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 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(guó)建筑科學(xué)研究院天津分院

以天津市某小區(qū)供熱系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了既有供熱系統(tǒng)存在的缺陷和問(wèn)題，提出了“三段式”供熱診斷模式，針對(duì)改造方案和改造效果進(jìn)行了節(jié)能量、減排量和社會(huì)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(shè)與管理過(guò)程中的脫節(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的無(wú)縫對(duì)接，為天津市乃至全國(guó)供熱市場(chǎng)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(jì)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(yùn)行的初期階段，由于鍋爐、二次網(wǎng)循環(huán)泵等設(shè)備不同程度地發(fā)生故障，供熱系統(tǒng)整體調(diào)試不當(dāng)?shù)仍蛟斐捎脩舫善粺岬默F(xiàn)象多次發(fā)生，嚴(yán)重影響居民的正常生活，給社會(huì)帶來(lái)了一定的不穩(wěn)定因素。在供熱質(zhì)量多次出現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)，供熱能耗亦居高不下，單位建筑面積消耗的天然氣量達(dá)12.89m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天津市三步節(jié)能建筑所應(yīng)有的能耗水平。為此，北辰區(qū)政府領(lǐng)導(dǎo)責(zé)成相關(guān)管理部門(mén)積極采取應(yīng)對(duì)措施，組織行業(yè)專家對(duì)該供熱系統(tǒng)進(jìn)行全面診斷并要求參建單位進(jìn)行有效的整改工作。

經(jīng)過(guò)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(gè)采暖期）開(kāi)始供暖運(yùn)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(duì)供熱系統(tǒng)的診斷和改造取得了初步成效?？紤]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(yùn)行的首年即出現(xiàn)大面積供熱問(wèn)題，引起群體上訪和能耗超標(biāo)等問(wèn)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(shè)管理系統(tǒng)體制、機(jī)制的問(wèn)題。建管脫節(jié)現(xiàn)象是當(dāng)前建筑節(jié)能領(lǐng)域和供熱系統(tǒng)普遍存在問(wèn)題。因此，將此次供熱診斷和改造的經(jīng)驗(yàn)做簡(jiǎn)單的介紹和總結(jié)，以供同行們參考與借鑒。

1 項(xiàng)目概況

天津市某小區(qū)是天津市第三批小城鎮(zhèn)建設(shè)試點(diǎn)之一，占地面積2475畝，總建筑面積約60萬(wàn)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(duì)象為一期工程。

該小區(qū)供熱系統(tǒng)既有設(shè)計(jì)方案中熱源為兩臺(tái)15t的過(guò)熱蒸汽鍋爐，二級(jí)換熱站共4個(gè)，包含7套換熱機(jī)組，住宅63棟，83個(gè)熱力入口，公建11個(gè)熱力入口。供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為110℃/70℃，二次網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(wèn)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(fù)雜系統(tǒng)，它的每一部分都對(duì)供熱質(zhì)量和供熱能耗有著不同程度的影響[1～2]。我國(guó)現(xiàn)行的建設(shè)程序，由建設(shè)單位投資、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)、施工單位安裝、運(yùn)營(yíng)單位運(yùn)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(wèn)題就是正是由于“設(shè)計(jì)與施工的脫節(jié)，施工與運(yùn)行管理的脫節(jié)”，一系列供熱體制和機(jī)制問(wèn)題造成的。

因此，筆者在提供項(xiàng)目改造咨詢過(guò)程中創(chuàng)新性的提出了“三段式”供熱診斷模式，即在設(shè)計(jì)階段提供供熱節(jié)能專項(xiàng)審查，實(shí)現(xiàn)“關(guān)口前移”；在設(shè)備施工安裝階段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查，實(shí)現(xiàn)“過(guò)程管控”；在運(yùn)行階段，展開(kāi)供熱穩(wěn)定和供熱節(jié)能性指導(dǎo)，最終實(shí)現(xiàn)“結(jié)果考核”的“三段式”供熱診斷模式。通過(guò)三段式供熱診斷模式在該項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，該供熱診斷模式能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位、施工單位、供熱企業(yè)及政府監(jiān)管部門(mén)之間的無(wú)縫對(duì)接。

