北京大興機場供熱系統(tǒng)運行優(yōu)化與能耗管控

李欣 北京首都機場動力能源有限公司大興國際機場分公司

在“碳達峰、碳中和”背景下，供熱企業(yè)要想高質量發(fā)展就離不開節(jié)能減排。為了做好大興機場供熱系統(tǒng)節(jié)能減排工作，深挖系統(tǒng)節(jié)能潛力，特結合實際情況對單位面積度日數(shù)供熱量的能耗指標加以管控，并圍繞管控指標優(yōu)化運行策略，根據(jù)農(nóng)歷節(jié)氣和室外溫度變化情況科學細化運行時段，推導最佳供回水溫差的理論計算公式，進而將單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標轉化為調節(jié)參數(shù)。此外，通過引入運行評估機制，及時診斷供暖運行情況，有效保障用戶服務品質、降低系統(tǒng)運行能耗。

1 工程概況

大興機場位于北京市大興區(qū)禮賢鎮(zhèn)、榆垡鎮(zhèn)與河北省廊坊市廣陽區(qū)之間，北距天安門約46km，是國家發(fā)展的新動力源，對北京及北京周邊的經(jīng)濟發(fā)展有著至關重要的作用。大興機場高溫水供熱系統(tǒng)目前供暖面積約200 萬m2，主要為航站樓和機場工作區(qū)，隨著大興機場的建設與發(fā)展，該供暖面積還將進一步增加。

高溫水供熱系統(tǒng)由5 臺58 MW 燃氣熱水鍋爐作為熱源，設計供/回水溫度為120 ℃/60 ℃，系統(tǒng)采用板式換熱器與供暖用戶間接供暖，供暖用戶可自行調節(jié)二次側供水溫度。

2 最佳供回水溫差理論計算公式

根據(jù)能量守恒原理，結合單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標，建立理論耗熱量與實際供熱量的等式，進而推導出最佳供回水溫差與室外溫度和管控指標之間的計算公式（1）。

式中ΔT—最佳供回水溫差，℃；M—單位面積度日數(shù)供熱量，MJ/(℃·d·m2)；t—室外溫度，℃；q—單位供暖面積供水流量，m3/(h·萬m2)。

考慮到大興機場地區(qū)供暖建筑圍護結構較好，并有一定的蓄熱能力，所以在一段時間內，系統(tǒng)供熱量不必時時與末端熱負荷相匹配，進而可根據(jù)調控時段的平均溫度計算所選時段的最佳供回水溫差。

3 高溫水供熱系統(tǒng)運行策略

3.1 細化供暖季運行時段

3.1.1 運行時期

根據(jù)各個節(jié)氣特點，將供暖季劃分為入寒期、寒冷期、嚴寒期和寒退期。入寒期起始于開始供暖，終止于12 月6 日，期間日平均溫度在2 ℃以上，室外溫度逐漸下降。寒冷期起始于12 月7 日，終止于1 月4日，期間日平均溫度在-3.3 ℃左右，室外溫度相比入寒期顯著下降。嚴寒期起始于1 月5 日，終止于2 月3 日，期間日平均溫度在-3.5℃左右，是整個冬季最冷的時期。寒退期起始于2 月4 日，終止于停止供暖，期間日平均溫度在4 ℃以上，室外溫度逐漸上升。

3.1.2 調控時段

為了做到科學調控，探索每日運行最佳調控時段，特將各運行時期室外溫度加以統(tǒng)計分析，如圖1 所示，各個運行時期室外溫度變化趨勢基本相同，依室外溫度變化趨勢可將1天24h劃分為4 個調控段，它們分別為0 點至8 點、8 點至15 點、15 點至19 點和19 點至24 點。

圖1 各運行時期室外溫度變化趨勢圖

3.2 精準輸送運行參數(shù)

為了保障供暖用戶服務品質，同時抑制個別用戶從熱網(wǎng)過度取熱，造成能源的浪費，就必須在不同運行時期和調控時段合理設置供水溫度和供水流量。為了節(jié)能降耗，特結合歷史運行情況制定了0.1MJ/(℃·d·m2)的管控指標，如遇大風天氣可適當提高該管控指標，增加系統(tǒng)供熱量。根據(jù)管控指標、單位供暖面積供水流量和調控時段預報溫度的平均值，計算所選時段的最佳供回水溫差，然后用最佳供回水溫差值加上系統(tǒng)回水溫度給定值，即可計算出各運行時期各調控時段的供水溫度，如表1 所示。

