(大庆市特种设备检验研究所，黑龙江 大庆 163311)

0 引 言

城市供热系统节能是建筑节能的重要组成部分，许多城市的供热设施严重老化，供热能源浪费严重[1-3]。老城区供热管网存在着严重的水力失调问题，以致于普遍存在供热系统冷热不均问题，近端用户室内温度过高，开窗放热问题普遍存在，造成了大量的热量浪费。由于二级管网不平衡，平均可造成10%～20%的热能浪费，节能潜力巨大。但由于外网信息量大，数据繁杂，通过人工统计分析比较困难，再加上现场的实际操作难度，巨大的节能潜力往往被人们所忽视。文中通过实际生产实践中的探索，充分挖掘节能潜力，提出集中供热系统节能改造方案。

1 简述供热系统工艺过程

集中供热系统运行的基本过程是由热源生产热量、然后通过循环泵将热量输送到热网，热网根据用户需要流量完成热量的分配，最后用户通过散热器完成热量的供给。

(1)热量生产过程——由热源系统完成。

(2)热量输配过程——由循环泵和室外管网系统完成。

(3)热量散发过程——由用户散热器完成。

供热系统节能，除了设备本身层面如锅炉、换热器效率外，最大的节能部分就是热量生产、输配及放热这三个环节的整体能量优化。通过实时补偿、实现适量供热，最终用户室内温度都达到18～19 ℃。

2 供热系统现状及存在的问题

2.1 热网输配流量不均衡

存在冷热不均、近端开窗户问题，造成大量热量浪费，虽然每个采暖期都通过人工进行反复调整，但由于供热系统用户数量庞大，热用户之间还存在着流量的相互扰动，如果没有先进的调控设备，靠人力把热量调整均匀，是实现不了的，所以在现有技术条件下，只能是加大系统总热量使末端用户也满足室温要求，但这时近端开窗户的现象就普遍存在了，这也是现今国内大部分热力公司供热的现状，是供热系统中能源浪费最大的一部分，据统计由于开窗户带来的能源浪费高达10%～20%。

热网系统是连接热源和热用户的网络，通过热网系统将热源生产的热量传输给各热用户。目前供热管网普遍存的问题有：

(1)热网运行方式是高温间供，管网承担的面积也大，水力失调情况较为严重，调节难度很大，每年启运前期都要花费大量人力和物力进行管网水力平衡调试，需要反复调整多次，往往调试工作要近两个月的时间才能完成。

(2)热力站内的仪表尚未完善，有些热力站只安装了流量仪表，没有热量功能，无法直观地显示冬季耗热量的多少，只凭理论计算和实际经验估算调节，费时费力。

(3)热用户室内系统形式复杂，有同程式系统和异程式系统；多单元大循环系统和单元循环系统；上供下回垂直式系统和水平串联式系统；分户供热有散热器系统和地板辅射系统等等，其运行阻力各不相同，差异很大，没有计量装置，只能凭温度感觉调整单元或入户阀门，很难达到水力平衡。

(4)热用户室内系统老化、结垢较为严重，由于有些供热管网已经运行近二十年，加之这些年无人维护和清洗，致使水流量不足、散热器散热量不足，耗费大量的热量。

(5)虽然多数楼房都有用户井，井内安装了闸阀，调节阀等装置，但调节阀都是手动调节阀，没有流量和热量显示，调节能力差，达不到效果。如阀门开度大了，会影响其后端各热力站和各热用户供热运行，阀门开度小了，影响该站所负责的热用户不热，所以，需要反复多次试验着调整，根据每年热负荷变化，调节更加复杂。综上所述，存在冷热不均现象较为严重，能源浪费较大，很难保证供热效果。

2.2 热源运行调节不适量

供热系统总的要求是按需供热，只有供热量与需热量平衡了，用户室内温度才能保证，而需热量的变化是随着室外温度昼升夜降而发生周期变化的，这就要求供热系统要根据室外温度变化及时进行调整，否则就会出现过热或热量不及的问题，现有热源系统的运行主要是根据天气预报的最高和最低温度，凭操作人员经验进行热源的调节，由于没有精确的负荷预报和量化的调度指令，系统运行存在着经验性和随机性的问题，实际抽查发现整个采暖期用户室内日平均温度波动达6度左右，这对于热源来说由于没有量化精确的负荷控制造成了较大的能源浪费，由于热源系统不能精确适应气候变化而造成的热量损失至少在5%以上。

