基于成本控制的供暖系統(tǒng)節(jié)能改造研究及應用

李春亮 蒙玉瓊

摘要：某工廠原供暖系統(tǒng)由傳統(tǒng)的蒸汽和熱水供暖組成，設備和技術(shù)落后，能耗高，固定分攤費用高，供暖成本逐年增加。通過節(jié)能改造，采用天然氣供暖技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸汽和熱水供暖方式，同時對整個供暖系統(tǒng)進行節(jié)能改造，對廠房進行局部修補，防止熱量泄露，提高保溫效果，極大地提高了供暖效率，降低工廠能源成本，實現(xiàn)了企業(yè)的整體成本控制。同時通過降低能源資源消耗，減少對生態(tài)環(huán)境的不良影響，實現(xiàn)了環(huán)境保護，可以為機械制造企業(yè)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：集中供暖；節(jié)能改造；成本控制

0? ?引言

近年來，在經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，機械制造業(yè)也迎來了蓬勃的發(fā)展，隨即而來的是市場競爭愈加激烈。同時企業(yè)規(guī)模的擴大，也帶來了更多的資源和能源消耗。如何在不提高售價的前提下保證盈利，也就是進行良性的成本控制，成為各個企業(yè)探索的一個方向。

能源消耗量的增加對工業(yè)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，迫切需要以節(jié)能設計理念為理論指導，優(yōu)化機械制造及自動化過程，從能源消耗控制、環(huán)境保護等方面制定可行性較強的技術(shù)方案，實現(xiàn)整體產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。對于工廠而言，降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)發(fā)展的根本之道[2]。因此節(jié)能減排、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，已經(jīng)成為各個機械制造企業(yè)的必然選擇[3]。

對于北方機械制造企業(yè)，除了必須的生產(chǎn)過程，大部分能源消耗都用于供暖。某工廠一直采用傳統(tǒng)的蒸汽和熱水進行供暖，供暖效率低，能耗高，同時熱源管道固定分攤費用高，導致供暖成本居高不下。針對于此，工廠必須進行供暖系統(tǒng)節(jié)能改造，以降低能源費用和運營成本，提升產(chǎn)品競爭力。

1? ?改造前的供暖系統(tǒng)狀況

改造前的供暖系統(tǒng)如圖1所示。

1.1? ?熱水供暖系統(tǒng)

當前的熱水供暖系統(tǒng)主要采用熱水散熱的方式，用于工廠辦公室和生產(chǎn)車間集中供暖，主要存在以下問題：

生產(chǎn)車間面積約4萬m2，內(nèi)高17m，車間內(nèi)部空間空曠。在空曠的生產(chǎn)車間內(nèi)，熱水散熱方式的加熱速度慢、效率低下。生產(chǎn)車間和辦公室建筑外墻和屋頂年限久，缺乏有效的隔熱保溫層。屋頂采光天窗為普通玻璃，破損點多，熱量聚集和泄漏，不具備保溫效果?，F(xiàn)有的供暖方式采用熱水散熱生成熱風，而熱空氣密度低，在上升和蔓延過程中，由于缺乏有效的隔熱保溫性能，熱量損失高達40%；低效的加熱方式和保溫性能缺失，導致冬季供暖往往需要采用很高的熱水功率，供暖成本居高不下。但同時又很難使生產(chǎn)車間達到規(guī)定的溫度，員工作業(yè)環(huán)境差，影響工作積極性。熱水輸送管道從供應商到工廠，再到車間內(nèi)部，都需要很好的隔熱防護，每年運營維護成本高，由此導致公司熱水費用的固定分攤成本很高。

綜上，熱水供暖系統(tǒng)用于冬季集中供暖，特別是在生產(chǎn)車間內(nèi)，其加熱效率低、能耗高、管網(wǎng)維護成本高，這些都極大影響供暖效果，同時造成能源浪費和高運營成本。

1.2? ?蒸汽供暖系統(tǒng)

蒸汽供暖系統(tǒng)主要以高溫蒸汽作為熱源，以換熱方式形成熱風，主要用于工廠油漆車間的暖風烘干，其他包括零部件熱清洗，以及辦公室衛(wèi)生熱水等，主要存在以下問題：蒸汽熱風系統(tǒng)技術(shù)落后，設備陳舊，噪聲大。蒸汽從供應商到工廠及工廠內(nèi)部的輸送過程中熱損失較多。蒸汽管線運營維護復雜，每年的固定分攤費用高。換熱效率低，加熱速度慢。輸出熱風溫度35℃左右，單臺整機烘干需要8h以上，生產(chǎn)周期長，無法滿足生產(chǎn)節(jié)拍。

綜上，蒸汽供暖系統(tǒng)作為熱源，用于整機油漆烘干，其加熱效率低、能耗高、管網(wǎng)維護成本高，由此導致整機油漆烘干效率低下，周期長，同時能源費用和運營成本居高不下。

1.3? ?供暖系統(tǒng)成本分析

經(jīng)過統(tǒng)計分析，供暖成本是公司最大的能源支出項，每年平均占總的能源成本80%以上，特別是2015年由于周邊企業(yè)逐步停止蒸汽采購，公司成為蒸汽供應的唯一客戶，承擔了幾乎所有的固定分攤費用，導致當年供暖成本急劇上漲?？傊┡M用成為制約公司盈利的主要成本因素之一。改造前連續(xù)3年供暖成本及占比見表1。

2? ?節(jié)能改造方案研究

根據(jù)目前存在的問題，經(jīng)過成本分析研究和考察周邊其他能源供應商，決定采用相對廉價的天然氣作為能源基礎，替換傳統(tǒng)的蒸汽和熱水供暖方式（加上必要的建筑維修），對整個供暖系統(tǒng)進行節(jié)能改造。整體技術(shù)方向如圖2所示。

