提高我国供热系统能效的主要途径有哪些？

在大力发展集中供热的同时，如何发挥集中供热的节能潜力?已经摆在了广大科技人员和管理运行人员面前。本来发展集中供热，其技术优势就在于能节约大量能源。然而我国目前集中供热系统的能效即热能利用率并不高，一般只有30%左右(其中热电联产供热供电系统的热能利用率约55%，分散锅炉房供热系统的热能利用率只有24%左右)。这个数据大体和全国总热能利用率相当，可见是相当落后的。根据理论计算，供热系统热能利用率达到70%是可能的(其中热电联产普及率占50%)，这样供热系统的能效还可提高近40%,说明供热系统存在着很大的节能潜力。

供热系统由热源、热网和热用户组成。影响供热系统能效高低的因素，也应从上述三个组成部分考查。根据全国房地产科技情报网供暖专业网近几年对全国3.7亿㎡供暖建筑面积的供暖状况的实地调查，锅炉容量4t/h以下的(含 4t/h)占锅炉总台数的90%,平均单台锅炉的热容量为2.8t/h,供暖面积在1万㎡以下的锅炉房占锅炉房总数的64%。这说明，就全国而言，我国目前仍然是一个以分散锅炉房供热为主的国家。对于上述小容量锅炉，热效率普遍只能达到55%~60%。可见，对于中小型供热系统来说，热源热效率低，是导致能效不高的重要原因之一。

对于我国，热力网与热用户的热能利用率也不高。根据调查，全国分散锅炉房供热，每1t/h热容量(0. 7MW)的锅炉所带供热面积只有4008㎡。热电联产，经折算，一般所带供热面积大体为5000㎡左右。若以1t/h热容量锅炉供热10000㎡为标准(此时供热指标为70W/㎡或60kcal/(㎡·h))，则供热系统的热力网和热用户部分的热能利用率为40% ~50%之间。其中热电联产供热又高于分散锅炉房供热。

热力网的热媒输送热损失，主要包括保温散热损失以及管网“跑、冒、滴、漏”热损，通常为10%~15%，当管道泄露、保温脱落、地沟泡水严重时，甚至达15%~30%，其余20%~50%的热量是由于热用户工况失调、调节不力造成的浪费所致。对于热用户工况失调引起的能效降低的现象，过去常常被忽略，近年来才逐渐引起人们的重视。

供热系统能效不高的现状，不仅影响其节能潜力的发挥，而且也是影响其发展速度的重要障碍。因此，大力提高供热系统的热能利用率，是当前设计、运行管理和生产企业需要共同努力解决的重要课题。

开拓供热系统节能途径，其前提必须对供热系统运行管理的好坏，应该有个客观的评价标准----供热系统运行标准。它既是运行管理的依据，也应是评价的标准。该标准应能全面反映供热系统在社会效益、经济效益、节能效益和环境效益等方面的要求。目前国外技术发达的国家都制定有类似的标准。我国也正在向这方面努力。目前在供热方面，可以遵循的有关标准有《城市热力网设计规范》(CJJ 34- -90，建设部1990年10月1日批准执行)，《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ 26- -86， 建设部1986年8月1日批准执行)。受国家建设部委托，有关单位正在制定我国第一部供热系统运行标准----《城镇供热系统安全运行技术规程》，可望能在近期内通过试行。

1.用户室温合格率，由室温合格户数与供热总户数之比值表示。这是衡量供热系统供热效果、社会效益的重要指标，规范规定我国民用住宅的设计室温为18C，目前室温达16℃以上为合格。用户室温合格率规定指标为97%。

2.供热能效指标，指1t蒸汽供热量(0. 7MW)在设计条件下所能担负的民用住宅供热建筑面积。目前指标为8000~ 0000㎡。

3.水输送系数，指供热系统循环水泵每消耗1kWh电能所能输送的供热量。这是衡量循环水泵电能利用率的重要指标。根据该项指标控制，粗略统计每1㎡供热面积其循环水泵耗电量不宜超过0. 5W。

