暖通之集中供暖

【摘要】集中供暖是指以热水或蒸汽作为热媒，利用一个或多个热源通过供暖管网、热交换站等，向一个城市或城市中较大区域的各热用户提供热能的方式。集中供暖以其节能、环保和供暖质量好等优点，成为城市建设的重要基础设施。集中供暖系统的优化设计研究，对节约工程投资、降低供暖能耗、提高企业效益等有着重要的意义。

【关键词】供暖系统，热能输送，能量转换

集中供暖以其节能、环保和供暖质量好等优点，成为城市建设的重要基础设施。而我国北方城镇采暖能耗是建筑能耗的最大组成部分，因此集中供暖运行状况的好坏对于我国的建筑节能事业具有重要的影响。多热源集中供暖系统，利用大型燃煤锅炉或热电厂作为主热源承担城市集中供暖基础负荷，小型燃煤锅炉或燃气锅炉承担峰值负荷，可以使供暖设备更多时间在满负荷下运行，提高各热源的供暖效率。多热源联网运行可以提高集中供暖网的可靠性。当某一热源或某一管段出现故障时，只要通过正确调节调度，就可以满足热用户的需要。对于大型多热源集中供暖网来讲，如果由主热源按照运行调节曲线调节热网中的流量或温度，将会产生巨大的滞后性从而导致热网供暖的不均匀，因此应该按照各个换热站实际所需的热量进行调节，在热网供暖量充足的时候进行按需供暖，供暖量不足的时候进行均匀性调节。

（一）现代供暖系统消耗能量的环节和评估

供暖系统由热源把热能送达热用户，一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节。我国城市集中供暖热制造主要来自燃烧化石燃料（煤、油、气）的区域锅炉房和城市热电厂。区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风机和引风机、水制备和输配系统的水泵（循环水泵，补水泵和加压泵）；它们耗用的能源是燃料、电力、水和热；通常可以用单位供暖量的消耗量来评定耗能水平。热电厂是由抽凝式、或背压式（包括恶化真空）供暖机组排、（抽）汽通过热能转换装置（通常称 为首站热交换器）传递给热网系统；首站是供暖系统的热源，主要耗能设备是热交换器、输配系统的水泵，它们耗用的能源是蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供暖量的消耗量来评定耗能水平。

热能输送由热网承担，供暖管道由钢管、保温层和保护层组成，其结构和材料选择依敷设而异。管道敷设有架空、管沟和直埋三种方式，它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失。一般可用热网热效率来表示其保温效果和保热程度；热网补水率来表示热网不泄漏的程度。在热网管线上有时还设置中间加压泵，以降低和改善系统水力工况（设置在非空载干线上，还能节省输送电耗），它的能量消耗设备是水泵，可用单位供暖量的耗电来评定耗能水平。

能量转换是通过热力站热交换器把一级网的热能传递给二级网，并由它输送到热用户。热力站是二级网的热源，主要耗能设备是热交换器、二级网系统循环水泵和补水泵。它们耗用的能源是一级网高温水/蒸汽、电力、水和热；通常可以用单位供暖量的消耗量来评定耗能水平。用热即终端系统用热设备。城市集中供暖主要是建筑物内的采暖（为简化分析只谈最大热用户）。一般都是通过采暖散热器把热传给房间以保持舒适的室内温度。它的耗能设备是采暖散热器。其能量取决于建筑维护结构保温性能、保持的室内温度和外界环境的温度；其耗热量可通过计量进入的循环水量和供、回水温差积分获得。通常以单位供暖面积的耗热量来评定耗能水平。

（二）热水管道能源消耗的影响因素

（1）管道外径。管道散失的热量随管道外径的增大而增加。管道外径越大，管道内水向管外传递的热量增多。

（2）输水温度。在输水温度较低时，管道外径对管道散热损失的影响较大，反之，在输水温度较大时，管道输水温度对管道散热损失的影响较大。

（3）管道热导率。当保温材质热导率较大时，管道散失的热量在不同管径处随保温材质热导率的增大，其差距逐渐增大。

（4）土壤热导率。管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径处随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。

（5）保温层厚度。管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小。保温层越厚，其传热热阻越大，传递到土壤的热量就越少。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径处随保温层厚度的降低，其差距越来越大。

对于当前国内供暖系统绝大多数采用的定流量质调节运行方式应装设自力式流量控制器，对于近期即将采用或正在采用的变流量调节的系统应装压差控制器。在用户楼栋入口装设流量控制设备，对各楼之间流量分配进行调节；在立管上装设平衡阀平衡各立管之间的流量，这些措施可以有效地解决小区内建筑物之间和建筑物内部房屋冷热不均的问题。

（三）供暖系统水力平衡调整工作是一项细致而复杂的工作，应该组织专人负责。供暖系统水力平衡后，可使系统经济运行，起到节能降耗的作用。供暖系统水力平衡，流量在各用户之间合理分配，是实行量化管理、保证供暖质量的基本条件。

（1）利用科学技术提高能源利用率所谓'节能潜力'是预测一定时期内，耗能系统和设备的各个环节，利用当前科学技术，采取技术上可行、经济上合理、优化系统和设备以及用户能接受的措施后，可取得的节能效益（减少能耗量或降低能耗率）。也就是说，预测通过技术改造和用户可接受的有效措施后，可取得的系统能源利用效率提高的程度。

（2）与先进评估指标的差距体现节能的潜力：节能的潜力是通过分析对比得出的。目标是反各个耗能环节现有的耗能指标提高到先进水平，其运行评估指标的变化量则体现了节能潜力。因此，其潜力大小于对比对象和自身的基础有关，所以，各单位、各系统的潜力是不可能完全相同的。 各环节欲追求的先进评估指标可以选用：① 历史 上最好的水平；②国内先进水平；③全国平均水平；④国际先进水平；⑤理论上能达到的最高水平。而且，随着节能科学技术的发展，系统和设备的不断进步和完善，选择先进的评估指标也会不断变化。

（3）寻找能耗差距，制订可行措施，挖掘节能潜力：每个供暖低位要定期检测评估各耗能环节的能耗指标，对比先进指标寻找能耗差距，分析能耗差别的原因，结合实际情况，研究和提出为实现先进指标的可行方案，经技术经济论证认为技术可行且经济合理后才能实施。实施后，在运行中再检验是否达到预测的应挖掘的节能潜力和经济效益。