城市建筑集中供熱采暖節(jié)能技術

白亞軍

（太原市熱力集團城南供暖分公司， 山西 太原 030013）

城市集中供暖是指集中熱源， 通過復雜交織的熱力管道， 傳播到人們需要的地方。 如今， 人們的生活質量有很明顯的提高， 對供暖效果的需求也在升高，尤其在北方城市， 需要良好的供暖設備來抵御嚴寒，而為了保證北方大量的供暖需求， 就容易導致由于采暖而造成的能源浪費、 環(huán)境污染等現(xiàn)象， 所以推廣節(jié)能技術是實現(xiàn)節(jié)約熱能、 促進可持續(xù)發(fā)展的最為直接的手段， 在城市集中供暖中， 要運用有效的技術， 提高能源利用率， 用小部分能源充分發(fā)揮巨大的作用，避免日后出現(xiàn)能源危機的可能， 使我國的能源行業(yè)實現(xiàn)長遠健康可持續(xù)的發(fā)展。

1 城市建筑集中供熱采暖節(jié)能技術中存在的問題

現(xiàn)如今， 各行各業(yè)都在貫徹 “綠色” 的發(fā)展理念， 使產(chǎn)業(yè)可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展， 但這對建筑供暖節(jié)能技術的創(chuàng)新有著更高難度的要求， 并且在實踐中難以確定明確的技術水平標準， 其中熱力源、 熱力網(wǎng)、熱用戶是城市集中供熱中三個重要的部分， 也是對技術要求較高的部分， 而且城市中對供熱需求比較迫切， 城市建筑復雜多樣， 所以在實際操作中十分困難， 比如熱力節(jié)能技術應用范圍有限， 在通過燒鍋爐產(chǎn)生熱能時， 就難以將煙余熱回收技術、 紅外線高溫納米節(jié)能技術等融入到鍋爐的使用中； 熱力網(wǎng)的技術使用也受限制， 熱力網(wǎng)的建設要從經(jīng)濟角度考慮熱源與管網(wǎng)等重要因素， 而且現(xiàn)實中城市建筑的實際條件對搭建科學有效的熱力管道有明顯的阻礙作用； 在城市建筑中所用到的建筑材料保暖性能較差， 所以設計的標準也參差不齊。

在城市集中供暖的過程中， 難免會出現(xiàn)一些問題， 例如同一個區(qū)域內(nèi)的不同建筑會出現(xiàn)供熱不均的情況， 老舊的建筑物的供熱管道會產(chǎn)生老化的現(xiàn)象，這就使其供熱方式與新建的建筑物有所不同， 而且大多數(shù)的高層也與中低層居民樓使用一個供熱源， 容易產(chǎn)生熱負荷的問題， 這都給熱力單位供熱造成了不小的困難。 由于熱力用戶端復雜多變， 對供熱的效果難以控制在標準范圍內(nèi)， 比如各建筑物室內(nèi)保暖效果不盡相同、 運用不同采暖設備的供暖效率有所差異。 由上所述， 城市建筑集中供暖的過程中的不足之處可以總結為一句話: 熱量的供應大于需求時導致能源浪費， 反過來難以保障充足的熱量需求。

2 廣泛應用節(jié)能技術的重大意義

我國的土地面積高達九百六十萬平方公里， 不同區(qū)域的氣候存在的不同， 在氣候較為寒冷的東北、 華北、 西北等地保證良好的供暖是極其重要的， 這些地區(qū)低溫期特別長， 主要供熱的方式就是集中供暖， 而良好的供暖是公民生活最基本的保障， 但這樣勢必會提升能源的消耗， 與此同時， 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，南方居民對采暖的需求也在穩(wěn)步提升， 這樣一來， 提升能源的使用效率必須放在首要位置， 并不斷加大節(jié)能技術的實際應用， 提高城市建筑集中采暖節(jié)能技術的創(chuàng)新能力。 這么大范圍的供熱， 對能源的消耗總量有很大影響， 同時不可避免會產(chǎn)生某些程度上的能源浪費， 大量的有害氣體會導引發(fā)海平面上升和溫室效應， 這都對人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴重影響。 表1 為我國在1990—1998 年之間各類能源的消耗情況， 其中煤炭消耗率最大， 其他清潔能源使用的占比相對較低， 而煤炭的使用帶來的影響也是遠超于其他清潔能源， 這給環(huán)境帶來了巨大的不可挽回的影響。 表2 是以北京為例， 對當時的空氣質量進行了監(jiān)測， 對所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析可知: 集中供暖期的空氣質量較非供暖期的空氣質量要差很多， 這些結果都表明減少能源浪費率、 提高節(jié)能技術使用效果是多么重要。

