節能技術在城市集中供暖中的應用

雷東

【摘 要】城市發展建設日新月異，大量新增的供熱面積需要配套建設更多的熱源來保障，日益嚴峻的環境治理要求制約著集中供熱熱源的發展建設。為兼顧環境保護和解決供熱需求，近年來，長輸管網超大型集中供熱工程的建設，為城市集中供熱發展提供了新的解決方案。本文就針對城市集中供暖中節能技術的應用進行了探討。

【關鍵詞】集中供暖;節能技術;應用

當前在供熱系統的運行過程中，節能措施已經成為了供熱管理部門工作環節的重中之重，在供熱工作領域具有極為重要的作用。不過，現在我國的供熱系統中能源消耗仍較為嚴重，這與國家提倡的綠色節能發展不相符合，也不能很好地適應當前社會的進步和發展需求。因此，相關部門和工作者應制定出可行性高且有效的節能措施，促使供熱系統的正常有序和穩定運行，從而有效實現資源能源的優化配置，并最大限度發揮其利用率，更好地順應時代的發展。

1存在的問題

1.1 管網結構不合理造成水力失調

超大型集中供熱系統中繼能源站處于熱網邊界，位置遠離熱網負荷中心，熱網是根據熱源項目的調整，由多個小型熱網逐步連接成大網的，部分管網尚未按需匹配各區域熱負荷。我單位沈陽經濟技術開發區熱電項目服務范圍約900km2，熱用戶分布范圍廣，熱網涵蓋沈陽開發區一期二期，區域內工廠林立密集、熱負荷集中且離熱源較遠，其中管線部分老化，輸配管路熱源損失較多，形成熱網輸送瓶頸，管網輸送能力相對不足，從客觀條件上限制了水力工況改善條件，加大了調節難度，區域內整體性出現資用壓差不足的情況，達到相對穩定的水力平衡狀態較為困難。

1.2 水力失衡問題引起的熱力失調

因為供熱管路各段流量、壓力不同，將會產生用戶室內供熱不均問題。究其原因在于以下幾點。第一，管網作用壓力存在差異，將會產生水力失調問題，從而出現熱力失調現象。第二，用戶量增加，供熱需求隨之加大，管網規模進一步擴大，供熱系統管道布設面積日益增大，當管網流量控制調節不到位時，很難達到水力平衡條件，從而產生熱力失調現象。當出現水力失調現象，不僅會導致用戶室內冷熱不均，還會造成嚴重的能源損失。據相關數據顯示，在總供熱量中，因冷熱不均造成的能源損失高達20%左右。

1.3 自控系統不匹配

管網由十個供熱單位的子網組成，各子網獨立運行，自控系統相對獨立，數據互通及系統遠程統一操作實現難度大，不利于水力工況的實時比對及統籌規劃調整，導致區域性的失衡和流量調整動作緩慢，管網流量調節不能與熱負荷需求及時進行合理匹配，直接或間接浪費了能源和影響了供熱質量。

2 城市集中供暖中節能技術的應用

2.1 全面水力系統平衡的優化方案

全面水力系統平衡是一項綜合性的優化方案，其實施的主要依據在于，任何一項系統都會有靜態水力失調與動態水力失調同時存在的狀況，而僅僅只解決其中一項并不能解決兩大方面問題。所以，全面水力平衡這個優化方案是通過靜態與動態兩類同步進行調節的，進而保證整個供熱系統的水力得到平衡。該方案可以實現相對復雜化的供熱系統中的水力平衡調節工作，同時還能從基礎和根本上來解決好靜態和動態失調的兩大問題，總體來說，它能最大限度地節約能源資源的消耗。然而由于這種解決方案投入較大、施工難度偏高，所以適用范圍相對有限。除此之外，還可以通過附加阻力的方式來消除供熱用戶的富余壓頭，使得富余壓頭可以得到較好的調節，進而更為有效地解決水力失調這一問題。此技術也可以在一定程度上減少熱量浪費，有一定的節能效果。

