供熱采暖節(jié)能技術(shù)

劉家明

摘要:根據(jù)《民用建筑技能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》采暖設(shè)計(jì)部分的節(jié)能目標(biāo)，闡述了對熱源、管網(wǎng)以及熱用戶三部分的技術(shù)改造已經(jīng)達(dá)標(biāo)的技術(shù)環(huán)節(jié)，有效的解決了熱網(wǎng)熱力平衡消除供暖區(qū)域里存在室溫過高和過低的問題。同時強(qiáng)調(diào)量化管理也是關(guān)鍵因素，并要實(shí)現(xiàn)按熱量收取熱費(fèi)，讓熱用戶自主調(diào)節(jié)室溫，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

關(guān)鍵詞：供熱 采暖 節(jié)能

0 引言

我國地域廣闊，與同緯度其它國家相比，冬寒夏熱十分突出 全國約有一半建筑處于集中采暖地區(qū)，而建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差，供暖系統(tǒng)熱效率低，單位住宅建筑面積采暖脆耗約為發(fā)達(dá)國家的3倍。1993年采暖能耗已達(dá)1.01億t標(biāo)煤，占全國總能耗的9.6%，而一些嚴(yán)寒地區(qū)城鎮(zhèn)建筑能耗則高達(dá)當(dāng)?shù)厣鐣偰芎牡囊话胍陨稀槭箛窠?jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，以及保護(hù)環(huán)境，建設(shè)部于J.986年頒布了我國第一部建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。即《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-86)，目標(biāo)是在80～81年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上節(jié)能30%(第一階段目標(biāo))。1995年l2月建設(shè)部批準(zhǔn)了上述標(biāo)準(zhǔn)的修訂稿，即JGJ26—95為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)節(jié)能率為50%(第二階段目標(biāo))。標(biāo)準(zhǔn)提出的目標(biāo)應(yīng)由兩方面來分擔(dān)，即通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能，改善門窗密閉性。以及通過提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率來達(dá)到。供熱、采暖系統(tǒng)可分為熱源、管網(wǎng)及用戶三部分。近年許多部門做了大量有效的工作，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)上獲得了顯著的成績。國內(nèi)開發(fā)的平衡閥可以有效地保證管網(wǎng)靜態(tài)水力及熱力平衡，消除了小區(qū)中個別住宅樓室溫過低及過高的弊病，并同時達(dá)到節(jié)能的目的。但我們還沒有用戶自行調(diào)節(jié)室溫的手段。采暖費(fèi)按面積收取，不能激發(fā)居民的自覺節(jié)能意識。要實(shí)現(xiàn)采暖費(fèi)用計(jì)量收費(fèi)。首先要讓用戶能自主調(diào)節(jié)室溫，這涉及到散熱器恒溫閥，要做到熱量計(jì)量，需要有熱量計(jì)量手段及設(shè)備，這涉及到熱量分配表及熱(量)表；當(dāng)然還要解決水系統(tǒng)由定水量轉(zhuǎn)化為變水量后產(chǎn)生的新問題。以及開展如何改造原有采暖系統(tǒng)。使熱量計(jì)量成為可能和合理收費(fèi)等方面的工作。本文針對以上問題作初步探討。

