熱網當中， 雖然從整體看城市的供熱能力仍然充足， 但在特殊區(qū)域供熱強度仍然不夠， 供熱不均勻也影響了供熱管網的有效運行， 進而出現供熱管網連接的相關問題。 此外， 由于越來越多的建筑拔地而起， 高層建筑、 中層建筑、新型建筑等多樣化的建筑形式， 需要結合實際供熱環(huán)境和對象調整供熱方式。 但大多數城市的供熱系統(tǒng)都是一致的， 因此容易造成高層熱負荷等問題。 結合經濟及成本因素的影響， 不同建筑形式的供熱模式都是一樣的， 而不同高度的建筑實際供熱效果差距明顯，多元化的用戶系統(tǒng)情況， 為供熱單位的工作開展帶來了一定阻礙。 不同建筑的墻體保溫情況差距較大； 建筑室內的保暖處理方式不一； 使用的采暖設備效率有所差別。 因此雖然供熱是統(tǒng)一開展的， 但熱用戶的實際體驗差距明顯。 閥門沒有妥善安裝、 散熱設備安裝不當、 管道中有氣等因素， 都會對室內用戶系統(tǒng)造成一定影響， 進而表現在建筑的供熱采暖效果上。 因此， 供熱采暖的問題并不是技術操作的問題， 還涉及到城市化建設程度、 城市發(fā)展附帶的相關問題， 眾多的沖突與矛盾在供熱采暖上表現出來， 浪費了大量的能源， 也沒有真正滿足居民的用熱需求。

3 城市建筑供熱采暖節(jié)能技術

3.1 熱力網節(jié)能技術

節(jié)能技術形式影響著城市建筑的集中供熱采暖效果， 會體現在系統(tǒng)整體節(jié)能效率和性能上， 重要性需要引起關注。 在現階段， 我國大多數的城市使用的節(jié)能技術都是熱力網節(jié)能技術， 而熱力網節(jié)能技術的核心就是熱力網， 也就是將熱用戶與供熱系統(tǒng)連接起來的樞紐站。 熱力網示意圖如圖1。 現階段， 我國所有城市的集中供熱采暖系統(tǒng)， 都必須經過樞紐站才能完成供熱采暖任務。 但由于供熱采暖系統(tǒng)的實際情況有一定差別， 在實際的集中供熱采暖環(huán)節(jié)， 各種影響因素和供熱環(huán)境， 都會造成系統(tǒng)熱量的大量損耗。 所以， 需要先控制好熱力網的熱損， 才能實現城市建設集中供熱采暖系統(tǒng)的節(jié)能目標。 針對這一點， 需要各城市根據本身的氣候水文條件、 城市建筑布局、 地質環(huán)境等因素， 確定熱力網設計的具體方式和環(huán)節(jié)， 用科學的方式設計集中供熱采暖系統(tǒng)， 避免對熱能的過度損耗。 此外， 也需要結合城市建設的整體布局， 控制好供熱采暖系統(tǒng)設計的材料， 才能發(fā)揮出熱力網的節(jié)能作用， 也能提升供熱采暖系統(tǒng)設計、 建設的經濟性。 也要結合資金投入、 供熱采暖系統(tǒng)的占地面積等因素， 結合資金、 成本的支出， 做好合理的把控與調整。 占地面積越少的熱力網， 就能越快投入實際工作， 也能降低對資源、 資金的損耗， 提升供熱采暖系統(tǒng)的節(jié)能效果。 所以， 要控制好網管之間的距離， 合理設定熱力網主干線的運行參數， 科學合理的開展設計與施工。 在信息技術高速發(fā)展的背景下， 也需要引入智能化、 自動化技術形式， 用智能控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工管控方式， 防止出現誤差和各類問題， 讓供熱采暖系統(tǒng)的操作更加簡單精準， 也避免了熱能不必要的損耗， 提升了供熱采暖系統(tǒng)的經濟效益。

圖1 熱力網示意圖

3.1.1 外網設計節(jié)能

水文地質條件、 地理環(huán)境、 城市建筑布局、 熱用戶數量和需求等因素， 都嚴重影響著城市的供熱采暖， 也增加了熱網工程的造價和投資， 涉及到較多的部門和領域， 很難控制影響。 所以， 在供熱節(jié)能設計中， 做好的方式是做好外網的規(guī)劃: ①根據小區(qū)、 建筑的統(tǒng)一規(guī)劃， 合理調整管網的走向和布置方式； ②根據城市建筑布局， 合理調整管網敷設方式； ③貼近熱負荷密集區(qū)建設熱網主干線， 降低管網的供熱半徑， 減少投資支出； ④做好熱用戶和熱負荷的調查統(tǒng)計， 進而確定準確的熱負荷， 預測后續(xù)的供熱采暖發(fā)展； ⑤合理選擇熱指標； ⑥合理設計管網參數； ⑦根據外網的總壓力平衡計算， 確定熱網支管和用戶入口管徑， 確定熱網的流通能力。