4.循环流量控制指标，指单纯供暧负荷的低温(95℃以下)热水供热系统，其循环流量宜控制在每平方米供暖面积为2~3kg/(㎡·h)A的范围内。该指标对防止大流量运行，有重要意义。

5.供热煤耗指标，指单位供热量的标准煤耗量。对于热电厂供热和区域锅炉房供热，是指每供出1kJ热量的耗煤量(g)，前者指标为0. 0413g/kJ，后者为0. 0537g/kJ;对于小区供热，指一个供暖期内，单位供暖建筑面积的耗煤量，根据地区的不同，一般控制在20~38kg/㎡之间。

6.供热系统可靠性指标，指供热系统存在故障下的实际供热量与完好状态下的总供热量之比，)这是衡量供热系统运行安全可靠程度的重要指标，对于区域锅炉房供热，控制为85%;热电厂供热控制为90%。

上述各个运行指标，都能从不同侧面反映供热系统运行状况，而且是相互制约的。各指标都能达标，则供热系统运行良好，能量利用率也一定高，若有的指标不能达标，也将对其他指标产生影响，系统能量利用率也不会高。

但上述各项指标也存在着明显不足:不能从整体上一目了然反映供热系统能效;虽然考虑了电能、热能在能量品位上的不同，但没有给出二者互相折算的方法，难以进行统一的量化分析。

为便于对供热系统进行全系统的能效分析,现提出供热系统综合指标的概念，以期引起同行们的讨论。

通过上述介绍，不难看出，采用供热系统综合能效指标ζ，可以代替前述的6个指标的前5个指标。它统一考虑了煤耗、电耗、热耗的影响，能比较全面地综合地反映供热系统的能效。由于考虑了电耗的影响，用综合能效指标ζ的计算结果比本文第一节介绍的热能利用率数据要偏低。目前我国供热系统的综合能效指标ζ约为25%左右，理想的ζ值约为60%。

影响提高供热系统能效的原因很多，概括起来，主要是运行管理水平不高，设计方法守旧，从运行管理方面考虑，目前在我国起关键作用的应该在以下几个环节上切实加强新技术的推广应用。

1. 变低效输送为高效输送。目前热网的保温脱落、地沟泡水、“跑、冒、滴、漏”现象相当普遍，部分原因是片面节省初投资，管道保温过于简陋;部分原因是管理不善。应该看到，水的导热系数(60W/(m·C))比钢管的导热系数(45W/(m·℃))还大，因此管道泡水的散热损失往往会超过钢管裸露，为了使热网散热损失控制在5%~8%以内(nr为92%~95%),变低效输送为高效输送，应该大力推广以聚胺酯为主(硅酸铝、复合保温材等)的管道直埋敷设技术。在强度计算方面，应该推行安定性理论(弹塑性变形理论)，着重于三通、阀门和弯头等受峰值荷载作用的部件的保护。管道直埋比地沟敷设投资省1/3,对于地下水位高的地区，尤其适合直埋敷设。

2.变变压运行为定压运行。供热系统在运行中应始终保持恒压点压力在给定数值范围，称为定压运行，而考察实际的供热系统，常常处于变压运行，导致系统亏水、冒水甚至散热器爆裂,不但影响供热效果，而且大量浪费热量。产生的原因，主要是选择的恒压点并不是供热系统真正的恒压点。对于膨胀水箱定压和补水泵定压，这种情况更容易发生。解决的技术措施是:对于膨胀水箱定压，应该把膨胀管和循环管接回到循环水泵的入口处;对于补水泵定压，应该选择循环水泵旁通管上的某一点为恒压点，即适宜采用旁通定压，若采用旁通变频调速定压则更为理想。此外要加强系统的故障诊断，特别是防堵、防漏工作，这是保证供热系统定压运行的物质前提。

