摘要
本文從提高能源利用率出發(fā)，論述系統(tǒng)能耗環(huán)節(jié)和評估；已運行系統(tǒng)能源浪費的表現(xiàn)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(tǒng)挖掘節(jié)能潛力。
三種敷設方式管道保溫狀況實測數(shù)據(jù)表 2-2
敷設方式 架空 地溝 直埋 管道外徑（mm） 820 820 529 測點間距（m） 355 2133．5 2647 保溫材料/厚度（mm） 海泡石/20 巖棉/68 聚氨脂/50 實測流量（m3/h） 2228 1364→2073 353.5→447.3 管壁溫度（℃） 69.8→9.5 69.5→67.9 69.3→8.4 單位面積熱損失（W/m2） 850 572 92 沿途溫度降（m2/km） 0.85 0.75 0.34
本文從提高能源利用率出發(fā)，論述系統(tǒng)能耗環(huán)節(jié)和評估；已運行系統(tǒng)能源浪費的表現(xiàn)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(tǒng)挖掘節(jié)能潛力。
一、供熱系統(tǒng)消耗能量的環(huán)節(jié)和評估
1．供熱系統(tǒng)消耗能量的環(huán)節(jié)
供熱系統(tǒng)由熱源反熱能送達熱用戶，一般都要經(jīng)過熱制備、轉(zhuǎn)換、輸送和用熱這幾個環(huán)節(jié)。
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(qū)域鍋爐房和城市熱電廠。區(qū)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(tǒng)的水泵（循環(huán)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(zhuǎn)換裝置（通常稱為首站熱交換器）傳遞給熱網(wǎng)系統(tǒng)；首站是供熱系統(tǒng)的熱源，主要耗能設備是熱交換器、輸配系統(tǒng)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(wǎng)承擔，供熱管道由鋼管、保溫層和保護層組成，其結(jié)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(wǎng)熱效率來表示其保溫效果和保熱程度；熱網(wǎng)補水率來表示熱網(wǎng)水泄漏的程度。在熱網(wǎng)管線上有時還設置中間加壓泵，以降低和改善系統(tǒng)水力工況（設置在非空載干線上，還能節(jié)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(zhuǎn)換是通過熱力站交換器把一級網(wǎng)的熱能傳遞給二級網(wǎng)，并由它輸送到熱用戶。熱力站是二級網(wǎng)的熱源，主要耗能設備是熱交換器、二級網(wǎng)系統(tǒng)循環(huán)水泵和補水泵。它們耗用的能源是一級網(wǎng)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(huán)節(jié)即終端系統(tǒng)用熱設備。城市集中供熱主要是建筑物內(nèi)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(nèi)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(jié)構保溫性能、保持的室內(nèi)溫度和外界環(huán)境的溫度；其耗熱量可通過計量進入的循環(huán)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(tǒng)熱耗的估計
供熱系統(tǒng)從熱制備→轉(zhuǎn)換→輸送→用熱環(huán)節(jié)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(tǒng)是由多個子系統(tǒng)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(wǎng)和終端組成二級網(wǎng)子系統(tǒng)，熱力站熱交換器成為該子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換點，一級網(wǎng)水則為它的熱源。鍋爐房（或熱電廠首站），一級網(wǎng)和熱力站組成一級網(wǎng)子系統(tǒng)，熱力站是該子系統(tǒng)的熱用戶，鍋爐受熱面（或首站熱交換器）成為能量轉(zhuǎn)換設備，鍋爐（或熱電廠流經(jīng)汽機制蒸汽）是熱源。鍋爐本體（或熱電廠）自成一個子系統(tǒng)，稱為熱源子系統(tǒng)。若設采暖散熱器耗為NO，二級網(wǎng)管路熱損失為E1，泄露漏熱損失E2，熱力站內(nèi)熱損失E3，二級網(wǎng)管路熱損失為E4，泄漏熱損失E5，鍋爐房（首站）內(nèi)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(nèi)熱損失E11），輸出則是二級網(wǎng)子系統(tǒng)的輸入能量N2。
則：一級網(wǎng)子系統(tǒng)的輸入熱量N1=NO+E1+E2+E3
一級網(wǎng)子系統(tǒng)熱能利用率B1=100×NO/N1（%）
二級網(wǎng)子系統(tǒng)的輸入熱量 N2=N1+E4+E5+E6
二級網(wǎng)子系統(tǒng)熱能利用率B2=100×N1/N3（%）
熱源子系統(tǒng)的輸入熱量N3=N2+E7+E8+E9+E10（+En）
熱源子系統(tǒng)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(tǒng)熱能利用率B=B1×B2×B3
3．系統(tǒng)電耗的估計
系統(tǒng)電耗評估與熱能評估一樣可以子系統(tǒng)計算后疊加。系統(tǒng)主要耗電設備有循環(huán)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(tǒng)供熱量； h……有效小時數(shù)。
（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(tǒng)供熱量
4．系統(tǒng)泄漏損失的估計
