集中供热系统能耗分析方法及应用的研究

王亚东

摘 要：我国能源消费量巨大，但是能源利用效率却远低于发达国家。为了解决这个问题，国家在“十三五”规划中，提出了创建资源节约型经济社会的建设目标。要实现规划中的节能目标，高耗能的供热企业是节能减排工作的重点。近年来，一些企业通过技术及管理手段在一定程度上实现了节能降耗，但仍面临着缺乏有效的能耗、能效考评标准等问题。

关键词：集中供热系统；能耗分析方法；应用

在城市建设不断发展的过程中，城市的供热系统是保证城市正常运行的重要组成部分。如今我国城市的供热系统普遍存在成本高、效率低且耗能大等相关的问题，因此一套完善的节能降耗措施对城市供热系统非常重要。

一、集中供热系统构成

1.锅炉房鼓、引风机、循环水泵以及补水泵的变频设备。在区域供热锅炉房的设备中，锅炉房的风机、水泵是耗能大的电气设备，其负荷占锅炉房用电负荷的80%以上，当用户需要的热负荷变化时，锅炉的负荷量也相应的随着变化，这种变化是随机的。

2.锅炉房热量总表。热量表可以像水表测量用水量一样测量出用户的用热量，热量表本身并不具有节能的功能，但有热量表的存在，供热单位可以很明确的知道自己供了多少热量，管路消耗了多少热量，方便得出锅炉供热的综合效率以及平均管网输送效率，以便及时的发现供热系统浪费能源的地方，及时的维修，促进供热系统的节能运行。

3.计算机监控系统。锅炉房实时运行管理系统采用分布式计算机监控系统。目前在国内，对于供热系统的计算机监控方式，有两种不同的思路：一种是采用中央集中式监控方法；另一种是采用中央与就地分工协作的监控方法。

4.换热站中的节能设备和系统。换热站主要由换热器、气候补偿器、温度和压力测点、一次侧电动调节阀、二次网循环水泵以及二次网定压补水泵等设备组成。大多数情况下，热源是通过换热站向热用户的枢纽，是供热系统中另一个耗能大户，同时也是供热系统的另一个节能关键点。

二、集中供热系统能耗分析方法

1.建筑能耗。随着建筑业的高速发展和人民生活质量的改善，建筑能耗占社会总能耗的比例不斷增长。能效低，围护结构的保温隔热性能差，夏季空调用电量大，冬季采暖能耗高等是建筑能耗的主要特点。在我国，建筑能耗占社会总能耗的比例往往比西方发达国家高10%左右，其中60%的建筑能耗是供暖能耗。由此看出，供暖能耗是建筑能耗的重中之重，是浪费最为严重和节能潜力最大的部分，在供热用能中，热源系统所消耗的能量要占供热系统1/2 以上，供需矛盾日益尖锐。

2.电损失消耗。系统中的耗电设备主要有各种水泵、风机等机械装置，其它的一些混水泵、加压泵等也会消耗一定的电能。目前，供热系统中用电设备选择不合理，运行效率低，多台设备并联时运行工况不清楚，控制方案不理想等都造成了过多的电能消耗。比如，供热系统热源设备的循环水泵的循环水量必须即满足供热管网的要求又满足锅炉本体的要求。锅炉在额定循环水量下工作，可保证运行的安全，而且锅炉本体的阻力损失也是最低的，此时循环水泵的电耗最低。根据流体力学的阻力计算知：当锅炉的循环水量是额定水量的2倍时，锅炉本体的阻力损失是额定阻力损失的4倍，此时水泵消耗的电功率是原来的8倍，电能浪费就很严重。此外，需并联运行的设备的数量是为了满足最大负荷而设计的。比如循环水泵，在“质调节”的一次网调节方案中，循环水量保持不变，通过改变供水温度来满足负荷的变化，此时电能消耗很大。