2.2 相變儲熱技術

儲熱技術包括兩個方面的要素，其一是熱能的轉化，它既包括熱能與其他形式的能之間的轉化，也包括熱能在不同物質載體之間的傳遞;其二是熱能的儲存，即熱能在物質載體上的存在狀態，理論上表現為其熱力學特征，現在廣泛采用的儲熱方式主要有三種，包括顯熱儲熱、潛熱儲熱（也稱相變儲熱）和熱化學反應儲熱。相變材料按物理狀態可分為固液相變和固固相變，其過程完全可逆，又以固液相變的應用更多，具體可分為無機、有機和復合相變材料;按溫度來分可以分低溫、中溫和高溫材料，常把相變溫度為120℃和400℃作為低、中、高溫相變儲熱材料的溫度節點。相變材料在相變過程中可吸收或釋放大量的熱，其主要吸放熱量來自相變潛熱，而供熱系統多采用低溫相變材料，使用較多的為醋酸鈉、磷酸鹽等，這類材料的優點是：熔解熱大、導熱系數高，相變體積小，價格便宜。相變儲熱材料具有能量密度高且釋熱過程穩定等特點，成為了儲熱技術發展的重點方向。因為相變材料的溫度在不斷升高過程中，當達到相變點其物理狀態發生改變時有大量的相變潛熱被釋放或者吸收，其溫度在相變結束前幾乎不發生改變，與常規供熱方式有一定的銜接契合點。隨著供熱設施老舊導致故障頻發，而換熱站空間有限，管網運行壓力高，必須采取閉式循環。因此，供熱公司急需一種安全、清潔、經濟的輔助能源提高供熱系統保障性，相變儲熱系統正適應了這種需要。

2.3 應用分布式變頻加壓技術

（1）適應管網熱負荷的變化能力強由于站內回水加壓泵功率小、揚程低、頻率可根據熱負荷與熱網匹配需求在一定范圍內靈活調整，安裝及調換也比較方便，所以分布式變頻泵方式適應熱網變化的能力遠勝于傳統的供熱方式。（2）降低管網管道公稱壓力，減少管網建設投資采用一般的閥門調節的方法時，主循環泵須滿足系統最不利用戶資用壓頭的要求，采用分布式變頻泵系統時，主循環泵只需提供系統循環的部分動力，其余動力由各熱力站的回水加壓泵進行調節，這使得主循環泵的揚程降低，管網總供水壓力降低。管道的公稱壓力相應降低，也使得管網建設的投資下降。（3）增加管網輸送效率，降低管網輸送能耗采用一般閥門調節的方法時，為了滿足系統最末端用戶的資用壓頭要求，近端不得不用閥門將大量的剩余壓頭消耗掉，截流損失很大，輸送效率低下。采用分布式變頻泵系統時，熱力站采用回水加壓變頻泵進行調節，熱源主循環泵及分布式變頻回水加壓泵各自為熱網提供部分循環動力，能夠降低閥門截流消耗的能量，減少熱媒輸送過程中的無效電耗，直接節省了能源的消耗，這種系統的綜合動力輸送效率較高。結合相關歷史數據和測算，采用分布式變頻加壓技術后，節能率可達10%至50%。同時主循環泵的揚程及電機功率都有所降低，運行更為安全，還可以延長系統的使用壽命，降低了設備損耗，直接降低了運行成本。

3 結束語

以現今的管網情況和調控手段，必然出現不同程度的水力失調。本文通過研究分布式變頻加壓技術與泵閥聯控技術，將理論分析與實際數據相結合，確定一個安全經濟的優化運行方案，并在運行期參照研究成果對水力工況實施動態調節，實現流量科學分配，快速準確達到水力平衡、熱量按需分配的運行狀態，進而從整體上提升供熱質量，改善全網用戶的供熱效果。

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（作者單位：沈陽經濟技術開發區熱電有限公司）