節能技術在高校供暖中的應用

劉立云

0 引言

北方地區高校供暖普遍具有面積較大，管線較長，管網復雜，公共建筑多，人員流動固定，運行調節盲目性大，供暖間歇性強、有固定假期等特點。隨著招生規模的擴大，各個學校供熱需求量都不同程度地增加，燃氣(煤)支出已經成為北方地區高校運行成本的一個重要部分。減少燃氣(煤)消耗量，不僅對國家節能減排有重要意義，也是學校節約能源開支，降低辦學成本的一個重要途徑。

1 高校供暖存在的問題

1． 1 熱源分散，采暖面積大、供熱管線長

北方地區高校供熱方式有市政集中供熱、學校燃氣(煤)鍋爐房供熱，或上述情況并存，許多高校都存在多個鍋爐房。由于校舍面積大，無論是市政集中供熱還是學校鍋爐房供熱，都存在供熱半徑大的問題。

不同的熱源供熱能力不一樣，承擔的供熱任務不一樣，熱源分散容易導致供熱失衡，管線長導致循環泵功率、揚程偏大，熱損失增加，容易出現“跑、冒、滴、漏”等現象。

1． 2 供熱方式單一，沒有按需供暖

大部分單位供熱方式都是鍋爐一次水直供，很少存在二次水(加板式換熱器)供熱現象，這種供熱方式導致出現下列問題:

1)熱力失調，即“遠冷近熱，下冷上熱”。為解決局部溫度過低，往往是盲目的更換大參數水泵或增加水泵數量，擴大管徑，增加設備容量，造成投資增加，浪費能源;

2)熱能浪費，學校存在教學樓、圖書館、辦公樓、公寓、餐廳等公共建筑，人員在上述建筑中來回流動，并且相對固定，隨著人員的流動，不同建筑物之間、同一建筑物不同時段之間都存在供暖間歇期，由于沒有調節裝置，很難做到分時、分區、分溫控制，既浪費能源，又難以提高供暖舒適度。

1． 3 管理手段落后、運行方式不合理

1)由于設備設施不完善，沒有自動調節裝置，司爐工僅憑感覺或指令來回啟停鍋爐、調節大小火或開啟閥門，很難做到精確控制。實際運行中即使這樣，司爐工由于惰性也不愿意做;

2)由于供暖的季節性，司爐人員不斷流動，人員技術水平普遍偏低，相當多的人對鍋爐控制不了解，用戶關心室內溫度，鍋爐房關心供暖效果，為了減少供暖投訴率，運行人員寧愿多耗能也不愿進行調節。

2 對策

2． 1 調整熱能供需平衡

高校供暖節能改造，首先，要保證正常供暖，其次考慮節能效果。如果供熱負荷過大，單靠節能解決不了根本問題。這種情況下，需要認真計算熱能需求量，適當增加熱源供給量或調整熱源供給區域。其次，要保證供熱管網正常運行，管道進、回水暢通，管道保溫狀況良好，否則熱能損失大，不容易做好熱能平衡調試工作。

2． 2 調整系統水力平衡

消除熱網水平失調，改變“大流量小溫差”不經濟運行。改裝平衡閥及平衡閥智能儀表，把各用戶的循環流量控制在一定的范圍內，在熱網平衡的基礎上，把水泵的循環水量降下來，以實現大幅度節電。

2． 3 采用變頻技術節電

如果系統阻力或流量因為末端調節而發生變化，水泵不能相應地調節揚程或流量來改變出力，也會浪費能量。另外循環水泵選型應符合水輸送系數規定值。以往的供熱系統大多為多泵并聯的方式來實現運行調節中變流量的要求，調節范圍小，耗電大，效果不理想。風機運行情況也類似。采用變頻技術可使風機、水泵實現無級的變流量運行，節電效果顯著。

2． 4 安裝供暖節能系統

在高校供熱系統中，除需連續供熱的住宅，還有不同使用性質分時段供暖公共建筑，白天需供熱，夜間和節假日僅需維持防凍溫度，并有很強的間歇性，如不加以控制，均采用連續供熱，必然會造成能源的極大浪費。下面以作者所在單位——西安電子科技大學(簡稱西電)供暖節能為例，介紹高校供暖節能改造內容。西電采用的是北京阿克姆熱能開發科技有限公司專利技術，具體內容如下。

2．4．1 安裝分時分溫控制器(即樓宇現場控制器)

分時分溫控制器是一套適用于分時段供暖建筑物，實現不同時間段供暖與防凍切換控制，在供暖時段實時采集樓宇入口水溫與回水溫度及室內溫度，精確驅動電動閥，保證供暖室溫相對穩定，在防凍時段，實時根據采集回水溫度，控制電動閥動作，保證系統水流正常，降低能源消耗。西電北校區共安裝52個節能控制點，每個點包括1臺分時分溫控制器、1臺電動調節閥、2個蝶閥、1個供水溫度采集器、1個回水溫度采集器，原理如圖1所示。