表1 高溫水系統(tǒng)運行參數(shù)表

3.3 搭建運行溝通管理平臺

為了提高供暖用戶服務品質，公司組建了一支專業(yè)技術團隊負責供熱系統(tǒng)整體運行協(xié)調工作，以“源網(wǎng)末端”的系統(tǒng)思維搭建了供暖業(yè)務保障群，便于統(tǒng)一協(xié)調管控供熱系統(tǒng)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。此外，公司還搭建了用戶服務品質保障群，隨時接收并處理用戶的反饋意見，并針對用戶遇到的運行問題給以專業(yè)解答，持續(xù)提升公司的服務品質。

4 運行評估

供熱系統(tǒng)無論規(guī)模大小，在運行中必須遵守三個平衡的原則，即熱量平衡、流量平衡和壓力平衡。在熱量平衡原則中，需要評估服務品質和單位面積度日數(shù)供熱量；在流量平衡原則中，需要評估各用戶水力平衡情況；在壓力平衡原則中，需關注系統(tǒng)壓力是否在合理值范圍內。

4.1 熱量平衡

熱量平衡意味著熱源供熱量應滿足供暖用戶維持室內溫度相對穩(wěn)定所需的耗熱量，所以評估熱量平衡可以從供暖用戶室內溫度情況和系統(tǒng)單位面積度日數(shù)供熱量這兩方面入手。對于供暖用戶室內溫度情況，要每日關注是否有用戶報冷，報冷的用戶有多少，若報冷的用戶較多應加大系統(tǒng)供熱量，若個別用戶報冷應優(yōu)化系統(tǒng)水力平衡。為了了解末端用戶室內溫度情況，需對部分典型供暖用戶定期進行室內測溫，并根據(jù)測溫情況及時調整運行參數(shù)，修正系統(tǒng)供熱量。對于系統(tǒng)單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標，要著重分析每日各調控時段預報溫度與實際溫度的差值，并在下一調控時段通過增加或降低供水溫度進行糾偏，保障供熱量與室外溫度相匹配。一天結束之后，要立即評估當日單位面積度日數(shù)供熱量的大小，以便次日及時調整回水溫度給定值，從而增強或削弱系統(tǒng)供熱能力。

4.2 流量平衡

熱水是供熱系統(tǒng)供熱量的載體，因此，熱量平衡必須通過流量平衡才能實現(xiàn) 。流量平衡有利于實現(xiàn)“小流量大溫差”經(jīng)濟運行的目標，流量平衡的基礎是供熱系統(tǒng)水力平衡。解決水力失調，確保合理的流量值，是供熱行業(yè)當務之急 。隨著熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的推廣與應用，回水溫度調節(jié)法脫穎而出，該調節(jié)方法簡單、實用性強，通過調節(jié)管路閥門開度使得各供暖用戶、各支路回水溫度趨于一致。綜上所述，可以根據(jù)各用戶、各支路回水溫度的一致性，評估流量平衡情況。

4.3 壓力平衡

熱量平衡、流量平衡做得不好，造成的影響多為供熱效果不好，或者費熱費電，而壓力平衡做得不好，可能會發(fā)生重大的安全事故。壓力平衡要求供熱系統(tǒng)的任何部位都要保證不倒空、不汽化、不壓壞，并有足夠的資用壓頭 。所以供熱系統(tǒng)運行時，一定要時時關注壓力參數(shù)，但凡壓力出現(xiàn)波動，必須要給予足夠的重視。

5 結語

為了做好大興機場供熱系統(tǒng)節(jié)能減排工作，根據(jù)農(nóng)歷節(jié)氣和室外溫度變化情況科學細化供暖季運行時段，便于運行人員整體把握調控規(guī)律。結合實際情況確定單位面積度日數(shù)供熱量的管控指標，并通過推導供熱系統(tǒng)最佳供回水溫差與室外溫度和管控指標之間的關系，從而將管控指標轉化為調節(jié)參數(shù)。此外，通過引入運行評估機制，及時診斷供暖運行情況，有效保障用戶服務品質、降低系統(tǒng)運行能耗。上述方法在實踐中取得了較好的成效，大興機場供暖用戶滿意度100%，單位面積度日數(shù)供熱量較2020 ～2021 年度供暖季同比降低9.84%。