李昕昱

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

供暖情況如何與人們的生活、工作息息相關(guān)，同時(shí)也關(guān)系到節(jié)能減排建設(shè)。集中供暖屬于新型供暖方式，其按照一個(gè)采暖季每平方進(jìn)行收費(fèi)，該供暖方式普遍存在于北方，北方冬季天氣寒冷，整體供暖時(shí)間長，采用集中供暖模式可以幫助人們節(jié)約采暖開支。站在能源利用角度來講，集中供暖運(yùn)行費(fèi)用高，一次性投資大，暖氣通常全天供熱，由于樓層或其他因素影響，導(dǎo)致供熱出現(xiàn)溫度不均衡的問題。有些樓層供暖偏熱時(shí)居民會(huì)選擇開窗降溫，此舉無疑是對(duì)供熱能源的浪費(fèi)。若要做好節(jié)能減排，今后還應(yīng)對(duì)集中供熱方面進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)挖掘出熱力站節(jié)能潛力，尋找切入點(diǎn)降低人力站能耗。

1 影響熱力站能耗數(shù)據(jù)的因素

1.1 影響電耗的因素

若要確保供暖效果，首先需要保證各個(gè)供電設(shè)備能處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，如果供電設(shè)備出現(xiàn)問題，或管網(wǎng)傳輸效率低都可能會(huì)對(duì)電耗產(chǎn)生影響，此外，耗熱量與耗水量也是重要影響因素，具體如下；1)循環(huán)水泵。在熱力站中，循環(huán)水泵是主要耗電設(shè)備，其耗電量大小通常會(huì)受選型影響，因?yàn)椴煌吞?hào)的循環(huán)水泵，在運(yùn)行過程中對(duì)電量的需求不同，產(chǎn)生的電量消耗也有所不同。有些循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)之初會(huì)應(yīng)用變頻技術(shù)，此類水泵能有效減少電能損耗，而有些水泵卻并未應(yīng)用該技術(shù)，那么其電量損耗也會(huì)有所增加；2)耗水量。很多熱力站在運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)水力失衡的情況，此時(shí)若要解決末端不熱的問題，就需要加大總供熱量，上調(diào)大水泵總流量，這一舉措必然會(huì)增加水泵耗電量；3)耗熱量。供暖系統(tǒng)通電后，房間內(nèi)所有物體溫度都不高，供暖后大部分熱氣會(huì)被這些物體吸收，此時(shí)房間內(nèi)人感溫度未達(dá)到要求，需要加大熱耗供應(yīng)，此時(shí)用電量也會(huì)隨之增加[1]。

1.2 影響水耗的因素

與電耗和熱耗相比，能夠?qū)λ漠a(chǎn)生影響的因素較少，但相對(duì)而言，水耗的消耗量有時(shí)甚至?xí)^熱耗消耗和電耗消耗。據(jù)了解，在集中供熱系統(tǒng)下，熱力站出現(xiàn)大量水耗的原因主要有：1)保溫性能，供暖系統(tǒng)供水量與供暖效果有關(guān)，補(bǔ)水量大，供暖效果會(huì)有所提升，然而一些老校區(qū)的供暖通道老化速度快，整體保溫性能不佳，居民為了提升室內(nèi)供熱效果會(huì)對(duì)散熱器排水設(shè)施進(jìn)行防水，長此以往會(huì)造成水資源浪費(fèi)現(xiàn)象；2)耗熱量，無論是水暖還是氣暖，都需要以水為媒介，熱耗需求越大，耗水量越大。換熱站是供暖系統(tǒng)的重要組成部分，換熱站接收到大量高溫水后，會(huì)將高溫?zé)崴c站內(nèi)儲(chǔ)存的低溫?zé)崴M(jìn)行熱交換，通過此種方式可以快速獲得熱能，再將其傳輸給二次網(wǎng)循環(huán)水，完成熱交換的高溫水會(huì)返回?zé)嵩?，二次網(wǎng)循環(huán)水則被傳輸?shù)礁鱾€(gè)熱用戶管道中供用戶取暖。在此供暖模式下對(duì)水量的要求也相對(duì)較高，尤其一些氣候嚴(yán)寒的東北地區(qū)，這些地區(qū)對(duì)熱耗的需求量大，因此水量需求也高。