3 供热系统节能改造具体实施方案

3.1 建立热网信息化及数据采集管理工作

通过采用先进的信息化手段，建立一套从热源、到热网、到热用户全方位的综合管理平台，将现场繁杂的数据进行整理、分析处理，通过水力计算等高级功能模块，对现场的管网信息做水力工况诊断分析，从而协助用户解决现场的实际问题，达到提高生产管理水平和节能降耗的目的。

在建设供热信息化的同时，需要有步骤、有计划的实施现场基础数据采集工作，包括管网信息的现场勘查工作，用户室温采集点布置工作。只有现场基础工作做的细，信息化平台才能够发挥大的作用。信息化平台的建立后，可以实现有针对性的在二级网管路上安装必要的流量平衡调节设备，并实施必要的管路、阀井改造工程，以达到有效缓解水力失调问题的目的。

(1)建立供热调度管理平台，可实现对大型热网的中心控制室的集中调度管理，热网平衡分析。

(2)建立供热管网信息平台，基于GIS平台实现设备档案管理，并可对热力管网实施水力工况计算，实现诊断分析功能。

(3)建立供热呼叫服务平台，实现话务量统计分析功能。

(4)建立供热能耗分析平台，实现能耗数据的量化管理，定量分析功能。

3.2 实施全面的热网水力平衡技术改造

全面热网平衡工作，是搞好供热系统节能改造工作的基础工作。热网平衡在现场实施的细化程度，决定了供热系统节能改造项目最终能够实现多大的节热、节电效果。

3.2.1 分支环路水力平衡方案

通过站内的分支线阀门调节，主要是解决了楼群与楼群间的平衡。换热站的二级网循环泵的扬程主要是为了克服最不利的那个环路的阻力，如果其他支线环路不加以控制，就会造成其他支线环路流量过大，在同等供水温度的前提下，供热量就会超标。通过我们实施的管网分支环路平衡技术，可以实现节能、节电的双重目的。

3.2.2 楼前水力平衡解决方案

在掌握用户室温数据、供热管网信息数据的基础上，根据现场的实际情况，在专业的热网水力平衡分析软件的指导下，实施有效的热网平衡改造及增加必要的调节手段，尽量减少因为热网不平衡导致的能耗浪费，将热网平衡工作，变得更加具有可操作性。

(1)改造单元阀井内的阀门，使其具有可调节性。

(2)单元供、回水阀门入户侧，安装现场压力测试点，实现量化调节。

(3)对部分空间狭小，条件恶劣的阀井或楼内阀组间，实施改造。

(4)根据调节精度要求，布置室内温度测点安装数量。

3.2.3 平衡到户的末梢水力平衡方案

全面水力平衡调整工作，在细化到楼前用户侧时，对热网系统的水质提出了很高的要求，这就需要我们在实施水力平衡改造前，先解决系统的水质问题。

主要采取的技改措施为：

(1)在换热站内二级网总回水，安装立式扩容除污器，以降低水流速，将水中的絮状沉淀，汇集到沉淀器一端，通过排污排出沉淀箱，达到除污目的

(2)采用新型环保防腐阻垢剂，可起到防腐、阻垢、除垢、除锈、育保护膜、防人为失水、湿法停用保护、杀菌、灭藻、除生物黏泥、修复作用

在水质问题解决的前提下，在每户的阀组间安装户平衡阀，解决户与户间的垂直失调问题，实现最大限度的节约能源，均衡供热。

3.3 实施全面的节电技术改造

通过严格的理论、分析、计算，并结合现场的实际情况和实践经验，提出一套有针对性的节电改造方案及节电分析报告，同时制定出与之配套的运行管理办法，实现可持续的节电效果。

3.3.1 换热站分布式水泵节电方案

常规换热站系统，每单分区系统多采用一套总循环泵的运行方式，由于各分支环路的外管网特性差别较大，所需的流量和压差不同，循环泵需要克服最不利支线环路所需要克服的阻力来运行，其他支线环路就会在严重的大流量情况下运行。

