供热系统的节能潜力分析

1、供热系统的节能潜力分析,哈尔滨工业大学 方修睦,建 筑 节 能 现 状,我们国家面临能源长期紧张的严峻形势 住宅和公共建筑是能源消耗大、增长快、浪费最严重、节能潜力最大的部门“十一”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右的要求,其中特别指出住宅和公共建筑的节能,把建筑节能提到战略的高度,列入国家 “十一五”规划.,建筑节能的起因与动力 1973年第一次世界性石油危机,石油价格飞涨 节能问题,特别是建筑节能问题开始引起广泛重视 建筑用能消耗全球1/3的能源 在建筑用能的同时, 向大气排放大量污染物TSP，SO2，NOX 各发达国家开始重视建筑节能 建筑节能称为Energy saving in buildings字面上和我们说的建筑节能一致 随后,建筑节能改称Energy conservation in buildings字面上有减少能量散失的意思,中国建筑规模巨大,发展迅速年城乡建筑竣工面积2001年 18.2亿m2 2002年 19.7亿m2 2003年 20.3 亿m2 2004年 20.7亿m2 2003年中国人口13亿平均每人竣工面积1.6m2,中国2004年房

2、屋建筑竣工面积 20.7亿m2 其中 城镇新建住宅面积 5.8亿m2 农村新建住宅面积 6.7亿m2 公共建筑及工业建筑面积 8.2亿m2 美国1999年住宅建筑竣工面积 2.65亿m2 商用建筑竣工面积 1.86亿m2 中国每年新建建筑竣工面积大于各发达国家每年新建建筑竣工面积之和中国建筑规模世界最大是世界上最大的建筑市场,中国现有房屋建筑数量巨大 中国城乡既有建筑面积达 420亿m2 中国人口13亿 平均每人32.3 m2 2004年全国城市房屋建筑面积149.06亿m2 其中住宅建筑面积 96.16亿m2 公共建筑及工业建筑面积 52.90亿m2 2004年美国住宅建筑面积 185.5亿m2 商用建筑面积 68.3亿m2 美国人口2.9亿 平均每人87.5 m2,现在我国正处于房屋建设的战略机遇期到2020年我们还要建造约300亿m2的建筑 而我们正在以中国和世界上前所未有的规模和速度建造高耗能建筑大规模建造房屋本来是为了人民安居乐业，但大量建造高能耗建筑，又会过多地消耗能源，同时严重污染环境，致使国家能源无法支撑，环境受到破坏，后果不堪设想，却又与我们的初衷完全相悖,建筑能耗迅

3、速增加,建筑节能开始成为中国节能的重点 中国城乡既有建筑面积共约420亿m2，每年人均竣工新建房屋面积约1.5m2。尽管中国GDP只有全世界GDP的4%，但房屋建设规模却超出世界各发达国家每年竣工新建房屋面积之总和 中国建筑单位面积采暖能耗达到气候条件相近的发达国家的23倍，甚至更高（而中国主要工业产品能耗与发达国家的差距大部分只有10-30个百分点）.也就是说,我们正在以史无前例的规模建造高耗能建筑,通过全面推进建筑节能工作,要求到2010年全国新建建筑全部严格执行节能50%的设计标准，其中各特大城市和部分大城市率先实施节能65%的标准;开展城市既有居住和公共建筑的节能改造,大城市完成改造面积25%,中等城市完成15%,小城市完成10% 在此基础上到2020年实现大部分既有建筑的节能改造,新建建筑东部地区要实现节能75%,中部和西部也要争取实现节能65%.建筑节能效果总体上接近发达国家21世纪初一般水平,抓紧推进城镇供热体制改革 建筑节能标准的强制执行长期缺乏经济动力,可能难以为继,解决采暖能耗高问题也得不到经济动力 各试点城市系统总结经验,在此基础上制订政策框架,发布新的文件 召开