表1 各類能源消耗情況

表2 1998 年北京空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù) (單位m3/t)

3 性價比較高的清潔能源

3.1 太陽能

我國太陽能技術的應用已經(jīng)非常普遍， 而且我國幅員遼闊， 日照面積非常大， 光照時間也比較長， 太陽能源豐富， 太陽經(jīng)過集中技術處理后就可以用于供暖采暖。 太陽能作為可循環(huán)的清潔能源， 廣受各行各業(yè)的歡迎。 而且在我國有六成的國土面積的光照時長超過兩千個小時， 輻射量可以高達6000MJ/m， 相當于150 ～270kg煤炭所釋放的熱量。

3.2 核能

核能是近些年才被開發(fā)的能源， 但由極其廣泛的應用前景， 核能可釋放的熱能是煤炭釋放熱能的二百多萬倍。 起初核能只用來發(fā)電， 漸漸地供熱公司也開始使用核能供熱， 通常使用低溫核供熱技術， 也就是利用核反應堆中輸送的熱水和水蒸， 來為各個用戶傳遞熱量， 并且相對于煤炭資源來說， 核能發(fā)熱安全系數(shù)較高、 投資成本較低、 效果更好。

3.3 秸稈能源

在 《十二五國家發(fā)展戰(zhàn)略》 中， 提到生物能源一詞， 為了落實可持續(xù)發(fā)展的理念， 加強生物燃料技術的研發(fā)、 創(chuàng)新纖維素制乙醇等產(chǎn)業(yè)很有必要， 國家相繼出臺廢棄秸稈能源利用的政策， 這加快了生物能源發(fā)展的腳步， 而且利用廢棄秸稈和枯樹枝等生物能源對節(jié)約能源有很大的幫助， 生物質發(fā)電有減輕環(huán)境污染、 減少污染氣體散發(fā)的優(yōu)點， 也可以作用到農(nóng)業(yè)種植中， 提高農(nóng)作物的收成。

4 城市建筑集中供熱采暖系統(tǒng)的主要結構

城市建筑集中供熱是現(xiàn)代化城市的一部分， 創(chuàng)新城市集中供熱節(jié)能技術可以使城市用戶供暖的熱力源變得更加穩(wěn)定， 還可以使人們生活水平有所提高， 而且還能節(jié)約能源， 減少環(huán)境污染問題， 對營造城市的美好環(huán)境有一定作用。 由此可以得知， 集中供熱節(jié)能技術的應用只有好處沒有壞處。

由圖可知， 城市建筑集中供熱系統(tǒng)包括熱力源、熱力管網(wǎng)和熱用戶三個部分。 供熱的熱力源由熱電聯(lián)產(chǎn)的電廠、 集中鍋爐房、 工業(yè)與其他余熱、 地熱、 核能、 太陽能、 熱泵等組成。 熱源分布的設置一定使其具有科學性、 合理性， 并且選擇熱源設備時盡量選擇高參數(shù)、 功率大的設備。 熱源與熱負荷中心距離越短， 供熱效果越顯著， 但同時也要考慮燃料運輸?shù)囊蛩亍?水文、 環(huán)保等多個因素， 讓集中供熱節(jié)能技術的經(jīng)濟效益和社會效益達到最大。

在設計城市建筑集中供熱中方時， 首先要考慮的問題就是熱負荷。 熱力源未知的選擇、 安裝設備的購買都離不開熱負荷這個重要環(huán)節(jié)。 所以， 對熱負荷的計算及確定必須要有所了解， 比如以下幾個部分: 1)同時使用系數(shù)， 在供熱系統(tǒng)的運行中， 要避免同時出現(xiàn)最大熱負荷的情況， 所以計算區(qū)域中的最大熱負荷的數(shù)值時， 必須考慮同時使用系數(shù)， 這個系數(shù)是指整個供熱系統(tǒng)實際運行時的最大熱負荷與各用熱設備最大熱負荷總數(shù)的比， 即: K(同時使用系數(shù)) =全部用熱設備運行時實際的最大熱負荷/各用熱設備最大熱負荷總和； 2) 最大熱負荷利用小時數(shù)， 就是指在一定供暖期內(nèi)總耗熱量按設計熱負荷折算的工作小時數(shù)， 即: H1 (為最大熱負荷利用小時數(shù)) =一定時間內(nèi)總耗熱量/設計熱負荷； 3) 發(fā)電設備年利用小時數(shù)， 這個數(shù)字就是指: H2 (發(fā)電設備年利用小時數(shù))=發(fā)電廠年發(fā)電量/發(fā)電機組額定容量總和。

