集中供熱系統(tǒng)能耗分析方法及應(yīng)用的研究

王亞東

摘 要：我國能源消費量巨大，但是能源利用效率卻遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家。為了解決這個問題，國家在“十三五”規(guī)劃中，提出了創(chuàng)建資源節(jié)約型經(jīng)濟(jì)社會的建設(shè)目標(biāo)。要實現(xiàn)規(guī)劃中的節(jié)能目標(biāo)，高耗能的供熱企業(yè)是節(jié)能減排工作的重點。近年來，一些企業(yè)通過技術(shù)及管理手段在一定程度上實現(xiàn)了節(jié)能降耗，但仍面臨著缺乏有效的能耗、能效考評標(biāo)準(zhǔn)等問題。

關(guān)鍵詞：集中供熱系統(tǒng)；能耗分析方法；應(yīng)用

在城市建設(shè)不斷發(fā)展的過程中，城市的供熱系統(tǒng)是保證城市正常運行的重要組成部分。如今我國城市的供熱系統(tǒng)普遍存在成本高、效率低且耗能大等相關(guān)的問題，因此一套完善的節(jié)能降耗措施對城市供熱系統(tǒng)非常重要。

一、集中供熱系統(tǒng)構(gòu)成

1.鍋爐房鼓、引風(fēng)機、循環(huán)水泵以及補水泵的變頻設(shè)備。在區(qū)域供熱鍋爐房的設(shè)備中，鍋爐房的風(fēng)機、水泵是耗能大的電氣設(shè)備，其負(fù)荷占鍋爐房用電負(fù)荷的80%以上，當(dāng)用戶需要的熱負(fù)荷變化時，鍋爐的負(fù)荷量也相應(yīng)的隨著變化，這種變化是隨機的。

2.鍋爐房熱量總表。熱量表可以像水表測量用水量一樣測量出用戶的用熱量，熱量表本身并不具有節(jié)能的功能，但有熱量表的存在，供熱單位可以很明確的知道自己供了多少熱量，管路消耗了多少熱量，方便得出鍋爐供熱的綜合效率以及平均管網(wǎng)輸送效率，以便及時的發(fā)現(xiàn)供熱系統(tǒng)浪費能源的地方，及時的維修，促進(jìn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能運行。

3.計算機監(jiān)控系統(tǒng)。鍋爐房實時運行管理系統(tǒng)采用分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)。目前在國內(nèi)，對于供熱系統(tǒng)的計算機監(jiān)控方式，有兩種不同的思路：一種是采用中央集中式監(jiān)控方法；另一種是采用中央與就地分工協(xié)作的監(jiān)控方法。

4.換熱站中的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)。換熱站主要由換熱器、氣候補償器、溫度和壓力測點、一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥、二次網(wǎng)循環(huán)水泵以及二次網(wǎng)定壓補水泵等設(shè)備組成。大多數(shù)情況下，熱源是通過換熱站向熱用戶的樞紐，是供熱系統(tǒng)中另一個耗能大戶，同時也是供熱系統(tǒng)的另一個節(jié)能關(guān)鍵點。

二、集中供熱系統(tǒng)能耗分析方法

1.建筑能耗。隨著建筑業(yè)的高速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的改善，建筑能耗占社會總能耗的比例不斷增長。能效低，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能差，夏季空調(diào)用電量大，冬季采暖能耗高等是建筑能耗的主要特點。在我國，建筑能耗占社會總能耗的比例往往比西方發(fā)達(dá)國家高10%左右，其中60%的建筑能耗是供暖能耗。由此看出，供暖能耗是建筑能耗的重中之重，是浪費最為嚴(yán)重和節(jié)能潛力最大的部分，在供熱用能中，熱源系統(tǒng)所消耗的能量要占供熱系統(tǒng)1/2 以上，供需矛盾日益尖銳。

2.電損失消耗。系統(tǒng)中的耗電設(shè)備主要有各種水泵、風(fēng)機等機械裝置，其它的一些混水泵、加壓泵等也會消耗一定的電能。目前，供熱系統(tǒng)中用電設(shè)備選擇不合理，運行效率低，多臺設(shè)備并聯(lián)時運行工況不清楚，控制方案不理想等都造成了過多的電能消耗。比如，供熱系統(tǒng)熱源設(shè)備的循環(huán)水泵的循環(huán)水量必須即滿足供熱管網(wǎng)的要求又滿足鍋爐本體的要求。鍋爐在額定循環(huán)水量下工作，可保證運行的安全，而且鍋爐本體的阻力損失也是最低的，此時循環(huán)水泵的電耗最低。根據(jù)流體力學(xué)的阻力計算知：當(dāng)鍋爐的循環(huán)水量是額定水量的2倍時，鍋爐本體的阻力損失是額定阻力損失的4倍，此時水泵消耗的電功率是原來的8倍，電能浪費就很嚴(yán)重。此外，需并聯(lián)運行的設(shè)備的數(shù)量是為了滿足最大負(fù)荷而設(shè)計的。比如循環(huán)水泵，在“質(zhì)調(diào)節(jié)”的一次網(wǎng)調(diào)節(jié)方案中，循環(huán)水量保持不變，通過改變供水溫度來滿足負(fù)荷的變化，此時電能消耗很大。