3.1.2 熱網的控制與管理

在現階段， 僅僅依靠傳統(tǒng)的手動調節(jié)方式， 無法有效節(jié)約能源， 對網路的水力問題也提供不了有效的幫助， 這點逐漸成為了從業(yè)者的共識。 因此， 就必須采取有效的措施， 強化熱網的控制與管理， 將自動化控制應用于城市集中供熱采暖管理環(huán)節(jié)， 進而引起相關部門的重視: ①集中供熱采暖系統(tǒng)的可信性； ②集中供熱采暖的可靠性； ③集中供熱采暖系統(tǒng)的運行管理水平。

3.1.3 熱網的設施與材料節(jié)能

降低熱網的能源損耗， 提升熱網節(jié)能效率， 需要選擇合適的材料。 所以， 在選擇熱網材料時， 不僅要考慮到集中供熱采暖系統(tǒng)的基本要求， 也要對材料的保溫性、 抗腐蝕性、 導熱系數有所關注， 提升相關標準。 在當前階段， 我國使用的材料主要為聚氨酯保溫材料， 能夠降低40%的熱量消耗， 有著較強的保溫性能。 在選擇調節(jié)閘閥時， 需要選擇耐壓性和保溫性較強， 并且流量特征趨于直線的種類， 進而調節(jié)好具體的熱流量。 而在安裝平衡閥時， 需要適當增加平衡閥內部的阻力， 滿足用戶對流量的具體要求。 通過上述方式， 解決集中供熱采暖局部供暖性能不足、 供暖過熱等一系列問題。

3.2 熱力源節(jié)能的技術

實現城市建筑集中供熱采暖節(jié)能減排， 關鍵就是選擇適合的節(jié)能技術， 才能符合城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)的運行過程， 也是最關鍵的步驟。 合理降低供熱采暖系統(tǒng)的能源消耗量， 也能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞， 減輕城市集中供熱采暖系統(tǒng)的壓力。 所以， 需要使用高硫煤， 以及清潔的循壞硫化床鍋爐等節(jié)能的設備和材料， 制定妥善的熱力源節(jié)能方案。 用自動化的控制方式， 控制能源的燃燒過程， 通過此形式確保供熱采暖的安全性， 保障工作人員的健康， 也控制好實時的熱力原參數， 讓城市集中供熱采暖系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行， 提升供熱性能。 此外， 立足于智能化技術開展控制， 保障城市集中供熱采暖系統(tǒng)運行效率穩(wěn)步提升， 在實現節(jié)能減排目標的基礎上， 降低供熱采暖系統(tǒng)對能源的損耗。

3.3 用戶端節(jié)能技術

用戶端是城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)最末端環(huán)節(jié)， 但作用也是最關鍵、 最明顯的環(huán)節(jié)。 用戶端與供熱采暖系統(tǒng)節(jié)能性的聯系緊密， 也關聯著熱交換的效率， 所以， 必須要結合用戶端建筑物的設計風格特點， 采取有針對性的用戶端設計與管理方式。 選擇隔熱性能優(yōu)秀的門窗結構， 防止建筑物內部的熱量大量流失到外部， 提升用戶端建筑的保溫性， 提升用戶端建筑的熱量控制性能。 由于我國的地域特征較為明顯， 各城市的氣候條件也有明顯差距， 所以要立足于實際情況。 在一些氣候條件特殊的城市增設圍護層，保護建筑為內部殘余的熱量。 在現階段， 我國設計圍護層的工藝、 技術也是多樣的， 都能在實際應用中起到良好的隔熱、 防水效果。 各城市也要結合實際情況， 健全供熱采暖系統(tǒng)的計量體系。 在城市供熱采暖系統(tǒng)的不斷運行下， 需要結合各地的實際熱量需求開展供熱采暖工作， 才能真正提升人民群眾的生活質量。 也要根據熱力站的實際情況， 設計對應的聯結方法。 選擇科學的聯結方法， 防止在一次管網與二次管網交換過程中損耗大量的熱能， 也讓換熱機組的熱交換效率得以提升。 將自動化的交互裝置應用于供熱采暖系統(tǒng)， 保障系統(tǒng)的供熱量， 也大幅度節(jié)省能源。