5 城市建筑集中供熱節(jié)能技術與實際相結合

5.1 熱力網(wǎng)的節(jié)能技術

現(xiàn)如今， 城市建筑的建筑結構復雜多樣， 集中供熱的技術選擇是很關鍵的， 恰當?shù)墓?jié)能供熱技術是良好供熱效果的基礎， 是減少能源浪費的重要因素。 很多地區(qū)還在使用熱力網(wǎng)節(jié)能的技術， 這種技術就是連接供熱站和用戶之間的橋梁， 是整個供熱系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)。 但這種技術的應用對管網(wǎng)的鋪設、 熱網(wǎng)的分布等設計方案都有嚴格的要求。 一方面要全面考慮城市建筑的內(nèi)部結構， 選擇合適的管道， 使熱網(wǎng)傳遞的熱能可以發(fā)揮最大功能， 另一方面合理的線路布置，不僅能節(jié)約施工材料的耗費成本， 還能大大提高供熱效果。

在這個互聯(lián)網(wǎng)時代中， 與傳統(tǒng)的工作模式有很大不同， 大量的人工智能操作正在取代勞動力， 各行各業(yè)中先進的智能技術被廣泛使用， 機器的精準操作可以使工作效果大大提升， 在城市集中供熱中， 自動化技術的應用， 可以防止在系統(tǒng)運行時出現(xiàn)沒有價值的熱源浪費， 從而增加整個熱力系統(tǒng)的成本。

5.1.1 關于外網(wǎng)的節(jié)能

在城市建筑集中供熱的工程中由于受多方面因素影響， 需要很大的工程成本、 要有足夠的資金、 技術和相關部門的支持， 而科學合理的網(wǎng)管分布就會有所減少施工材料， 繼而減少施工成本， 所以施工中， 在符合操作規(guī)范的前提下， 熱網(wǎng)中的主干管道與熱負荷密集區(qū)域的距離越短效果越好， 如果管道長度超出標準的范圍， 再加上管道口徑過小， 就會出現(xiàn)供熱負擔過重， 要根據(jù)熱用戶的實際情況計算出準確的熱負荷總數(shù)， 否則熱量損耗過多， 供暖效果也不盡人意。 而且供熱管道外網(wǎng)的合理設計， 也會提升熱量節(jié)能的效果， 這就需要對供熱區(qū)域有詳細的了解， 確定清楚的管道線路最后， 要保證各項參數(shù)數(shù)據(jù)科學、 合理， 尤其在設計熱網(wǎng)支管和熱用戶的入口直徑時， 需要依據(jù)外網(wǎng)總壓力平衡計算予以確定。

5.1.2 熱網(wǎng)運行的監(jiān)測

隨著當代科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展， 城市建筑集中采暖節(jié)能技術在相應的發(fā)生變革， 最顯著的就是供熱系統(tǒng)中的熱集中和熱節(jié)能兩個環(huán)節(jié)， 在這個環(huán)節(jié)中需要運用大量的自動化技術， 傳統(tǒng)的手動調節(jié)已經(jīng)無法實現(xiàn)現(xiàn)階段的需求， 要想有效的解決網(wǎng)路的能力和能源節(jié)約的問題， 供熱公司就必須考慮集中采暖供熱系統(tǒng)的可靠性、 可信性和運行管理水平等問題， 不斷推動自動化控制， 有效地管理城市建筑集中采暖供熱。

