淺談建筑工程中有關集中供熱的節能問題

安亞林　施偉

摘 要：本文論述了建筑工程中關于集中供熱、供暖分戶計量、散熱器裝飾上的節能舉措。

關鍵詞：集中供熱；計算機；調節；節能

前 言

所謂“節能”是指加強用能管理，采用技術上可行、經濟上合理的以及環境和社會可以承受的措施，減少從能源生產到消費各個環節中的損失和浪費，更有效、合理的利用能源。就集中供熱而言，要從系統連接方式、水泵的選擇、系統的熱力失調、熱網及其水力特性和散熱器的選用考慮。

1 概 述

供暖是為了控制室內達到所需的溫度而利用不同的熱媒向室內提供熱量的系統，在供熱采暖系統中主要有熱源、熱媒輸送和散熱設備三部分，現在我國通常所采用的熱源有燃煤、燃氣、燃油鍋爐和電鍋爐、地源熱泵等，其中以燃煤供熱所占比例最大，其他一些清潔能源只是在最近幾年，在國家節能減排的要求下才開始有所發展，所以近幾年在我國的采暖式開始呈多樣性發展，從傳統的散熱器到現在的低溫地源地板輻射供暖、天棚輻射供暖，現在的采暖方式以低能耗、低輻射、高舒適度為主。

2 設計集中供熱系統時應考慮的主要因素

2.1 選擇外網與用戶系統的連接方式

系統的連接方式熱水供熱管網和用戶的連接方式通常分為直接連接和間接供熱系統，直接連接供熱系統又包括裝有噴射泵，或混水泵等混水裝置的直接連接方式。在實際的設計過程中，要結合供熱區域的實際情況使用不同的連接方式。

用戶直接連接供熱系統要遵循以下幾個原則：第一是用戶系統建筑物高度不能低于系統的靜水壓力（通常用戶系統供水溫度小于100℃時，不考慮水的汽化壓力），這樣，用戶系統的頂部始終不可能倒空（假定系統無泄漏）。第二是用戶系統的底部用熱設備所受水壓力不能超過用熱設備允許的壓力。

對于用戶的間接供熱系統，用戶系統的熱媒流量和壓力跟室外管網的參數沒有任何關系。而是自身用戶采暖系統有獨立水力工況，隨著室外熱網的熱媒參數變化用戶系統的熱媒溫度能夠通過自動調節器進行調節。使用這種方式大部分是因為熱網的水壓力超過了用戶內部系統允許壓力，必須把局部用戶系統和熱網水力工況分隔開，使用表面式加熱器或者是其它間接連接的入口裝置（一旦室外管網和靜壓很高的高層建筑進行連接的時候，使用直接連接就會使得整個熱網的壓力提高），這時多使用表面式熱交換器的獨立式的間接連接方式，也就是說使熱網中的水不進入用戶的室內系統，一次熱媒使用熱交換器加熱用戶系統的二次熱媒。這樣的入口設置在高溫供水和回水管道上面設置了兩個自動調節的閥門進行溫度的控制和調節。

2.2 循環水泵、補水泵的選擇

水泵的選擇，主要由其揚程和流量決定。供熱系統循環水泵的揚程，可由水壓圖上直接讀出，即循環水泵的出、入口壓力差。一個充滿水的閉式供熱系統，揚程大小只影響水流循環的快慢，不存在能否循環的問題。閉式供熱系統的充水功能則應由補水泵承擔。循環水泵的揚程應該用來克服鍋爐、換熱器、外網以及熱用戶系統的阻力之和。循環水泵的流量應取供熱系統的設計流量。由于系統的計算阻力往往大于其實際阻力，循環水泵在運行時，其工作點向右漂移將導致實際運行流量超過設計流量。因此，在考慮循環水泵流量時，可以不考慮系統1.05的漏損系數。補水泵的作用是在供熱系統運行前，承擔向系統充水的功能；系統運行中補償系統的漏水量，進而實現靜水壓線的恒定。

