分布式供能余熱利用技術(shù)分析

東劉成

摘要：本文重點(diǎn)分析了分布式供能系統(tǒng)中對(duì)余熱利用的技術(shù)分析，根據(jù)對(duì)余熱的有效利用度，確定一般利用余熱的先后順序?yàn)樯顭崴?、采暖和制冷。本文著重分析了三?lián)供系統(tǒng)中生活熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)各種公共建筑中熱負(fù)荷進(jìn)行了歸納總結(jié)；在綜合考慮各單位的負(fù)荷基礎(chǔ)上，決定采用“以電定熱”的方式確定內(nèi)燃機(jī)容量。對(duì)三聯(lián)供系統(tǒng)在我國(guó)的不同類(lèi)型建筑中的選用，具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：分布式供能；熱負(fù)荷；電負(fù)荷；余熱利用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM619文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3024（2016）13-253-03

1.余熱利用和熱負(fù)荷概念

1.1余熱利用

能否有效利用余熱的技術(shù)，是分布式供能系統(tǒng)的核心。能否抓住這個(gè)要點(diǎn)，是決定設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵所在。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，最需要注意的是，余熱并不是一種在你需要的時(shí)候就能供給的能源。余熱的熱量對(duì)于負(fù)荷來(lái)說(shuō)，無(wú)論是不夠還是過(guò)剩，都要讓系統(tǒng)能夠有效率地、低能量損失地運(yùn)行。

使用余熱的地方，主要是生活熱水、采暖和制冷。他們各自對(duì)于余熱的有效利用度有所差異，順序?yàn)樯顭崴?采暖，制冷。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，從高溫到低溫，按照這樣的順序來(lái)利用熱量是更加有效率的。生活熱水需要的溫度比采暖需要的溫度要高，并且，生活熱水是一年四季都需要的，而采暖負(fù)荷只有采暖季才需要，所以一般利用余熱的先后順序，應(yīng)該是生活熱水，采暖，制冷。

1.2熱負(fù)荷

一般意義上的熱負(fù)荷指的是燃料在燃燒器中燃燒時(shí)單位時(shí)間所內(nèi)釋放的熱量：而在分布式供能系統(tǒng)中，給排水專(zhuān)業(yè)的熱負(fù)荷概念是日常生活用熱水的用熱量，一般根據(jù)用水人數(shù)、水溫及用水定額估算。

通常的熱源設(shè)備都是根據(jù)負(fù)荷來(lái)進(jìn)行控制的。但是余熱回收設(shè)備并不能保證想要能源的時(shí)候就能有余熱提供，所以并不能按照負(fù)荷來(lái)對(duì)余熱量進(jìn)行控制，必須根據(jù)余熱量來(lái)進(jìn)行控制，并要保證這種控制能讓系統(tǒng)效率最大化。

需要注意的點(diǎn)如下：

（1）利用余熱的先后順序

（2）根據(jù)余熱量，選擇適當(dāng)?shù)模ɡ糜酂岬模┰O(shè)備容量

（3）和其他熱源設(shè)備的并聯(lián)方式（保證余熱利用設(shè)備的優(yōu)先使用）

（4）在配管時(shí)的一些注意點(diǎn)（保證余熱利用設(shè)備的優(yōu)先使用）

2.生活熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)置預(yù)熱槽的場(chǎng)合

利用余熱加熱生活熱水的情況，都是在儲(chǔ)水槽（儲(chǔ)水水箱）中進(jìn)行的。但是一般負(fù)荷變動(dòng)比較大的關(guān)系，加設(shè)一個(gè)預(yù)熱槽的話，可以更有效地利用余熱。這樣的話，余熱僅加熱預(yù)熱槽，并且注意預(yù)熱槽的設(shè)定溫度要比儲(chǔ)水槽的設(shè)定溫度更高一點(diǎn)。由于供水是先在預(yù)熱槽中被加熱之后，再輸送至儲(chǔ)水槽的，這樣便可降低鍋爐的加熱量。為了讓預(yù)熱槽對(duì)負(fù)荷變動(dòng)起到一個(gè)緩沖的作用，所以預(yù)熱槽需要一定程度的容積。一般的做法是將一個(gè)整的儲(chǔ)水槽分成兩個(gè)，其中一個(gè)作為預(yù)熱槽使用。（參看圖1）

