文 / 張永寧 薛志峰 郭慶娜 北京唯綠建筑節(jié)能科技有限公司

北京市朝陽(yáng)區(qū)某熱力站點(diǎn)，供暖總建筑面積為32158m2，采用換熱器廠生產(chǎn)的2組換熱面積40m2的板換，生活熱水系統(tǒng)采用容積式熱交換器。一次側(cè)沒(méi)有進(jìn)行氣候補(bǔ)償控制。采暖循環(huán)水泵采用屏蔽泵，流量100m3/h，揚(yáng)程30m，功率15kW，沒(méi)有進(jìn)行變頻控制。計(jì)量設(shè)備已安裝了熱量總表、照明電表、動(dòng)力電表、采暖補(bǔ)水水表和生活熱水水表。

2010年11月15日至2011年3月15日的能耗及費(fèi)用如表1所示。其中,94%為熱費(fèi)，5.8%為電費(fèi)，其余為水費(fèi)。折成標(biāo)準(zhǔn)煤，97.2%為熱耗，2.8%為電耗，其余為水耗。

表1

熱力消耗包括生活熱水和采暖兩種用途，改造前生活熱水支路未安裝分熱表，根據(jù)實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)值0.23GJ/t進(jìn)行拆分，結(jié)果顯示采暖熱耗比重為98%，其余2%為生活熱水熱耗。采暖熱耗為11546GJ，折合到單耗為0.36GJ/m2，標(biāo)準(zhǔn)煤耗14.7kg/m2。參照當(dāng)時(shí)節(jié)能50%的標(biāo)準(zhǔn)，2002年建筑的熱耗為12.4kg/m2，節(jié)熱空間約15%～20%。

1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與節(jié)能診斷

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試包括二次管網(wǎng)的水力平衡測(cè)試、熱力站內(nèi)一次側(cè)和二次供回水溫度測(cè)試，水泵流量和效率測(cè)試等，分析運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)能診斷，設(shè)計(jì)節(jié)能改造的技術(shù)方案。

1.1 二次管網(wǎng)水力平衡調(diào)試

供熱系統(tǒng)普遍都存在著水力不平衡問(wèn)題，這種情況表現(xiàn)在靠近換熱站的用戶(hù)流量過(guò)大，室溫過(guò)高；遠(yuǎn)離熱源的用戶(hù)流量不足，室溫過(guò)低?！敖鼰徇h(yuǎn)冷”的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。熱力站運(yùn)行人員很少調(diào)節(jié)二次管溝的平衡閥門(mén)，對(duì)于供熱不足的不利支路，往往以提高供熱溫度和增大供回水流量的手段解決。供暖系統(tǒng)的水力不平衡是造成供暖系統(tǒng)能量浪費(fèi)的主要原因之一，實(shí)現(xiàn)供暖系統(tǒng)的水力平衡是實(shí)現(xiàn)冬季建筑供暖系統(tǒng)節(jié)能的必要條件。

根據(jù)熱力站的水路布局（圖1）與供回水溫差監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（圖2）顯示，4#的供回水溫差低于總供回水溫差，甲3#和3#溫差高于總供回水溫度，尤其是甲3#溫差偏大。經(jīng)過(guò)水力平衡調(diào)試，水力不平衡現(xiàn)象得到減緩。

圖1 供暖水力位置分布圖

如圖2所示，各個(gè)建筑回水溫度參差不齊，其中回溫最高為4#樓52.1℃，回溫最低為甲3#樓45.3℃。各建筑供回水溫差在5.6～12.4℃不等，說(shuō)明該二次網(wǎng)系統(tǒng)存在較大的不平衡率，有較大的調(diào)節(jié)空間。測(cè)量各個(gè)回路溫度，采用溫差調(diào)節(jié)法對(duì)該二次網(wǎng)進(jìn)行水力平衡調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)完一次后，對(duì)各個(gè)回路溫度再進(jìn)行測(cè)量，調(diào)節(jié)前后各個(gè)支路的回水溫度值趨于平均，熱不平衡現(xiàn)象得到一定好轉(zhuǎn)。

1.2 水泵測(cè)試與節(jié)能診斷

由于水泵沒(méi)有進(jìn)行變頻，監(jiān)測(cè)期間供回水溫差5～10℃范圍內(nèi)波動(dòng)，不同室外氣溫下的二次供水溫度毫無(wú)規(guī)律可循。

通過(guò)測(cè)試，實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程31m，流量達(dá)到144m3/h，二次循環(huán)水泵的效率達(dá)到67%。水泵效率處于中等偏下水平。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，更換水泵的投資回收期較長(zhǎng)，因此僅做變頻改造。

1.3 氣候補(bǔ)償可行性分析

目前熱力站一次側(cè)供水溫度和壓力由大熱網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)節(jié)，供水溫度和供水壓力隨著室外溫度有一定的波動(dòng)，但調(diào)節(jié)幅度較小。熱力站一次回水和二次側(cè)全部由運(yùn)行人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，人工控制不及時(shí)且沒(méi)有準(zhǔn)確的目標(biāo)值。同一室外氣溫下，一次回水溫度的隨機(jī)波動(dòng)幅度較大，沒(méi)有隨著室外氣溫進(jìn)行調(diào)控，浪費(fèi)了大量的熱量。

