淺談建筑工程中有關(guān)集中供熱的節(jié)能問(wèn)題

安亞林　施偉

摘 要：本文論述了建筑工程中關(guān)于集中供熱、供暖分戶計(jì)量、散熱器裝飾上的節(jié)能舉措。

關(guān)鍵詞：集中供熱；計(jì)算機(jī)；調(diào)節(jié)；節(jié)能

前 言

所謂“節(jié)能”是指加強(qiáng)用能管理，采用技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，減少?gòu)哪茉瓷a(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更有效、合理的利用能源。就集中供熱而言，要從系統(tǒng)連接方式、水泵的選擇、系統(tǒng)的熱力失調(diào)、熱網(wǎng)及其水力特性和散熱器的選用考慮。

1 概 述

供暖是為了控制室內(nèi)達(dá)到所需的溫度而利用不同的熱媒向室內(nèi)提供熱量的系統(tǒng)，在供熱采暖系統(tǒng)中主要有熱源、熱媒輸送和散熱設(shè)備三部分，現(xiàn)在我國(guó)通常所采用的熱源有燃煤、燃?xì)?、燃油鍋爐和電鍋爐、地源熱泵等，其中以燃煤供熱所占比例最大，其他一些清潔能源只是在最近幾年，在國(guó)家節(jié)能減排的要求下才開(kāi)始有所發(fā)展，所以近幾年在我國(guó)的采暖式開(kāi)始呈多樣性發(fā)展，從傳統(tǒng)的散熱器到現(xiàn)在的低溫地源地板輻射供暖、天棚輻射供暖，現(xiàn)在的采暖方式以低能耗、低輻射、高舒適度為主。

2 設(shè)計(jì)集中供熱系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的主要因素

2.1 選擇外網(wǎng)與用戶系統(tǒng)的連接方式

系統(tǒng)的連接方式熱水供熱管網(wǎng)和用戶的連接方式通常分為直接連接和間接供熱系統(tǒng)，直接連接供熱系統(tǒng)又包括裝有噴射泵，或混水泵等混水裝置的直接連接方式。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合供熱區(qū)域的實(shí)際情況使用不同的連接方式。

用戶直接連接供熱系統(tǒng)要遵循以下幾個(gè)原則：第一是用戶系統(tǒng)建筑物高度不能低于系統(tǒng)的靜水壓力（通常用戶系統(tǒng)供水溫度小于100℃時(shí)，不考慮水的汽化壓力），這樣，用戶系統(tǒng)的頂部始終不可能倒空（假定系統(tǒng)無(wú)泄漏）。第二是用戶系統(tǒng)的底部用熱設(shè)備所受水壓力不能超過(guò)用熱設(shè)備允許的壓力。

對(duì)于用戶的間接供熱系統(tǒng)，用戶系統(tǒng)的熱媒流量和壓力跟室外管網(wǎng)的參數(shù)沒(méi)有任何關(guān)系。而是自身用戶采暖系統(tǒng)有獨(dú)立水力工況，隨著室外熱網(wǎng)的熱媒參數(shù)變化用戶系統(tǒng)的熱媒溫度能夠通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用這種方式大部分是因?yàn)闊峋W(wǎng)的水壓力超過(guò)了用戶內(nèi)部系統(tǒng)允許壓力，必須把局部用戶系統(tǒng)和熱網(wǎng)水力工況分隔開(kāi)，使用表面式加熱器或者是其它間接連接的入口裝置（一旦室外管網(wǎng)和靜壓很高的高層建筑進(jìn)行連接的時(shí)候，使用直接連接就會(huì)使得整個(gè)熱網(wǎng)的壓力提高），這時(shí)多使用表面式熱交換器的獨(dú)立式的間接連接方式，也就是說(shuō)使熱網(wǎng)中的水不進(jìn)入用戶的室內(nèi)系統(tǒng)，一次熱媒使用熱交換器加熱用戶系統(tǒng)的二次熱媒。這樣的入口設(shè)置在高溫供水和回水管道上面設(shè)置了兩個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)的閥門(mén)進(jìn)行溫度的控制和調(diào)節(jié)。