2.1? ?集中供暖技術(shù)方案

當前集中供暖成本80%用于工廠集中供暖，因此工廠集中供暖是節(jié)能改造重點。通過對當前主流供暖技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，天然氣輻射供暖技術(shù)具有投資較低、安裝方便、運營成本低的特點，因此選擇天然氣輻射技術(shù)取代傳統(tǒng)的熱水供暖。

2.1.1? ?天然氣輻射供暖技術(shù)特點

設備技術(shù)先進，能源轉(zhuǎn)換效率高達90%?；诩t外原理，采用輻射加熱，直接作用人體和工作環(huán)境，不直接加熱空氣，杜絕由于熱空氣對流造成的熱量泄露和損失。傳統(tǒng)的熱水供暖技術(shù)對廠房建筑的隔熱保溫性要求高，需要全面維修廠房屋頂、外墻、天窗等。天然氣輻射供暖，對廠房建筑的隔熱保溫性能不敏感，不需要大規(guī)模改造和提升屋頂、墻壁等的保溫性能。

傳統(tǒng)熱水供暖由于車間內(nèi)部是連通的，必須啟動所有終端才能起到供暖效果，功率要求高且能耗難以控制。天然氣輻射供暖可在車間內(nèi)實現(xiàn)分片控制，按需啟動供暖終端，有效控制能耗。

取消了傳統(tǒng)熱水供暖終端-風扇，實現(xiàn)了靜音，不會產(chǎn)生氣流或灰塵。減少了熱水從供應商到工廠的長距離運輸過程中的能源損失，降低了固定分攤成本。與熱水管線相比，天然氣管線的后期運行維護成本更低。天然氣輻射供暖與傳統(tǒng)熱水供暖對比如圖3所示。其中左側(cè)為天然氣紅外輻射，相比熱水供暖，可節(jié)約能源成本30%～60%。

2.1.2? ?所需要的廠房建筑維修投入

兩種供暖方式對廠房建筑的保溫性要求不同，所需要的廠房建筑維修投入如表2所示。由此可見，采用天然氣輻射供暖，可大大減少廠房建筑的維修投入。天然氣輻射供暖系統(tǒng)應用案例如圖4所示。

2.2? ?油漆車間熱風系統(tǒng)改造

油漆車間的熱風通風系統(tǒng)使用天然氣加熱作為循環(huán)熱風的熱源，替代蒸汽換熱，具有如下的技術(shù)優(yōu)勢：

氣源供應期間無熱損失。換熱效率高達90%，遠高于蒸汽。減少了工業(yè)蒸汽從供應商到工廠的長距離運輸過程中的能源損失，降低固定分攤成本。與蒸汽管線相比，設備簡單，維護成本低。與蒸汽加熱相比，天然氣加熱可節(jié)省35%的費用。某天然氣熱風站應用案例如圖5所示，其中的熱風是通過天然氣加熱產(chǎn)生的，該站位于車間外，車間內(nèi)可以安全地進行油漆作業(yè)。

2.3? ?辦公集中供暖及衛(wèi)生熱水解決方案

天然氣輻射供暖不適用于辦公室，因此辦公集中供暖及衛(wèi)生熱水采用自建鍋爐房，如圖6所示，利用天然氣加熱獲取供暖熱水，以及衛(wèi)生熱水，具有如下優(yōu)勢：用低壓熱水代替外部高壓熱水工業(yè)，運行維護成本更低；實現(xiàn)輸出溫度和流量的自動調(diào)節(jié)，有利于更好地控制成本。

2.4? ?供暖系統(tǒng)總體改造方案

整個供暖改造方案包括：天然氣輻射供暖系統(tǒng)、天然氣熱風通風系統(tǒng)、天然氣熱水站等3個部分，具體見圖7。

根據(jù)詳細的分析和測算，供暖系統(tǒng)改造后每年可以節(jié)省30%左右的能源費用，即150萬元。總的改造投資約450萬元，3年就可以回收投資。

3? ?改造實施

結(jié)合蒸汽和熱水供應的實際情況，制定投資改造優(yōu)先級，在2016%～2018年分階段逐步完成了供暖系統(tǒng)改造和必要的廠房建筑維修。同時配套實施能源監(jiān)控系統(tǒng)，對天然氣、電力等能源的測量單元進行升級調(diào)整，以實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的遠程傳輸。共完成了3個天然氣接口的改造，打通了測量系統(tǒng)與局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈接，用于實時監(jiān)測能源消耗和指導生產(chǎn)，同時為天然氣的年度采購提供數(shù)據(jù)支持。

4? ?實施效果

經(jīng)過評估和數(shù)據(jù)對比，節(jié)能改造達成預期目標，實施效果顯著。天然氣加熱換熱效率高，傳輸過程無管道熱損失，熱利用效率顯著提升，更加節(jié)能環(huán)保。車間供暖溫度從10～12℃提升至18℃（最低標準16℃），員工舒適性提高，消除了一線員工抱怨，提高員工滿意度。改造后供暖成本逐年下降，投資完成后供暖成本最終降低了38%以上。改造后供暖成本見表3。

5? ?結(jié)束語

節(jié)能環(huán)保是當今全球發(fā)展的共識和趨勢，成本控制則是企業(yè)立足于行業(yè)的重中之重。根據(jù)工廠所在地的能源供應情況，通過對前沿供暖技術(shù)開展分析研究，因地制宜的選擇合理的技術(shù)方案，對供暖系統(tǒng)進行節(jié)能改造，解決了公司供暖損耗大、成本高的問題，提高了能源利用率，最終大幅降低了工廠運營成本，提升了企業(yè)競爭力。

參考文獻

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