2．4．2 安裝室內溫度采集器

室內溫度采集器采用嵌入式單片機控制，具有232/485通訊功能，支持多種通訊方式:TCP/IP網絡，RS232，RS485，無線網絡，電話線通訊及電力線載波通訊等。安裝在樓宇中的典型位置(一般在供暖最不利位置)，通過網絡傳輸(有線或無線GPRS等方式)，上傳到節能總控系統(鍋爐集控計算機)上，工作人員可以方便的通過計算機實時了解每棟樓住戶房間內的實際溫度情況，并可應用戶要求現場顯示采集溫度，在適當時候可以進行調整供熱溫度，同時計算機還將全年采暖季室內溫度全部記錄，以便隨時查詢和打印。

西電北校區共安裝52臺室內溫度采集器，并采用校園網傳輸。實際運行中發現校園網由于流量大，用戶多，傳輸不可靠，在隨后的南校區供暖節能中，我們進行了創新，采用與校園網共用光纜，自成系統，即“同纜不同芯”的做法，很好的解決了這一問題。

2．4．3 安裝氣候補償器

氣候補償器是根據室外溫度的變化及用戶設定的不同時間對室內溫度要求，按照設定曲線求出恰當的供水溫度進行自動控制，實現供熱系統供水溫度—室外溫度的自動氣候補償，避免產生室溫過高而造成能源浪費的一種節能產品，原理如圖2所示。

圖2 直供式氣候補償系統原理圖

2．4．4 安裝熱源綜合控制器

熱源綜合控制器是一套應用于多臺鍋爐機組的鍋爐房，對各鍋爐進行負荷分配，保證鍋爐房熱負荷平衡的一種控制產品，控制器將鍋爐房管理人員多年運營管理經驗，結合計算機模糊控制理論，對每臺鍋爐的各種參數、整個供熱系統的參數進行計算，得出最佳鍋爐負荷情況，并根據它調整鍋爐的實際負荷以及開啟的鍋爐數量。西電北校區共有西區、東區、南區3個鍋爐房，共安裝3套熱源綜合控制器。

2．4．5 安裝節能總控系統

節能總控系統是一套數字化軟件，采用人機交互方式進行操作，具有豐富的組態功能，使整個系統具有良好的人機界面，直觀明了的顯示鍋爐控制器、氣候補償器、熱源綜合控制器、樓宇現場控制器、室內溫度采集器各相關運行參數，動態仿真的描述供暖系統各輔機的實時運行狀態(運行、停止或故障)，全中文界面，操作簡單、參數實用、動畫逼真，同時中央控制臺P4 2．4工業控制計算機成為硬件基礎，充分保證了系統的穩定性。西電北校區共安裝3套節能總控系統。

2．4．6 安裝分層給煤裝置(燃煤鍋爐)

分層給煤裝置的作用是疏松燃煤，改善燃燒條件，提高燃燒效率。我國自20世紀90年代開始應用。先后有分層給煤、分層分行給煤、變層分段多形給煤技術，目前應用較多的是變層分段多形給煤技術，其顯著特征是:具有可調整組合式篩分器、多段煤閘板，通過變換布煤層次、多段控制燃煤供給量，可同時布置多種形狀煤層(分層煤形、分段煤形、墊層煤形和復合式煤形、波峰波谷煤形等)，從而改變了正轉鏈條鍋爐層燃方式，大幅度節能降耗。

還可以通過增加換熱站、將小功率、多泵并聯改為大功率、單泵運行等內容。由于水泵、換熱站更換及設置受投資、場地等條件限制，實際改造需要因地制宜。

3 投資與收益

西電北校區采用天然氣供暖，2010年共投資204萬元，完成了3個鍋爐房氣候補償、52個點分時分溫控制，當年節省天然氣費用約50萬元。在節省費用的同時，更好的改善了學校的供暖品質，將歷史上不熱的區域全部變熱，并克服了冷冬所帶來的影響。西電南校區采用燃煤供暖，2011年安裝了4臺分層給煤裝置(含煤耗計)，共投資38萬元，預期當年即可收回投資。

4 結語

供暖節能是一項利國利民的工程，需要用戶積極參與，并根據自身特點，選擇不同類型的節能設備和技術，節能廠家也需要在實踐中不斷探索研究，博采眾家之長，提供經濟、合理、實用性強的產品和方案。

［1］ 吳修所．阿克姆供暖節能控制技術工程應用［J］．建設科技，2008(23):10-12．

［2］ 陳 曦，陳 爽．解析三輥式分層分行分段給煤裝置［J］．節能，2010(4):28-30．

［3］ 陳 爽．鏈條鍋爐分層分行燃燒裝置解析［J］．應用能源技術，2008(3):34-36．