2.2 循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵的選擇

水泵的選擇，主要由其揚(yáng)程和流量決定。供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程，可由水壓圖上直接讀出，即循環(huán)水泵的出、入口壓力差。一個(gè)充滿水的閉式供熱系統(tǒng)，揚(yáng)程大小只影響水流循環(huán)的快慢，不存在能否循環(huán)的問(wèn)題。閉式供熱系統(tǒng)的充水功能則應(yīng)由補(bǔ)水泵承擔(dān)。循環(huán)水泵的揚(yáng)程應(yīng)該用來(lái)克服鍋爐、換熱器、外網(wǎng)以及熱用戶系統(tǒng)的阻力之和。循環(huán)水泵的流量應(yīng)取供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量。由于系統(tǒng)的計(jì)算阻力往往大于其實(shí)際阻力，循環(huán)水泵在運(yùn)行時(shí)，其工作點(diǎn)向右漂移將導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行流量超過(guò)設(shè)計(jì)流量。因此，在考慮循環(huán)水泵流量時(shí)，可以不考慮系統(tǒng)1.05的漏損系數(shù)。補(bǔ)水泵的作用是在供熱系統(tǒng)運(yùn)行前，承擔(dān)向系統(tǒng)充水的功能；系統(tǒng)運(yùn)行中補(bǔ)償系統(tǒng)的漏水量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)靜水壓線的恒定。

2.3 供熱系統(tǒng)的熱力失調(diào)

供熱系統(tǒng)因水力失調(diào)即流量分配的不均勻性會(huì)引起用戶水平方向和垂直向的室溫偏差，我們稱之為供熱系統(tǒng)的熱力失調(diào)。追求熱力工況穩(wěn)定，既不發(fā)生水平失調(diào)（各熱用戶間或立管間）也不出現(xiàn)垂直失調(diào)（同一立管間），使各供暖房間室溫均勻一致，這是供熱系統(tǒng)重要的控制目標(biāo)之一。但是由于設(shè)計(jì)、施工安裝和運(yùn)行等多種原因，目前我國(guó)供熱系統(tǒng)普遍存在冷熱不均現(xiàn)象。如何消除供熱系統(tǒng)的熱力工況水平失調(diào)和垂直失調(diào)，一直成為人們十分關(guān)注的課題。為了提高供熱效果，克服熱力工況失調(diào)現(xiàn)象，目前國(guó)內(nèi)常采用“大流量、小溫差”的運(yùn)行方式；即靠換大水泵、增加水泵并聯(lián)臺(tái)數(shù)或增設(shè)加壓泵等方式提高系統(tǒng)循環(huán)流量，有時(shí)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行流量甚至比設(shè)計(jì)流量高達(dá)好幾倍。這種“大流量”的運(yùn)行方式，是我國(guó)供熱系統(tǒng)運(yùn)行人員從多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的。它在一定程度上能夠緩解熱力工況的失調(diào)，因此得到了廣泛應(yīng)用。但它有很大的局限性。大流量必然帶來(lái)大能耗。大流量運(yùn)行方式，將引起能耗的增加，提高了耗電費(fèi)用，增加了供熱量浪費(fèi)。供熱系統(tǒng)熱力失調(diào)的根本原因是水力失調(diào)即流量分配不均所致。因此，為實(shí)現(xiàn)按需供熱，隨室外氣溫的變化，在熱源處進(jìn)行供熱系統(tǒng)供、回水溫度、循環(huán)流量的調(diào)節(jié)稱為集中運(yùn)行調(diào)節(jié)。集中運(yùn)行調(diào)節(jié)包括質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、間歇調(diào)節(jié)、熱水供暖系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)工況-質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)。不論是單管還是雙管熱水供暖系統(tǒng)，其最佳調(diào)節(jié)工況均是質(zhì)和量的綜合調(diào)節(jié)。隨著室外氣溫tw的升高，不但應(yīng)降低供水溫度tg，而且還應(yīng)該逐步減少網(wǎng)路的循環(huán)水流量G。同一供熱系統(tǒng)中，熱網(wǎng)循環(huán)水總流量與各用戶樓及用戶各房間的循環(huán)水流量的變化比例是一致的。（假定同一供熱系統(tǒng)中，各用戶樓室內(nèi)采暖系統(tǒng)的型式完全相同）。對(duì)于二級(jí)熱水網(wǎng)來(lái)講，此法供熱質(zhì)量最好，同時(shí)既節(jié)電又節(jié)熱，也是最節(jié)能的調(diào)節(jié)方法。因?yàn)榇朔N調(diào)節(jié)方法流量的變化也是連續(xù)的同量調(diào)節(jié)一樣，也存在熱網(wǎng)平衡控制上的困難，所以雖然近幾年國(guó)內(nèi)供熱行業(yè)在二級(jí)熱網(wǎng)實(shí)施循環(huán)泵變頻調(diào)速變流量運(yùn)行，進(jìn)行質(zhì)和量并調(diào)的工程實(shí)踐項(xiàng)目也較多，但效果不理想。流量的變化幅度不大，降不下來(lái)，運(yùn)行中流量多數(shù)都是始終高于設(shè)計(jì)狀態(tài)下的計(jì)算流量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到最佳調(diào)節(jié)工況的參數(shù)狀態(tài)，而僅成為解決設(shè)備大馬拉小車(chē)的手段，節(jié)能潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有挖掘出來(lái)，正是因?yàn)闊峋W(wǎng)的不平衡，導(dǎo)致二級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)泵變頻調(diào)速變流量運(yùn)行節(jié)能效益不高，極大地阻礙了此項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用和質(zhì)量并調(diào)的這一節(jié)能的調(diào)節(jié)方法的應(yīng)用。

