现代供热技术及应用

杨吉旺

北京市特得热力技术发展有限责任公司

摘 要：本论文的目标是整合现有的大部分供热行业节能技术和服务，应用现代计算机网络技术建立一套可以实现供热系统用能管理、节能运行控制的集中供热量化管理综合节能技术服务平台（以下简称能源管理平台），通过互联网为客户提供综合性的解决方案。

供热平台的用户为既有和新建建筑的集中供热系统。该供热平台的应用可以提高建筑供热系统管理水平；提高供热系统运行效率和设备效率；降低供热系统的维护成本；降低供热系统的能量消耗；减轻供热系统运行人员压力；获取可持续的系统服务；并能够为供热用能系统节能提供一套整体解决方案。

针对当前的金融危机，“集中供热量化管理综合节能技术服务平台”的开发和应用可以帮助用户节约供热的运行成本，降低日常的设备运行开支，同时供热平台的应用将帮助业主发现自身存在的设备问题和运行管理问题，促进供热管理单位提高技术水平，管理水平提高低与风险的能力。同时，供热平台的应用将有效促进节能服务产业的发展。

本文以实例工程为研究对象，分别从项目背景、改造方案、技术分析、效果评估、项目验收的实施流程进行论述。同时介绍项目中应用的节能技术及能源管理平台的使用说明。最后根据实时监测及记录的历史数据计算的出项目节能量及节能率，项目于2013年5月通过验收。

关键词 节能改造 能源管理平台 节能

1 引言

“十一五”期间，北方采暖地区既有居住建筑供热计量及节能改造已经完成初步预定的1.5亿平方米计划任务。同时随着供热计量及节能改造项目前期取得的成效逐渐显现，且多方面获得良好效益。“十二五”以来，在北京各个区域供暖小区正有计划、有步骤的进行该项内容的实施。

然而，在已完成的节能改造中，部分项目增加的节能技术而并非针对系统情况而对症下药，这种情况也直接造成了部分改造项目最后未能通过验收从而没有财政补贴。其原因在于既有居住建筑供热计量及节能改造工作的内容及其意义尚未得到清晰的认识，改造的验收方式也未能得到准确的理解。部分改造项目不能顺应建筑节能的总体目标要求，成为了推进节能改造工作的最大障碍。因此，对各项改造内容及其意义进行综合分析，提出合理的改造方案将是“十二五”期间继续推动节能改造的根本保障。

结合供热系统运行特点及北京地区各小区供暖情况不难发现，目前，供热系统主要存在以下四大现象：其一、热源供热不足与供热过剩并存；其二、“干烧不热”与“高烧不退”并存；“跑冒滴漏”与调节失衡并存；“福利性供热”与“商品性供热”并存。而以上供暖现象又集中体现了以下矛盾：其一、既有建筑围护结构保温性能差采暖能耗高；其二、供热管网调节能力差，设施老化严重；其三、供热热源结构不合理能源利用效率低；其四、供热技改认识不够深入造成盲目投入。由此可见，在进行节能改造过程中要紧扣系统能耗重要环节、抓准主要矛盾，供热节能改造工程按计划实施完成完全可行且改造完成后的项目亦能达到节能量的预期目标。

2 改造方案

本文以北京某小区节能改造情况进行案例分析。该小区采用独立的区域锅炉房供暖，2004年建成，并于当年采暖季投入使用，供热面积约19.86万平方米，主要负责小区住宅及部分公建的冬季采暖及全年生活热水。建筑主要为高层塔楼结构。小区内有幼儿园一座。锅炉房位于小区内部，地下1层。锅炉为广东产全自动燃气热水锅炉，共5台，4.2MW。锅炉为比例调节方式，根据室外气温控制开启台数，锅炉启停由人工操作。小区采用间接供暖，换热器及生活热水泵均位于锅炉房地下2层。

系统外管网2/3采用架空敷设橡塑保温、1/3采用地沟敷设岩棉保温。一次机组配备循环泵4台、补水泵4台，工频运行；二次高区换热机组循环泵4台工频运行，补水泵2台变频运行；二次低区热机组循环泵4台工频运行，补水泵2台变频运行。高低区机组各设置2台板式换热器。生活热水系统分为高、中、低区三套机组，配置循环泵及补水泵各2台，全部工频运行。

小区热力平台能源管理系统包括一个主站（锅炉房）和换热站，其改造内容包括：

1、系统运行情况计量仪表安装，所安装的计量仪表主要包括：

1）电计量：对锅炉房和站内站用电情况进行计量；对主要用电设备（循环泵）的用电情况进行计量；

2）热计量：一次总供水管安装热表，计量锅炉的供热情况，二次高、低区总供水管各安装一块热表，计量管网的供热情况；

3）水计量：对锅炉房及换热站一、二次补水情况计量，生活水高、中、低区补水情况计量；

4）管路温、压计量：监测锅炉房一次总供回水压力，对换热站一次供回水、二次供回水的温度及压力进行监测。

2、按需供热运行策略，通过监测室外的天气变化情况，与锅炉的控制器进行通讯，根据天气的情况调整供热策略通知锅炉按新的供热策略进行供热。

3、分时分区技术，对小区内幼儿园、商业办公楼采用分时分区的供热方式，以减少能耗。

在主站的集水器回水管（写字楼换热站供热的回水）对写字楼采用分时分区控制的供热方式，以减少能耗；

图1 写字楼分时分区控制原理图

在锅炉房一次集水器上加装电动两通阀，根据办公楼作息时间调整阀门开度，工作时间保持阀门全开，休息时间（晚八点至次日早四点）关小阀门，为防止系统设备及管道冻裂，在回水管上加装温度传感器，设定温度上、下限值，当温度低于设定值则阀门全开，当温度达到上限值时则阀门重新关小至原设定开度；