2.2沒(méi)有設(shè)置預(yù)熱槽的場(chǎng)合

不設(shè)置預(yù)熱槽的場(chǎng)合，供水經(jīng)過(guò)熱交換器，使得余熱的利用更為便利。并且，余熱利用側(cè)的設(shè)定溫度要比鍋爐的設(shè)定溫度更高，這樣是為了避免由鍋爐來(lái)加熱生活熱水了。（參看圖2）

3.熱負(fù)荷的估算

3.1民用建筑最大熱負(fù)荷和全年負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

分布式供能系統(tǒng)中所需要的熱負(fù)荷（生活熱水），需要事先掌握建筑內(nèi)部熱負(fù)荷逐時(shí)、逐月的變化規(guī)律。換而言之，就是要估計(jì)熱量（生活熱水）的最大負(fù)荷、全年負(fù)荷，以及逐月負(fù)荷規(guī)律、逐時(shí)負(fù)荷規(guī)律。

表1為最大負(fù)荷和全年負(fù)荷。與過(guò)去發(fā)表的數(shù)據(jù)相比較，熱負(fù)荷有減少的趨勢(shì)。

*：由于體育設(shè)施的生活熱水負(fù)荷與建筑規(guī)模[m²]的關(guān)系不大，所以給出的是總計(jì)數(shù)值（上段MWh/y，下端Gcal/Y）。

可以看到，在所有建筑類(lèi)型中，酒店的最大熱負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他各類(lèi)型建筑的最大熱負(fù)荷，醫(yī)院次之，辦公（標(biāo)準(zhǔn)型和OA型）、店鋪以及住宅的最大熱負(fù)荷數(shù)值相近且最小。就全年熱負(fù)荷而言，酒店和醫(yī)院的熱負(fù)荷最大，約為100kw/m²y，店鋪和住宅次之，約在25-35 kw/m²y，/之間，辦公的兩種類(lèi)型（標(biāo)準(zhǔn)和OA型）全年熱負(fù)荷最小，不大于5 kw/m²y。

3.2不同建筑類(lèi)型的逐月熱負(fù)荷

表2反應(yīng)的是不同類(lèi)型建筑中在一年中其熱負(fù)荷的逐月變化規(guī)律，表格中數(shù)字為每月的熱負(fù)荷量在全年熱負(fù)荷中所占比重（%）。同時(shí)，將全年月份按照其后劃分成幾個(gè)部分，十二月、一月一三月為冬季，六月一九月為夏季，四月、五月和十月、十一月為春秋季。

由圖中所示，不同類(lèi)型建筑在一年中隨季節(jié)變化，不同月份所需熱負(fù)荷亦不相同。辦公（OA型）全年的熱負(fù)荷逐月變化最大，因建筑性質(zhì)和氣候影響，每年二至三月間，其熱負(fù)荷最大；在每年七、八、九三個(gè)夏季月份，其熱負(fù)荷量最小，且其占全年的總負(fù)荷率穩(wěn)定在4%左右。店鋪的全年熱負(fù)荷變化在所有的建筑類(lèi)型中最為平緩，因其建筑性質(zhì)，所需要的熱水量隨氣候變化不大，每月的熱負(fù)荷占全年比重穩(wěn)定在8%-10%之間。酒店、醫(yī)院、辦公（標(biāo)準(zhǔn)型）、體育設(shè)施和住宅的全年熱負(fù)荷變化相對(duì)典型（但是其變化率小于辦公（oA型）），即冬春兩季（一月至五月間）較高，其月熱負(fù)荷占全年總負(fù)荷的比例居于8%-12%之間；夏季較低，其月熱負(fù)荷占全年總負(fù)荷負(fù)荷的比例居于4%-6%之間。

