高校供暖接入市政熱力管網的實踐探索——以對外經濟貿易大學市政供暖改造為例

王祖瑞 邵 騰

高校供暖接入市政熱力管網的實踐探索——以對外經濟貿易大學市政供暖改造為例

王祖瑞 邵 騰

對外經濟貿易大學]

冬季供暖是高校后勤保障工作的重要內容,隨著高校節能減排工作持續推進和環保部門對空氣治理力度日趨嚴格,高校陸續開展供暖節能改造。結合各高校改造的經驗和供暖設備的運行特征，分析了幾種供暖改造方式的利弊。結合綠色校園建設和對外經濟貿易大學供暖改造的實踐，對供暖的現狀、存在問題、供暖節能改造的理念、思路進行闡述。分析了接入市政管網后的設備運行模式、分區域供暖布局、能耗使用量等成效。

高校；冬季供暖；市政熱力；節能改造

冬季供暖是高校后勤保障工作的一項重要內容。尤其是在北方高校，冬季供暖的質量是考核后勤服務水平的重要指標之一。高校供暖的熱源設備不僅是高校能源消耗的大戶，同時也存在廢氣排放的污染問題。近年來地方政府主管部門倡導各用熱單位對熱源設備進行改造。2013年北京市印發了《北京市2013-2017年清潔空氣行動計劃》（簡稱“清空計劃”），2015年北京市發布新的《鍋爐大氣污染物排放標準》，對鍋爐污染物排放提出更高的要求和標準。由此，包括高校在內的北京市各供暖單位陸續開展鍋爐改造工作。

一、目前高校供暖改造的幾種方式及利弊分析

高校屬于人員密集區域，其校內用暖建筑有學生宿舍、教室、辦公室、家屬樓等多種類別，能源消耗量較大。由于缺乏城市供熱統一規劃，北方地區大部分高校仍采用鍋爐自供暖模式。結合北京市清煤降氮的要求和各高校改造的實踐經驗，改造方式主要分為以下幾種：

（一）整體更換鍋爐

將原有的燃煤鍋爐或燃氣鍋爐整體更換為低氮、節能、環保的全預混冷凝鍋爐，可以從根本上解決鍋爐排放超標的問題，新型的鍋爐氮氧化物排放均低于30mg/m3，滿足國家低氮改造的要求，同時因設備為一體式更換，運行時各部件匹配度好，總體熱效率高。這種方式的缺點為鍋爐屬于特種設備，更換鍋爐后高校內仍存在燃氣危險源。因鍋爐仍存在，會占用一定的校園面積，同時整體更換鍋爐需要金額較大。

（二）更換燃燒器

在保留原鍋爐主體的基礎上，更換燃燒器，通過更換燃燒器來實現低氮排放。更換燃燒器比更換鍋爐成本低，但更換燃燒器的改造效果不如整體更換鍋爐，通常改造后氮氧化物排放在30~80mg/m3左右。由于燃燒器屬于后添加設備，與原有鍋爐本體存在匹配度問題，在運行中存在一定隱患。北京市質量技術監督局《關于鍋爐低氮燃燒改造安全風險警示的通告》京質監發〔2017〕6號文件明確提出對于在用鍋爐，不建議采用直接改造燃燒器的改造方式。

（三）接入市政熱力管網

隨著熱電廠、供熱廠的熱產能不斷增加，城市熱網的覆蓋范圍也逐漸延展到各高校附近。市政供熱質量高，高校接入市政后將按照市政高標準供熱，可改善校園環境，取消了校園內原有鍋爐，減少未來對熱源設備進行改造。同時鍋爐房可騰空改造，提升了房產使用效率。但高校對供暖的控制權弱化，未來學校的供暖面積增減、供暖時間調整及供暖收費等需與熱力集團商定。管線和設備需要按照市政標準進行改造，投資較高。

（四）更換其他清潔能源供暖設備

清潔能源也稱為綠色能源，不會直接產生環境污染，同時在低溫環境中，清潔能源也能達到高效能供熱，如空氣源熱泵采用雙級壓縮技術后，在室外溫度-10℃環境下能效比COP能夠達到2.0。但目前清潔能源規模不宜過大，由于原鍋爐出水溫度較高，設計主管道較細，而熱泵機組出水溫度較低，供暖規模過大很可能會出現溫度上不去、主機經常報故障等諸多問題。另外，電暖氣單體耗電量大，如果大規模同時使用將給附近用電網絡帶來巨大壓力，不適宜在缺電地區使用。