2.2供熱系統(tǒng)中存在的主要缺陷和問(wèn)題

通過(guò)復(fù)核該還遷房建筑的設(shè)計(jì)資料、現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備核查及運(yùn)營(yíng)參數(shù)記錄發(fā)現(xiàn)，其供熱系統(tǒng)存在的主要缺陷和問(wèn)題有：

1）整個(gè)供熱系統(tǒng)雖按照“三步節(jié)能”住宅的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，但由于設(shè)計(jì)的各部分割裂，不銜接，設(shè)備安裝不到位，使整個(gè)系統(tǒng)不能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)量供熱所要求的“變流量”運(yùn)行模式，違反了國(guó)家相關(guān)強(qiáng)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(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，該還遷房部分換熱站的換熱機(jī)組最大的壓降值達(dá)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(yán)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(yán)重的水力失調(diào)度，“近端熱遠(yuǎn)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(gè)地塊最遠(yuǎn)端的住宅樓水力失調(diào)最為嚴(yán)重，低區(qū)、高區(qū)的實(shí)際運(yùn)行流量均小于設(shè)計(jì)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(chǔ)[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(yán)重不達(dá)標(biāo)。項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)參數(shù)中，采暖季單位建筑面積燃?xì)庀牧窟_(dá)12.98m3/m2，遠(yuǎn)高于天津市供熱能耗9.88m3/m2的平均水平。

5）補(bǔ)水泵定壓點(diǎn)選取過(guò)低，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行效率較低，且鍋爐房未設(shè)置自控裝置，無(wú)法實(shí)現(xiàn)氣候補(bǔ)償，不能滿足鍋爐根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行自動(dòng)燃燒調(diào)節(jié)的要求，且未設(shè)置熱量表和流量表，無(wú)法核算鍋爐效率。

6）換熱站設(shè)計(jì)熱負(fù)荷直接采用建筑末端的計(jì)算負(fù)荷，未考慮管網(wǎng)效率帶來(lái)的負(fù)荷損失，導(dǎo)致二次網(wǎng)循環(huán)水量的設(shè)計(jì)流量偏小，會(huì)造成二次網(wǎng)水力失衡現(xiàn)象。

7）戶用熱計(jì)量表安裝未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，計(jì)量功能不完善，無(wú)法起到計(jì)量裝置應(yīng)有的作為能耗診斷、分析的工具，而僅僅作為滿足施工驗(yàn)收，現(xiàn)階段熱計(jì)量裝置提供的計(jì)量功能無(wú)法滿足計(jì)量供熱的要求，實(shí)用性不強(qiáng)。

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(guò)小導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)的憋氣現(xiàn)象。針對(duì)原來(lái)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(tái)鍋爐的出口。

2）鍋爐房增加自控系統(tǒng)，加裝氣候補(bǔ)償器，對(duì)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(jì)量表。通過(guò)加裝氣候補(bǔ)償裝置，使得熱源供給量能夠隨著末端負(fù)荷的變化和室外溫度的變化而自動(dòng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)“變流量”運(yùn)行模式下實(shí)現(xiàn)“氣候補(bǔ)償”和“溫度補(bǔ)償”的兩大功能，并從源頭到末端自動(dòng)控制和安全聯(lián)鎖保護(hù)設(shè)置方案。

3.2換熱站改造方案

1）對(duì)各個(gè)換熱站的換熱器進(jìn)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(bǔ)水泵，選取更高揚(yáng)程的補(bǔ)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(shè)置氣候補(bǔ)償裝置，建立集中監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將末端熱表計(jì)量數(shù)據(jù)、氣候補(bǔ)償裝置、水泵變頻調(diào)節(jié)裝置納入統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)平臺(tái)中。

3.3末端改造方案

1）熱力入口安裝熱計(jì)量表，且能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。熱計(jì)量表增加帶前處理功能的軟件，能夠直接輸出房間瞬時(shí)熱量、供回水溫度、瞬時(shí)流量、單位面積瞬時(shí)能耗量等功能，讓熱計(jì)量表成為分析供熱系統(tǒng)能耗，指導(dǎo)供熱企業(yè)運(yùn)行調(diào)節(jié)的實(shí)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(shí)現(xiàn)連鎖反應(yīng)。

