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摘要

本文從提高能源利用率出發，論述系統能耗環節和評估；已運行系統能源浪費的表現和程度；分析能耗懸殊的原因；提出依靠科學技術、改造和完善系統挖掘節能潛力。

一、供熱系統消耗能量的環節和評估

1．供熱系統消耗能量的環節

供熱系統由熱源反熱能送達熱用戶，一般都要經過熱制備、轉換、輸送和用熱這幾個環節。

我國城市集中供熱熱制備主要來自燃燒化石燃料（煤、油、氣）的區域鍋爐房和城市熱電廠。區域鍋爐房的主要耗能設備是鍋爐、燃料輸送及灰渣清除機械、鼓風機和引風機、水制備和輸配系統的水泵（循環水泵、補水泵和加壓泵）；它們耗用的能源是燃料、電力、水和熱；通常可以用單位供熱量的消耗量來評定耗能水平。熱電廠是由抽凝式、或背壓式（包括惡化真空）供熱機組排（抽）汽通過熱能轉換裝置（通常稱為首站熱交換器）傳遞給熱網系統；首站是供熱系統的熱源，主要耗能設備是熱交換器、輸配系統的水泵。它們耗用的能源是蒸汽、電力、水和熱；通常可能用單位供熱量的消耗量來評定耗能水平。

熱能輸送由熱網承擔，供熱管道由鋼管、保溫層和保護層組成，其結構依敷設而異。管道敷設有架空、管溝和直埋三種方式。它們的能量消耗是沿途散熱的熱損失和泄漏的水、熱損失。一般可用熱網熱效率來表示其保溫效果和保熱程度；熱網補水率來表示熱網水泄漏的程度。在熱網管線上有時還設置中間加壓泵，以降低和改善系統水力工況（設置在非空載干線上，還能節省輸送電耗），它的能量消耗設備是水泵，可用單位供熱量的耗電量來評定耗能水平。

能量轉換是通過熱力站交換器把一級網的熱能傳遞給二級網，并由它輸送到熱用戶。熱力站是二級網的熱源，主要耗能設備是熱交換器、二級網系統循環水泵和補水泵。它們耗用的能源是一級網高溫水/蒸汽、電力、水和熱；通常可以用單位供熱量的消耗量來評定耗能水平。

用熱環節即終端系統用熱設備。城市集中供熱主要是建筑物內的采暖（為簡化分析只談最大熱用戶）。一般都是通過采暖散熱器把熱傳給房間以保持舒適的室內溫度。它的耗能設備是采暖散熱器。其能耗量取決于建筑維護結構保溫性能、保持的室內溫度和外界環境的溫度；其耗熱量可通過計量進入的循環水量和供、回水溫差積分獲得。通常以單位供暖面積的耗熱量來評定耗能水平。

2．系統熱耗的估計

供熱系統從熱制備→轉換→輸送→用熱環節的能量進入和輸出必須相等，即：

輸入能量=可用能量+∑能量損失

能源利用率=可用能量/輸入能量

可以這樣認為：供熱系統是由多個子系統組成。熱用戶是終端，采暖散熱器是終端用熱設備。熱力站、二級網和終端組成二級網子系統，熱力站熱交換器成為該子系統的能量轉換點，一級網水則為它的熱源。鍋爐房（或熱電廠首站），一級網和熱力站組成一級網子系統，熱力站是該子系統的熱用戶，鍋爐受熱面（或首站熱交換器）成為能量轉換設備，鍋爐（或熱電廠流經汽機制蒸汽）是熱源。鍋爐本體（或熱電廠）自成一個子系統，稱為熱源子系統。若設采暖散熱器耗為NO，二級網管路熱損失為E1，泄露漏熱損失E2，熱力站內熱損失E3，二級網管路熱損失為E4，泄漏熱損失E5，鍋爐房（首站）內熱損失E6。輸入能量是燃料熱N3，能量損失包括化學不完全燃燒損失E7、固體不完全燃燒損失E7、飛灰熱損失E8、灰渣熱損失E9，排煙熱損失E10、（熱電廠還應增加一項；供熱分擔的廠內熱損失E11），輸出則是二級網子系統的輸入能量N2。

