城市供热自动化节能减排技术探析

城市供热自动化节能减排技术探析

左长征

新疆乌鲁木齐华源热力股份有限公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

摘要：近年来，我国居民的经济水平不断提高，对生活质量的要求也日益提升。因此，燃气锅炉开始在人们日常生活中被广泛应用。尤其在北方，冬天经常会用到供热系统。自从燃气锅炉开始广泛应用，人们也开始更加注重能源与环保问题。传统的供热系统中，采用的是电动调节阀，其对系统供热而言有着极大的能量消耗。笔者认为，如果可使用分布式变频调节将其替代，在投资初始金额不变的情况下能够减少大量水泵的消耗，尤其是在负荷部分运行的工程条件下，有更加明显的节能效果。由此本论述根据上述分析，探讨分布式变频供热的节能措施，希望能够为相关工程的节能供热提供一些有效思路。

关键词：分布式；变频调节；节能

中图分类号：TU9 文献标识码：A

引言

近年来，我国城市集中供暖事业飞速发展，供热形势总体呈现良好状态，2020年，我国城市集中供热面积已达到9.948×109m2，为城市经济与社会发展提供了充足的驱动力，也在一定程度上改善了社会大众的生活条件。但是部分城市集中供热管网仍然存在热能浪费、防腐技术滞后等问题，对城市生产、社会大众生活秩序均造成了不利影响。因此，面向城市集中供热管网现状探究存在的问题及优化设计策略，提出了新方式，即把自动化系统应用到燃气锅炉中，以此降低能源的损耗、提升燃气锅炉供热的效率。

1 城市集中供热管网布局特点

我国城市集中供热管网布局多依据地形地质条件、发展规划以及热负荷分布情况布置成枝状，部分情况下也在干线之间进行连通管线的设置，以提高管网供热可靠性，或者将干线布置为环状实现热源的相互备用。除上述特点外，因我国城市集中供热管网规模较大，需要进行多结构层次的划分。即在负责连接热源、区域热力站的一级输送管网设置的基础上，设置以热力站为起点的向各热用户输送热媒的二级分配管网。其中，一级输送管网决定供热管网形式，在其为环状时，集中供热管网为环状管网，在其为枝状时，集中供热管网为枝状管网；二级管网多为枝状管网，满足热能由热力站向1个或多个街区建筑物分配的要求。

2 城市集中供热管网中存在的问题

2.1 保温问题

在城市集中供热管网中，换热站负责将热水加热到一定温度，但是在热水出换热站沿管道流动过程中，会持续将热量散失到低温度的管道周边介质内，促使热水温度持续向低水平发展。除了保温材料选用不当（保温材料热导率较大）、保温层厚度较小、管道顶部覆土埋深较小外，设计时保温管道外径设计不当也会导致集中供热管道保温问题的出现。一般在保温管道外径较大时，管道内水、管壁接触的表面积也处于一个较大的数值，致使热量散失表面积增加，管道内水热量向管道外传递增加，热损失也增加。

2.2 防腐问题

当前城市集中供热管网防腐层设计的可行性有待提高。部分设计人员盲目选择提高防腐级别的方法，导致具体工艺操作过程中无法达到设计与应用要求；部分设计人员没有结合实际运行环境以及工程情况进行设计，而是进行其他管道防腐层设计的直接套用，导致防腐层与管道不匹配问题频繁出现；部分设计人员从技术难度控制、成本控制视角着手直接选择普通级防腐层，致使防腐设计效果落后于防腐要求，极易致使集中供热管道受外界环境影响而损坏，干扰集中供热效果。

3 城市供热自动化节能减排技术应用

3.1 应用变频技术

在自动化系统中，应用电动机变频技术的主要目的为节能和调速。交流电动机在运行过程中可以产生各种程度的谐波电压以及电流，能够使电动机在非正弦电压、电流下运行。变频调速器能否实现节电是由其负载的调速特性决定的。如果设备原来采用阀门控制流量，且不是满负荷工作，那么改为调速运行后均能实现节电目的。变频调速器在这类负载中的应用，节电效果尤其明显。在燃气锅炉自动化系统中，变频技术主要是能够节省经济，而且将其与计算机的控制系统相结合，可以简易系统管理工作。

3.2 水力调节

（1）选择调节参数。针对二级网水力平衡调节来讲，其最终目标是将用户层面的室温调节到比较相近的数值，而直接将室温当做调节目标则不确定性比较显著，因此需要寻找其他目标对室温进行代替。调节的目标通常涵盖单位面积流量、回水温度以及单位面积供热量等等。对于以上因素与室温二者之间的关联性，最后将单位面积流量选作调节目标。（2）调节方法。此处运用流量系数法开展相应的调节工作。各个支路需要按照供热末端类型、建筑形式等相关的因素使目标单位面积流量得以进一步明确，并且按照供热面积，计算出具体的目标流量。借助于过渡系数针对计算目标流量予以实际修正，接着再依据修正目标流量和实测流量二者之间的偏差大小顺序完成有关的调试，最终令流量能够接近或者达到相应的目标流量值。

3.3 分布式供热

（1）近端用户用水期间，用户由于接近外网供给位置，因此其所使用的资用压头最高，可达到349.6kPa，那么最远的用户需要100kPa的资用压头即可。由此，外网提供压头消耗的能量，大部分都会在调节阀上分布，大约占据71%以上，导致水泵能量消耗较大；（2）距离远的用户用水实际耗能为5.83kW，占据总比例的24.27%；管道耗能为10.92kW，占据总比例的45.44%；这两者所消耗的能量是整个供热系统中必须要消耗的能量形式。而调节阀耗能占比为30.29%，为7.28kW，由此调节阀部分所消耗的能量可以通过对其调节方法的改变来达到节能的效果；（3）当比摩阻在其他条件不变化时下降到50Pa/m之后，水泵的扬程也开始下降到360kPa，此时，调节阀消耗的能量也由原有降低到现在的6.07kW，耗能占比也下降到28.89%。这样可以说明，如果不将调节方法加以改变，管道比摩阻降低也是一种降低调节阀消耗的有效办法，但是降低量是存在一定限度的，并且管道比摩阻降低，表示需要管道的直径增加，初始投资会提升，所以仅仅依靠降低管道比摩阻并不是一种有效的节能方法。

3.4 远程控制技术

在自动化系统应用的同时，还可以引进计算机网络远程控制技术，计算机技术和通信技术的结合形成了计算机网络即互联网，互联网将人与人联系起来，而物联网是对互联网的扩展，它将人与物、物与物互联起来，造就一个万物互联时代。物联网实现技术之一便是嵌入式，它依赖底层硬件实现。远程控制技术的应用可以提高集中供热工作的效率，从而节省资源。并且运用计算机远程控制技术还能够确保合理配置资源，避免资源浪费以及传统方式时间受控制。

4 结束语

综上所述，我国城市集中供热管网布局具有典型的枝状+环状布局特点，受多种因素影响，存在保温、防腐等问题，需要设计人员综合考虑各种因素，构建集中供热管网参数优化设计数学模型。在模型中求解最佳保温材料、最佳保温层厚度以及管道直径、防腐层除氧泵参数，保证集中供热管网保温、防腐问题的有效解决。

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