实际现场的运行效果是，在满足最不利支线环路供热基本要求的前提下，其他环路就会存在大量的能量浪费，造成系统即费电、又费热的运行方式。

在换热站实施二级网分布泵系统改造时，需对其所负担的外网用户所存在的问题进行综合分析后，实施改造，一般采取的办法是：

(1)取消现有的二级网循环泵，根据不同支路的外网管路特性，为每个支路单独设变频循环泵，将变频泵装于从分水器出来的供水管上。

(2)在供回水管上均安装压力传感器，水泵的转速由供回水管压差控制。

3.3.2 换热站水泵系统优化运行方案

同时针对不宜实施二级网分布泵改造的换热站，亦可根据各自的特点，有针对性地实施水泵或管路改造，并制定科学合理的运行方式，达到最大的节电目的，具体如下：

①加一网回水泵旁通管，减小站内阻力。

②水泵出入口管过细，阻力较大的位置实施改造，减小站内阻力。

③间供换热站，板换阻力大，可通过加旁通管或调整板换入口阀门开度的办法，调整适宜的板换阻力和换热效率。

④直供站，在以混合泵方式进行工作时，一网回水阀门和掺水阀门应有一个全部打开，以减少不必要的系统阻力。

⑤在一条管路上，通过泵阀组合进行参数调整时，泵运行时，阀门应该全部打开。

⑥直供站，在二级网回水压力高于一级网回水压力时，应停掉一网回水泵(或将混合泵，改为纯掺水)，以降低站内电耗。

⑦对于多支线环路的，必须保证最不利环路的供回水总阀门处于全开状态，减小不必要的阻力。

⑧合理分析二级网站内系统阻力，换热器的阻力20～50 kPa，水泵的进出口阻力30～50 kPa，除污器的阻力10～20kPa，对阻力损失过大的设备进行合理的调整、检修维护，减小站内阻力。

⑨在二级网满足同样的工况的情况下，具体是一台变频泵高频率运行省电，还是两台变频泵低频率情况下省电，要根据现场具体情况确定。不能盲目的认为一台泵运行就一定省电。

3.4 实施全面的节热技术改造

3.4.1 热网气象调度

根据每日气象局发布的预报室外温度，并参考本地气象站的实测室外温度，实时计算出各换热站供热指标，并与全网总供热指标做对比，时刻关注热网的热平衡情况，保证热量被平衡分配到每一个换热站，满足每个换热站的供热需求。解决了热网的失控状态，实现了科学调度管理。

3.4.2 典型用户室温监测

供热的手段是以水为载体，通过热交换来实现，水的温度和水的流量起到关键因素。

供热的目的是实现该供热区域内的所有热用户的室内温度达标。为了实现这一目的，调整供热参数是手段，最终检验我们工作的结果是用户的室内温度。

因此我们尽可能多的在用户室内安装测温设备，然后在每个换热站的每条分支环路上，选择三个典型用户，作为指导供热参考，并不断加以修正，以保证该区域的供热效果基本达标。

3.4.3 供热指标管理

换热站所辖区域内的所有供热建筑，综合热指标的确定，对于供热运行具有重要的指导作用。但是这个参数的确定，需要一个长期摸索，不断修正的过程。

最初的热指标的确定，是根据该区域所有供热建筑的设计热指标，通过理论计算的办法，予以确定。然后经过较长一段时间的运行、摸索，加以核实、修正，以达到逐渐趋于准确的目的。

3.4.4 分时分区节能控制装置

分时分区节能控制装置根据供热曲线，通过检测二级网供水温度和室外温度，自动调节电动调节阀的开度，实现换热站的质调节；可以根据不同的时间段及地点(白天、夜晚不同，冬季、春季不同，学校、办公室、居民楼不同)设置多条曲线，监控中心也可以根据经济分析，自动生成经济运行的曲线，管理人员通过网络及RTU修改运行曲线和设定参数，完成运行曲线的修改、移植，达到节约热能、经济运行的效果，如图1所示。

图1 运行曲线

对居民类用户主要的调节方式是每天晚间22点至凌晨3点期间降温供热，室内温度维持14 ℃左右，凌晨3点～8点提温运行，温度维持在18 ℃左右，8点～16点降温供热温度维持14 ℃左右，16点～22点提温运行温度维持在18 ℃左右。对企事业单位机关学校幼儿园类用户主要的调节方式是每天晚间19点～6点降温供热温度维持12 ℃左右。6点～19点温度维持在18 ℃左右。

对企事业单位机关学校幼儿园类等用户在周末及节假日期间全天维持在10 ℃左右。

4 结束语

通过对集中供热系统实施全面的节能改造，流量平衡设备解决了供热系统冷热不均的问题，同时热源调度系统，使热源根据室外温度变化精确控制总供热量，实现适量供热，使用户室内温度达到要求值。这样总体上就使开窗户浪费的热能在补充远端不热用户的情况下、实现用户室温均匀，同时又通过总热量的控制实现适量供热，最终使供热系统用能过程整体优化，达到大幅度节能减排的目的。

[1] 李志刚，孙丽萍，刘嘉新.热网监控系统的设计与实现[J].森林工程，2013，29(4)：90-95+160.

[2] 史维增，龙小菊.浅析集中供热系统换热站节能措施[J].应用能源技术，2012(3)：27-29.

[3] 魏玉满.供热管道保温材料的选择及经济保温层厚度计算[J].应用能源技术，2012(4)：34-36.