一、概述

實現集中供熱是城市能源建設的一項基礎設施,是城市現代化的一個重要標志,也是國家能源合理分配和利用的一項重要措施。我國是能源貧乏的國家之一,節能降耗是我們的國策。為了實現供熱節能,除了加強建筑物保溫、減少管道散熱、減少熱媒滲漏和提高鍋爐效率外,還有一些重要因素要進行考慮并要采取相應的措施。

二、熱媒的選擇

以蒸汽供暖和熱水供暖相比,后者可以節約燃料20~30%。

蒸汽供暖熱損失較大的原因是:

(1)蒸汽的凝結水回收不全,一般若能回收80%就算是很高了;

(2)凝結水在降壓后部分汽化,產生二次蒸汽,損失可達7~8%;

(3)輸送蒸汽時由于溫度高、管徑大,散熱損失較大;另外,泄漏損失也比較大;

(4)蒸汽鍋爐排污率為8~10%,這部分損失也很高;

(5)蒸汽鍋爐排煙溫度高于熱水鍋爐。

熱水供暖的系統投資大(由于熱水溫度低于蒸汽,熱水在散熱器內是對流換熱,不如蒸汽的凝結放熱,因而散熱器面積必須增大),運行電耗大(熱水流量比蒸汽流量大數十倍),但是總起來看熱水供暖的節能是明顯的,而且供暖的質量比較高,室溫不會驟起驟降,而可保持持續穩定。

在生活供暖方面通常采用低溫熱水采暖,熱水鍋爐的額定出、入水溫度是95/70℃,水在鍋爐內的額定溫差為25℃。

熱水鍋爐的供熱量為q=gc(tr—tg)

式中g——熱水流量,kg/h;

c——水的平均比熱,kj/(kg.℃)或kcal/(kg.℃)

tr——熱水(出水)溫度;℃

tg——給水溫度,℃

目前一般以q=700kw=600000kcal/h供熱量的熱水鍋爐相當于1t/h蒸汽鍋爐來估算。取水的比熱c=1kcal/(kg.℃)或c≈4.2kj/(kg.℃),可算出g=24t/h。

增大水的溫升(tr—tg)可以減少流量g,從而減少運行電耗。因為對于一定的管徑,水流阻力與流量的二次方成正比,而水泵的電耗則與流量的三次方成正比。目前常能看到的是大馬拉小車,泵的流量過大,而水的溫升達不到額定值。

對于住宅熱水采暖,提高水的溫差受到一定的限制:

(1)當tg一定,而提高tr時,受到水的汽化和散熱器耐壓能力的限制。為使系統最高點不發生汽化,底層散熱器應能承受的壓力為:

pd=pb+hγ+△p

式中pb——相應于tr的飽和壓力;

hγ——系統高度造成的靜壓;

p——壓力波動,△p=0.02~0.05mpa。

例如:一般鑄鐵散熱器耐壓能力為0.4mpa,若系統高度為20m,造成的靜壓力hγ=0.2mpa,加上△p=0.05mpa,則可算出飽和壓力pb不應超過0.18mpa表壓,也就要求tr不超過130℃。

(2)當tr一定,而降低tg時,雖然減少了流量g,但因散熱器內平均水溫降低,傳熱溫差降低,所需面積增大,投資就要增大,所以要有一個最佳值,由技術經濟分析來確定。此值為70~90℃。

另外,tg如果較高,就使水泵工作溫度較高;同時為使水泵吸入側不至于汽化,需要增高壓力。在tg=70℃時,水泵吸入側不需要正壓;tg=80℃時,需要有正壓0.02mpa;tg=90℃時,需要有正壓0.03mpa;tg=100℃時,需要有正壓0.06mpa。

生產車間的采暖,正在推廣高溫熱水采暖,采用的參數有130/70,150/90,150/110,和180/110。與低溫熱水采暖相比,一方面擴大了水的溫升,減少流量,降低電耗;另一方面提高了水的平均溫度,可以減少散熱裝置面積和投資。

三、供熱運行方式的選擇

目前大多數局域小鍋爐房采用間歇供暖,例如每天早晚各供一遍熱,每次運行幾小時。主張間歇供熱者有一種理論:白天室外溫度高,可以不供暖;夜里人們都在休息,也不需要供暖。于是就只要早晚各供一次熱就可以了,既符合生活規律又節了能。