2.3 供熱系統的熱力失調

供熱系統因水力失調即流量分配的不均勻性會引起用戶水平方向和垂直向的室溫偏差，我們稱之為供熱系統的熱力失調。追求熱力工況穩定，既不發生水平失調（各熱用戶間或立管間）也不出現垂直失調（同一立管間），使各供暖房間室溫均勻一致，這是供熱系統重要的控制目標之一。但是由于設計、施工安裝和運行等多種原因，目前我國供熱系統普遍存在冷熱不均現象。如何消除供熱系統的熱力工況水平失調和垂直失調，一直成為人們十分關注的課題。為了提高供熱效果，克服熱力工況失調現象，目前國內常采用“大流量、小溫差”的運行方式；即靠換大水泵、增加水泵并聯臺數或增設加壓泵等方式提高系統循環流量，有時系統實際運行流量甚至比設計流量高達好幾倍。這種“大流量”的運行方式，是我國供熱系統運行人員從多年的實際經驗中總結出來的。它在一定程度上能夠緩解熱力工況的失調，因此得到了廣泛應用。但它有很大的局限性。大流量必然帶來大能耗。大流量運行方式，將引起能耗的增加，提高了耗電費用，增加了供熱量浪費。供熱系統熱力失調的根本原因是水力失調即流量分配不均所致。因此，為實現按需供熱，隨室外氣溫的變化，在熱源處進行供熱系統供、回水溫度、循環流量的調節稱為集中運行調節。集中運行調節包括質調節、量調節、分階段改變流量的質調節、間歇調節、熱水供暖系統的最佳調節工況-質和量的綜合調節。不論是單管還是雙管熱水供暖系統，其最佳調節工況均是質和量的綜合調節。隨著室外氣溫tw的升高，不但應降低供水溫度tg，而且還應該逐步減少網路的循環水流量G。同一供熱系統中，熱網循環水總流量與各用戶樓及用戶各房間的循環水流量的變化比例是一致的。（假定同一供熱系統中，各用戶樓室內采暖系統的型式完全相同）。對于二級熱水網來講，此法供熱質量最好，同時既節電又節熱，也是最節能的調節方法。因為此種調節方法流量的變化也是連續的同量調節一樣，也存在熱網平衡控制上的困難，所以雖然近幾年國內供熱行業在二級熱網實施循環泵變頻調速變流量運行，進行質和量并調的工程實踐項目也較多，但效果不理想。流量的變化幅度不大，降不下來，運行中流量多數都是始終高于設計狀態下的計算流量，遠遠沒有達到最佳調節工況的參數狀態，而僅成為解決設備大馬拉小車的手段，節能潛力遠遠沒有挖掘出來，正是因為熱網的不平衡，導致二級熱網循環泵變頻調速變流量運行節能效益不高，極大地阻礙了此項節能技術的推廣應用和質量并調的這一節能的調節方法的應用。

2.4 熱網水力特性

熱網上各用戶之間總體上來講都是并聯的，目前國內調節熱網平衡的技術產品主要有以下幾種：手動調節閥或普通關斷閥門、平衡閥、自力式流量控制閥（器）及差壓式流量控制閥、熱網微機控制平衡技術、雙功能自力式流量控制閥。目前雙功能自力式流量控制閥具有自力式流量控制閥恒定流量和手動調節閥變流量這雙重功能，國內目前應用較多。

2.5 供熱系統運行調節的發展趨勢

由于我國供熱系統管理運行跟不上供熱規模的發展，絕大多數系統仍處于手工操作階段，從而影響了集中供熱優越性的充分發揮。主要反映在：缺少全面的參數測量手段，無法對運行工況進行系統的分析判斷，系統工況失調難以消除，造成用戶冷熱不均、供熱參數未能在最佳工況下運行、供熱量與需熱量不匹配；故障發生時，不能及時診斷報警，影響可靠運行；數據不全，難以量化管理。為了進一步改善供熱效果，提高供熱能效，實現計算機自動監控無疑是必然的發展趨勢。

計算機自動監控，恰好彌補了上述不足。概括起來，可以實現如下五個方面的功能：

（1）及時檢測參數，了解系統工況。通常的供熱系統，由于不裝或僅裝少量遙測儀表，調度很難隨時掌握系統的水壓圖和溫度分布狀況，結果對運行工況“情況不明，心中無數”，致使調節處于盲目狀態。實現計算機自動檢測，可通過遙測系統全面及時測量供熱系統的溫度、壓力、流量等參數。由于供熱系統安裝了“眼睛”，運行人員即可“居調度室而知全局”。全面了解供熱運行工況，是一切調節控制的基礎。

（2）均勻調節流量，消除冷熱不均。對于一個比較復雜的供熱系統，特別是多熱源、多泵站的供熱系統，投運的熱源、泵站數量或投運的方式不同，對系統水力工況的影響也不同。因此，消除水力工況失調的工作，不是單靠系統投運前的一次性初調節就能一蹴而就的。這樣，系統在運行過程中，經常的流量均勻調節是必不可少的。除自力式調節閥外，其它手動調節閥將無能為力。計算機監控系統，則可隨時測量熱力站或熱用戶入口處的回水溫度或供回水平均溫度，通過電動調節閥實現溫度調節，達到流量的均勻分配，進而消除冷熱不均現象。