1 水力平衡是達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素

對于一個設(shè)計(jì)正確，并能按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行的供熱采暖管網(wǎng)系統(tǒng)來說，各用戶應(yīng)該均能獲得設(shè)計(jì)水量，即能滿足其熱負(fù)荷的需求。但由于種種原因，大部分輸配環(huán)路存在水力失調(diào)，使流經(jīng)用戶及機(jī)組的流量與設(shè)計(jì)流量不符。往往近熱源處室溫偏高，遠(yuǎn)熱源處室溫偏低。為緩和各個樓室溫冷熱不勻，設(shè)計(jì)或使用單位一再加大鍋爐及水泵容量。盡管這可稍為改善一點(diǎn)供熱末端建筑內(nèi)的室溫，但環(huán)路水量輸配依舊不當(dāng)，且投資大幅度上升，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。調(diào)查實(shí)測說明，當(dāng)前水力系統(tǒng)的主要問題是水力失調(diào)。其原因是管網(wǎng)系統(tǒng)缺乏消除環(huán)路剩余壓頭的定量調(diào)節(jié)裝置，因?yàn)橛欣h(huán)路的剩余壓頭較難只由管徑變化檔次來消除。目前的截止閥及閘閥既無調(diào)節(jié)功能，又無定量顯示。而節(jié)流孔板往往難以計(jì)算得比較精確。此外對于舊系統(tǒng)改造，逐年并網(wǎng)，或者要考慮供熱面積逐年擴(kuò)大的管網(wǎng)系統(tǒng)，想以一次性的平衡計(jì)算或安裝節(jié)流孔板行不通．設(shè)計(jì)時留有較大的富格量是可以理解的。那么，水力失調(diào)就難以避免了，由此可看出：如果水系統(tǒng)達(dá)到平衡，設(shè)計(jì)者可不必?fù)?dān)心不利環(huán)路居民的投訴而選用合理的鍋爐及水泵容量，說明水系統(tǒng)的平衡是節(jié)能及提高供熱品質(zhì)的首要同胚。要實(shí)現(xiàn)水力平衡，對硬件的要求應(yīng)該既具有良好的流量調(diào)節(jié)性能，又能定量顯示環(huán)路流量(或壓降)的一種閥門；對軟件的要求，是研究管網(wǎng)平衡調(diào)試方法，要使整個管網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)試最科學(xué)，工作量最小。為此國內(nèi)已開發(fā)了平衡閥及其平衡調(diào)試時使用的專用智能儀表，解決了硬件與配套的軟件技術(shù)。實(shí)際上平衡閥是一種定量化的可調(diào)節(jié)流通能力的孔板，專用智能儀表不僅用于顯示流量。更重要的是配合調(diào)試方法，使原則上只需要對每一環(huán)路上的平衡閥作一次性的調(diào)整，即可使全系統(tǒng)選到水力平衡。這種技術(shù)尤其適用于逐年擴(kuò)建熱網(wǎng)的系統(tǒng)平衡，因?yàn)橹灰谥鹉旯芫W(wǎng)運(yùn)行前對全部或部分平衡閥重作一次調(diào)整即可使管網(wǎng)系統(tǒng)重新實(shí)現(xiàn)水力平衡。實(shí)測證明，應(yīng)用平衡閥并經(jīng)調(diào)試水力平衡后，可節(jié)煤及節(jié)電各15%以上。

2 量化管理是選標(biāo)的保證措施

由以上分析可以看出水系統(tǒng)的平衡為合理選用水泵容量起了決定性的作用。如果鍋爐房裝機(jī)容量與所需供熱面積的采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷相匹配，選用鍋爐臺數(shù)合理，可使鍋爐在較高效率下運(yùn)行，這些是節(jié)能的必要條件。但是，由于建筑逐日的采暖熱負(fù)荷隨室外氣溫變化而變化，這就提出了一個問題，即如何保證鍋爐供熱量始終與建筑的需熱量保持一致。我國現(xiàn)有絕大多數(shù)采暖鍋爐房和熱力站缺乏科學(xué)的監(jiān)測和量化管理手段，僅憑司爐人員的經(jīng)驗(yàn)改變?nèi)济毫亢瓦\(yùn)行時間，既造成能量浪費(fèi)，又難以保證采暖質(zhì)量。目前許多供熱運(yùn)行部門針對具體情況制訂了采暖期室外日平均氣溫與供水溫度關(guān)系曲線(或?qū)φ毡?，同時也相應(yīng)規(guī)定了日耗煤量，以科學(xué)、量化地指導(dǎo)司爐人員操作，獲得了一定的成效。根據(jù)這一思路國外已開發(fā)“氣候補(bǔ)償器”，國內(nèi)也開發(fā)了智能型采暖系統(tǒng)量化管理儀表，以保持供熱與需熱一致的最佳運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能目的，滿足要求的供熱品質(zhì)。

