既有建筑供暖系統(tǒng)熱源及管網(wǎng)節(jié)能改造探討

■張?zhí)靿?■山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006

目前我國既有建筑供暖系統(tǒng)設(shè)施老化，鍋爐運(yùn)行效率及室外管網(wǎng)輸送效率低，造成能源的巨大浪費(fèi)。隨著國家節(jié)約能源法規(guī)的實(shí)施，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能65%新的節(jié)能目標(biāo)，通過運(yùn)用有效的節(jié)能改造技術(shù)措施，加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性和門窗的氣密性，以及提高鍋爐的運(yùn)行效率和供暖管網(wǎng)輸送效率來實(shí)現(xiàn)。

1 既有建筑改造前供暖系統(tǒng)熱源及管網(wǎng)基本情況及存在的問題

既有建筑供暖系統(tǒng)由室外集中供暖系統(tǒng)和樓內(nèi)供暖系統(tǒng)組成。集中供暖系統(tǒng)采用由分散鍋爐房、小區(qū)鍋爐房和城市熱網(wǎng)等熱源，通過供暖管網(wǎng)向建筑物供熱的采暖方式。集中供熱系統(tǒng)的鍋爐多采用鏈條爐排，燃煤主要為混煤，著火條件差，爐膛溫度不高，燃燒不充分，爐渣含碳量較高，鍋爐熱效率偏低。鍋爐房或熱力站沒有裝設(shè)必要的檢測儀表，計(jì)量儀表與能源調(diào)節(jié)和控制裝置，不能及時(shí)根據(jù)室內(nèi)外情況調(diào)節(jié)出力，造成很大的浪費(fèi)。集中供熱系統(tǒng)的一次水系統(tǒng)和二次水系統(tǒng)大多采用大流量小溫差的運(yùn)行方式。致使循環(huán)水泵電耗急劇增加50%以上、換熱站內(nèi)熱交換設(shè)備增加、管網(wǎng)輸送能力下降嚴(yán)重。一是受熱源的限制不能提高供水溫度，二主要是因?yàn)闊崦捷斉湎到y(tǒng)因缺少必要的調(diào)節(jié)設(shè)施，為保證不利用戶達(dá)到采暖溫度而采取的措施，造成系統(tǒng)水力失調(diào)非常嚴(yán)重，部分用戶過量供熱，造成能源的巨大浪費(fèi)。室外供熱系統(tǒng)普遍為直聯(lián)系統(tǒng)，不分采暖用戶的類型和功能均統(tǒng)一全天供熱，造成不必要的浪費(fèi)。目前老舊熱水管網(wǎng)大多采用地溝敷設(shè)，跑冒滴漏嚴(yán)重，地溝供熱管道的保溫層損壞嚴(yán)重以及地溝積水而造成大幅度熱損失。

2 供暖熱源及管網(wǎng)技術(shù)改造措施

實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)中重要的一個(gè)手段就是提高鍋爐的的運(yùn)行效率和提高管網(wǎng)的輸送效率。既有建筑采暖系統(tǒng)改造后，在供熱系統(tǒng)末端安裝了溫控閥等調(diào)節(jié)器件后，供熱系統(tǒng)末端動態(tài)的調(diào)節(jié)必然會給整個(gè)供熱系統(tǒng)帶來異常波動，直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如熱源系統(tǒng)不能與之相適應(yīng)，將影響系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，特別是末端散熱設(shè)備調(diào)節(jié)的有效性。因此要采取可靠的供熱管網(wǎng)控制技術(shù)，對外網(wǎng)及熱源進(jìn)行相應(yīng)的改造控制，以適應(yīng)室內(nèi)動態(tài)控制的需要，提高供暖質(zhì)量。以自動化控制和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，以熱源(鍋爐)、管網(wǎng)和用戶作為整體控制對象，通過供熱系統(tǒng)控制與管理平臺對整個(gè)供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制與管理，達(dá)到“按需供熱”目的。保證供熱系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，顯著地提高系統(tǒng)供熱效率。