2.4 熱網(wǎng)水力特性

熱網(wǎng)上各用戶之間總體上來(lái)講都是并聯(lián)的，目前國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)熱網(wǎng)平衡的技術(shù)產(chǎn)品主要有以下幾種：手動(dòng)調(diào)節(jié)閥或普通關(guān)斷閥門(mén)、平衡閥、自力式流量控制閥（器）及差壓式流量控制閥、熱網(wǎng)微機(jī)控制平衡技術(shù)、雙功能自力式流量控制閥。目前雙功能自力式流量控制閥具有自力式流量控制閥恒定流量和手動(dòng)調(diào)節(jié)閥變流量這雙重功能，國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較多。

2.5 供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的發(fā)展趨勢(shì)

由于我國(guó)供熱系統(tǒng)管理運(yùn)行跟不上供熱規(guī)模的發(fā)展，絕大多數(shù)系統(tǒng)仍處于手工操作階段，從而影響了集中供熱優(yōu)越性的充分發(fā)揮。主要反映在：缺少全面的參數(shù)測(cè)量手段，無(wú)法對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行系統(tǒng)的分析判斷，系統(tǒng)工況失調(diào)難以消除，造成用戶冷熱不均、供熱參數(shù)未能在最佳工況下運(yùn)行、供熱量與需熱量不匹配；故障發(fā)生時(shí)，不能及時(shí)診斷報(bào)警，影響可靠運(yùn)行；數(shù)據(jù)不全，難以量化管理。為了進(jìn)一步改善供熱效果，提高供熱能效，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控?zé)o疑是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，恰好彌補(bǔ)了上述不足。概括起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)如下五個(gè)方面的功能：

（1）及時(shí)檢測(cè)參數(shù)，了解系統(tǒng)工況。通常的供熱系統(tǒng)，由于不裝或僅裝少量遙測(cè)儀表，調(diào)度很難隨時(shí)掌握系統(tǒng)的水壓圖和溫度分布狀況，結(jié)果對(duì)運(yùn)行工況“情況不明，心中無(wú)數(shù)”，致使調(diào)節(jié)處于盲目狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)，可通過(guò)遙測(cè)系統(tǒng)全面及時(shí)測(cè)量供熱系統(tǒng)的溫度、壓力、流量等參數(shù)。由于供熱系統(tǒng)安裝了“眼睛”，運(yùn)行人員即可“居調(diào)度室而知全局”。全面了解供熱運(yùn)行工況，是一切調(diào)節(jié)控制的基礎(chǔ)。

（2）均勻調(diào)節(jié)流量，消除冷熱不均。對(duì)于一個(gè)比較復(fù)雜的供熱系統(tǒng)，特別是多熱源、多泵站的供熱系統(tǒng)，投運(yùn)的熱源、泵站數(shù)量或投運(yùn)的方式不同，對(duì)系統(tǒng)水力工況的影響也不同。因此，消除水力工況失調(diào)的工作，不是單靠系統(tǒng)投運(yùn)前的一次性初調(diào)節(jié)就能一蹴而就的。這樣，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常的流量均勻調(diào)節(jié)是必不可少的。除自力式調(diào)節(jié)閥外，其它手動(dòng)調(diào)節(jié)閥將無(wú)能為力。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，則可隨時(shí)測(cè)量熱力站或熱用戶入口處的回水溫度或供回水平均溫度，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，達(dá)到流量的均勻分配，進(jìn)而消除冷熱不均現(xiàn)象。

（3）合理匹配工況，保證按需供熱。供熱系統(tǒng)出現(xiàn)熱力工況失調(diào)，除因水力工況失調(diào)外，還有一個(gè)重要因素，即系統(tǒng)的總供熱量與當(dāng)時(shí)系統(tǒng)的總熱負(fù)荷不一致，從而造成全網(wǎng)的平均室溫或者偏高或者偏低。當(dāng)“供大于需”時(shí)，供熱量浪費(fèi)；當(dāng)“需大于供”時(shí)，影響供熱效果，在手工操作中，保證按需供熱是相當(dāng)困難的。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)，配置供熱系統(tǒng)熱特性識(shí)別和工況優(yōu)化分析程序，可以根據(jù)前幾天供熱系統(tǒng)的實(shí)測(cè)供回水溫度、循環(huán)流量和室外溫度，預(yù)測(cè)當(dāng)天的最佳工況（供回水溫度、流量）匹配，進(jìn)而對(duì)熱源和熱力網(wǎng)實(shí)行直接自動(dòng)控制或運(yùn)行指導(dǎo)。