4、全国性会议,制订计划,加速推进 规定各大中城市完成供热体制改革期限 比较不同计量控制系统,优选经济合理技术方案 与既有建筑节能改造相结合,以减少能耗 供热体制改革与建筑节能措施相结合,使能耗减少,有利于弱势群体,开展既有建筑节能改造 既有建筑占绝大多数,能耗更高 只有既有建筑节能改造取得成效,建筑能耗才能大幅度降低 要求2010年前大城市改造25%,中等城市改造15%,小城市改造10% 政府机关率先垂范,政府办公楼先行 对冬天过冷结露、夏天过热的建筑先行改造 对能耗过高的大型公共建筑限期完成改造,节能标准关于供热系统节能的规定 管网 锅炉 1。不节能 85% 55% 2。节能30% 90% 60% 3。节能50% 90% 68% 4。节能65% 92% 72%,热水管网热媒输送到各热用户的过程中存在各种损失。 （1）管网由于向外散热造成散热损失； （2）管网上附件及设备由于漏水和用户放水而导致的补水耗热损失； （3）通过管网送到各热用户的热量，由于网路失调而导致的各处室温不等造成的多余热损失。,同一城市，不同热价的保温材料厚度不同，热价越高，需要的保温层厚度越厚。聚氨酯保温层厚度小于玻

5、璃棉保温层厚度。 不同气候区代表城市，相同热价时，不同气候区的保温材料厚度不同。严寒地区保温材料厚度有较大的差别，寒冷地区保温材料厚度差别不大。,平衡问题 1。失调的原因剩余压头没有消除设计-热网、用户施工后的调节问题系统的压力分布,平衡问题 2。解决的方法1）手动调节阀 2） 平衡阀,平衡问题,平衡问题,平衡问题一般装在入口 分级调节-枝状网 多环路系统调节,平衡问题 3）流量控制阀,平衡问题 动态流量平衡阀阀胆处于静止状态，即弹簧没有被压缩，过流面积最大，此时阀胆如一个国定的节流孔板，通过的水流随压差的增大而增大。,平衡问题 使用动态流量平衡阀后，可以实现整个系统网络的流量按需分配，不会出现某一用户供热不足而另一用户又太多的情况，同时可使循环水泵在最佳工况点运行，利于节能。 对于分户计量系统更应使用动态流量平衡阀。,平衡问题 差压控制阀,锅炉运行效率锅炉设计效率 锅炉测定效率 锅炉运行效率 提高锅炉运行效率的措施 1）按需供热根据需要热量进行供热根据需要热量进行负荷预测 2）合理地调配锅炉，保证锅炉在高效率区运行,锅炉运行效率2）合理地调配锅炉，保证锅炉在经济负荷区运行,水泵节电问

6、题,暖通空调行业风机水泵运行存在的问题 （1）系统设计不合理 设计部门宁大勿小设计习惯, 设备选用余量过大， 大马拉小车现象普遍存在，远离额定工况运行，效率大大降低 管网设计不合理，系统失调问题严重 （2）不合理技改措施造成的电能浪费 凭感觉，盲目增大用电设备， 以小换大，多台设备并联 （3）运行不合理造成的电能浪费 采用节流方法调节流量，功耗太大 用增大流量的方法解决系统失调 运行管理制度不健全,1调速原理,暖通空调中的风机和水泵，需要按生产和工艺要求，调节风量与流量。目前的调节方法有2种： 一种是调节管路的阻力特性 另一种是调节泵与风机的性能,1.1 调节管路的阻力特性,通过调节泵出口或者风机入口阀门进行调节.有能量损失,但使用方便,目前在大量应用.,1. 2 调节泵与风机的性能,当转速降派到80时，流量减少到80% 而轴功率却下降到额定功率的（80）351： 若流量需减少到40，则转速相应减少到40， 轴功率下降到额定功率的（40%）36.4。,1.3调节泵与风机的性能常用的调速方法,切削叶轮 交流电动机调速 风机进口导流器调节改变风机的特性曲线(改变导流器安装角,使进入 叶轮的