2.1 熱源的改造控制

將小型分散鍋爐房改造成熱電聯(lián)產(chǎn)或集中鍋爐房，可大大提高供熱效率和鍋爐的工作效率，環(huán)境污染也可以得到改善。集中供熱鍋爐安裝熱工儀表，掌握系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，采用計(jì)算機(jī)控制燃燒過程，根據(jù)負(fù)荷狀況，對鍋爐蒸汽壓力、排煙溫度、煤量、流量、煙氣含氧量爐膛溫度進(jìn)行綜合分析和優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到自動化操作的效果。采用分層燃燒以及型煤技術(shù)對粉末含量高的燃煤在入料口先通過分層裝置進(jìn)行篩分，使小顆粒及粉末煤送入爐前型煤裝置壓成核桃大小形狀的煤塊，然后送入爐排，大顆粒煤直接落至爐排上，通過提高煤層的透氣性以及充分燃燒性，使鍋爐熱效率提高和減少了環(huán)境的污染。利用氣候補(bǔ)償器，根據(jù)室外氣溫與回水溫度，隨時(shí)自動調(diào)節(jié)供水水溫，簡單準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)動態(tài)質(zhì)調(diào)節(jié)，避免供熱過度或不足，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定。隨著一次能源日趨大量的消耗，使人們越來越深刻的認(rèn)識到尋找城市供熱替代能源的重要性和迫切性。積極開發(fā)利用可再生新型能源，加大力度推廣太陽能采暖、太陽能與淺層地能耦合利用以及工業(yè)余熱利用等新能源利用技術(shù)，以適應(yīng)城市的環(huán)保、節(jié)能等諸多方面的要求。

2.2 水泵的改造控制

采暖系統(tǒng)的循環(huán)水泵應(yīng)同建筑熱負(fù)荷相匹配，以保證水泵流量適應(yīng)建筑熱負(fù)荷的變化。當(dāng)熱用戶為變流量系統(tǒng)時(shí)，循環(huán)水泵應(yīng)設(shè)置變頻調(diào)速裝置;當(dāng)熱用戶為定流量系統(tǒng)時(shí)，可采用分階段變流量的集中質(zhì)調(diào)節(jié)方式。系統(tǒng)定壓采用變頻調(diào)速的補(bǔ)水定壓方式，既能使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，又節(jié)約能源。水泵采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以動態(tài)調(diào)節(jié)流量、揚(yáng)程，節(jié)約電能消耗30%以上。水泵變速裝置通常有液力耦合器和變頻器兩種。液力耦合器變速范圍小、效率不高，但維護(hù)方便而且投資費(fèi)用少。采用變頻器效率高效、調(diào)速范圍較大，但管理比較復(fù)雜而且投資費(fèi)用高。但不論采用何種調(diào)速設(shè)備還是需要更換風(fēng)機(jī)或水泵，應(yīng)根據(jù)具體情況經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定。

2.3 熱力站改裝控制

熱力站應(yīng)安裝監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)熱用戶的熱量。當(dāng)一、二次供熱系統(tǒng)均為質(zhì)調(diào)節(jié)、流量不變時(shí)，應(yīng)根據(jù)二次供熱系統(tǒng)的供回水溫度控制一次供熱系統(tǒng)的供水手動調(diào)節(jié)閥或自力式調(diào)節(jié)閥。另外一次系統(tǒng)因通過各個(gè)熱力站的供水量得不到較好控制而造成的水力失調(diào)嚴(yán)重和造成能源浪費(fèi)。故應(yīng)在熱力站入口裝設(shè)流量控制設(shè)施來解決一次供熱系統(tǒng)水力失調(diào)問題。供熱系統(tǒng)采用定流量質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式時(shí)應(yīng)裝設(shè)自力式流量控制器，采用的變流量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)應(yīng)裝壓差控制器。