表1：各種改造方式對比表

二、改造前學校供暖的運行狀況。

（一）鍋爐及管線設備老化

對外經濟貿易大學校內建有鍋爐房，有3臺20蒸噸的燃氣蒸汽鍋爐為全校各樓宇及學校周邊的家屬區供暖。由于校園面積較大，供暖區域分為東西兩個區域，各建立有一座汽水交換站。3臺熱源鍋爐至改造時已使用17年，設備老化，故障頻發，并且鍋爐以及附屬設施的維修維保費用逐年增加，已經進入整體更換期。供暖管線多數鋪設有管溝，但由于管道使用時間較長，跑冒滴漏現象也較為嚴重。

（二）供暖區域設計不科學

改造前，東西供暖區域實行管線大循環。教學樓、宿舍樓、家屬樓在一個循環線路中，未能實現分類別、分樓宇供暖。同時大循環管線過長，分布不合理，存在末端散熱不均衡的現象。在出水溫度固定的條件下，位于供暖循環末端的部分樓宇和房間溫度偏低，而位于供暖循環前段的樓宇溫度偏高，導致師生對供暖效果滿意度較低。

（三）鍋爐污染物排放超標

經檢測，鍋爐的氮氧化合物、二氧化硫等排放氣體均超過新的鍋爐大氣污染物排放標準（約150mg/m3）。

三、學校接入市政供暖改造方案

（一）供暖改造的整體思路

1.秉承綠色校園理念，盡量消除校內污染源和安全隱患。

首先，本次改造模式立足于綠色低碳校園的發展理念。在前期論證和調研中充分考慮國家對大氣污染治理的長期性以及環保治理政的逐步“加碼”，兼顧經濟成本和社會效益，希望能盡可能消除校園內供暖設備的大氣污染源，降低未來可能發生的再次改造的成本。其次，本次改造也是從減少燃氣使用率出發，盡量降低燃氣的安全隱患。綜合考慮鍋爐的使用現狀、幾種改造模式的優缺點，最終選擇了接入市政熱力管網的改造模式。

2.全面考察設備選型，力爭減少設備用房面積。

在設計初期，堅持不增加設備用房面積的原則，因地制宜，減少房屋改造成本。依據現有供暖設備用房的高度、寬度、面積，在設備選型過程中，在滿足設計參數的基礎上，選用體積較小的設備設施，力求實現設備占用空間最小化。盡可能的節約或釋放更多的房屋空間，提高房產使用效率。

3.考慮校內用熱特征，重新規劃供熱布局。

在設計初期充分考慮不同建筑物的使用特征，將用熱建筑物分類：教室、辦公室等公共建筑白天用熱量較大，夜間用熱量較少；學生公寓夜間用熱量較大、白天用熱量較少；家屬區居民樓等民用建筑全天用熱較為平均。同時考慮到公共建筑與民用建筑的取暖費采取不同的計價標準。在改造時，力求實現“分區域、分系統、分時段”，即分別改造東區和西區供暖系統，均衡供熱負荷；分別建立公建供暖系統和民建供暖系統，按不同標準運行管理；分別建立學生公寓溫控系統和教學辦公溫控系統，分時段調整供熱溫度。

4.結合地下路由現狀，合理設計管線走向。

因市政熱力一次線供水溫度高達110℃，為確保供熱安全，市政熱力的設計和施工有其嚴格的規范，尤其管線的鋪設方式。市政熱力的改造項目不同于新建項目，在設計和改造過程中需要充分考慮原有地下管線的分布走向。因校內不同種類的地下管網錯綜復雜，在改造過程中需要對現有草坪綠植、柏油路面、地下管線甚至占壓建筑物進行破壞或改移。這就需要在尊重設計規范的基礎上最大程度上避開在用的地下管線，最小程度上減少地上物的拆除改移。

（二）供暖改造的實施

基于上述改造思路和理念，改造前，委托北京市熱力集團直屬的設計單位進行整體設計。本次改造共覆蓋供暖面積約50.6萬平米，其中校內公共建筑約42.6萬平米，家屬區民建約8萬平米。按照設計要求，從位于學校西門市政主管道向校內引入一次供暖管線，在具備鋪設管溝條件的路段鋪設管溝，不具備鋪設管溝的路段鋪設直埋管線。為實現分區供暖，在本次改造中，結合管線現狀和用熱建筑物的距離，共改造4處設備間，建設10個供熱系統，新鋪一次管線2400米同時對原有的二次供暖管線進行改造共計約1800米。在同類用熱建筑物管道上加裝溫控系統，力爭實現統一調節。供暖一次管線沿途，共建設檢查小室12個。在施工過程中采取了鋼板樁、掛網錨噴、管線懸吊保護、樹木移植等多種措施，盡可能減少對綠植、地下管線等在用物體的破壞。整個施工歷時204天。

