高校供熱系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析

北京市有近200所高等院校，根據(jù)統(tǒng)計，高等院校供熱系統(tǒng)能耗占學(xué)校綜合能源消耗量的比例平均在60%～70%左右，是北京市供熱能耗大戶。我們對北京市部分高校開展了供熱系統(tǒng)節(jié)能潛力調(diào)研工作，為學(xué)校降低供熱系統(tǒng)能源消耗、提高能源利用效率提供參考。

1 高校供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 能源使用特點

1.1.1 能源使用具有周期性、階段性

高校的特點決定了其能源消耗呈現(xiàn)出較強的周期性、階段性。從全年各月能耗水平來看，固定的寒暑假使得每年的1～2月和7～8月為學(xué)校的用能低谷期。從全天能耗水平來看，不同類型功能建筑全天用能差異較大，如宿舍樓和教學(xué)樓用能時間就截然不同。

1.1.2 單位能耗呈現(xiàn)明顯差異性

各高校在單位面積、人均能耗等方面呈現(xiàn)出明顯的差異性。將同樣提供教學(xué)、科研、住宿、餐飲等功能的學(xué)校相對比，年單位面積能耗在14.1～56kg tce之間，高低相差近4倍；人均年能耗為356.2～799.4kg tce，高低相差2倍多；在用水方面也同樣呈現(xiàn)明顯的差異，單位面積年耗水量為1.01～2.82t，高低相差近3倍。

究其原因，一是由于采用的供暖方式不同，如鍋爐集中供熱或市政熱力采暖等供暖方式，本身在能源利用效率上有一定的差距；二是由于不同類型學(xué)校用能需求、特點存在明顯的差異性，導(dǎo)致人均能耗差別較大。

1.1.3 供熱系統(tǒng)能源消耗比重大

按照調(diào)研的多家高校的能源消耗數(shù)據(jù)顯示，高校的供熱系統(tǒng)能耗占學(xué)校綜合能源消耗量的比例，平均約在60%～70%左右。

1.1.4 供熱系統(tǒng)的負荷差異性

高校供暖系統(tǒng)的負荷與普通居民采暖負荷存在明顯的差異性，其主要體現(xiàn)在以下兩方面：

（1）深寒期供熱負荷低，初寒、末寒供熱負荷高。從高校供熱系統(tǒng)的整體能耗水平來看，供暖初期（初寒期）和末期（末寒期）是學(xué)校的供暖高峰，在供暖深寒期（一般在1～2月），此時正值學(xué)校寒假期間，反而是供暖系統(tǒng)的供熱負荷低谷時間。

（2）從全天能耗水平來看，我們根據(jù)調(diào)研，對高校不同類型功能建筑全天的供熱指標(biāo)負荷的變化進行了測試，給出不同類型的建筑的熱負荷變化，詳見表1和圖1。

表1 高校中不同類型功能建筑全天熱指標(biāo)變化

圖1 高校中不同類型功能建筑全天熱指標(biāo)變化

根據(jù)上述指標(biāo)可知，學(xué)生宿舍在學(xué)生白天上課期間可低溫進行調(diào)節(jié)，辦公/綜合樓在夜間可低溫運行；食堂、禮堂由于其高大空間的原因熱指標(biāo)較高，但是由于使用頻率較低，仍可在一個較低的溫度下運行；實驗樓的實驗設(shè)備較多，但使用頻率也較低，夜間可低溫運行。

1.2 供熱系統(tǒng)能耗指標(biāo)及分析

北京市高校供熱系統(tǒng)熱源以天然氣為燃料的鍋爐所占比例最大，達到90%以上，以燃煤為燃料的鍋爐供暖所占比例為6%左右，其余4%為電鍋爐、燃油鍋爐與外購市政熱力等熱源形式。

由于高校的建筑類型存在多樣性和復(fù)雜性，且在高校供熱領(lǐng)域中未統(tǒng)計分類建筑等供熱指標(biāo)，因此我們采用了與北京市市政市容管理委員會提出的北京市居民采暖供熱能耗指標(biāo)進行了對比。在今后的工作中應(yīng)當(dāng)建立更為適合高校供熱系統(tǒng)的分類供熱能耗熱指標(biāo)。

1.2.1 指標(biāo)現(xiàn)狀

根據(jù)對部分高校供暖系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)進行分析，各高校由于節(jié)能管理水平的差異性造成供暖系統(tǒng)的能耗指標(biāo)也是參差不齊，見表2。

表2 部分高校供熱系統(tǒng)單位面積能耗指標(biāo)

1.2.2 指標(biāo)分析

將表2中能耗指標(biāo)與北京市市政市容委關(guān)于供暖系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)進行對比分析，結(jié)果如下：

（1）燃煤消耗指標(biāo)。北京市燃煤鍋爐每采暖季的單位面積煤耗不應(yīng)大于18.7kg tce/m2（相當(dāng)于25kg/m2混煤），節(jié)能目標(biāo)值為12.5kg tce/m2（相當(dāng)于17.5kg/m2混煤）。本次抽樣的燃煤鍋爐能耗達到了上述指標(biāo)。