1.3 影響熱耗的因素

集中供熱主要是針對(duì)建筑物進(jìn)行供暖，讓建筑物內(nèi)部產(chǎn)生熱效應(yīng)，從而改變建筑物區(qū)域內(nèi)冷熱情況。相關(guān)研究表明，當(dāng)熱力站處于運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，熱耗數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)較大變化，尤其當(dāng)其處于不同環(huán)境和運(yùn)行條件下時(shí)，而能對(duì)熱力站熱耗產(chǎn)生影響的因素有很多，具體體現(xiàn)在：1)室內(nèi)溫度，北方地區(qū)冬季氣候寒涼，室外溫度極低，室外溫度低的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度隨之降低，人們即使在室內(nèi)也會(huì)覺得冷，此時(shí)就需要加大供暖力度。如果室內(nèi)溫度相對(duì)較高，那么對(duì)熱耗的需求也會(huì)減少，因此北方房屋建筑都格外注重建筑保溫方面，使用各種保溫性能高的建筑材料，降低熱量揮發(fā)速度；2)供暖方式。集中供暖主要以地暖為主，此種供暖方式需要通過鋪設(shè)大量供暖管道來實(shí)現(xiàn)，熱水流過管道會(huì)以對(duì)流形式將暖氣傳輸?shù)绞覂?nèi)。地暖整體來看具有環(huán)保性和舒適性，因此在很多地區(qū)都得到了廣泛應(yīng)用。其劣勢(shì)在于，因?yàn)楣艿缆裼诘孛嫦拢瘹馍l(fā)在整個(gè)房屋范圍內(nèi)，除人體外，室內(nèi)家居會(huì)影響散熱效果，因此對(duì)暖氣的需求量也會(huì)有所增加；3)二次供回水均溫。我國普遍存在“大溫差，小流量”現(xiàn)象，集中供暖模式下熱力不平衡問題也十分普遍，居民為了達(dá)到供暖需求，有時(shí)會(huì)私自放水，也有一些用戶采取加泵操作，以此來減少供回水溫差。供回水溫差較大的情況下，熱力系統(tǒng)需要通過調(diào)整供熱力度來進(jìn)行改善，如提升暖氣溫度，讓供暖末端用戶室內(nèi)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。然而由于無法對(duì)某一用戶管道進(jìn)行針對(duì)性管理，所以整個(gè)供熱系統(tǒng)都會(huì)受到影響，一些供暖效果好的用戶會(huì)通過開窗通風(fēng)的方式來降低室內(nèi)溫度，此舉必然會(huì)導(dǎo)致熱能源被浪費(fèi)；4)管道保溫。當(dāng)代建筑物在建造過程中都需要鋪設(shè)保溫管道，這些管道的保溫情況會(huì)隨著使用年限的增加會(huì)逐漸降低，甚至有些被破壞，這些都是影響熱媒傳輸與外界環(huán)境的散熱損失[2]。

2 熱力站能耗數(shù)據(jù)處理

2.1 電耗數(shù)據(jù)處理

2.1.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)源自某典型供熱系統(tǒng)智慧供熱監(jiān)控平臺(tái)，在數(shù)據(jù)平臺(tái)上抽取2021—2022年度熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括726個(gè)供熱機(jī)組耗電量、二次供回水溫差、水泵輸出頻率等，數(shù)據(jù)采集周期為24h，根據(jù)該地規(guī)范化供暖建筑面積進(jìn)行耗電量計(jì)算，并確定取值范圍。

2.1.2 電耗聚類效果分析

根據(jù)我國《供熱系統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)規(guī)范》中提出的耗電量標(biāo)準(zhǔn)值0.8～1.2kWh/m2，對(duì)熱力站進(jìn)行區(qū)間段劃分，具體見圖1。