3.变大流量运行为理想流量运行。大流量运行可以消除冷热不均的工况失调现象，但大流量运行是一种增加设备、增加投资、浪费能源的落后的运行方式，不改变这种传统的运行方式，供热系统的能效就难以提高。

变大流量运行为理想流量运行，解决的技术关键是流量的均匀调节(即初调节)，目的是把系统各热用户的循环流量控制在规定的指标(如2~3kg/(㎡ ·h))内。目前流量的均匀调节方法国内外已有近十种，如清华大学提出的“模拟分析法”、“ 模拟阻力法”! (CCR法)、计算机温度调节法、快速简易法，空调所提出的“计算机法”以及自力式法(流量调节阀、温控阀)都是行之有效的，可以根据供热系统的实际情况，选择合适的调节方法。

 4.变经验供热为按需供热。在实际运行中，由于热用户安装散热器过多等原因,导致水温调节曲线不符合实际情况，结果形成了目前凭经验调节水温的办法，再加上日照、风速等因素难于精确计算，真正做到按需供热尚有困难，但近期可推广按修正后的水温调节曲线运行。有条件的单位，可实现计算机自动监控，按照系统的动态特性指导运行调节，必要时还可对锅炉实行燃烧控制，逐步实现按需供热，达到节能的目的。

5.变间歇供热为连续供热。多年实践证明连续供热比间歇供热优越:锅炉效率提高10%，煤耗节省23.2%。但从全国十城市的调查看:在分散锅炉房供热系统中，连续运行的只占28%，72%仍用间歇方式运行。连续运行推广缓慢，除行政因素外，还有技术原因，其中大流量运行导致大热源的配置，即锅炉装机容量过大，是重要原因，推广连续供热，必须与改变大流量运行方式相结合。

6.变手工操作为计算机自动监控，供热系统，特别是大型供热系统，水力工况、热力工况相当复杂，单靠手工操作完全实现流量均匀调配，以及运行中按需供热，是比较困难的。采用计算机监控系统，不但能完成上述功能，而且能及时进行堵塞、泄漏等故障诊断，消除安全隐患。因此，在供热系统中，推广计算机监控技术有着广阔前景。但是推广工作应有计划进行，防止一哄而起。由于我国地区辽阔，供热系统千差万别，在选择计算机监控系统时，应根据财力、物力、人力的实际情况，采用不同的级别、档次、避免贪大求洋。

合理先进的设计，是提高供热系统能效的先决条件。因此，决不能认为提高能源利用率只是运行管理方面的任务。当前在设计工作中，急待克服守旧心理,努力进行设计方法的更新。具体而言，在供热设计中，应注意贯彻集中性、稳定性和可调性的原则。

1. 所谓集中性，就是有计划地将分散供热变为集中供热。对于原有的分散锅炉房，应结合小区改造，逐步实现连片供热;对于新区建设，供热规划中必须考虑远、近期结合，作好近期分散供热与远期集中供热的衔接工作。

实现集中供热有明显的优越性:采用热电厂供热，使高品位的热能(高温高压过热蒸汽)于发电，低品位的热能(汽轮机的乏汽)供热，是提高能源利用率的理想途径;采用容量大的锅炉，既有利于提高其热效率，也有利于高效除尘，改善环境，锅炉房的合并，锅炉装机台数的减少，不但可以节省初投资，而且便于连续供热的推广，能效的提高。

在设计中积极体现集中性的原则，会遇到许多困难:诸如管理的不协调，经费的不足，以及技术路线的不统一。近几年无压锅炉的畅销，就引起了不同凡响，主张积推广的认为它安全可靠，但实际上恰恰违反了集中性的设计原则，，因为无压锅炉只适合很小区域的供热，无疑无压锅炉愈推广，分散锅炉供热愈严重，这是我们不希望的。应该看到，供热系统愈集中，所要解决的技术难度愈大，正确的作法是知难而进，更上一层楼;而不是技术上倒退，回到落后的水平。