（4）及時(shí)診斷故障，確保安全運(yùn)行。

目前我國(guó)在供熱系統(tǒng)上尚無(wú)完備的故障診斷系統(tǒng)，系統(tǒng)故障常常發(fā)展到相當(dāng)嚴(yán)重程度才被發(fā)現(xiàn)，既影響了正常供熱，也增加了檢修難度。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以配置故障診斷專家系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的分析，即可對(duì)熱源、熱力網(wǎng)和熱用戶中發(fā)生的泄漏、堵塞等故障進(jìn)行及時(shí)診斷，并指出故障位置，以便及時(shí)檢修，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。當(dāng)然對(duì)于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)本身也可進(jìn)行故障診斷，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。

（5）健全運(yùn)行檔案，實(shí)現(xiàn)量化管理。

由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以建立各種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)\(yùn)行過(guò)程的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)需要打印運(yùn)行日志、水壓圖、煤耗、水耗、電耗、供熱量等運(yùn)行控制指標(biāo)。還可存貯、調(diào)用供回水溫度、室外溫度、室內(nèi)平均溫度，壓力、流量、故障記錄等歷史數(shù)據(jù)，以便查巡、研究。由于計(jì)量能力大大提高，因而健全了運(yùn)行檔案，為量化管理的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。供熱系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，由于具備上述功能，不但可以改善供熱效果，而且能大大提高系統(tǒng)的熱能利用率。一般在手動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，供熱系統(tǒng)還能再節(jié)能10～20%左右。

3 供暖分戶計(jì)量節(jié)能措施

鑒于我國(guó)供暖面臨能源浪費(fèi)大、供暖費(fèi)收繳困難、系統(tǒng)難于管理等問(wèn)題，隨著供暖體制的改革，供暖實(shí)行按用熱量收費(fèi)勢(shì)在必行。居住建筑供暖分戶計(jì)量是把熱能作為一種商品，提供有償供暖服務(wù)，利用經(jīng)濟(jì)杠桿使節(jié)約熱量消耗逐步成為一種自覺(jué)行為。分戶熱計(jì)量后由于每戶可進(jìn)行分室控溫，用戶能夠自主調(diào)節(jié)室溫，以滿足各自不同的溫度需求，這是實(shí)現(xiàn)采暖系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。

4 散熱器裝飾的節(jié)能舉措

散熱器可以分為輻射器和對(duì)流器兩種，輻射器是指依靠對(duì)流和輻射兩種方式傳熱的散熱器。如鑄鐵或鋼（鋁）制板型、柱型、管型、扁管型、柱翼型和閉式串片型等；而對(duì)流器是指幾種完全依靠對(duì)流方式傳熱的散熱器，各種以翅片管為散熱元件的帶外罩散熱器，均屬此類。按常規(guī)做法，在散熱器外表面涂銀粉漆，會(huì)使散熱器表面的黑度減少，輻射傳熱能力減少。但凡輻射器，無(wú)論其結(jié)構(gòu)形狀如何，表面只要涂覆銀粉漆，其散熱能力都會(huì)不同程度的減弱。因此建議在明裝散熱器時(shí)采用非金屬涂料涂裝其表面，這樣不僅可以增強(qiáng)散熱器的輻射散熱，還可以使其外觀色彩豐富多樣，利于散熱器裝飾與居室裝飾的和諧。

5 供暖管網(wǎng)上的節(jié)能舉措

由于管網(wǎng)跑冒、滴漏造成的熱損失難以計(jì)算。因此對(duì)供暖管網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能舉措，是搞好節(jié)能管理的關(guān)鍵。適當(dāng)增加保溫厚度，這既是當(dāng)前供熱外網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能舉措的主要內(nèi)容，更是為了今后使能源得到更加有效和更加合理的利用。

6 結(jié)束語(yǔ)

建筑工程中關(guān)于集中供暖的節(jié)能問(wèn)題涉及的方面很多，要想從根本上解決供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定及系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題需要各有關(guān)方面給予足夠的重視。如果供熱系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能切實(shí)做到節(jié)能，那么勢(shì)必會(huì)帶來(lái)能源市場(chǎng)的空前繁榮，不但緩解了我國(guó)能源市場(chǎng)緊缺狀況，更能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。

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