則：一級網子系統的輸入熱量N1=NO+E1+E2+E3

一級網子系統熱能利用率B1=100×NO/N1（%）

二級網子系統的輸入熱量N2=N1+E4+E5+E6

二級網子系統熱能利用率B2=100×N1/N3（%）

熱源子系統的輸入熱量N3=N2+E7+E8+E9+E10（+En）

熱源子系統熱能利用率B3=100×N2/N3即鍋爐熱效率（熱電廠熱效率）（%）

供熱系統熱能利用率B=B1×B2×B3

3．系統電耗的估計

系統電耗評估與熱能評估一樣可以子系統計算后疊加。系統主要耗電設備有循環水泵、補水泵、鼓風機和引風機等，它們單位供熱量的電耗由下式計算：

（1）水泵耗電量

式中，G……水泵運行流量m3/h；ΔH……水泵運行揚程m；η……水泵運行效率%；∑NO……系統供熱量；h……有效小時數。

（2）風機耗電量可用同一個計算公式。此時

式中，G……風機運行風量h；ΔH……風機運行風壓m；η……風機運行效率（對皮帶傳動應包括機械傳動效率）%；∑NO……系統供熱量

4．系統泄漏損失的估計

系統泄漏損失導致水資源和熱能兩方面損失。

(1)水資源損失量可認為等于系統補水量BS。若系統運行循環水量為G，則

系統補水率P=100×BS/G（%）

(2)系統泄漏熱損失由下式計算：

單位供熱量的泄漏熱損失BR=（P×G×ρ×c（t1-t0）/∑NO）式中ρ……水的密度，C……水的比熱，t1……供水溫度，t0……水源溫度

二、從供熱系統供熱現狀看節能潛力

下面列舉一些實例，一是說明供熱系統供熱現狀能耗存在著很大的差別，節能潛力巨大。二是說明經應用科學技術來改進和完善的系統，節能效果顯著。

1．1993年北京對住宅供暖煤耗進行抽查，結果是煤耗差別很大；數據如表2-1；

1993年北京住宅供暖煤耗情況統計表2-1

單位供暖面積煤耗（kg/m2）22253139

占全市最單位的百分數（%）5204530

與全市煤耗平均值比較（%）-30.71-21.26+2.36+19.08

說明：H煤發熱量為23.03MJ/Kg

H全市煤耗平均值為32.75Kg/m2。

2．沈陽惠天熱電有限公司沈海熱網（原沈陽第二熱力公司）應用微機監控，節能可觀：該公司于1993年12月7日對33個微機監控的熱力站統計，采暖平均熱指標為35.5Kcal/h·m2，而無微機監控的熱力站統計，采暖平均熱指標為42Kcal/h·m2。這說明采用微機監控，實施科學運行，消除系統失調，可節能15%左右。

3．山東省榮成市供熱公司安裝自力式平衡閥，即節能又增收：該公司文化站（熱力站）是以熱電廠蒸汽為熱源的一個熱力站。供熱面積12萬平方米，分東、南、西北三條支線，連接91熱用戶。1997年在供水或回水管上共安裝73臺自力式流量控制器（除末端和壓差較小的引入口不設置外，占全部熱用戶的80%），使熱網系統水力工況大為改善；原來三條支線的供回水溫差分別為東區5.5℃、南區9.1℃、西北區15.2℃，現在的供回水一樣，都是13℃，實現了水力平衡；經調整后的單位供熱面積循環水量在2-3公斤/小時，大多數在2.5公斤/小時，達到設計要求；在與去年蒸汽用量持平的情況下，增加供熱面積1萬平方米，增收用戶熱費達18.8萬元。只運行一強45KW的水泵（原來是二臺30KW的水泵），節約循環水泵電費約70萬元。說明二級熱網改善，解決水平失調，就可節約熱能8%，循環水泵電功率減少25%。

4．山東省煙臺經濟技術開發區熱力公司發現架空和地溝敷設管道的熱損失很大：該公司于去年冬天對熱力管道保溫狀況進行測定。發現熱網效率低于90%，其中架空和地溝熱損失占85.5%，其保溫效果遠不如直埋敷設。經初步整理的結果如表2-2。

三種敷設方式管道保溫狀況實測數據表2-2

敷設方式架空地溝直埋

管道外徑（mm）820820529

測點間距（m）3552133．52647

保溫材料/厚度（mm）海泡石/20巖棉/68聚氨脂/50

實測流量（m3/h）22281364→2073353.5→447.3

管壁溫度（℃）69.8→9.569.5→67.969.3→8.4

單位面積熱損失（W/m2）85057292

沿途溫度降（m2/km）0.850.750.34

說明：實測時間：1999.2.1.實測時室外溫度：3-4℃

5．山東省煙臺市民生小區計量收費改造試驗有效果：1997年在建設部城建司的指導下，美國霍尼韋爾公司與煙臺市合作在煙臺市民生小區建立示范點進行計量收費的實驗研究。試驗有單管式和雙管式系統，并有相應的對比樓。