3.水源消耗。由于热源系统的循环水量与热网及用户系统的用水量密切相关，另外还与整个供热系统内的泄漏水量有关，所以热源系统的循环水量消耗应包括系统用水量和补水量。系统补水率大，说明系统的水量损失严重，除系统正常用水外，经常会有系统个别部位的泄漏现象，这部分损失会增加补水泵的运行能耗，所以加强整个供热系统运行工况的监测，及时维修系统泄漏部位，是减少不必要的水源损失和电能消耗的根本。

4.燃料消耗。锅炉作为锅炉房的主体设备，其能耗是锅炉房能耗的重要组成部分，其燃料消耗是锅炉房燃料消耗的全部，且燃料的燃烧排放会造成环境污染，所以锅炉房节能环保的重点是降低锅炉的能耗。根据我国的能源结构和现状，锅炉的能耗主要是煤耗，并以单耗作为对比评价的指标。区域锅炉房及热电厂的燃料消耗与用户热负荷的特点及大小相关，与系统热媒参数有关。通常用户设计热负荷值为不变的量，但是实际热负荷值会随着室外温度变化或者随着用热时间发生变化，如果能够使热源系统的燃料消耗实现随用户系统的动态调节，那么能耗将会随之降低，且满足用户的用热要求。增加锅炉有效利用热量或者降低热源系统内各项热损失可以提高锅炉热效率；也可以通过利用热源系统内热损失转换为有效利用热量来降低热损量，提高有效利用热量，如收集排烟热量送入炉内，未燃尽固体燃料的再处理再燃烧等。锅炉热效率提高，燃料消耗量降低。如果能够根据用户热负荷的变化调节锅炉的年供热量，可以进一步节约燃料。因为用户的热负荷通常是按照不利环境条件设计计算的，而实际热负荷大多会小于设计值，所以相应的年供热量也随之降低，那么燃料消耗量必然减少，污染物的排放量也会大大降低，同时改善周围大气环境。

三、集中供热系统的节能措施应用

1.合理选择热设备及运行方式。集中供热输送管网无效电耗约占30% -60%，这个数字值得关注，同时也告诉我们供暖系统有很大的节能空间。选择合理的水泵型号，减少水泵的运行台数，采用先进的运行方式可使电能消耗降低44%。供暖负荷在逐年增加，选择循环水泵时应逐步改小容量泵为大容量泵，泵的效率应在80%以上，现在有些大流量泵效率已达到86%-88%。这样可使系统始终处在一台大泵或双泵并联运行的状态，提高运行效率。热源厂供热区域小高层、高层建筑比例很大，小区换热站选用较大容量的循环水泵，效率70%以上，采用变频控制取代以往用阀门控制流量的方法，节能效果很好。

2.采用变频控制

（1）变频控制节能分析。根据流体力学的基本知识，流量与转速的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。如果用变频器进行变频调速，当流量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率则下降到额定功率的51.2%，如果流量量下降到60%，轴功率可下降到额定功率的21.6%。由于该热源厂的热用户实现热计量，主动权在用户，换热站现场控制器通过变频器来调节水泵的转速即调节流量以适应负荷变化，同时变频控制可使进入用户的热水流速较慢，热量得以充分散发，可维持室内温度不变，这样水泵的电耗却大大减少了。

（2）变频器及节能原理。变频器是一种常用的变频调速装置，它是利用电力半导体器件的单向导电性将电压、频率固定不变的交流电（工频电源）变换为电压、频率可变的交流电的电能控制装置。其节能原理主要是根据变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能三个方面来实现的。变频器内部滤波电容的作用使普通水泵电机的功率因数提高，增大了有功功率，降低了无功损耗，实现了节能。变频器的软启动功能消除了大电动机启动时对电网电压的波动影响，同时也消除了大电动机大电流启动时的冲击力矩对电机损坏，提高了系统的经济效益。

热源作为集中供热系统的重要组成部分，其能量消耗一直是人们关注的热点。燃料消耗、电力消耗、水耗和热耗的多少，直接影响热源的能源利用率及供热系统的热效率，所以分析热源能耗，可以挖掘系统的节能潜力，有利于大气环境的改善，提高系统供热质量，降低能源消耗。

参考文献

[1]冯耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2016（03）.

（作者单位：丹东金山热电有限公司）