供热采暖节能技术

 引言
我国地域广阔，与同纬度其它国家相比，冬寒夏热十分突出 全国约有一半建筑处于集中采暖地区，而建筑物的保温隔热和气密性能很差，供暖系统热效率低，单位住宅建筑面积采暖脆耗约为发达国家的3倍。1993年采暖能耗已达1.01亿t标煤，占全国总能耗的9.6%，而一些严寒地区城镇建筑能耗则高达当地社会总能耗的一半以上。为使国民经济持续快速发展，以及保护环境，建设部于J.986年颁布了我国第一部建筑节能标准。即《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-86)，目标是在80～81年当地通用设计的基础上节能30%(第一阶段目标)。1995年l2月建设部批准了上述标准的修订稿，即JGJ26—95为行业标准，目标节能率为50%(第二阶段目标)。标准提出的目标应由两方面来分担，即通过提高围护结构保温性能，改善门窗密闭性。以及通过提高供热系统运行效率来达到。供热、采暖系统可分为热源、管网及用户三部分。近年许多部门做了大量有效的工作，在实现节能目标上获得了显著的成绩。国内开发的平衡阀可以有效地保证管网静态水力及热力平衡，消除了小区中个别住宅楼室温过低及过高的弊病，并同时达到节能的目的。但我们还没有用户自行调节室温的手段。采暖费按面积收取，不能激发居民的自觉节能意识。要实现采暖费用计量收费。首先要让用户能自主调节室温，这涉及到散热器恒温阀，要做到热量计量，需要有热量计量手段及设备，这涉及到热量分配表及热(量)表；当然还要解决水系统由定水量转化为变水量后产生的新问题。以及开展如何改造原有采暖系统。使热量计量成为可能和合理收费等方面的工作。本文针对以上问题作初步探讨。
1 水力平衡是达标的关键因素
对于一个设计正确，并能按设计要求运行的供热采暖管网系统来说，各用户应该均能获得设计水量，即能满足其热负荷的需求。但由于种种原因，大部分输配环路存在水力失调，使流经用户及机组的流量与设计流量不符。往往近热源处室温偏高，远热源处室温偏低。为缓和各个楼室温冷热不匀，设计或使用单位一再加大锅炉及水泵容量。尽管这可稍为改善一点供热末端建筑内的室温，但环路水量输配依旧不当，且投资大幅度上升，能量浪费严重。调查实测说明，当前水力系统的主要问题是水力失调。其原因是管网系统缺乏消除环路剩余压头的定量调节装置，因为有利环路的剩余压头较难只由管径变化档次来消除。目前的截止阀及闸阀既无调节功能，又无定量显示。而节流孔板往往难以计算得比较精确。此外对于旧系统改造，逐年并网，或者要考虑供热面积逐年扩大的管网系统，想以一次性的平衡计算或安装节流孔板行不通．设计时留有较大的富格量是可以理解的。那么，水力失调就难以避免了，由此可看出：如果水系统达到平衡，设计者可不必担心不利环路居民的投诉而选用合理的锅炉及水泵容量，说明水系统的平衡是节能及提高供热品质的首要同胚。要实现水力平衡，对硬件的要求应该既具有良好的流量调节性能，又能定量显示环路流量(或压降)的一种阀门；对软件的要求，是研究管网平衡调试方法，要使整个管网系统平衡调试最科学，工作量最小。为此国内已开发了平衡阀及其平衡调试时使用的专用智能仪表，解决了硬件与配套的软件技术。实际上平衡阀是一种定量化的可调节流通能力的孔板，专用智能仪表不仅用于显示流量。更重要的是配合调试方法，使原则上只需要对每一环路上的平衡阀作一次性的调整，即可使全系统选到水力平衡。这种技术尤其适用于逐年扩建热网的系统平衡，因为只要在逐年管网运行前对全部或部分平衡阀重作一次调整即可使管网系统重新实现水力平衡。实测证明，应用平衡阀并经调试水力平衡后，可节煤及节电各15%以上。
2 量化管理是选标的保证措施
由以上分析可以看出水系统的平衡为合理选用水泵容量起了决定性的作用。如果锅炉房装机容量与所需供热面积的采暖设计热负荷相匹配，选用锅炉台数合理，可使锅炉在较高效率下运行，这些是节能的必要条件。但是，由于建筑逐日的采暖热负荷随室外气温变化而变化，这就提出了一个问题，即如何保证锅炉供热量始终与建筑的需热量保持一致。我国现有绝大多数采暖锅炉房和热力站缺乏科学的监测和量化管理手段，仅凭司炉人员的经验改变燃煤量和运行时间，既造成能量浪费，又难以保证采暖质量。目前许多供热运行部门针对具体情况制订了采暖期室外日平均气温与供水温度关系曲线(或对照表)，同时也相应规定了日耗煤量，以科学、量化地指导司炉人员操作，获得了一定的成效。根据这一思路国外已开发“气候补偿器”，国内也开发了智能型采暖系统量化管理仪表，以保持供热与需热一致的最佳运行状态，达到节能目的，满足要求的供热品质。
3 按热量收费势在必行
