北方城市集中供热能耗影响因素分析与探究

北方城市集中供热能耗影响因素分析与探究

冯涛

新疆通达热力有限责任公司 新疆省乌鲁木齐市 830000

摘要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，集中供热是建筑能耗的重要组成部分,也是实现“碳达峰、碳中和”任务的重要内容。本文通过LDMI(LogarithmicMeanpisiaIndex,译为对数平均迪氏指数法)方法,对我国200-2019年的集中供热能耗的影响因素进行定量分析。根据次方法计算结果发现:2002-2010年,我国集中供热总能耗大幅提升了65.7%,主要是由于集中供热面积的增加,面积增加导致总能耗增加的贡献率为132.4%,人口规模的影响可以忽略不记。而在2010-2019年,人口规模和能效提升对集中供热总能耗的影响在贡献率上变化不大,集中供热总能耗的增速放缓源于集中供热总面积的增速降低。

关键词：集中供热;影响因素;建筑节能

引言

对于东北而言，集中供热是生活生产中一项必不可少的组成部分．由于供热需求的不断增加，能源的消耗量也越发增多，如何既能有效增加供热系统中各环节的效率，又能减少不必要的浪费，则是急需解决的问题．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，10年间能源消费总量已上涨12．5亿t标准煤．另一方面，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．

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北方城市集中供热能耗影响因素分析

2.1技术因素

2010年以前能效提升对北方城市集中供热总能耗的抑制作用明显,而后的两个阶段能效提升仍保持稳定的抑制作用。集中供热系统的能效提升包括系统各环节节能技术的应用,如热源产热效率的提升和建筑外围护结构的节能改造,还包括了“清洁取暖”阶段新型高效热源(如可再生能源驱动的热泵、生物质锅炉等)的利用,同时,北方各地逐步拆除和淘汰了效率较低的燃煤锅炉房。

2.2保温问题

在城市集中供热管网中，换热站负责将热水加热到一定温度，但是在热水出换热站沿管道流动过程中，会持续将热量散失到低温度的管道周边介质内，促使热水温度持续向低水平发展。除了保温材料选用不当（保温材料热导率较大）、保温层厚度较小、管道顶部覆土埋深较小外，设计时保温管道外径设计不当也会导致集中供热管道保温问题的出现。一般在保温管道外径较大时，管道内水、管壁接触的表面积也处于一个较大的数值，致使热量散失表面积增加，管道内水热量向管道外传递增加，热损失也增加。

2.3政策因素

我国建筑节能工作于1986年第一步建筑节能设计标准开始,至今已经针对北方严寒和寒冷地区发布了四部JGJ26系列建筑节能设计标准,并要求新建建筑均按照最新节能标准执行,大大降低建筑需热量。“清洁取暖”工程中的试点城市,通过大量的财政资金补贴,帮助这些城市完成了热源结构的转型和建筑能效的提升,也极大的激励了集中供热节能工作的实施。

3北方城市集中供热能耗影响因素的解决对策

3.1热网蓄热潜力

热网运行调节有三种方式:调节温度的质调节;调节流量的量调节;同时调节温度、流量的质量并调。要保证热网有较大的蓄热能力,就要求在满足供热需求的前提之下热网运行温度尽量小,所以热网要采用如下方式作为蓄热运行方式:运行流量采用设计工况下最大流量,随室外温度降低提高供水温度的质调节。以新疆SHZ热网为例,经计算,蓄热运行方式比分阶段变流量的运行方式热网供水温度低了8-17℃,具备更好的蓄热能力。

3.2气候补偿器

气候补偿器的工作原理为:通过测量供暖期内的室外温度并在程序内得出适当的供回水温度范围，将程序得出的适当的供回水温度与二次网温度进行对比，最终通过调节一级网的流量来调节二次网的供回水温度，实现按需供热，达到节约能源的目的．根据室外气象温度将供暖分成3个阶段，分别为初寒期、严寒期、末寒期，并对系统制定供回水温度曲线并输入气候补偿器．气候补偿器能够根据测定的随着室外温度变化，气候补偿器将调节一次网调节阀的开度大小，从而达成二次网供水温度随室外气温变化的实时智能调节．

3.3建立管网优化模型

在集中供热管网设计过程中，设计人员不仅需要考虑初始投资额与施工技术，而且需要考虑管网运行过程中的能量输送损失，依据管网分流节点水力平衡、水力稳定性佳、初始投资最小、流体形成压力损失与散失损失最小的原则，优选管道管径、保温层厚度以及保温材料，促使集中供热管道可以向用户提供所需的热负荷。基于此，可以从热能输送视角入手，进行优化设计数学模型的搭建。假定集中供热管网输送热能过程中散热损失主要源于流体与环境的温差、流体与管壁的摩擦，将能量量纲、能量损失的量纲分别作为节能性、经济性量纲。将管径以及所通过流体流量一定的一段管道视为一个管段，此时，经一段时间运行后，供热管网内部热水流动速度较为平稳，同时，存在压力损失、散热损失，结合平衡方程可知，进口位置热量为E1、压力E2与机械E3相加后的和为热水在进口位置的。出口位置热量为E1′、压力E2′与机械E3′相加后的和为热水在出口位置的，热水损失能量E0为：E0=（E1-E1′）+（E2-E2′）+（E3-E3′）在管段一定时，管道各截面热量流动速度与管道标高无差异，而进出口位置压力、热量仅与流量、年运行时间相关。

结语

(1)从北方城市集中供热总能耗整体来看,集中供热面积增加和人口规模增加均有正向的驱动作用,其中集中供热面积增加的驱动作用十分显著。人口规模增加对供热总能耗的影响在2002年-2010年影响不大,其影响主要体现在2010-2015年、2015年-2019年两个阶段。2015年-2019年间集中供热总能耗增长速度放缓,其主要影响因素为集中供热面积增速降低。(2)能效提升是抑制集中供热总能耗增长的主要因素,2002年-2010年间能效提升导致集中供热总能耗降低11.11亿GJ;2010-2015年能效提升降低总供热能耗为6.79亿GJ,2015-2019年能效提升降低供热总能耗9.74亿GJ。(3)未来的统计制度中,可以针对集中供热住宅和公建中,不同类型热源的总共热量分别进行统计,为实现建筑节能领域“碳达峰、碳中和”的目标提供数据基础、明确技术方向。

参考文献

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2019[M].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[2]王霞,任宏,蔡伟光,等.中国建筑能耗时间序列变化趋势及其影响因素[J].暖通空调,2017,47(11):21-26+93.