其實這是一種誤解。在一定的室外平均溫度下,要維持住室內平均溫度,一晝夜內向房間的補充熱量是一定的。不管是間歇供暖還是連續供暖,都必須提供足夠的熱量才能保證室內溫度。兩者的差別只不過是,間歇供暖在幾小時內把房間的24小時的熱量供出來,就好像一個人每天只吃三頓飯,但要把24小時所需能量吃進去一樣。為了實現這一點,鍋爐的容量、水泵的容量、管道的輸送能量、散熱器面積,都要比連續供暖時超出幾倍,增大了投資。而運行時卻有絕大部分的時間閑置備用,設備利用率低。

更有甚者,在間歇供暖時,鍋爐不斷的壓火和啟動,很少時間在滿負荷運行,運行效率低。壓火時煤仍在緩慢燃燒,放熱量全部損失掉。壓火時鍋爐的爐墻蓄熱、金屬蓄熱、水的蓄熱全部損失掉,啟動時要重新加熱,這部分損失也是可觀的。特別在每遍供熱時間短的時候,蓄熱所占百分比就相當大。間歇、周期地運行的采暖鍋爐,期熱量平衡應按周期工作熱設備來進行,不能只考慮其穩定負荷的那一段時間的熱量平衡。此外,鍋爐時起時停,系統忽冷忽熱,也影響鍋爐和系統的壽命,常常發生漏水事故。

從供熱質量角度看,也是連續供熱優于間歇供熱。一晝夜內,室外溫度通常有10℃的變化,但它首先是影響墻體的溫度,由外向內逐漸變化,最后才影響室內空氣溫度。由于墻體及室內設備有較大蓄熱能力,因而在溫度變化上有較大惰性,所以一晝夜之內室內溫度的變化一般只有1~2℃,至多3℃。

下表介紹了北京某建筑物利用50℃地下熱水連續供暖時幾個典型房間24小時內室內溫度變化的實測數據。

間歇供熱時,情況大不相同。因為供熱(特別是一下子集中供入較大熱量)時,首先影響室內空氣的溫度,然后再由空氣向室內設備和墻體傳熱,改變它們的溫度;而停供時則反過來,空氣溫度下降后由設備和墻體放出蓄熱來加熱空氣。即使維持了室內溫度的平均值,tn的波動范圍將是比較大的。

四、供熱系統的選擇

目前我國城市工、礦、企、事業單位和城鎮居民的供熱一部分由熱電廠和區域鍋爐房集中供熱,一部分由小鍋爐房分散供熱,而火爐、家用燃氣爐自行供熱的還有一部分。

發展集中供熱是節約能源和保護環境的重大措施,其優點是:

(1)取消大批的小型低效率鍋爐,代之以容量較大、效率較高、自動化控制程度較高的鍋爐,較大幅度地提高鍋爐效率,節約燃料,減少環境污染;

(2)大、中型鍋爐房的管理水平較高,技術條件較好,可以采用高水平、高效率的水處理技術和煙氣凈化技術,有利于安全運行和保護環境;

(3)可以實行連續供暖;可以實行熱電聯產;可以按用戶需要提供不同品位的熱能,實現熱能梯級利用和綜合利用。

作為一個企業,如果目前未能接受城市、區域的集中供熱,也要在本單位內實行集中供熱。集中供熱不是把分散的小鍋爐集中到一起,而是要用少而大、少而精的高效鍋爐取代小鍋爐群。

五、設備的選擇

從能質分析角度看,即使采用大型、高效的熱水鍋爐,集中、連續的供暖,將燃料高品位化學能一下子變成低品位熱能,損失是很大的。所以我們可以選用新型雙人字紋換熱器,以提高換熱器的綜合k值,還可以選用變頻器和鍋爐管網智能控制系統,選用換熱站氣候補償器實現計算機精確控制,減少熱能和電能的浪費。

如果我們都進行節能運行,節約的資源相當可觀。而且,既可使系統運行穩定可靠,又能得到明顯的經濟效益和社會效益。

注:文章內所有公式及圖表請以pdf形式查看。

篇2:供熱空調系統節能措施

從目前我國的供熱空調系統來看,風機、水泵等消耗壓縮機類通用機械耗電總量是非常巨大,大約早已經占工業用電總量的三分之一,被其所帶動的產業鏈在國民經濟中占有很大比重,具有非常大的節能空間。

現今民用供熱環保空調系統在設計上存在電功率容量偏大、運行耗電量呈現偏高等問題,水泵的耗電量在空調供熱系統總耗電量中占較大比重。設計水泵電功率容量大,就要相應的增大發電量,增加峰谷差;運行耗電量大,則發電用煤量也會隨之增加,污染排放量也會增多;容量增大,投資成本也隨之增加,運行耗電量大又使電費增多吧,這些原因都加大了空調供熱系統運行中的成本,給居民用戶帶來很大的經濟負擔,也不利于企業的可持續、集約化發展。因此,必須找出空調供熱系統耗能較大的根本原因,根據耗能原因找出可行的節能措施。