（2）天然氣消耗指標(biāo)。北京市燃氣鍋爐每采暖季的單位面積氣耗不應(yīng)大于12m3/m2，節(jié)能目標(biāo)值為8m3/m2。本次抽樣的天然氣鍋爐房能耗指標(biāo)參差不齊，有的甚至差異巨大。將20家高校的天然氣能耗指標(biāo)進行匯總比較后，20家高校中，3家單位能耗指標(biāo)接近甚至好于公布的節(jié)能目標(biāo)值，15家單位能耗指標(biāo)低于限額值，2家單位超出了限額值。

（3）電資源消耗指標(biāo)。每萬平方米循環(huán)水泵功率：間接供暖系統(tǒng)的一次水管網(wǎng)初、末寒期1.1～2kW，嚴(yán)寒期2～3kW；間接供熱系統(tǒng)的二次水管網(wǎng)或直接供熱系統(tǒng)3.5～4.5kW；直接供熱混水系統(tǒng)4.2～5.2kW。

本次調(diào)研高校的一次網(wǎng)每萬平方米循環(huán)水泵功率在2.54～5.3kW之間，二次網(wǎng)每萬平方米循環(huán)水泵功率在2.05～6.77kW之間。 可見在各個高校的供暖系統(tǒng)中，由于供暖規(guī)模、設(shè)備水平、技術(shù)水平的差異，使得每萬平方米配用的循環(huán)水泵功率也差距較大。但總體水平高于公布的目標(biāo)值，在輔助供暖設(shè)備方面仍然存在一定的節(jié)能空間。

2 高校供熱系統(tǒng)節(jié)能潛力分析

2.1 鍋爐熱效率普遍偏低

在實際調(diào)研過程中，我們對4家鍋爐房效率進行了測試，鍋爐效率普遍較低，燃煤鍋爐房的鍋爐熱效率平均在50%左右，燃氣鍋爐房的效率普遍在80%運行，能源利用率均有較大的的提升空間。尤其是燃煤鍋爐房，鍋爐運行效率低于北京市市政市容管理委員會對供暖系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)要求：燃煤供暖鍋爐運行效率由目前的60%提高到70%～80%；燃氣供暖鍋爐房運行效率由目前的80%提高到90%以上。

2.2 管網(wǎng)損失較大

管網(wǎng)熱損失主要包括管網(wǎng)散熱損失、管網(wǎng)水力失衡熱損失、失水熱損失等。由于管網(wǎng)水平不一樣，其熱損失差別較大，一般來說高校供熱一次管網(wǎng)與二次管網(wǎng)總年度熱損失占供熱總損失的35%～50%之間。

根據(jù)北京市市政市容管理委員會對供暖系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)要求，管網(wǎng)的平均熱損失應(yīng)小于35%。其中：城市管網(wǎng)熱損失5%；庭院管網(wǎng)熱損失10%～15%；管網(wǎng)水力失調(diào)熱損失10%～15%。

由于通常在管網(wǎng)末端各熱力入口沒有熱量表，無法累積入口總熱量，所以采用溫度法比較簡單和快捷。在采暖季的最冷月，利用管道溫度計或者表面溫度計，測量出熱源出口溫度和管網(wǎng)末端溫度，計算出管網(wǎng)輸送效率，用目標(biāo)值來評價。我們在4家高校供熱系統(tǒng)測試的過程中采用了溫度法測試管網(wǎng)的輸送效率，各家的管網(wǎng)溫降速率見表3。

表3 高校管網(wǎng)輸送效率測試結(jié)果

熱源向末端管道的溫降速率不應(yīng)大于0.3K/km，從測試結(jié)果來看，4家高校的管網(wǎng)輸送效率均超過了0.3K/km的指標(biāo)，管網(wǎng)熱量損失較大。

2.3 分時分區(qū)未普遍應(yīng)用

供暖期間，大部分高校未對不同的用能區(qū)域（教室、實驗室、宿舍、辦公樓等）采用合理的供暖分配方案。由于建筑物的功能不同，故其對熱量的需求不一樣，這些不同用途的建筑物在同一個供暖系統(tǒng)中，由于缺乏必要、有效的調(diào)節(jié)控制設(shè)備，使得部分建筑在夜間、周末、假期等不需要很高供熱要求的時間仍照常進行供暖（稱之為無效供暖），造成了能源的浪費。

2.4 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)

高校中對節(jié)能技術(shù)改造措施的應(yīng)用普遍不盡合理，未取得應(yīng)有的節(jié)能效果。例如供暖系統(tǒng)循環(huán)泵變頻技術(shù)、氣候補償技術(shù)、管網(wǎng)水力平衡技術(shù)、煙氣余熱回收技術(shù)等，均存在未能充分理解節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的前提和條件，導(dǎo)致未能取得節(jié)能效果，甚至影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

在可再生能源利用方面，只有1/3左右的學(xué)校使用了太陽能，而且僅局限于提供生活用水，功能單一。熱泵技術(shù)的應(yīng)用也是寥寥無幾。

2.5 建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫性能較差

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，北京市市屬高校中，仍然有50%的建筑為非節(jié)能建筑，建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫性能差，建筑耗熱量指標(biāo)大，建筑能耗整體偏高。