因此需要安裝氣候補(bǔ)償控制柜，根據(jù)室外氣溫計(jì)算熱負(fù)荷后進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)控制一次回水和二次供回水溫度，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的氣候補(bǔ)償，預(yù)計(jì)節(jié)能率為21%。

2 節(jié)能改造實(shí)施方案

2.1 完善熱計(jì)量

熱力站的熱計(jì)量設(shè)施不完善，生活熱水供熱和采暖供熱共用一臺(tái)熱量表，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)并安裝了采暖供熱計(jì)量分表。流量傳感器安裝在一次側(cè)回水處，在一次側(cè)供水和回水安裝了溫度傳感器，通過(guò)積分儀計(jì)算出熱量消耗。

2.2 水泵變頻控制

采用15kW的變頻器，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行變頻。隨著室外氣溫升高，住戶(hù)的熱需求變小，制定變頻策略。依據(jù)整個(gè)冬季的測(cè)試數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)每個(gè)采暖季通過(guò)變頻可節(jié)約水泵電耗8446kWh。

2.3 氣候補(bǔ)償控制調(diào)節(jié)

圖2 各回路的供回水溫差監(jiān)測(cè)

氣候補(bǔ)償系統(tǒng)根據(jù)室外溫度和風(fēng)力狀況、負(fù)荷模擬預(yù)測(cè)結(jié)果以及用戶(hù)反饋綜合判斷確定用戶(hù)的熱需求，從而實(shí)現(xiàn)按需供熱。該系統(tǒng)包含下述控制策略：

（1）16個(gè)室外氣溫補(bǔ)償點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了氣候補(bǔ)償?shù)钠交{(diào)節(jié)，避免溫度驟然變動(dòng)。

（2）室外氣溫參照可采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、10分鐘平均值、小時(shí)平均值或天平均值。由于市政大熱網(wǎng)不穩(wěn)定，采用一段時(shí)間的平均值可減緩室外氣溫隨機(jī)波動(dòng)對(duì)供熱穩(wěn)定性的負(fù)面影響。

（3）水泵變頻溫度按照室外氣溫設(shè)置，僅在供暖初期和末期低頻率運(yùn)行，節(jié)省部分電耗。

（4）設(shè)置了大風(fēng)降溫預(yù)警模式。

采取氣候補(bǔ)償后，根據(jù)二次供水溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，室外氣溫-5℃以下和15℃以上氣候補(bǔ)償控制比較準(zhǔn)確；其次為12℃～15℃氣候補(bǔ)償控制效果一般；-5℃～12℃范圍內(nèi)氣候補(bǔ)償較差。正負(fù)偏差最高達(dá)到9℃，還需要進(jìn)一步細(xì)化控制邏輯。

氣候補(bǔ)償后一次回溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，室外氣溫-13℃以下和4℃以上氣候補(bǔ)償控制比較準(zhǔn)確，其次為-12℃～-5℃氣候補(bǔ)償控制效果一般。由于二次換熱量的減少致使一次回水溫度也相應(yīng)變化，理論計(jì)算氣候補(bǔ)償可節(jié)省20%的供熱量。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

采用GPRS通訊技術(shù)，將熱力現(xiàn)場(chǎng)智能監(jiān)控柜中的數(shù)據(jù)（包括一次側(cè)供、回水溫度，二次側(cè)供、回水溫度，室外溫度，旁通閥門(mén)開(kāi)度，瞬時(shí)熱量，累計(jì)熱量，瞬時(shí)電耗及累計(jì)電耗等）遠(yuǎn)程傳輸?shù)街醒敕?wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。倘若監(jiān)控中出現(xiàn)的異常情況及高能耗情況，技術(shù)人員和運(yùn)行人員進(jìn)入熱力站現(xiàn)場(chǎng)，做出故障判定并解決問(wèn)題，從而做到精細(xì)化管理節(jié)能。

3 節(jié)能減排效果分析

由于水泵變頻改造未完成使用，因此目前僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)約熱量。

節(jié)能效益以2010年11月15日至2011年3月15日的采暖熱耗為基準(zhǔn)，考慮氣象溫度后，折算成標(biāo)準(zhǔn)年的采暖熱耗，標(biāo)準(zhǔn)年氣溫為零下0.6℃。

2011～2012年運(yùn)行節(jié)能率為10%，2012～2013年運(yùn)行節(jié)能率為23%(見(jiàn)表2)。

表2

該熱力站實(shí)施節(jié)能改造后，熱耗節(jié)能率達(dá)23%，節(jié)省2567GJ熱量，相當(dāng)于103t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排CO2264t，SO2、粉塵和NOx等大氣污染物的排放也顯著降低。