3 按熱量收費(fèi)勢在必行

以上技術(shù)措施，均以定水量運(yùn)行為依據(jù) 為使用戶能接各自需要設(shè)定溫度，并按使用的熱量支付采暖費(fèi)，以便最大限度地調(diào)動用戶節(jié)能積極性，《建筑節(jié)能‘九五計(jì)劃和2010》中提出，采暖包費(fèi)制和按平方米計(jì)算采暖費(fèi)用，是“太鍋飯”體制遺留下來的大弊端。生活用熱計(jì)量并向用戶收費(fèi)。是適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟(jì)要求的一大改革。并提出基本目標(biāo)為，“對集中供暖的民用建筑安設(shè)熱表及有關(guān)調(diào)節(jié)設(shè)備并按表計(jì)量收費(fèi)的工作，1998年通過試點(diǎn)取得成效，開始推廣，2000年在重點(diǎn)城市成片推行，2010年基本完成”。為此，須解決如下技術(shù)和管理問題。

3.1 散熱器恒溫閩 散熱器恒溫閥(又稱溫控閥、恒溫器等)安裝在每臺散熱器的進(jìn)水管上，用戶可根據(jù)對室溫高低的要求．調(diào)節(jié)并設(shè)定室溫。恒溫閥的恒溫控制器是一個帶少量液體的充氣(或充液體)波紋管膜盒,當(dāng)室溫升高時，部分液體蒸發(fā)變?yōu)檎羝?，壓縮波紋曾關(guān)小閥門開度，減少流入散熱器的水量。室溫降低時則作用相反，部分蒸汽凝結(jié)為液體，波紋管被彈簧推回而使閥門開度變大，增加流經(jīng)散熱器水量，恢復(fù)室溫，確保了各房間的室溫。更重要的是當(dāng)室內(nèi)獲得“自由熱” (又稱“免費(fèi)熱”，如陽光照射，室內(nèi)熱源——炊事、照明、電器及居民等散發(fā)的熱量)而使室溫有升高趨勢時，恒溫閥會及時減少流經(jīng)散熱器的水量，保持合適的室溫達(dá)到節(jié)能目的。

當(dāng)前我國室內(nèi)保暖系統(tǒng)一般沿用單管順流式，單管系統(tǒng)(不帶跨越管)中熱水一般自上順流而下，如安裝恒溫閥，上一層的室溫變化而引起的熱水流量變化會影響到下一層，所以恒溫閥不能簡單地直接應(yīng)用于單管系統(tǒng)。即使今后應(yīng)用雙管系統(tǒng)，也仍有相當(dāng)數(shù)量的建筑中使用單管系統(tǒng)。可以加跨越管去改造舊有系統(tǒng)，使它們具有單獨(dú)調(diào)節(jié)室溫的功能，以便合理計(jì)量每戶耗熱量。

我國尚未推廣應(yīng)用散熱器恒溫閥。北京市熱力公司在節(jié)能示范工程中應(yīng)用丹麥采暖系統(tǒng)自主技術(shù)，獲得了很好的效果。采暖季實(shí)測的結(jié)論為：“①單純的單管順流式系統(tǒng)最大室溫失調(diào)達(dá)4℃，帶散熱器溫控閥的雙管系統(tǒng)最大失調(diào)度僅為1℃，可見溫控閥對減輕豎向失調(diào)起到了至關(guān)重要的作用。②單管順流式加跨越管減輕垂直失調(diào)是行之有效的。③如供暖系統(tǒng)安裝散熱器溫控閥可節(jié)能20%～30%左右?！?/p>