3.4 推廣智能化技術應用

傳統(tǒng)的集中供熱采暖系統(tǒng)能源利用率低， 主要原因有四個: 1) 鍋爐效率長期維持在75%左右， 過高的排煙溫度、 燃料燃燒不充分、 缺乏有效的管道保溫措施、 對氣象溫度的調節(jié)能力差等因素， 都導致了供熱采暖系統(tǒng)的效率低下； 2) 經濟值是設計導熱系數的重要因素， 很難發(fā)揮出較高的保溫性能， 而過大的管徑也造成了流速低的問題， 熱網溫升較大， 損失了較多的熱量， 降低了整體的供熱輸送效率。 而由于較大的補水量、 遠端熱不足、 近端熱有余等現象的頻繁出現， 也很難滿足熱用戶的實際需求； 3) 在當前階段， 用戶端建筑物的供熱采暖系統(tǒng)設計缺陷明顯， 存在著嚴重的熱損耗。 不合理的散熱器設計方式， 以及屢禁不止的熱用戶自改裝問題， 再加上片數的設計規(guī)格不統(tǒng)一， 導致熱交換的效率很不理想； 4) 公共場所供熱運行的管理存在缺陷， 在夜間歇業(yè)時仍然持續(xù)供熱， 熱能的利用效率低下， 對能源的浪費也較為嚴重， 這些問題都需要及時關注。

因此， 需要將智能化技術大幅應用于供熱采暖系統(tǒng)， 在供熱采暖系統(tǒng)智能運行與管理中， 實現節(jié)能目標。 在供熱采暖智能運行中， 能夠及時監(jiān)督與調節(jié)熱源運行的職能， 對熱源的運行情況、 熱力站的運作狀態(tài)、 熱力網的運行數據都能及時監(jiān)督， 也能了解運行環(huán)境的具體參數， 包括室內與室外的溫度。 用可視化的數據圖形， 了解熱負荷的形成情況， 及時調整溫度， 選擇有效的供熱方案， 防止造成能源的過度浪費。 而在熱用戶端， 也需要將分戶計量措施貫徹落實， 將監(jiān)測感應、 自動恒溫調節(jié)閥等設備安裝到用戶端建筑物。 用有效的措施， 避免對熱能的過度浪費，防止出現遠端供熱不足、 近端供熱過剩的問題。 對建筑物內的采暖設備實時監(jiān)控， 根據熱用戶的熱能用量收取費用， 讓供熱變得更加合理， 也防止由于粗放式經營造成熱能的浪費， 提升熱用戶節(jié)約能源的意識，才能發(fā)揮出節(jié)能技術的真正價值。 將智能化技術應用于供熱采暖系統(tǒng)， 并開展智能化的系統(tǒng)管理， 將現有的智控手段利用起來， 也要及時更新與學習先進的智能技術， 協調人機關系， 完善供熱采暖系統(tǒng)的運行流程， 用高水平的監(jiān)測、 服務與管理提升節(jié)能水平。 將智能化技術應用于供熱采暖系統(tǒng)中， 符合現階段城市建筑集中供熱采暖的實際需求， 完善供熱采暖系統(tǒng)的運行流程， 及時創(chuàng)新與發(fā)展現有的節(jié)能技術， 也提升了整體的供熱采暖效果， 讓供熱收費更加合理。 降低供熱環(huán)節(jié)對能源的損耗， 也提升供熱采暖的經濟效益。

4 結語

綜上所述， 我國是一個國土遼闊的國家， 不同地區(qū)、 不同城市的氣候條件差距明顯。 城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)的建設， 也要結合城市實際的水文地質、地理環(huán)境因素， 全面、 詳盡分析用戶的熱需求及實際供熱情況， 才能降低供熱采暖系統(tǒng)的運營成本。 通過智能化技術， 以及熱力網、 熱力源、 用戶端節(jié)能技術的應用， 創(chuàng)新供熱采暖系統(tǒng)的運行方式、 設計方案及管控模式， 減少對城市生態(tài)環(huán)境的破壞， 提升城市建筑集中供熱采暖水平， 推動城市化建設的發(fā)展， 實現城市建筑集中供熱采暖的可持續(xù)發(fā)展目標。