以上技术措施，均以定水量运行为依据 为使用户能接各自需要设定温度，并按使用的热量支付采暖费，以便最大限度地调动用户节能积极性，《建筑节能‘九五’计划和2010》中提出，采暖包费制和按平方米计算采暖费用，是“太锅饭”体制遗留下来的大弊端。生活用热计量并向用户收费。是适应社会主义市场经济要求的一大改革。并提出基本目标为，“对集中供暖的民用建筑安设热表及有关调节设备并按表计量收费的工作，1998年通过试点取得成效，开始推广，2000年在重点城市成片推行，2010年基本完成”。为此，须解决如下技术和管理问题。
3.1 散热器恒温闽 散热器恒温阀(又称温控阀、恒温器等)安装在每台散热器的进水管上，用户可根据对室温高低的要求．调节并设定室温。恒温阀的恒温控制器是一个带少量液体的充气(或充液体)波纹管膜盒,当室温升高时，部分液体蒸发变为蒸汽，压缩波纹曾关小阀门开度，减少流入散热器的水量。室温降低时则作用相反，部分蒸汽凝结为液体，波纹管被弹簧推回而使阀门开度变大，增加流经散热器水量，恢复室温，确保了各房间的室温。更重要的是当室内获得“自由热” (又称“免费热”，如阳光照射，室内热源——炊事、照明、电器及居民等散发的热量)而使室温有升高趋势时，恒温阀会及时减少流经散热器的水量，保持合适的室温达到节能目的。
当前我国室内保暖系统一般沿用单管顺流式，单管系统(不带跨越管)中热水一般自上顺流而下，如安装恒温阀，上一层的室温变化而引起的热水流量变化会影响到下一层，所以恒温阀不能简单地直接应用于单管系统。即使今后应用双管系统，也仍有相当数量的建筑中使用单管系统。可以加跨越管去改造旧有系统，使它们具有单独调节室温的功能，以便合理计量每户耗热量。
我国尚未推广应用散热器恒温阀。北京市热力公司在节能示范工程中应用丹麦采暖系统自主技术，获得了很好的效果。采暖季实测的结论为：“①单纯的单管顺流式系统最大室温失调达4℃，带散热器温控阀的双管系统最大失调度仅为1℃，可见温控阀对减轻竖向失调起到了至关重要的作用。②单管顺流式加跨越管减轻垂直失调是行之有效的。③如供暖系统安装散热器温控阀可节能20%～30%左右。”
3.2 热量分配表 为实现按户以实际耗热量收取采暖费，采暖系统中须有计量热量的仪表对居住于独立建筑中的住户，只须在该户唯一的入口热水管道上安设一个热(量)表，即可测出该户所耗的实际热量。但绝大多数的住宅(多层或高层)是公寓式的．每户会有几根采暖立管通过房间，不可能在该户所有房间中的散热器与立管联接处设置热表。比较合理的方法是在每组散热器上安装一个热量分配表热量分配表中安有细玻璃管，管内充有带颜色的无毒的化学液体，上口有一个细孔。热量分配表后为一导热板，当分配表紧贴散热器安装后，导热板将热量传递到液体管中，由于散热器持续散热，管中的液体会因逐渐蒸发而减少。沿液体管标有刻度，可读出蒸发量。只要在每户的全部散热器上安装热量分配表，每年在采暖期后进行一次年检(读数及更换新的计量管)，获得该户热量分配表刻度值总和(即总蒸发量)，即可根据供热入口处的热表读值与各户分配表读值推算出各户耗热量。但要以蒸发量来表示散热器的散热量，须考虑如何对热量分配表进行分度，散热器的热量传递至分配管内液体的效率问题和不同类型散热器的修正系数问题。
热量分配表虽可客观地表示该组散热器在一个采暖季的散热量。但由于每户居民在建筑中所处位置不同，要保持室温18℃，其热量分配表上显示的数字是不相同的。如顶层住户与中间层住户相比多了一个屋顶散热面，为保持同样室温，散热器必然要多散发热量，有北向外墙的住户也要多耗热量所以，要在我国采暖系统中应用热量分配表，要做好两件事：①实测两个修正值。应该说，得到热量分配表两个修正系数的技术问题及测试条件国内已经基本具备；②合理收费问题。这涉及面较广，从技术角度来说-应根据不同的住宅类型、不同时期建筑的围护结构及门窗的热工性能(传热系数等)、不同朝向时，在同样室温(如18℃)条件下，开发出实用的软件来算出各户的耗热量，由此确定出热量分配表读值的修正数 若以中间层住户的耗热量为基准，则处于平面相同位置的顶层，其修正值应小于1.0。要实现按热量收费，除技术问题外，还有政策问题及管理问题，物业部门应在这方面发挥管理功能。
3.3 热表 按照以上思路，应在每幢楼的入口处或小区的总供水管(或几条干管)处锅炉房(热力站)安设热表，以获得总热量值。
3.4 系统的控制 散热器恒温阀实现了用户能自行调节室温，热量分配表配合热表可推算出每户实际耗热量，这是按热量收费必不可少的设备。但由于安设了散热器恒温阀，采暖系统呈现出变水量的特点。如果水泵运行工况不变，当系统中某些环路中的恒温阀关小时，会引起一些环路上恒温阀承受的压差增高，恶化了控制性能。从另一方面来说，系统总水量需求减少，也应该应用(变频)调速水泵节省水泵的电耗。
参考文献：
[1]陈国祥.实现“民用建筑节能设计标准”中采暖设计目标的初步分析建筑节能经济技术政策研究课题报告.1991年.
[2]徐伟，冯铁桂.散热器恒温阀实现采暖系统节能及改善室内热环境条件.建筑节能1996年第1期.