試驗樓內采暖系統入口都安裝熱量計、散熱器前都設溫控閥；入口的自力式壓差控制閥、立管的平衡閥、散熱器回水支管制流量表、散熱器上的熱分配器按不同方案設置、對比樓內只在采暖系統入口安裝熱量計。

根據一個冬季運行的數據分析表明，沒有過熱和地冷現象，用戶滿意，能耗都低于對比樓，節能率4.13-10.76。

三、供熱系統能耗懸殊的原因分析

1．設備效率的不同

¨鍋爐熱效率是衡量熱源子系統熱能利用率的指標。體現燃料熱被有效利用的程度。目前，燃煤供熱鍋爐的設計熱效率（≥7MW）一般在75-85%（燃油、汽供熱鍋爐熱效率在90%左右）。但在使用時，由于鍋爐結構、燃料供應、技術水平、管理水平、人員素質等方面不同的原因，使鍋爐的運行效率差別很大。好的，能達到設計熱效率，保證鍋爐出力。差的，燃燒不完全、排煙溫度高、各項熱損失大，熱效率不及50%，鍋爐出力大帳降低；導致能源浪費，大氣環境污染增加。

¨風機、水泵效率是電能轉化為有用功的份額，體現電能被有效利用的程度：目前，風機、水泵效率一般在55-75%。它們的流（風）量和揚程（壓頭）的選擇與配置是十分重要的，選擇與配置得當，裝機電功率合適，運行工作點處于設備高效率區域，電耗少。選擇與配置不當（一般是偏大），裝機電功率偏大，運行工作點偏離設備高效率區域，則電耗多，兩者的相差可達10-30%。不僅如此，鍋爐的鼓、引風機配置不當，還會導致鍋爐熱效率下降。循環水泵配置不當，還會影響系統水力工況。

風機是熱源子系統的主要附屬設備，水泵是熱網（一級和二級）網子系統的主要設備。其電耗大小，不但對電資源有影響，也對運行成本有顯著影響。由于城市集中供熱熱負荷有隨氣候及用熱規律變化的特點，設置變速風機和水泵已在發展并被實踐證明可以進一步節能。

2．輸送條件的不同：

¨熱網熱效率是輸送過程保熱程度的指標，體現管道保溫結構的效果。一般熱網熱效率應大于90-95%。從上面實測情況看，直埋敷設管道能達到這一要求；而架空和管溝都達不互要求，其熱損失遠大于10%。如果地溝積水，管道泡水，保溫性能遭破壞，其熱損失甚至大于裸管。這一問題廣泛存在于早期建設的熱網。

¨熱網補水率可近似認為（忽略水熱脹冷縮的補充）是輸送過程失水的指標。目前，熱網（特別是二級網）運行補水率差別很大，在0.5-10%范圍變化。正常情況下，應在2%左右；好的，補水率可在1%以下；差的，管道泄漏和用戶放（偷）水嚴重，補水率可達10%左右。系統泄漏丟失的熱水，補充的是比回水低得多的冷水（一般是10-15℃），要把它加熱到供水溫度至少是循環水的三倍（二級網運行供水溫度一般為55-85℃，回水溫度40-60℃）。這就是說，系統補水不僅是水耗問題，熱耗是更大的問題。例如：補水率1%，即相當于減少至少3%的供熱量；補水率10%，則相當減少至少30%的供熱質量，其差別多大呀！

3．運行技術水平的不同：

¨熱網水力失調度是流量分配不均程度的指標：按用戶熱負荷分配流量，使每個用戶室溫達到一致且滿足要求，則失調度為1，即熱網無水力的失調，若分配不當，出現冷，熱不均現象，說明有水力失調，其失調度是大于或小于1。大于1，會把用戶室溫過高，導致熱量浪費，小于1，會使用戶室溫達不到要求，供熱不合格是不允許的。為解決失調問題，正確的做法應該是改進和完善熱網，如在終端設置自力式流量平衡閥或其它有效措施；但至今仍然有大量的系統工程不同程度地采用''''大流量小溫差''''來緩和這一問題。其實，''''大流量小溫差''''運行并不減少供熱量的熱損失，而且帶來循環水泵電耗的在幅度增加和熱源供熱量的增大（電耗與流量、揚程成正比；在管網不變條件下，電功率隨流量的三次方變化）。實例說明，科學解決水力失失調，系統在設計流量下運行，能挖出8-15%的供熱量。