3 高校供熱系統(tǒng)可實施的節(jié)能技術(shù)

根據(jù)高校供熱系統(tǒng)的現(xiàn)狀，我們提出了幾項可在高校重點推廣的節(jié)能技術(shù)。

3.1 分時分區(qū)分溫控制技術(shù)

由于建筑物的功能不同，故其對熱量的需求不一樣，例如宿舍學(xué)生夜間需要正常供暖，白天可以低溫供暖；辦公樓一般只需要正常上班時間供暖，在夜間及節(jié)假日不需要很高的供熱質(zhì)量，只需要保證室內(nèi)維持防凍溫度即可。

根據(jù)高校呈現(xiàn)出較強的能源消耗周期性，建議在高校供熱系統(tǒng)中，重點推廣分時分區(qū)（分時分溫）控制技術(shù)。分時分區(qū)技術(shù)可在供熱系統(tǒng)中對供熱要求不同的各區(qū)域建筑物，采取分別控制的運行方式按需供熱，從而達到降低能耗的目的。在推廣分時分區(qū)技術(shù)時，應(yīng)注意分時分區(qū)設(shè)備的控制模式，分時分區(qū)分為手動、就地自動、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控三種控制模式，可根據(jù)自身情況實施。

3.2 氣候補償技術(shù)

目前大多高校供熱系統(tǒng)鍋爐的運行，都是依靠司爐工看天燒火，不能根據(jù)室外的溫度變化進行調(diào)節(jié)。氣候補償技術(shù)在傳統(tǒng)鍋爐房供暖系統(tǒng)中加裝一套氣候補償系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測的室外溫度變化及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)供熱量，實現(xiàn)按需供熱。應(yīng)用時要重點關(guān)注設(shè)備的安裝方法和方式。

3.3 煙氣冷凝熱回收技術(shù)

煙氣冷凝熱回收技術(shù)利用煙氣冷凝回收裝置使溫度較高的鍋爐排煙與溫度較低的供暖系統(tǒng)回水進行熱交換，實現(xiàn)鍋爐排煙余熱的回收，節(jié)省鍋爐燃料消耗量，提高鍋爐實際的運行效率。應(yīng)用煙氣冷凝回收技術(shù)應(yīng)做好供熱系統(tǒng)的分析和設(shè)計工作，盲目安裝煙氣冷凝回收裝置不僅無法得到應(yīng)有的效果，反而會降低鍋爐的運行效率。

3.4 生活熱水太陽能技術(shù)

目前北京市的高校中只有1/3左右的學(xué)校使用了太陽能，而且僅局限于提供生活用水，功能單一，應(yīng)進一步推廣太陽能應(yīng)用技術(shù)。在太陽能應(yīng)用過程當(dāng)中，要重點注意太陽能設(shè)備的壽命以及在太陽能無法滿足需求時的輔助能源，如：熱泵、電、鍋爐等等，切忌使太陽能成為其唯一的能源供應(yīng)方式。

3.5 加強管網(wǎng)改造

高校供熱管網(wǎng)伴隨高校同時設(shè)計、施工并投入使用，經(jīng)歷了數(shù)十個年頭的使用，管網(wǎng)老化，跑、冒、滴、漏，熱量損失嚴(yán)重。通過改造老舊管網(wǎng)，可以提高供熱效率，提升供熱質(zhì)量，在短時間內(nèi)得到較大的節(jié)能。

3.6 改造圍護結(jié)構(gòu)

根據(jù)調(diào)查，北京市市屬高校中，25%的建筑可以達到一步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，20%的建筑可以到二步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，5%的建筑可以達到三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。在室內(nèi)外溫差相同的情況下，不同傳熱系數(shù)的圍護結(jié)構(gòu)其散熱損失不同，因此，進一步完善高校中建筑圍護結(jié)構(gòu)差的建筑，可以深度挖掘節(jié)能潛力。

3.7 全面完善計量體系工程

計量是節(jié)能管理工作的基礎(chǔ)，在調(diào)研的高校中，現(xiàn)有的煤計量設(shè)備精度很差；采用煤商承包方式的高校，基本無法獲得原煤真實的供應(yīng)量；除燃氣鍋爐房的一級計量儀表外（燃氣公司收費儀表），管網(wǎng)、換熱站等均未安裝有效的熱量計量裝置。針對計量體系不完善問題，應(yīng)逐步進行改善，使高校的節(jié)能工作有據(jù)可依，有量可循。

4 結(jié)語

作為建筑節(jié)能和節(jié)能意識教育宣傳的主陣地，高校在節(jié)能工作中發(fā)揮著特殊的雙重作用，應(yīng)切實貫徹《公共機構(gòu)節(jié)能條例》，通過加強規(guī)劃、創(chuàng)新機制、夯實基礎(chǔ)、擴大宣傳、推進項目等綜合措施，采用監(jiān)督管理與政策牽引相結(jié)合、試點示范與普及推廣相結(jié)合的方式，扎實推進北京市節(jié)約型校園的建設(shè)新局面。