系統(tǒng)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(tǒng)補水量BS。若系統(tǒng)運行循環(huán)水量為G，則
系統(tǒng)補水率P=100×BS/G （%）
(2) 系統(tǒng)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(tǒng)供熱現(xiàn)狀看節(jié)能潛力
下面列舉一些實例，一是說明供熱系統(tǒng)供熱現(xiàn)狀能耗存在著很大的差別，節(jié)能潛力巨大。二是說明經(jīng)應用科學技術來改進和完善的系統(tǒng)，節(jié)能效果顯著。
1．1993年北京對住宅供暖煤耗進行抽查，結(jié)果是煤耗差別很大；數(shù)據(jù)如表2-1；
1993年北京住宅供暖煤耗情況統(tǒng)計 表2-1
說明：H煤發(fā)熱量為23.03MJ/Kg
H全市煤耗平均值為32.75 Kg /m2。
2．沈陽惠天熱電有限公司沈海熱網(wǎng)（原沈陽第二熱力公司）應用微機監(jiān)控，節(jié)能可觀：該公司于1993年12月7日對33個微機監(jiān)控的熱力站統(tǒng)計，采暖平均熱指標為35.5Kcal/h·m2，而無微機監(jiān)控的熱力站統(tǒng)計，采暖平均熱指標為42 Kcal/h·m2。這說明采用微機監(jiān)控，實施科學運行，消除系統(tǒng)失調(diào)，可節(jié)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(jié)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(wǎng)系統(tǒng)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(qū)5.5℃、南區(qū)9.1℃、西北區(qū)15.2℃，現(xiàn)在的供回水一樣，都是13℃，實現(xiàn)了水力平衡；經(jīng)調(diào)整后的單位供熱面積循環(huán)水量在2-3公斤/小時，大多數(shù)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(jié)約循環(huán)水泵電費約70萬元。說明二級熱網(wǎng)改善，解決水平失調(diào)，就可節(jié)約熱能8%，循環(huán)水泵電功率減少25%。
三種敷設方式管道保溫狀況實測數(shù)據(jù)表 2-2
敷設方式 架空 地溝 直埋 管道外徑（mm） 820 820 529 測點間距（m） 355 2133．5 2647 保溫材料/厚度（mm） 海泡石/20 巖棉/68 聚氨脂/50 實測流量（m3/h） 2228 1364→2073 353.5→447.3 管壁溫度（℃） 69.8→9.5 69.5→67.9 69.3→8.4 單位面積熱損失（W/m2） 850 572 92 沿途溫度降（m2/km） 0.85 0.75 0.34
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(qū)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(qū)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(tǒng)，并有相應的對比樓。
試驗樓內(nèi)采暖系統(tǒng)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(nèi)只在采暖系統(tǒng)入口安裝熱量計。
根據(jù)一個冬季運行的數(shù)據(jù)分析表明，沒有過熱和地冷現(xiàn)象，用戶滿意，能耗都低于對比樓，節(jié)能率4.13-10.76。
三、供熱系統(tǒng)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(tǒng)熱能利用率的指標。體現(xiàn)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(jié)構、燃料供應、技術水平、管理水平、人員素質(zhì)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(huán)境污染增加。
¨風機、水泵效率是電能轉(zhuǎn)化為有用功的份額，體現(xiàn)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(qū)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(qū)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(huán)水泵配置不當，還會影響系統(tǒng)水力工況。
風機是熱源子系統(tǒng)的主要附屬設備，水泵是熱網(wǎng)（一級和二級）網(wǎng)子系統(tǒng)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(guī)律變化的特點，設置變速風機和水泵已在發(fā)展并被實踐證明可以進一步節(jié)能。
2．輸送條件的不同：
¨熱網(wǎng)熱效率是輸送過程保熱程度的指標，體現(xiàn)管道保溫結(jié)構的效果。一般熱網(wǎng)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(wǎng)。
¨熱網(wǎng)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(wǎng)（特別是二級網(wǎng)）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(tǒng)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(huán)水的三倍（二級網(wǎng)運行供水溫度一般為55-85℃，回水溫度40-60℃）。這就是說，系統(tǒng)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(zhì)量，其差別多大呀！
3．運行技術水平的不同：