图2 幼儿园分时分区控制原理图

在幼儿园分支回水管上加装电动三通阀，根据幼儿园作息时间调整阀门开度，工作时间保持阀门全开，休息时间（晚八点至次日早四点）关小阀门，为防止系统设备及管道冻裂，在室内加装温度传感器，设定温度上、下限值，当温度低于设定值则阀门全开，当温度达到上限值时则阀门重新关小至原设定开度。

4、水泵变频技术，主要针对一次循环泵进行频率调节，调节方式为供回水压差控制。改造前依次循环泵基本由工频运行，改造后可根据负荷情况调整循环水流量基本使循环水泵运行频率降到40赫兹左右，大大的节省循环水泵的耗电量。

5、对供热区域内12栋楼房加装室内温度监测点，实时监测供热系统的供热现状，为热力平台能源管理系统制定更加合理的供热运行策略提供科学依据。

6、系统采用分布式结构，主站设在锅炉房。主站与站内站之间的数据交换采用RS485有线通讯方式；与另外幼儿园、商业办公楼之间的数据交换采用GPRS方式，系统中配置策略控制服务器，其通过互联网接收来自能效管理平台的运行策略，并将策略下传到控制器，使系统按新的控制策略运行。平台系统构成情况如下：

图3 能效管理系统原理图

3 能源监控系统介绍

本项目应用能效管理系统整合应用的节能技术，通过远程数据采集，实施数据分析指导现场工作人员合理运行系统，同时根据历史数据生成周报表、月报表通过数据报表完成总量分析为进一步的挖掘节能潜力提供基础数据支撑。能效管理平台主要功能如下：

1）运行监测：实时显示系统的瞬时供热量、耗电量、耗水量，累计供热量、耗电量、耗水量，室外温度；随时查询历史数据；

2）用能报表：定期自动生成能耗使用情况报表，报表内容，各式，时间间隔可设定，报表可自动打印，报表可自动保存并导出。

3）能效分析：对实时数据和历史数据进行各类分析，包括同比分析、环比分析、状态分析、指标分析、能效分析等，分析方案可自定义。

4）设备管理：实现设备的基本属性、技术参数、监测参数、配件附件、保养、维修、检测等的信息化，实现对设备全生命周期的全面管理。

5）用户服务：对用户的报修进行统一管理，包括接听服务，报修单下达，出工管理，用户回访等，为集团化的供热公司建立专业统一的用户服务管理系统。

6）收费管理：对热费收取工作建立信息化数据库，实现将用户热费的收取工作，与用户其他信息的关联，包括：报修信息，历史热费缴纳信息，室内温度信息等。实现对热费收取工作的信息化，人性化，规范化管理。

7）节能策略：由专业技术人员结合系统运行的历史情况和各种相关因素制定的合理的运行控制算法程序，并指挥相关设备正常运转，从而实现节能，提高供热质量，提高系统稳定性等目的。

8）故障诊断：根据实时监测系统获得的数据，结合系统实际工况，为供热系统制定故障规则，从而实现对数据异常，运行状态异常，能耗异常等故障的实时自动判断、原因分析和解决方案。

9）远程服务：通过供热平台与专业技术人员实现互动，从而实现故障远程诊断，定期能耗分析，问题远程协助等增值服务功能。

4 效果评估

1、能源管理功能效果描述

从提高锅炉运行热效率、加强热水输送管道的保温和维护、根据室内外温度变化及时调节供回水温度、提高能源管理水平和节能意识等环节入手，实时掌握能耗情况，建立能源消耗看板；监视关键设备运行状况，确保能源供应安全可靠，了解能源使用现状，实现减少能源和水源的浪费、提高能源利用水平的目的。

通过集中供热能源管理平台的应用，达到供热系统能源消耗信息化、安全化、高效化、管理化的效果。为进一步发现节能机会，采取节能降耗行动提供观察和管理平台。

2、节能技术使用效果描述

通过本平台，达到管理节能与技术节能相结合，从管理和技术两个方面实施节能，首先采用技术经济评价手段，完善现有技术，优化产品的节能效果，其次利用计算机管理与监控手段，完善项目评价、节能量确认、供热系统运行在内的能源管理体系。经过2011-2012采暖季数据监测，项目用能情况及与节能改造前能源使用情况对比如下表所示：

表1 能源消耗对比分析

表2 面均能耗量对比分析

此外，取得如上节能量的前提是不牺牲室内环境问题度，项目上在各个楼的典型房间安装室温采集器（带远传功能），表3中给出部分回馈的室内温度均在18摄氏度之上。

表3 室温采集情况示例

5 结语

经过一个采暖季的运行实施，根据采集数据及第三方监测机构现场测试审核，目前项目已经通过第三方检测机构节能量审核及专家评审，完成项目验收工作。系统在接下来的采暖季仍会在原有基础上进行优化以求达到最为理想化的运行效果。北京既有居住建筑供热计量及节能改造工作是一件利国利民的重要工作，不仅具有节能减排的效果，同时还有改善民生和经济社会的效应。

参考文献

[1] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2007[M].北京：中国建筑工业出版社，2007

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[4] 徐德峰.热计量及热计量改造中的体会和建议[J].供热制冷，2012(9)：36

[5] 张群力.既有建筑供热计量相关问题的探讨[J].中国计量，2012(1)：32-34

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