3.水源消耗。由于熱源系統(tǒng)的循環(huán)水量與熱網(wǎng)及用戶系統(tǒng)的用水量密切相關(guān)，另外還與整個供熱系統(tǒng)內(nèi)的泄漏水量有關(guān)，所以熱源系統(tǒng)的循環(huán)水量消耗應(yīng)包括系統(tǒng)用水量和補水量。系統(tǒng)補水率大，說明系統(tǒng)的水量損失嚴(yán)重，除系統(tǒng)正常用水外，經(jīng)常會有系統(tǒng)個別部位的泄漏現(xiàn)象，這部分損失會增加補水泵的運行能耗，所以加強整個供熱系統(tǒng)運行工況的監(jiān)測，及時維修系統(tǒng)泄漏部位，是減少不必要的水源損失和電能消耗的根本。

4.燃料消耗。鍋爐作為鍋爐房的主體設(shè)備，其能耗是鍋爐房能耗的重要組成部分，其燃料消耗是鍋爐房燃料消耗的全部，且燃料的燃燒排放會造成環(huán)境污染，所以鍋爐房節(jié)能環(huán)保的重點是降低鍋爐的能耗。根據(jù)我國的能源結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀，鍋爐的能耗主要是煤耗，并以單耗作為對比評價的指標(biāo)。區(qū)域鍋爐房及熱電廠的燃料消耗與用戶熱負(fù)荷的特點及大小相關(guān)，與系統(tǒng)熱媒參數(shù)有關(guān)。通常用戶設(shè)計熱負(fù)荷值為不變的量，但是實際熱負(fù)荷值會隨著室外溫度變化或者隨著用熱時間發(fā)生變化，如果能夠使熱源系統(tǒng)的燃料消耗實現(xiàn)隨用戶系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)，那么能耗將會隨之降低，且滿足用戶的用熱要求。增加鍋爐有效利用熱量或者降低熱源系統(tǒng)內(nèi)各項熱損失可以提高鍋爐熱效率；也可以通過利用熱源系統(tǒng)內(nèi)熱損失轉(zhuǎn)換為有效利用熱量來降低熱損量，提高有效利用熱量，如收集排煙熱量送入爐內(nèi)，未燃盡固體燃料的再處理再燃燒等。鍋爐熱效率提高，燃料消耗量降低。如果能夠根據(jù)用戶熱負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)鍋爐的年供熱量，可以進(jìn)一步節(jié)約燃料。因為用戶的熱負(fù)荷通常是按照不利環(huán)境條件設(shè)計計算的，而實際熱負(fù)荷大多會小于設(shè)計值，所以相應(yīng)的年供熱量也隨之降低，那么燃料消耗量必然減少，污染物的排放量也會大大降低，同時改善周圍大氣環(huán)境。

三、集中供熱系統(tǒng)的節(jié)能措施應(yīng)用

1.合理選擇熱設(shè)備及運行方式。集中供熱輸送管網(wǎng)無效電耗約占30% -60%，這個數(shù)字值得關(guān)注，同時也告訴我們供暖系統(tǒng)有很大的節(jié)能空間。選擇合理的水泵型號，減少水泵的運行臺數(shù)，采用先進(jìn)的運行方式可使電能消耗降低44%。供暖負(fù)荷在逐年增加，選擇循環(huán)水泵時應(yīng)逐步改小容量泵為大容量泵，泵的效率應(yīng)在80%以上，現(xiàn)在有些大流量泵效率已達(dá)到86%-88%。這樣可使系統(tǒng)始終處在一臺大泵或雙泵并聯(lián)運行的狀態(tài)，提高運行效率。熱源廠供熱區(qū)域小高層、高層建筑比例很大，小區(qū)換熱站選用較大容量的循環(huán)水泵，效率70%以上，采用變頻控制取代以往用閥門控制流量的方法，節(jié)能效果很好。

2.采用變頻控制

（1）變頻控制節(jié)能分析。根據(jù)流體力學(xué)的基本知識，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。如果用變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，當(dāng)流量下降到80%時，轉(zhuǎn)速也下降到80%，而軸功率則下降到額定功率的51.2%，如果流量量下降到60%，軸功率可下降到額定功率的21.6%。由于該熱源廠的熱用戶實現(xiàn)熱計量，主動權(quán)在用戶，換熱站現(xiàn)場控制器通過變頻器來調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速即調(diào)節(jié)流量以適應(yīng)負(fù)荷變化，同時變頻控制可使進(jìn)入用戶的熱水流速較慢，熱量得以充分散發(fā)，可維持室內(nèi)溫度不變，這樣水泵的電耗卻大大減少了。

（2）變頻器及節(jié)能原理。變頻器是一種常用的變頻調(diào)速裝置，它是利用電力半導(dǎo)體器件的單向?qū)щ娦詫㈦妷骸㈩l率固定不變的交流電（工頻電源）變換為電壓、頻率可變的交流電的電能控制裝置。其節(jié)能原理主要是根據(jù)變頻節(jié)能、功率因數(shù)補償節(jié)能、軟啟動節(jié)能三個方面來實現(xiàn)的。變頻器內(nèi)部濾波電容的作用使普通水泵電機的功率因數(shù)提高，增大了有功功率，降低了無功損耗，實現(xiàn)了節(jié)能。變頻器的軟啟動功能消除了大電動機啟動時對電網(wǎng)電壓的波動影響，同時也消除了大電動機大電流啟動時的沖擊力矩對電機損壞，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

熱源作為集中供熱系統(tǒng)的重要組成部分，其能量消耗一直是人們關(guān)注的熱點。燃料消耗、電力消耗、水耗和熱耗的多少，直接影響熱源的能源利用率及供熱系統(tǒng)的熱效率，所以分析熱源能耗，可以挖掘系統(tǒng)的節(jié)能潛力，有利于大氣環(huán)境的改善，提高系統(tǒng)供熱質(zhì)量，降低能源消耗。

參考文獻(xiàn)

[1]馮耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016（03）.

（作者單位：丹東金山熱電有限公司）