1.空調供熱系統耗能較高的原因

1.1設計水泵功率較大

從水泵軸的功率可以看出,影響水泵功率的主要因素是流量、揚程和水泵效率。設計冷熱負荷偏高,造成水的流量過大,不合理的冷熱預設和供回水溫差,導致負荷基數偏大,增大了水泵投資成本,降低了水泵運行效率,造成流量高于實際需求量和使用量,浪費了電能;揚程的選擇偏高,導致水泵電氣容量增大,高于實測冷卻水的

水泵揚程導致節流閥門消耗增多;在實際運行中,水泵常常偏離高效率點,導致水泵運行效率低下,沒有達到預期的節能效果。

1.2水泵運行耗電量大

水泵軸功率和運行期延時長短是影響水泵耗電量的主要因素,水泵的流量、揚程和運行效率又直接影響軸的功率。首先,為了解決熱網水失調帶來的用戶冷熱不均的問題,許多供熱系統采取大流量、小溫差的運行方式,這種運行方式,導致流量過大,增大了水泵的運行功率。

其次,水泵運行時的流量和揚程偏大,所消耗的功率也就增加,使水泵運行處在低效率區,增加了無效的運行和無效能耗。

第三,為了適應負荷變化,就利用閥門來調節流量,通過水量的調節課減少水泵所耗功率,但是由于增加了水泵的運行壓力,還是會產生無用的運行,造成無效耗能。

第四,一機對一泵的并聯運行方式是供熱空調系統中普遍使用的運行模式,在并聯運行時,流量和耗電功率相應增加,管網的阻力也相應加大,增加了水泵的運行負擔。

2.空調供熱系統的節能措施

空調供熱系統耗能偏大在于設計、運行和水泵本身等方面的原因,因此,要提高空調供熱系統的運行效率和能源節約,就必須從預設、運行過程、提高水泵效能三個方面來加以改進。

2.1設計合理的水輸送系數

水輸送系數是指循環水泵單位電耗所輸送出的供熱量,根據精密的計算來確定合理的水輸送系數,從而選擇符合系數的水泵,做好空調供熱系統運行的前提工作。

2.2變頻技術的使用

相對于傳統的調節水泵性能的方法,變頻器的應用具有更好的優勢和效果。隨著電力電子技術、微電子技術、信息化控制等技術和手段的不斷發展,具有交流調速中心的變頻調速技術得到了廣泛的應用。變頻技術在調速上具有節能環保、調速范圍大、易于實現正反轉切換、啟動電流小、構造簡單、運行安全可靠等特點。

隨著技術水平的提高,變頻調速系統中的交流電動機和變頻調速裝置也在不斷提高,通過諸如變頻調速專用異步電動機這類的高效運行電動機的研究,不斷使電動機適應驅動裝置,可以有效提高電動機的功率,達到降低耗能的效果。利用新的電子技術、信息技術,不斷提高變頻器的功能和性能,是現代空調供熱系統有效調節水泵性能的發展方向。

2.3注重空調供熱系統經濟和節能的雙重運行

供熱空調企業不能只看重經濟效益,還要在社會發展的趨勢和要求下注重節能環保,將節能與經濟效益發展同等重視嗎,促進企業的可持續發展。在技術上,要優化配置空調供熱系統的機組設備,選擇符合系數要求的交流電動機和水泵型號,設置符合系統運行要求的管網等等。在經濟運行管理方面,要掌握與系統運行相關的工況因素,掌握系統機組管網的經濟運行狀態;根據水泵機組和管網設置安裝流量表、壓力流量表,監察系統運行的情況;建立運行日志記錄和設備技術檔案記錄體系;建立系統運行操作規范、事故處理預防方案、用電考核制度、檢測維修制度等等,有效地為企業的節能提供堅實的工作基礎。

2.4選擇性能良好的水泵

水泵的高性能表現在其高效率、耐用、維修量少等方面。水泵投資在建筑空調系統中占很大比重,水泵電功率也占空調總電功率的很大比例,水泵輸送系統耗能較大,因此,選擇高性能的水泵,可以有效降低運行電耗,提高運行效率。空調供熱系統的節能工作牽涉到設計、施工、運行等多方面內容,空調供熱企業要重視節能工作對于企業節省資源成本,提高企業收益的重要作用,不斷引進課開發新技術,提高機組的節能效率和性能,讓企業向可持續的方向健康發展。