¨熱網(wǎng)水力失調(diào)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(diào)度為1，即熱網(wǎng)無水力的失調(diào)，若分配不當，出現(xiàn)冷，熱不均現(xiàn)象，說明有水力失調(diào)，其失調(diào)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(diào)問題，正確的做法應該是改進和完善熱網(wǎng)，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(tǒng)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?guī)硌h(huán)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(wǎng)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(diào)，系統(tǒng)在設計流量下運行，能挖出8-15%的供熱量。
¨科學運行調(diào)度實施按需供熱，實現(xiàn)設備長期在高效率區(qū)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(jù)實際情況，制訂調(diào)節(jié)方式：目前，一般采用質(zhì)調(diào)節(jié)。有些系統(tǒng)條用質(zhì)、量并調(diào)，在初、末寒期適當減少循環(huán)不泵運行臺數(shù)，就明顯降低電耗。國外普遍采用量調(diào)節(jié)，其原因是：①量調(diào)節(jié)的循環(huán)水泵電耗最少。從理論上說，在管道尺寸已經(jīng)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(jié)省65.7%，對于多數(shù)地區(qū)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(jié)能數(shù)字。②量調(diào)節(jié)對用戶用熱量變化的響應比質(zhì)調(diào)節(jié)快得多，質(zhì)調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)是以聲速傳遞，其響應幾乎是同步的，因此，一級網(wǎng)采用量調(diào)節(jié)是發(fā)展趨勢。量調(diào)節(jié)應采用變速循環(huán)水泵，采用閥門節(jié)流的量調(diào)節(jié)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(shù)是由設計人員根據(jù)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(jù)熱負荷的大小選擇投入臺數(shù)，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(jié)能潛力。
☆設置熱源和熱網(wǎng)的微機監(jiān)控系統(tǒng)，可實行最優(yōu)化的運行調(diào)節(jié)和控制，實踐已說明是目前實現(xiàn)運行節(jié)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(zhuǎn)軌過渡時期，自我經(jīng)營、自我改造和自我發(fā)展的思想和能力有差別：在供熱從福利變?yōu)樯唐贰⒔?jīng)營單位從事業(yè)機構轉(zhuǎn)變以企業(yè)的期間，有的已經(jīng)成為自負盈虧的企業(yè)（包括承包的），為質(zhì)量保證和效益驅(qū)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(tǒng)，以高質(zhì)量商品供給用戶，以減少能耗來降低成本和提高經(jīng)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(tǒng)、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(tǒng)和設備的檢查、保養(yǎng)、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(jié)構完好，就能減少大量能源浪費；嚴格水處理和保持水質(zhì)，維持轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)能潛力'是預測一定時期內(nèi)，耗能系統(tǒng)和設備的各個環(huán)節(jié)，利用當前科學技術，采取技術上可行、經(jīng)濟上合理、優(yōu)化系統(tǒng)和設備以及用戶能接受的措施后，可取得的節(jié)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(tǒng)能源利用效率提高的程度。
2．與先進評估指標的差距體現(xiàn)節(jié)能的潛力：節(jié)能的潛力是通過分析對比得出的。目標是反各個耗能環(huán)節(jié)現(xiàn)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(xiàn)了節(jié)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(tǒng)的潛力是不可能完全相同的。
各環(huán)節(jié)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(nèi)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(jié)能科學技術的發(fā)展，系統(tǒng)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(jié)能潛力：每個供熱低位要定期檢測評估各耗能環(huán)節(jié)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(jié)合實際情況，研究和提出為實現(xiàn)先進指標的可行（包括技術和管理等方面）方案，經(jīng)技術經(jīng)濟論證認為技術可行且經(jīng)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(jié)能潛力和經(jīng)濟效益。