¨科學運行調度實施按需供熱，實現設備長期在高效率區間運行：做到這一點，供熱能耗就會降低，違背這一點的，供熱能耗就會升高。下面僅舉幾例說明：

☆根據實際情況，制訂調節方式：目前，一般采用質調節。有些系統條用質、量并調，在初、末寒期適當減少循環不泵運行臺數，就明顯降低電耗。國外普遍采用量調節，其原因是：①量調節的循環水泵電耗最少。從理論上說，在管道尺寸已經確定的情況下，減少流量和降低電耗是三次方關第。如流量減少30%，電功率節省65.7%，對于多數地區一長段時間用70%左右的流量運行，年減少電耗40%左右是不成問題的。這是一個十分可觀的節能數字。②量調節對用戶用熱量變化的響應比質調節快得多，質調節的溫度變化從熱源到用戶的傳遞是以流速進行，管道中水流速為1至2米/秒，傳送到1公里遠的用戶需要的時間是8分20秒-16分50秒，如果傳送到10公里遠的用戶就需要1.5-3小時；如果水流速低，傳遞時間將增加。而量調節是以聲速傳遞，其響應幾乎是同步的，因此，一級網采用量調節是發展趨勢。量調節應采用變速循環水泵，采用閥門節流的量調節運行，省電很少。

按照室外溫度繪制運行負荷圖、溫度圖、流量圖甚至時間圖，并以它們指導運行。這樣可以避免初、末寒期供大于需，浪費能量。

☆熱源的容量和臺數是由設計人員根據設計負荷、最大負荷、最小負荷和平均負荷的大小而確定的。運行時應根據熱負荷的大小選擇投入臺數，這是因為鍋爐熱效率是隨運行負荷變化的，一般地說，每臺都維持在80%以上負荷能獲得高效率運行。低負荷運行效率降低，這里有10%以上的節能潛力。

☆設置熱源和熱網的微機監控系統，可實行最優化的運行調節和控制，實踐已說明是目前實現運行節能的有效技術措施。

4．管理體制和水平的不同：

¨供熱單位正處于體制轉軌過渡時期，自我經營、自我改造和自我發展的思想和能力有差別：在供熱從福利變為商品、經營單位從事業機構轉變以企業的期間，有的已經成為自負盈虧的企業（包括承包的），為質量保證和效益驅動，在上級主管部門支持下積極以科學技術改進和完善系統，以高質量商品供給用戶，以減少能耗來降低成本和提高經濟效益。有耕耘就會有收獲，因而能源利用率逐年提高。有的還停滯不前留原來的位置，熱費收不上、效益談不上、改造無資金；老系統、老設備、老方法，于是，能耗就居高不下，能源利用率也就居高不下

¨供熱單位管理水平的不同顯著影響能耗：人員和技術管理、系統和設備的檢查、保養、維修和改造更新，……等差別對能耗影響是不言而喻的。例如，鏈條爐采用分層燃燒技術，就能改善燃燒提高熱效率，保護和保持管道無泄漏和保溫結構完好，就能減少大量能源浪費；嚴格水處理和保持水質，維持轉換設備傳熱表面清潔，就能減少傳熱熱阻、提高設備傳熱效率；對用戶實行計量收費，就能刺激用戶節能的積極性；……等等。不一一列舉。

四、依靠科學技術提高供熱熱源利用率

1．利用科學技術提高能源利用率：所謂''''節能潛力''''是預測一定時期內，耗能系統和設備的各個環節，利用當前科學技術，采取技術上可行、經濟上合理、優化系統和設備以及用戶能接受的措施后，可取得的節能效益（減少能耗量或降低能耗率）。也就是說，預測通過技術改造和用戶可接受的有效措施后，可取得的系統能源利用效率提高的程度。

2．與先進評估指標的差距體現節能的潛力：節能的潛力是通過分析對比得出的。目標是反各個耗能環節現有的耗能指標提高到先進水平，其運行評估指標的變化量則體現了節能潛力。因此，其潛力大小于對比對象和自身的基礎有關，所以，各單位、各系統的潛力是不可能完全相同的。

各環節欲追求的先進評估指標可以選用：①歷史上最好的水平；②國內先進水平；③全國平均水平；④國際先進水平；⑤理論上能達到的最高水平。而且，隨著節能科學技術的發展，系統和設備的不斷進步和完善，選擇先進的評估指標也會不斷變化。

3．尋找能耗差距，制訂可行措施，挖掘節能潛力：每個供熱低位要定期檢測評估各耗能環節的能耗指標，對比先進指標尋找能耗差距，分析能耗差別的原因，結合實際情況，研究和提出為實現先進指標的可行（包括技術和管理等方面）方案，經技術經濟論證認為技術可行且經濟合理后才能（分期或一次）實施。實施后，在運行中再檢驗是否達到預測的應挖掘的節能潛力和經濟效益。