5.1.3 熱網(wǎng)的設施和節(jié)能材料的選擇

想要提升熱網(wǎng)節(jié)能效果， 降低熱能的浪費， 就需要選擇合理的施工材料。 所以， 熱網(wǎng)材料不僅要符合工程規(guī)范的要求標準， 還需要具有較強的抗腐蝕性與保溫性、 良好的導熱性能， 現(xiàn)階段國內(nèi)比較受歡迎的保溫材料——聚氨酯保溫材料， 保溫性能比其他材料好的多， 而且性價比很高。 在選擇調節(jié)閘閥時， 也需要考慮是否耐強壓、 耐高溫， 并且其流量特征要趨近于直線， 這才會有高效的流量調節(jié)效果。 在平衡閥的安裝中， 就要使其阻力增加到一定的數(shù)值， 以便消除環(huán)路剩余壓力， 使其管道內(nèi)的整體壓力滿足用戶流量要求， 而且還能夠解決局部供暖過熱的情況。

5.2 熱用戶的節(jié)能技術

熱用戶的情況比較容易不受控制， 也是比較容易影響供暖效果的一部分， 所以在這部分的技術應用要格外注重。

第一， 在建筑的設計方案中就應該考慮到房間保溫的性能， 力求實現(xiàn)節(jié)能的理念， 這就需要在建筑的選材過程中， 選擇隔熱性能較好的門窗， 這樣會防止使屋內(nèi)的熱量散失過快。 在建設建筑物外圍時， 要結合當?shù)氐臍夂蛱攸c， 選擇合適的建筑材料可以有效地減少冷風侵襲， 從而使室內(nèi)有著令人舒適的溫度。 現(xiàn)在， 我國有著較為豐富可供建筑行業(yè)使用的性價比很高建筑材料。

第二， 要不斷優(yōu)化供暖的計量體系， 結合用戶的實際需求， 采用有針對性的供熱計量體系， 從而有計劃地實施熱量分配， 并且分別使用不同的采暖計量手段， 可以通過安裝供熱分配表， 向用戶展示所用的數(shù)量， 采取階梯式收費的方式， 促使人們轉變采暖消費的理念， 形成正確的價值觀念和環(huán)保理念。

第三， 要根據(jù)不同的熱力站要運用科學的連接方式， 在一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)進行熱交換時， 有效的連接方式可以很大程度的降低熱能損耗， 還可以提高供暖系統(tǒng)的供熱效率， 從而實現(xiàn)節(jié)能的效果。

5.3 熱源的節(jié)能設計

從源頭上解決問題定會事半功倍， 所以在熱力源頭采取節(jié)能技術， 取得的效果是非常顯著的， 這樣不僅可以降低供暖系統(tǒng)對能源的消耗， 減少供暖過程對大氣環(huán)境的污染， 也會提升供暖系統(tǒng)的供暖效率， 保證供暖系統(tǒng)的供暖質量。 在設計熱源節(jié)能方案時， 就要考慮多方面的因素， 要嚴格控制煤炭能源的使用數(shù)量， 加大清潔能源的使用占比， 同時還要加強清潔煤技術的升級加工技術， 還要安裝循環(huán)流化床鍋爐， 加大具有防塵作用的設備的投入量。 最后， 要保障自動化設備的使用情況， 自動化設備可以精確運行參數(shù)，可以更準確的調控運行設備， 減少工作人員的時間成本， 并且進行調控時， 要符合當?shù)氐臏囟茸兓闆r，可以更好的輸送熱能， 進而實現(xiàn)節(jié)約能源的目標。

6 結語

現(xiàn)如今， 世界各國都在面臨能源危機的挑戰(zhàn)， 而且相應帶來的環(huán)境污染問題也有待解決， 這都需要嘉慶人們對環(huán)保節(jié)能理念的重視， 轉變自身觀念， 加強技術的創(chuàng)新， 所以如何能夠提高能源利用率、 創(chuàng)新升級能源開發(fā)技術是至關重要的， 供暖行業(yè)為了自身的發(fā)展前景， 不得不升級能源節(jié)能技術總的來說， 在城市建筑集中供熱中的系統(tǒng)中， 必須不斷優(yōu)化設計理念， 使其符合綠色、 可持續(xù)發(fā)展。 要不斷地在設備應用、 節(jié)能技術、 能源節(jié)約方面達到科學有效的供熱方法。 而且我國北方城市對采暖需求較高， 而且不可再生能源煤炭也逐漸趨于枯竭， 所以， 為了提高供暖效率， 在熱源節(jié)能技術和熱網(wǎng)節(jié)能技術兩方面都將成為日后要研究精進的技術領域， 期望更加先進科學的供熱技術能夠投入現(xiàn)實使用， 并且在能源節(jié)約、 大氣環(huán)境問題等方面有著重大意義。