2.所谓稳定性，就是指供热系统中各热力站之间、各用户之间或各立管(室内系统)之间无明显的相互影响。供热稳定性愈好，则其运行工况愈稳定，愈不容易出现王况失调，实现供热系统的稳定，在设计环节上要求各热力站、各热用户或各立管的阻力尽量大，而相应的主干线或干管阻力要尽量的小。实现这一技术要求，对于室内供暖系统容易做到，对于室外供热系统比较困难，但控制在适当范围是可行的。

目前的实际状况是在设计工作中往往忽视供热系统稳定性的要求。不少设计人员为防止建筑物暖气不热，动则加大立管管径，实际上是降低了系统的稳定性。过去相当多的工程技术人员认为同程系统优于异程系统，之所以发生这一误解，也恰恰是不了解前者的稳定性不如后者，同程系统常常在中间立管中出现倒流现象，就是由于立管阻力过小，导致稳定性不好所致。同样粗细的立管管径，同程系统的稳定性远不如异程系统，这是由前者的系统结构(既不是并联又不是串联)决定的。通过本文作者的研究，在建筑物层数不高时(如三层以下)，不宜采用同程系统。

目前在间接连接的供热系统中，已广泛采用板式换热器，但在使用过程中，人们普遍感到因流速过低(小于0.4m/s以下)，不能充分发挥该种换热器高效传热的优势，而制约流速不能提高的主要因素是换热器压力降应限制在0.05MPa以内，否则增加电耗，影响经济性。本文作者认为上述压力降的限制条件是值得商榷的，首先在一个供热系统中，除末端用户 (或热力站)外，绝大多数用户(热力站)的资用压头远远超过0. 1MPa,然而由于设计压降过小，系统稳定性不好，导致运行时出现水平失调。因此，把供热系统中绝大多数用户(热力站)的允许压降从0. 05MPa提高至0. 1MPa，不但不会增加循环水泵的电耗，反而因流速的提高，既可以增强板式换热器的传热性能又可以改善整个系统的稳定性，何乐而不为呢?!

3. 所谓可调性，就是供热系统应有较好的调节性能。传统的供热设计，很少考虑系统在运行中的调节问题。无论室外供热系统，还是室内供热系统，凡需要安装阀门的地方，不分其功能如何，一律选用闸板阀或截止阀，这种传统设计方法必须改变。应该了解:闸板阀或截止阀其流量调节特性曲线都属于快开特性，只有关断作用没有调节功能。用于起调节作用的阀门必须选择调节阀(流量调节特性为线性特性曲线或等百分比特性曲线)。在我国目前已生产的调节阀有平衡阀、调配阀、直杆调节阀、蝶阀、自力式流量调节阀和电动调节阀等。有的工厂已生产了小口径(DN10~32mm)的蝶阀，价格完全可与截止阀、闸阀竞争。这为室内供暖系统立管阀门的改型展示了美好前景。在推广调节阀的过程中，不少设计人员反映，调节阀价格偏高，建设单位承受能力有限。遇到这种情况时，可在供回水管上只设计一个调节阀，另一个阀门仍沿用价格便宜的闸阀、截止阀，既改善调节性能，又照顾了经费的承受能力。

目前供热系统的设计中,常常受大流量运行方式的影响，循环水泵的选择往往留有过多的余量，导致实际的循环流量远远超过设计值，这种情况除了降低系统能效外，还会使系统可调性变坏，造成的现象是系统近端的多余流量靠阀门调节难以调往末端。因此，循环水泵正确的设计切记不能留有过多余量。

供热系统的失调现象除发生在室外系统上，也出现在室内系统，对室外系统实施流量均匀调节是必不可少的，但对室内系统各立管之间施行类似的流量调节，则工作量浩繁，运行人员难以承受，作者主张室内供暖系统的失调现象应消除在设计阶段，用不等温降水力计算方法代替等温降计算方法。作者利用网络理论编制的不等温降法，可实现一次整体压力平衡，克服了以往繁琐修正的缺点。