2.4 供熱管網(wǎng)改造控制

積極推廣供熱管道無補(bǔ)償直埋技術(shù)，大大降低投資和運(yùn)行費(fèi)用，熱水管道無補(bǔ)償直埋技術(shù)在國內(nèi)已趨于成熟。無補(bǔ)償直埋敷設(shè)與地溝敷設(shè)比較，在保溫性能，初投資，施工條件，維護(hù)工作量及日常運(yùn)行費(fèi)上均有較大優(yōu)勢，采用導(dǎo)熱系數(shù)極小的聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料保溫，熱損失大大降低。施工時(shí)應(yīng)使用符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制保溫管和管件，并確保工程設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量。另外供熱系統(tǒng)非采暖期放水后空氣進(jìn)入管道而造成管內(nèi)壁腐蝕，所以供熱系統(tǒng)應(yīng)積極推廣夏季管道充水保護(hù)技術(shù)，在停暖檢修后及時(shí)充滿符合標(biāo)準(zhǔn)要求的水，既能省去下一采暖期管道運(yùn)行時(shí)的充水準(zhǔn)備時(shí)間，又能防止管道受損，延長管道使用壽命。

2.5 水力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制

水力系統(tǒng)穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵問題之一。供熱末端(溫控閥)的動態(tài)調(diào)節(jié)對系統(tǒng)集中控制產(chǎn)生影響，使鍋爐水泵的工況、出力、效率等受到影響，同時(shí)也影響到其它末端設(shè)備工況產(chǎn)生噪音。設(shè)計(jì)中應(yīng)對供熱系統(tǒng)進(jìn)行水力平衡計(jì)算確保各環(huán)路水量符合設(shè)計(jì)要求。在室外各環(huán)路及建筑入口采暖回水管路上安裝水力平衡元件，如:平衡閥、自力式壓差控制閥、自力式流量控制閥，并進(jìn)行水力平衡調(diào)試。另外，通過熱力站或三通混水閥將室外供熱系統(tǒng)分成獨(dú)立的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制分片、分時(shí)供熱的可能。當(dāng)管網(wǎng)與用戶均為定流量系統(tǒng)且管網(wǎng)較大或用戶所需壓差較大時(shí)應(yīng)使靜態(tài)平衡閥;當(dāng)管網(wǎng)及用戶均為變流量系統(tǒng)時(shí)，入口設(shè)自力式壓差控制閥;當(dāng)管網(wǎng)為變流量，個(gè)別用戶為定流量系統(tǒng)時(shí)設(shè)自力式流量控制閥;當(dāng)管網(wǎng)為定流量，個(gè)別用戶為變流量系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在入口處設(shè)自力式壓差旁通閥或電動三通閥。

3 結(jié)語

供熱系統(tǒng)是由熱源、管網(wǎng)、用戶組成的一個(gè)綜合性集成系統(tǒng)，為了提高供熱系統(tǒng)的熱效率，使熱生產(chǎn)、配送、分配、使用都處在科學(xué)有序的狀態(tài)下，除了要采取可靠的供熱管網(wǎng)控制技術(shù)，對外網(wǎng)及熱源進(jìn)行相應(yīng)的改造控制，以適應(yīng)室內(nèi)動態(tài)控制的需要外，還需要建立和供熱系統(tǒng)相匹配的智能控制系統(tǒng)。以自動化控制和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，以熱源(鍋爐)、管網(wǎng)和用戶作為整體控制對象，幫助供熱管理人員通過系統(tǒng)的運(yùn)行工況來選擇最佳的運(yùn)行方式，通過供熱系統(tǒng)控制與管理平臺對整個(gè)供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制與管理，達(dá)到“按需供熱”目的，保證供熱系統(tǒng)安全及節(jié)約能源。

［1］徐偉，黃維，鄒瑜.供熱系統(tǒng)按戶計(jì)量技術(shù)的進(jìn)展與評述.空調(diào)節(jié)能資料大全，2004.

［2］GB50176-93《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》.