3.4管網(wǎng)改造調(diào)試方案

對(duì)現(xiàn)有一次網(wǎng)、二次網(wǎng)進(jìn)行了全面的排查，局部調(diào)整了閥門(mén)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(gè)熱力入口的自力式壓差調(diào)節(jié)裝置。管網(wǎng)設(shè)備改造完成之后，經(jīng)過(guò)全面的水力計(jì)算分析，組織施工單位進(jìn)行了多次水力平衡調(diào)試，初步實(shí)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(yùn)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(yán)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(yùn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，自2013年11月15日點(diǎn)火運(yùn)行的97天測(cè)試時(shí)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(gè)采暖季（119天）的燃?xì)庀牧考s為9.74m3/m2，而未經(jīng)改造之前2012年供暖季的單位面積燃?xì)庀牧窟_(dá)到12.89m3/m2，由此計(jì)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(jìn)行計(jì)算，該項(xiàng)目供熱系統(tǒng)改造之后，年節(jié)約天然氣量為88.47萬(wàn)m3，折合每年節(jié)約的標(biāo)煤量為1074.2噸。

4.2減排量分析

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

表2 年節(jié)能減排量

計(jì)算結(jié)果可知，還遷房一期項(xiàng)目供熱系統(tǒng)通過(guò)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?xì)庀牧客扑隳旯?jié)約標(biāo)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(huì)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(lái)的效益不僅僅體現(xiàn)在項(xiàng)目本身，而且對(duì)社會(huì)、周圍的環(huán)境產(chǎn)生更為積極深遠(yuǎn)的影響，具有良好的社會(huì)效益，促進(jìn)了社會(huì)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(wèn)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(shí)行計(jì)量供熱創(chuàng)造了條件，為北辰區(qū)實(shí)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(jì)量做出了較大的貢獻(xiàn)。

此外，本案例使得“三段式”供熱診斷模式成功得以實(shí)踐，并取得較好的節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，為天津市乃至全國(guó)供熱市場(chǎng)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(wèn)題為當(dāng)前普遍存在的供熱問(wèn)題，由“建設(shè)與管理的脫節(jié)、設(shè)計(jì)與施工的脫節(jié)”以及供熱體制機(jī)制問(wèn)題帶來(lái)的“節(jié)能建筑不節(jié)能”的現(xiàn)象普遍存在。因此，政府部門(mén)需要加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的審查力度，可以建立一個(gè)涵蓋多個(gè)專業(yè)的聯(lián)合性的節(jié)能審查機(jī)構(gòu)，開(kāi)展從建筑末端至供熱源頭進(jìn)行功能性審查和節(jié)能量考核。

2）供熱企業(yè)對(duì)于供熱節(jié)能不清晰，導(dǎo)致氣候補(bǔ)償、熱計(jì)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(duì)于新建建筑供熱系統(tǒng)交接驗(yàn)收重點(diǎn)不明確，市場(chǎng)上缺乏有技術(shù)實(shí)力的第三方機(jī)構(gòu)對(duì)供熱企業(yè)的交接驗(yàn)收、節(jié)能運(yùn)行做全過(guò)程的技術(shù)支持和指導(dǎo)。

3）現(xiàn)行的“以補(bǔ)代獎(jiǎng)”補(bǔ)貼政策，供熱價(jià)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(jìn)取。現(xiàn)行市、縣（區(qū)）兩級(jí)政府對(duì)供熱企業(yè)的補(bǔ)貼均是以“供熱面積”為計(jì)算依據(jù)而與供熱運(yùn)行的能耗水平、管理水平關(guān)系甚小，造成了供熱企業(yè)過(guò)分依賴政府補(bǔ)貼，而不求企業(yè)的“技術(shù)進(jìn)步、節(jié)能降耗”，無(wú)法從根本上擺脫現(xiàn)行供熱企業(yè)存在的困局。

4）計(jì)量供熱改革的推行迫切需要供熱體制機(jī)制的改革。計(jì)量供熱推進(jìn)的主體可以由現(xiàn)行的政府主推，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎龑?dǎo)、市場(chǎng)主推的模式。通過(guò)設(shè)置獎(jiǎng)勵(lì)、考核機(jī)制，吸引供熱企業(yè)實(shí)行計(jì)量供熱，由供熱企業(yè)作為供熱市場(chǎng)的主體，參與供熱設(shè)施的選型、采購(gòu)、安裝和維護(hù)中，用節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)促進(jìn)供熱企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和管理水平的提升。

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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(fēng)電產(chǎn)業(yè)園華電分布式能源站（30000）；022-59380608；

E-mail:ghb_tjdne@163.com