圖1 區(qū)間段kWhm2

聚類分析前需要對(duì)已經(jīng)收集好的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，然后剔除掉異常數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)采集過程中因設(shè)備故障或其他原因?qū)е聰?shù)據(jù)信息未被完全記錄，以及因操作失誤而收集到的無效信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的421個(gè)熱力站耗電量及影響因素?cái)?shù)據(jù)，其中區(qū)間一占比最高，熱力站個(gè)數(shù)達(dá)到395，占比達(dá)到40.6%，區(qū)間二熱力站個(gè)數(shù)233，占比32.1%，區(qū)間三熱力站個(gè)數(shù)198，占比27.3%，以此為依據(jù)分析電耗影響因素?cái)?shù)據(jù)，通過SPSS軟件進(jìn)行計(jì)算，最終得到皮爾森系數(shù)，見表1。

表1 熱力站耗電量影響因素及相關(guān)系數(shù)

由表1可知，熱力站耗電量除了與二次供回水溫差呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)之外，與其他影響因素都呈正相關(guān)關(guān)系，耗電量與耗水量以及耗熱量之間相關(guān)性微弱，相關(guān)性系數(shù)〈0.3，顯著性p值〈0.01，可見只有水平處于0.01值范圍內(nèi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生影響。除此之外，其與水泵頻率相關(guān)性微弱，二次供回水溫差與之相關(guān)系數(shù)〈0.1，顯著p值〉0.1由此可見，真正影響熱力站電耗量的主要因素是耗水量和耗熱量。

2.2 水耗數(shù)據(jù)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)源自某典型供熱系統(tǒng)智慧供熱監(jiān)控平臺(tái)，在數(shù)據(jù)平臺(tái)上抽取2021—2022年度熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括682個(gè)供熱機(jī)組耗水量、耗熱量數(shù)據(jù) ，數(shù)據(jù)采集周期為24h。

2.2.2 水耗聚類效果分析

數(shù)據(jù)收集完成后應(yīng)進(jìn)行異常數(shù)據(jù)篩除工作，保留有效信息。數(shù)據(jù)處理后獲得446個(gè)熱力站耗水量及影響因素?cái)?shù)據(jù)，梳理數(shù)據(jù)后將其輸入到SPSS軟件中，再通過SPSS軟件計(jì)算得到皮爾森系數(shù)，具體見表2。

由表可知，熱力站耗水量與熱耗值及保溫性能均呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)〉0.3，顯著性p值〈0.001，可見滿足水平0.01條件時(shí)均能對(duì)耗水量產(chǎn)生影響。

2.3 熱耗數(shù)據(jù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)源自某典型供熱系統(tǒng)智慧供熱監(jiān)控平臺(tái)，在數(shù)據(jù)平臺(tái)上抽取2021—2022年度熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括915個(gè)熱力站供熱機(jī)組耗電量、二次供回水溫度、耗水量、典型用戶室溫以及供暖方式等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集周期為24h。

2.3.2 熱耗聚類效果分析

完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后剔除異常數(shù)據(jù)，建立聚類模型，利用SPSS軟件對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，最終得到皮爾森相關(guān)系數(shù)，具體見表3。

表3熱力站耗熱量影響因素及系數(shù)

由表可知，耗電量除了與室溫相關(guān)性較弱外與其他因素相關(guān)性均相對(duì)較強(qiáng)，尤其是保溫性能和二次供回水均溫。室溫、供暖方式與其顯著性p值相關(guān)性微弱。耗熱量與保溫性能及二次供回水均溫相關(guān)系數(shù)〉0.3，顯著p值〈0.001，表示耗熱量與此兩個(gè)影響因素在水平0.01上顯著相關(guān)。耗熱量與耗水量相關(guān)系數(shù)〈0.3，顯著p值〈0.001，可見耗熱量與耗水量關(guān)系不大。