3.2 熱量分配表 為實(shí)現(xiàn)按戶以實(shí)際耗熱量收取采暖費(fèi)，采暖系統(tǒng)中須有計(jì)量熱量的儀表對居住于獨(dú)立建筑中的住戶，只須在該戶唯一的入口熱水管道上安設(shè)一個熱(量)表，即可測出該戶所耗的實(shí)際熱量。但絕大多數(shù)的住宅(多層或高層)是公寓式的．每戶會有幾根采暖立管通過房間，不可能在該戶所有房間中的散熱器與立管聯(lián)接處設(shè)置熱表。比較合理的方法是在每組散熱器上安裝一個熱量分配表熱量分配表中安有細(xì)玻璃管，管內(nèi)充有帶顏色的無毒的化學(xué)液體，上口有一個細(xì)孔。熱量分配表后為一導(dǎo)熱板，當(dāng)分配表緊貼散熱器安裝后，導(dǎo)熱板將熱量傳遞到液體管中，由于散熱器持續(xù)散熱，管中的液體會因逐漸蒸發(fā)而減少。沿液體管標(biāo)有刻度，可讀出蒸發(fā)量。只要在每戶的全部散熱器上安裝熱量分配表，每年在采暖期后進(jìn)行一次年檢(讀數(shù)及更換新的計(jì)量管)，獲得該戶熱量分配表刻度值總和(即總蒸發(fā)量)，即可根據(jù)供熱入口處的熱表讀值與各戶分配表讀值推算出各戶耗熱量。但要以蒸發(fā)量來表示散熱器的散熱量，須考慮如何對熱量分配表進(jìn)行分度，散熱器的熱量傳遞至分配管內(nèi)液體的效率問題和不同類型散熱器的修正系數(shù)問題。

熱量分配表雖可客觀地表示該組散熱器在一個采暖季的散熱量。但由于每戶居民在建筑中所處位置不同，要保持室溫18℃，其熱量分配表上顯示的數(shù)字是不相同的。如頂層住戶與中間層住戶相比多了一個屋頂散熱面，為保持同樣室溫，散熱器必然要多散發(fā)熱量，有北向外墻的住戶也要多耗熱量所以，要在我國采暖系統(tǒng)中應(yīng)用熱量分配表，要做好兩件事：①實(shí)測兩個修正值。應(yīng)該說，得到熱量分配表兩個修正系數(shù)的技術(shù)問題及測試條件國內(nèi)已經(jīng)基本具備；②合理收費(fèi)問題。這涉及面較廣，從技術(shù)角度來說-應(yīng)根據(jù)不同的住宅類型、不同時期建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)及門窗的熱工性能(傳熱系數(shù)等)、不同朝向時，在同樣室溫(如18℃)條件下，開發(fā)出實(shí)用的軟件來算出各戶的耗熱量，由此確定出熱量分配表讀值的修正數(shù) 若以中間層住戶的耗熱量為基準(zhǔn)，則處于平面相同位置的頂層，其修正值應(yīng)小于1.0。要實(shí)現(xiàn)按熱量收費(fèi)，除技術(shù)問題外，還有政策問題及管理問題，物業(yè)部門應(yīng)在這方面發(fā)揮管理功能。

3.3 熱表 按照以上思路，應(yīng)在每幢樓的入口處或小區(qū)的總供水管(或幾條干管)處鍋爐房(熱力站)安設(shè)熱表，以獲得總熱量值。

3.4 系統(tǒng)的控制 散熱器恒溫閥實(shí)現(xiàn)了用戶能自行調(diào)節(jié)室溫，熱量分配表配合熱表可推算出每戶實(shí)際耗熱量，這是按熱量收費(fèi)必不可少的設(shè)備。但由于安設(shè)了散熱器恒溫閥，采暖系統(tǒng)呈現(xiàn)出變水量的特點(diǎn)。如果水泵運(yùn)行工況不變，當(dāng)系統(tǒng)中某些環(huán)路中的恒溫閥關(guān)小時，會引起一些環(huán)路上恒溫閥承受的壓差增高，惡化了控制性能。從另一方面來說，系統(tǒng)總水量需求減少，也應(yīng)該應(yīng)用(變頻)調(diào)速水泵節(jié)省水泵的電耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳國祥.實(shí)現(xiàn)“民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”中采暖設(shè)計(jì)目標(biāo)的初步分析建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策研究課題報(bào)告.1991年.

[2]徐偉，馮鐵桂.散熱器恒溫閥實(shí)現(xiàn)采暖系統(tǒng)節(jié)能及改善室內(nèi)熱環(huán)境條件.建筑節(jié)能1996年第1期.