3.3不同建筑類(lèi)型的逐時(shí)熱負(fù)荷

表3、表4為酒店、醫(yī)院、店鋪、辦公（標(biāo)準(zhǔn)型）、辦公（OA型，電氣化）、體育設(shè)施、住宅的逐時(shí)負(fù)荷規(guī)律。與過(guò)去發(fā)表的數(shù)據(jù)相比，熱負(fù)荷（除了醫(yī)院）的制冷期延長(zhǎng)，采暖期縮短了。并且，制冷、制熱同時(shí)發(fā)生的月份也增加了。

辦公大樓和工廠等，由于有雙休日和節(jié)假日，需要考慮每月實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間。

根據(jù)表格3、4可以得出不同建筑類(lèi)型（以10000m²的大樓為例），熱負(fù)荷的逐時(shí)負(fù)荷規(guī)律，分析如圖4所示。

對(duì)于不同建筑類(lèi)型的逐時(shí)熱負(fù)荷，特選取一月（冬季）、四月（春季）和八月（夏季），三個(gè)分別代表典型季節(jié)的月份觀察其逐時(shí)熱負(fù)荷。

酒店部分，因其帶有居住性質(zhì)，因此其熱負(fù)荷逐時(shí)變化在所有建筑類(lèi)型中相對(duì)平緩，高分期出現(xiàn)在午后（14時(shí)-15時(shí)）以及晚飯后（20時(shí)-21時(shí)），凌晨（3時(shí)-4時(shí)）為波谷。就三個(gè)不同季節(jié)而言，八月（夏季）的熱負(fù)荷最高，春季和冬季熱負(fù)荷量相近。

店鋪、辦公（標(biāo)準(zhǔn)型和OA型）部分，因其有工作時(shí)和非工作時(shí)之分，因此其熱負(fù)荷逐時(shí)變化呈現(xiàn)山峰形，非工作時(shí)（0-7時(shí)、20-24時(shí)）其熱負(fù)荷幾乎為0，工作時(shí)達(dá)到波峰：值得一提的是，店鋪的熱負(fù)荷在午后（14時(shí)-15時(shí)）達(dá)到高峰，此時(shí)也是客流高峰：辦公（標(biāo)準(zhǔn)型）的熱負(fù)荷在工作時(shí)段都相對(duì)較為平均；而辦公（0A型）建筑則是在上班后8時(shí)-9時(shí)達(dá)到一個(gè)較為尖銳的波峰，其后變化相對(duì)平緩。對(duì)于不同季節(jié)的熱負(fù)荷變化，店鋪和辦公（標(biāo)準(zhǔn)型）建筑都是八月（夏季）的熱負(fù)荷量較大，而辦公（OA）型則是一月（冬季）的熱負(fù)荷量較大。

醫(yī)院部分，其逐時(shí)熱負(fù)荷在0時(shí)-5時(shí)幾乎為0，其峰值出現(xiàn)在10時(shí)-18時(shí)的就診高峰期，晚間（18時(shí)-24時(shí)），不同于辦公和店鋪等建筑的非工作時(shí)熱負(fù)荷下降較快，其有住院部和值班人員等，其熱負(fù)荷較工作時(shí)降低，但是有一定的熱負(fù)荷需求，且隨著時(shí)間減小，直到午夜（24時(shí)）左右降至最低點(diǎn)。醫(yī)院的季節(jié)熱負(fù)荷變化與酒店類(lèi)似，八月（夏季）熱負(fù)荷較高，一月（冬季）和四月（春季）熱負(fù)荷較小。

4.結(jié)論

有效利用余熱的技術(shù)，是分布式供能系統(tǒng)的核心。

使用余熱的地方，主要是生活熱水、采暖和制冷。他們各自對(duì)于余熱的有效利用度有所差異，順序?yàn)樯顭崴?采暖，制冷。生活熱水需要的溫度比采暖需要的溫度要高，并且，生活熱水是一年四季都需要的，而采暖負(fù)荷只有采暖季才需要，所以一般利用余熱的先后順序，應(yīng)該是生活熱水，采暖，制冷。在綜合考慮各單位的負(fù)荷基礎(chǔ)上，決定采用“以電定熱”的方式確定內(nèi)燃機(jī)容量。對(duì)三聯(lián)供系統(tǒng)在我國(guó)的不同類(lèi)型建筑中的選用，具有一定的指導(dǎo)意義。