3 熱力站節(jié)能潛力分析

3.1 熱力站控制方式

根據(jù)目前熱力站運(yùn)行情況來看，其屬于大熱慣性系統(tǒng)，運(yùn)行過程中容易受到外界因素影響，且這些影響因素較為多變，此種情況下難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制，如氣候條件，人們只能預(yù)測(cè)氣候，卻無法控制氣候，因此只能對(duì)控制方式進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)下存在的問題是，人們通過改變室內(nèi)環(huán)境來應(yīng)對(duì)室外氣候條件的能力不足，而供熱調(diào)節(jié)又具有相應(yīng)條件，不可隨意調(diào)節(jié)，也無法實(shí)現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)。介質(zhì)傳輸在此方面也有很大影響，事實(shí)上，無論是介質(zhì)傳輸，還是散熱器系統(tǒng)，與其他發(fā)達(dá)國家相比都稍顯滯后。如果此方面得不到優(yōu)化，供熱調(diào)節(jié)效率也將難以得到強(qiáng)化。我國目前正將多種技術(shù)手段和設(shè)備逐漸融入到集中供熱系統(tǒng)中，一些地區(qū)已經(jīng)有了初步成效。以往熱力站在進(jìn)行調(diào)節(jié)作業(yè)時(shí)通常采用的方式有調(diào)節(jié)二次網(wǎng)供水溫度、回水溫度以及供回水溫差等，在經(jīng)過技術(shù)改良后，如今已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制一次供水的流量和供熱量。此方面待解決的問題有：1)偏離最佳加熱曲線而導(dǎo)致的水力、熱力工況失調(diào)問題；2)熱力站調(diào)節(jié)處于被動(dòng)狀態(tài)；3)熱力站循環(huán)水泵變頻控制問題；4)補(bǔ)水系統(tǒng)有待完善；5)熱力站運(yùn)行管理人員隊(duì)伍建設(shè)問題[3]。

3.2 熱力站水泵變頻技術(shù)節(jié)能

熱力站電能損耗大已經(jīng)成為普遍問題，雖然我國一直在就此方面進(jìn)行優(yōu)化，但依然未得到明顯改善。對(duì)于電能消耗來講，風(fēng)機(jī)和水泵始終占據(jù)較大比重，數(shù)據(jù)顯示，此類負(fù)載每年耗電量約占全國用電量1/3，占全國工業(yè)用電量40%～50%，供熱工程中更達(dá)到了80%以上。如要改善該情況，需要將水泵變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用到各個(gè)供熱系統(tǒng)中，尤其是風(fēng)機(jī)和水泵方面，具體應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：1)將陳舊設(shè)備淘汰，置換成額定效率低的基礎(chǔ)供電設(shè)施；2)科學(xué)選型，在設(shè)計(jì)之初就將工作負(fù)荷大的設(shè)備排除；3)優(yōu)化流量調(diào)節(jié)手段，目前所使用的擋板和閥門節(jié)流能量損失過大，因此可以從這兩個(gè)方面入手：①對(duì)輸送管道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)安裝流程進(jìn)行簡(jiǎn)化；②同時(shí)完善管理制度，對(duì)于一些管路阻力大的區(qū)域進(jìn)行管控[4-5]。

4 結(jié)語

綜上所述，改革開放后我國經(jīng)濟(jì)始終呈穩(wěn)定增長態(tài)勢(shì)，人們的生活水平也有很大提升，同時(shí)，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求也越來越高。如今已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，任何行業(yè)在發(fā)展過程中都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，熱力站運(yùn)行方面也是一樣，但由于集中供熱系統(tǒng)能耗數(shù)據(jù)基本上都來源于供熱公司，用戶數(shù)據(jù)收集力度方面有所欠缺，無法全面、細(xì)致地分析能耗數(shù)據(jù)。因此本文嘗試通過三類聚類方法對(duì)熱力站能耗數(shù)據(jù)展開初步分析，并提出一些熱力站節(jié)能潛力方面的內(nèi)容，不難發(fā)現(xiàn)，我國在集中供熱方面依然存在節(jié)能上升空間，今后應(yīng)不斷完善集中供熱方式，實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能減排。