7、气流方向变化, 从而改变风机性能曲线)结构简单操作方便 在流量变化较少的场合应用,2交流电动机调速,从传统电机学所给出的异步机转速表达式分类:转差率 p_极对数n1_电机输出轴转速n_ 调速输出轴转速 转差率 变频改变极对数,交流电动机结构简单、惯量小、维护方便，可在恶劣环境中运行，容易实现 大容量化， 高压化、 高速化、 价格低廉。,2.1变频调速,优点：无附加转差损耗，效率高，调速范围宽；对于低负载运行时间较多，或起停运行较频繁的场合，可以达到节电和保护电机的目的。 缺点：技术较复杂，价格较高。,2.2液力耦合器调速,液力耦合器是一种利用液体介质传递转速的机械设备，其主动输入轴端与原传动机相联结，从动输出轴端与负载轴端联结，通过调节液体介质的压力，使输出轴的转速得以改变。 理想状态下，当压力趋于无穷大时，输出转速与输入转速相等，相当于钢性联轴器。 当压力减小时，输出转速相应降低，连续改变介质压力，输出转速可以得到低于输入转速的无级调节。,功率控制调速原理表明，传动速度的改变，实质是机械功率调节的结果。因此液力耦合器输出转速的降低，实际是输出功率减小。设原传动功率为PM1，输出功率为

8、PM2，损耗功率则为,1.背壳 2.涡轮 3.泵轮 4.外壳 5.电动执行器 6.勺管7.油泵 8.压力表 9.温度表 10.铂热电阻 11.压力变送器12.油冷却器 13.综合参数测试仪（现场用） 14.综合参数测试仪（控制室用） 15.转速传感器16.转速仪 17.伺服放大器 18.电动操作器 19.液位传感器20.液位报警器 21.电加热器 22.电加热自动控制器,3.调速实例介绍 3.1水泵上应用,3.1.1影响变频调速范围的因素（1）变频调速范围 变频调速不可能无限制调速。一般认为，变频调速不宜低 于额定转速50，最好处于75100，并应结合实际经计算确定。,3.2两种调速供水方式节能效果比较,（1） 变频恒压（变流量）供水 若采用关阀调节，Q2Q1，A2变 A1,浪费扬程H=H1-H2, H3=H1+H2。 采用变频恒压供水， n1，工况点B1，恒压点H=H2，在控制方式上，只需在水泵出口设定一个压力控制值，比较简单易行。显然，恒压供水节约了H1，而没有考虑H2。,3.2 两种调速供水方式节能效果比较,（2）变频变压（交流量）供水 压力设置不同。它使水泵扬程不确定，而是沿管

9、路特性曲线移动（参见图3）。 流量Q2Q1时，n2，工况点B2点。此时水泵轴功率n2小于恒压供水水泵轴功率N1。 变压供水理论上避免了流量减少时扬程的浪费，显然优于恒压供水。,3.3分布式变频循环泵供热系统,3.3分布式变频循环泵供热系统,热源循环泵只承担热源内水循环 热用户循环泵既承担热网循环泵的输送功能，又承担在热用户建立必要的资用压头的功能。 在热用户设置热用户热用户循环水泵，不但节电，而且也比较经济，其初投资不高，工程上容易解决 变推为抽 节电33.8%,3.3分布式变频循环泵供热系统,设置均压罐的连接方式 热用户与热网之间不是绝对分离，热网水与热用户系统的水在均压罐处出现了掺混，但是热用户与热网之间的水力工况互不影响 用于热网水温满足用户要求，或者高于用户系统水温 在设置均压罐的连接方式中，热网与热用户系统中需要分别设置循环水泵,3.3分布式变频循环泵供热系统,设置均压罐的热用户与热网连接方式应用现状 在欧洲广泛应用 北京某危改小区，5万平方米 采用此方式 北京某医院采用此方式,3.3分布式变频循环泵供热系统,设置均压罐的热用户1）G1G2 T1=t1 (用户水温)T2 t 2）G1G2 T1 t1 (用户水温)T2 t,3.3分布式变频循环泵供热系统,设置均压罐的热用户）如果位于均压罐的位置 是一个旁通管，旁通管直径与热网供水管的直径相同 ）均压罐可能的最大流量，设：均压罐直径 ，当 时，这表明，均压罐的比摩阻仅仅是旁通管比摩阻的0.3%。水流过均压罐的总阻力损失比旁通管的总阻力损失要小得多。如果均压罐内的流量小于最大流量，则其阻力损失会更小。因此水流过均压罐产生的阻力损失可以忽略不计，均压罐内各点的压力值不受热用户流量变化的影响，基本上是恒定的。,

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