集中供热系统换热站节能优化分析

集中供热系统换热站节能优化分析

薛学友

济南热力集团有限公司 山东济南 250000

摘要：改革开放以来，随着经济的显著提升，我国对能源的需求大幅增长，能源消耗对环境也产生了负面影响，诸如污染物排放、温室效应等。近年来，为控制全球气温，各国也都积极制定相关的法律法规去限制能源消耗与排放。2030年我国在建筑生产方面拟将能耗控制在8.35亿t标准煤，但随着居民生活供暖的需求不断提高，如何在限制能源消耗的基础上实现该目标则有一定难度。

关键词：集中供热系统；换热站；节能优化

1集中供热管网概述

集中供热管网是由城镇集中供热热源向热用户输送、分配供热介质的管网系统，包括输送干线、支线、输配干线等部分。从本质上而言，集中供热是在工业生产区域或城市居民集聚区内进行集中热源的建设，经集中热源向对应区域、周边居民与企业提供生活用热、生产用热。集中供热热源主要为热电联产、燃气锅炉、区域燃煤锅炉，与分散式的供热相比，具有大气污染程度低、燃料损耗率低、用地面积小、供热质量高、噪声低、自动化程度高、设备故障率低的优势，适用于我国北方人口密度高、用热面积大的城市居民用热以及工业园区集中供热。

2换热站节能指标的选择

2.1安全指标

对于换热站来说，无论系统如何优化，最基本的是保证供暖质量不受影响，控制供暖质量，满足热用户的热舒适性。选择室温合格率和系统可靠性两项指标作为换热站的基本指标

2.2工艺指标

换热站运行时，为了在保证安全运行的前提下保证更高的效率，有必要使运行过程中的性能指标尽可能达到或接近设计最大值。换热站工艺指标主要包括：电耗及传热比EHR、管网输送效率、循环流量控制指标、二次管网供回水温度指标、系统补水率指标、循环水泵电效率、循环水泵比转速。

2.3能源效率指数

能效指标是节能评价指标体系的重要组成部分。热力站的能耗主要包括热耗、电耗和水耗。能效指标包括：单位面积用电量、换热有效利用率、单位面积用水量、单位面积用热量、单位面积综合能耗

3集中供热系统换热站节能优化措施

3.1热负荷预测

供热负荷的准确预测可以为供热系统的科学合理运行调度提供数据支持,是实现按需供热的前提和基础;按需供热既保证用户的用热需求,又从源头上控制耗热量,从而达到节能减排目的。

集中供热系统具有强非线性、长时滞性、大惯性、供热管网内部相互耦合性强等特定。同时供热负荷受到室外温度、室外风速、太阳辐射强度、建筑类型、建筑保温情况等多种因素影响,很难建立定量数学模型进行精准热负荷预测。目前,各供热企业已经意识到热负荷预测工作的重要性和其预测的合理性。经过国内外学者的不断研究,热负荷预测发展迅速,在预测理论和技术创新上都取得巨大突破,从传统热负荷预测方法,如采用最小二乘法建立建筑物的热负荷预测模型,到人工智能理论作为新技术引入到热负荷预测中,如应用比较广泛的神经网络技术、遗传算法及大数据等方式的介入进行自学习自诊断形成热负荷预测模型。综合看来,热负荷预测向着稳定、准确和快速的方向进行发展。

无论是传统数据拟合方式的热负荷预测还是人工智能大数据介入后的智慧化负荷预测模型,其共同点是理论性专业性极强,需要投入大量的科研工作进行研发和培训学习。目前仍有很多供热企业不具备此种条件,都以粗狂式进行热负荷预测,此时在合同能源管理机制下,通过节能服务公司提供相关的技术支持,直接实现热负荷的精准预测,实现在供热系统源头进行节能降耗目标。同时节能服务公司通过与供热企业合作产生的节能效益不断进行科学研究和技术创新,推动供热技术的发展。

3.2热网初调节

供热初期对供热系统进行初调节，解决系统水力平衡、热力平衡的问题，将用户的运行流量调整到较理想状态。由于本系统缺少必要的流量数据监测装置，采用回水温度调节进行初调节，由于管网供给用户的热量等于其流量、供回水温差以及热水比热的乘积。当实际流量大于设计流量时，供回水温差减小，回水温度高于规定值；当实际流量小于设计流量时，供回水温差增大，回水温度低于规定值。因此只要把各用户的回水温度调到相等，就可以使各用户得到与热负荷相适应的供热量，达到均衡调节的目的。采用回水温度调节法两个关键环节：一是要绘制供热运行曲线,得出不同室外温度下一级管网、二级管网的对应的供回水温度。根据某市热力热源、热网、热用户的设计参数和设备状况，以室外气温零上5℃为曲线绘制的最高温度限值，以当地设计室外温度-12.6℃为曲线绘制的最低温度限值，绘制完成不同室外温度下热网运行对应的参数，采用回水温度法指导企业开展运行调节；二是采用可靠性高、精度高的温度监测装置，如：红外线测温仪、数字式表面温度计。

3.3一次网热平衡

集中供热系统一次网指热源到各区域换热站之间的管网。在传统的设计模式下,热源端的循环水泵要克服最不利环路的阻力和满足其用热需求,若不加以调控,在实际动态运行过程中往往会出现“近热远冷”的失调现象。供热系统一次网热量平衡调节是节能的必要措施,采用均匀性调节理念保证各换热站之间热量平衡,避免“近热远冷”失调现象的产生,避免热量浪费,实现节能降耗的目标。

集中供热系统全网均可采用均匀性调节理念来保证热量供需平衡,其中一次网热量平衡控制策略可通过全网平衡软件进行计算全网各个换热站的二次网供回水平均温度作为各换热站一次网电动调节阀的控制目标值,同时依据用户反馈情况或室温数据对各换热站一次网电动调节阀的控制目标值进行修正,保证热量均匀分配,实现一次网热量平衡。

在合同能源管理机制下,很多节能服务公司自主研发的全网平衡软件已具备完善的功能,同时具有先进的节能解决方案,通过参与节能改造及搭建控制架构,可助供热企业直接采用均匀性调节理念进行控制,实现供热企业的所管辖热网各换热站之间热量均匀分配,解决供热系统一次网“近热远冷”的失调问题,达到节能降耗目的。

3.4全网协同调控

集中供热系统的节能运行离不开全网协同调控。基于合同能源管理项目,节能服务公司可为热力企业提供全网协同调控策略。集中供热系统作为一个有机的整体,用户室温与室外温度变化和围护结构特性有着密切的联系,相同室外温度下由于用户围护结构特性的差异化,实现用户具有相同室温所需的热量则不同;用户所需热量的差异化将会导致所属楼栋单元和所属换热站所需热量的差异化,最终反向回馈到热源需要进行按需调热;在正向热量输配过程中,若没有实现换热站和用户的供需平衡必将带来能耗损失;全网协同调控可最大程度地实现按需供热和精准供热,从而既保证供热质量又最大限度地实现节能降耗目的。

结论

智慧供热是供热行业发展的方向。智慧供热是以数字化、网络化和智能化等信息技术与先进供热技术的深度融合为基础,以安全、节能、舒适为主要目标,具有自感知、自分析、自诊断、自决策、自学习等技术特点的新型供热方式。在基于合同能源管理机制下,可充分利用节能服务公司的信息技术优势与热力公司的供热技术相结合,破除现存的、发展过程中的困难,勇于开拓,善于实践,共同推动供热行业的智慧化发展,提升供热质量,通过“精准供热”“按需供热”,以实现最大节能降耗减排效果。

参考文献：

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