（3）合理匹配工況，保證按需供熱。供熱系統出現熱力工況失調，除因水力工況失調外，還有一個重要因素，即系統的總供熱量與當時系統的總熱負荷不一致，從而造成全網的平均室溫或者偏高或者偏低。當“供大于需”時，供熱量浪費；當“需大于供”時，影響供熱效果，在手工操作中，保證按需供熱是相當困難的。計算機監控系統可以通過軟件開發，配置供熱系統熱特性識別和工況優化分析程序，可以根據前幾天供熱系統的實測供回水溫度、循環流量和室外溫度，預測當天的最佳工況（供回水溫度、流量）匹配，進而對熱源和熱力網實行直接自動控制或運行指導。

（4）及時診斷故障，確保安全運行。

目前我國在供熱系統上尚無完備的故障診斷系統，系統故障常常發展到相當嚴重程度才被發現，既影響了正常供熱，也增加了檢修難度。計算機監控系統可以配置故障診斷專家系統，通過對供熱系統運行參數的分析，即可對熱源、熱力網和熱用戶中發生的泄漏、堵塞等故障進行及時診斷，并指出故障位置，以便及時檢修，保證系統安全運行。當然對于計算機監控系統本身也可進行故障診斷，發現問題，及時處理。

（5）健全運行檔案，實現量化管理。

由于計算機監控系統可以建立各種信息數據庫，能夠對運行過程的各種信息數據進行分析，根據需要打印運行日志、水壓圖、煤耗、水耗、電耗、供熱量等運行控制指標。還可存貯、調用供回水溫度、室外溫度、室內平均溫度，壓力、流量、故障記錄等歷史數據，以便查巡、研究。由于計量能力大大提高，因而健全了運行檔案，為量化管理的實現提供了物質基礎。供熱系統的計算機自動監控，由于具備上述功能，不但可以改善供熱效果，而且能大大提高系統的熱能利用率。一般在手動調節的基礎上，供熱系統還能再節能10～20%左右。

3 供暖分戶計量節能措施

鑒于我國供暖面臨能源浪費大、供暖費收繳困難、系統難于管理等問題，隨著供暖體制的改革，供暖實行按用熱量收費勢在必行。居住建筑供暖分戶計量是把熱能作為一種商品，提供有償供暖服務，利用經濟杠桿使節約熱量消耗逐步成為一種自覺行為。分戶熱計量后由于每戶可進行分室控溫，用戶能夠自主調節室溫，以滿足各自不同的溫度需求，這是實現采暖系統節能的關鍵和基礎。

4 散熱器裝飾的節能舉措

散熱器可以分為輻射器和對流器兩種，輻射器是指依靠對流和輻射兩種方式傳熱的散熱器。如鑄鐵或鋼（鋁）制板型、柱型、管型、扁管型、柱翼型和閉式串片型等；而對流器是指幾種完全依靠對流方式傳熱的散熱器，各種以翅片管為散熱元件的帶外罩散熱器，均屬此類。按常規做法，在散熱器外表面涂銀粉漆，會使散熱器表面的黑度減少，輻射傳熱能力減少。但凡輻射器，無論其結構形狀如何，表面只要涂覆銀粉漆，其散熱能力都會不同程度的減弱。因此建議在明裝散熱器時采用非金屬涂料涂裝其表面，這樣不僅可以增強散熱器的輻射散熱，還可以使其外觀色彩豐富多樣，利于散熱器裝飾與居室裝飾的和諧。

5 供暖管網上的節能舉措

由于管網跑冒、滴漏造成的熱損失難以計算。因此對供暖管網進行節能舉措，是搞好節能管理的關鍵。適當增加保溫厚度，這既是當前供熱外網進行節能舉措的主要內容，更是為了今后使能源得到更加有效和更加合理的利用。

6 結束語

建筑工程中關于集中供暖的節能問題涉及的方面很多，要想從根本上解決供熱系統的穩定及系統的節能問題需要各有關方面給予足夠的重視。如果供熱系統的各個環節都能切實做到節能，那么勢必會帶來能源市場的空前繁榮，不但緩解了我國能源市場緊缺狀況，更能促進經濟持續穩定的發展。

參考文獻

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