（三）熱交換站供熱設備運行模式

接入市政后，學校的供熱模式為：熱水由市政主管網送至校內各熱力站，再由各站內總計十套供熱系統送至各用戶末端。110℃的高溫高壓熱水進入換熱站內轉換為55-70℃的二次熱水進入各樓內，滿足不同建筑需要。此種運行方式較之原有鍋爐單一循環系統優勢明顯，具有熱源穩定、各區域獨立調節溫度、熱傳輸損失少、換熱效率高等特點。

例如，改造原有鍋爐供暖兩座換熱站為七座換熱站，按照不同使用性質（公建供暖、民用供暖、洗澡水）分別設立，彼此之間互不干擾，從而杜絕了各系統互相干擾的可能，加強了校園供熱的穩定性。換熱站內所有設備均采用市政標準設計安裝，設備與一次供熱大網匹配度高，能效等級也處于國內領先水平。同時運行中采用水泵變頻技術、換熱機組自動溫度控制系統及溫度遠程監控系統，減少了換熱站巡視人員的同時降低了供熱能耗。

圖1 換熱站運行模式

四、市政熱力供暖改造的成效和能耗分析

（一）廢除傳統鍋爐，設備運行更加安全環保

通過此次改造，直接將鍋爐設備拆除報廢，校內不再設有大型鍋爐設備，安裝更為先進的熱力交換供熱設備，供熱效率和安全性進一步提升。將與鍋爐連接的燃氣管道、燃氣調壓設備一并切斷，消除了這一校園安全隱患部位。原鍋爐拆除后，騰空設備用房約1000平米，房屋空間進一步釋放。接入市政熱力管網后，徹底清除了校內污染源，從根本上解決了供暖設備排污超標的問題。

（二）梳理維護施工區域地下管網，供暖效果更穩定

由于地下管線錯綜復雜，長年埋于地下，平時難以發現故障點。施工過程中，在計劃破除路面的施工范圍內梳理、維修、更換了與供暖管線相鄰、交叉的自來水、中水、綠化用水、雨水、污水、電纜等各種地下管線，解決了部分區域老舊管道“跑冒滴漏”問題。按照市政熱力標準新建了部分鋼筋混凝土熱力管溝，新鋪的市政一次管道和改造校內二次管道均采用保溫性能更好的聚氨酯保溫鋼管，熱損失有所降低，供暖效果更穩定。

（三）優化供暖分區，供暖模式更加專業科學

此次改造打破了“一體式”供暖，解決了供暖管網的前端、中端、末端供熱溫度不平衡的問題。將校區和家屬區按區位和用熱特征劃分為6個供暖區，其中2個家屬區系統、4個校區系統。每個供暖區的管網系統獨立循環運行，可以針對學生公寓、教室、家屬樓等不同建筑物的用熱規律，靈活調整供熱時間和溫度。改造后，居民報修投訴次數由改造前的200余次降為80余次。新的供暖系統采用“熱計量”方式計費，依據實際用熱量繳納取暖費，避免能源浪費。改造后，北京熱力集團參與設備、管線的運行維護，供熱服務更加專業。

（四）市政供暖的能耗與運行成本分析

1.市政改造后用電用水量明顯下降

接入市政后，學校兩棟新樓正式投入使用，供暖面積由上一供暖季的40.9萬m2增加到50.6萬m2，較上年度增加了約20%。但統計數據表明，學校供暖用電量、用水量卻呈現下降趨勢。用電量對比上年度同比降低了55%，體現了市政標準水泵電機具有高效能的特點。用水量方面由于供暖一次主管道及部分二次管道整體更新，降低了跑冒滴漏等現象的發生，同時供暖大循環細分為若干小循環，便于及時查出漏點排除故障，因此較上年度節約了用水量。學校接入市政后供暖不再使用燃氣，由去年的5025936立方米降為零。

2.市政改造后單位面積供暖能耗下降

根據供暖季統計，接入市政管網后供暖單位面積綜合能耗（折合標煤）由16.6千克/平方米降為8.4千克/平方米，同比下降49%，這是由于接入市政后學校采用分區供暖，每個區域按照用熱需求獨立調節，有效減少供暖耗能現象，從而降低了供暖綜合能耗。市政供暖的能源成本比自供暖時每平方米減少了8%，充分體現了市政供暖低成本、高環境效益的特點。

通過以上分析，高校內應用市政供暖模式，具有提高學校的綜合基礎設施成熟度、提升校園節能水平、建設綠色校園、改進供暖模式及降低單位面積供暖成本的特點，也符合目前高校社會化的發展方向。同時，在引入市政熱源的基礎上，加強學校內部管線與市政設備的匹配度，完善梳理供暖系統，才能更好的發揮市政供暖的優勢，從而推動學校的發展。

（責任編輯：盧彩晨）