供热系统节能示例及分析

长春市供热经营有限责任公司 王 冠 孙 峰 胡建平

据相关调查和资料显示，现我国北方地区供热能耗为现行国家民用建筑节能标准的1.5倍左右，为相同气候条件下发达国家的2～3倍。供热能耗巨大，浪费巨大。同时也说明我国供热节能潜力巨大。供热节能需要做两方面工作，一是建筑本身的节能；二是供热系统节能。今通过本公司一供热系统改造工程实例来展示一下供热系统节能的潜力，同时也交流一下改造情况。
一、概括介绍
我公司西广小区供热面积30多万平方米，多年来一直存在小区热网末端用户不热；换热站电耗高；热量浪费的问题。供热运行时，需开启混水阀以增加二次网流量来缓解末端用户不热的状况。本站处于热电厂一次热网前端。多年运行中，其二次网平均温度比其它站略高。绝大多数用户反映供热质量良好。
本站改造前电耗表：
改造前主要设备如下：
板式换热器：BRB0.8 180m2/台×4台；
循环水泵：10SH—6A Q=468m3/h   H=54m P=115kW，共3台，二开一备，循环水泵没有变频；
二次网主干管径：Φ529—Φ108半径1200米。
2008—2009采暖期（改造前）实测二次网流量达1450 m3/h（开混水阀），此时循环泵扬程为29米。流量为47.34m3/h·万m2。关混水阀状态下，二次网流量为1420 m3/h，循环泵扬程为34米。折合每万平方米流量为46.36 m3/h。开混水阀状态下末端用户没有投诉，关上混水阀末端用户就有投诉。
长春地区多数供热企业多年来实际平均热量消耗为31.7～35.8W/m2·采暖期，实际平均电耗1.6（kW·h）/m2·采暖期左右，而国家民用建筑节能设计标准规定长春地区标准热耗为21.7W/m2·采暖期，标准电耗为0.328～0.425（kW·h）/m2·采暖期（二次热网半径按200～800米计算）。实际热耗为标准的1.5倍左右，实际电耗为标准的4倍左右。
二、问题分析
从前面介绍情况看，本站处于一次热网前端，其二次网平均温度比其它站稍高，绝大多数用户反映良好。应该说本站总热量供给是充足的，不存在热量不足的问题。
从实测看，其二次网流量达每万平方米46.36m3/h（关混水阀），末端仍有投诉。只有二次网流量达每万平方米47.34m3/h（开混水阀）时，末端用户才没有投诉。而此流量已远超设计值。因此我们分析判断如下：
（一）本站末端用户不热，不是总热量不足造成的。
（二）不热用户存在是因二次网无有效的调节手段，二次网水力失衡造成的。
（三）供热电耗高。首先是因为二次网失衡，循环水量加大（循环水泵电耗同循环水流量成立方关系）造成的；其次是因为二次网循环泵设计选型错误，泵额定扬程过高，同现有供热系统实际需要24m左右不相匹配，致使循环泵实际工作点偏离泵的高效工作区，循环泵运行效率低下，浪费电能；再则也存在循环泵无变频，循环水流量不能随气温变化供热负荷变化而进行调整这一因素（有变频也降不下来流量，因二次网失衡，关上混水阀流量降低一点点末端用户就有不热投诉）。
(四)热量浪费问题。从理论上讲，各换热站二次网设计供回水温度一致，单位面积采暖热指标一致，室内采暖系统型式一致，只要各站二次网运行平均温度一致，无论二次网水力均衡与否，单位面积运行流量是否一致，各站单位面积平均热量消耗也是相同的。也就是说二次网运行平均温度高的站，其单位面积平均热量消耗肯定大于二次网运行平均温度低的站。而二次网水力失衡的站，其前端用户流量过大，回水温度高，其散热器平均温度也高，散热大；末端用户流量小，其回水温度低，散热器平均温度也低，散热也就小。因此说二次网水力失衡将导致其各用户间热量失衡，为了满足末端不热用户，就必须加大总供热量，从而使前端用户过热，造成总热量浪费。其二次网运行平均温度也必然高于其它站。
从上面分析可见，二次网水力失衡是该站所有问题的根源。也就是说二次网水力均衡是该站目前条件下一切供热系统节能技术应用的前提条件。
三、改造方案及运行效果
针对上述问题，2009年夏我公司对西广小区供热系统做如下改造：
1、小区二次网用户楼阀井内加装双功能自力式流量控制阀，进行热网平衡改造，解决二次网水力失衡问题。该小区共62个进户井，共安阀54个，原末端8个不热进户井没有安装，投资13.6万元。
2、本站二次网循环泵改为大流量低扬程泵以使其适应供热系统，解决循环泵运行效率低的问题。新循环泵型号：300RL—30   Q=600m3/h H=30 P=75kW共3台，两开一备，三台水泵投资10.35万元。
3、新循环泵加装变频装置，以满足二次网变流量运行之需要，更进一步节约运行电耗。变频柜75kW，共2台，总投资12.3万元。循环泵变频运行前后，其效率相等，即变频不能解决泵选型错误所致的效率低问题。
经过上述改造后，2009—2010年采暖期运行中供热质量得以显著提高，消除了冷热不均、水力失衡问题。热网调节简便、快捷、可靠。热网调节时双功能自力式流量控制阀按30m3/h·万m2进行设定，一次调节即告平衡。热网平衡后其循环泵投入变频运行，实现了二次网变流量运行。二次网进行质和量的综合调节，节能效果显著。
2009—2010年采暖期西广站供热电耗如下：
平均每采暖期节电：（3.0751－1.7433）kW·h/m2·采暖期×30.7864万m2=41万kW·h/采暖期。
节约电费：41万kW·h/采暖期×0.78元/ kW·h≈32万元/采暖期。
2009—2010年采暖期为58年来最冷的一冬，若此采暖期气温同以往年份一样，则估计可节约60万kW·h/采暖期。系统改造总投资36.25万元，一个采暖期用所节电费即可收回改造投资。
另外本采暖期运行中首先消除了本小区二次网水力失衡，冷热不均问题，故在热量消耗上肯定有所降低。但因本站多年来一直没装热表，故无从比较。
本公司在06年07年分别对高新、新城两锅炉房一次网供热系统做过同类的改造，两锅炉房分别比改造前每采暖期节电50万度和30万度，在此就不一一详述了。当然供热节能在供热运行管理上也应有很多工作要做的，在此也不做讨论了。
四、结 论
通过本站供热系统改造比对分析可以看到：
1、供热系统节能潜力是巨大的。
2、供热系统节能应从全系统改造着手，即热网平衡；输送水泵选型同系统参数匹配（提高泵运行效率）；循环水泵加变频在满足系统变流量运行需要的同时又能更进一步节约电能，其中热网平衡是供热系统各种节能技术应用的前提基础。
3、双功能自力式流量控制阀可以简便、快捷、有效地解决热网平衡问题，同时又能适应系统变流量运行这一状况，使得自力式流量控制阀（恒流量阀）这一热网的平衡技术同循环泵变频调速变流量运行技术能有机地结合在一起，使供热系统节能实现最大化。

参考文献

［1］《供热工程》哈尔滨建筑工程学院，中国建筑工业出版社，1985年12月第二版
［2］《泵与风机》郭立君，水力电力出版社，1986年12月第一版