供热系统节能潜力与节能技术Word格式文档下载.docx
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越是北方寒冷地区,建筑物围护结构的保温状况对供热热负荷的影响愈大。
过去我国的居民建筑,基本上没有外墙保温,门窗的密闭、保温性能也差。
与世界发达国家相比,我国的建筑能耗过大,这是其中的一个重要原因。
我国新的设计标准,在这方面已经作了很大改进。
普遍推广外墙保温后,墙体的保温性能已接近先进国家的设计标准,只是窗的保温性能与国外相比尚有10-20%的差距。
建筑物室内温度设计标准与建筑能耗有密切关系。
研究表明:
在加热工况
下,室内设计温度每降低1℃,能耗可减少5-10%;
在冷却工况下,室内设计温度每提高1℃,能耗可减少8-10%。
长期以来,由于缺乏节能意识,我国在室内温度的控制上,常常过于粗糙。
特别是行政办公等公共建筑,不论春夏秋冬,也不考虑上班时间,还是节假日,冬天室内温度一律18℃,夏天室内温度经常要求在24℃。
实际上,冬天在无人居住的房间,只要保持8℃室温,避免设备冻坏是完全可能的。
过去外国人在夏天上班都要西装革履,室温必须保护在24℃,现在为了节能,室内提高到26℃,允许上班穿衬衫,连生活习惯都改变了。
几年前国务院在节能措施中,明确提出,冬天室温18℃,夏天室温26℃。
严格执行这些举措,建筑能耗就会有明显的降低。
建筑物自由热的有效利用。
自由热主要指太阳能,家电和人体的散热。
这部分热量,对于夏天,是冷负荷的重要组成部分,应尽量避免;
对于冬天,是加热室温的有效热量,应尽量利用。
这部分热量,随着地区、季节的不同而不同,在冬季,大体上约占总热负荷的10-15%左右。
对于太阳能日照,在建筑物热负荷计算中,考虑了这部分影响,主要体现在散热器传热面积的选择上。
但由于过去,供热属于社会福利,未进入商品市场,也未推广计量收费,室内供暖系统难以实现室温的自动调节,因此,在我国的大部分地区,房间的自由热,还很难在供热系统中充分利用,这也是我国建筑能耗大的一个重要因素。
最后谈到供热系统能效问题,系统能效表示系统热源处输入的总能量(包括热能与电能的折合热能)在热用户中真正用来提高室温的有效热量(将室温加热到设计室温)的份额。
系统能效的计算方法我在参考文献【1】中有详细介绍,粗略估算可用下公式
(1)计算:
(1)
式中,Q——热源燃料总供热量;
ΣQ——热源燃料、电力总供热量,其中1Kwh(电)=3.314Kwh(热);
ηg、ηr——分别为热源、热网效率;
ηj——系统冷热不均系数,粗略按照1蒸吨锅炉热量,实际所带
供热面积与理论能带供热面积之比;
q——有效利用的自由热量。
按照上述公式
(1)和前述的有关国家的建筑节能规范,对北京哈尔滨(选择了北方二个典型地区)的供热系统的能效进行了统计计算,见表1所示。
该表给出的数据,与“提高供热系统能效是建筑节能的重要途径”【2】一文有一些修正,主要是因为国家节能建筑设计规范(三步节能)的基础数据做了调整。
主要的调整:
一是将室内设计温度由16℃提高为18℃;
二是将锅炉的年均运行效率提高到70%,管网的输送效率提高到92%;
三是考虑到设计标准涉及不到运行调节,因此未计入耗煤量指标;
四是根据近十年的气象数据,重新修正了供暖天数和室外平均温度。
表1的计算数据,与国家节能建筑设计规范给出的数据有些不同,后者只给出了耗热指标,表1不但给出了耗热指标,而且给出了概算热指标。
另一不同是后者只给出了第三阶段的节能标准,表1同时给出了理想阶段的节能标准。
在表1的计算中,突出分析了冷热不均对供热系统能效的影响。
由于我国的供热系统规模大,再加自控技术比较落后,因此,冷热不均的现象尤为突出。
长期以来,业内人员对冷热不均对系统能效的影响未于重视。
近年来,虽然给予了关注,但常常把冷热不均归于系统管网热损失中,这样做,不但性质搞错了,而且数量也难以准确统计。
必须了解:
冷热不均的热量不是在管网中损失的,应该承认,这部分热量,它是被送到了热用户,只不过由于房间过热通过开窗户散掉了。
因此,冷热不均的热损失应该属于建筑热用户的无效热耗,必须单独统计。
从表1可以看出:
以1980年为基础,锅炉效率为55%,热网效率85%(管网热损失15%),按理论,供热系统能效应为46.8%。
但实际情况并非如此,以北京为例,当时,每1t/h蒸吨应带供热面积为1.32万m2,哈尔滨应带1.1万m2,而全国实际考察的结果,每1t/h蒸吨只能带4000m2。
这种差距,正好反映了热用户的冷热不均匀率(约30%-38%)。
如果考虑了冷热不均匀率,则1980年北京、哈尔滨供热系统的能效实际分别只有14%和18%,估计全国在15%左右。
当然,这是在设计外温下的统计数据,由于冷热不均率是随着室外温度的升高逐渐趋缓的,若考虑全年平均,全国供热系统当年的能效约在20%左右,也就是说,冷热不均引起的热量损失约在20-30%左右。
表1北京(哈尔滨)供热系统能效统计
节能
阶段
节能指标
耗热
指标
w/m2
概算
热指标
热用户冷热不均程度
系统设备耗电
技术条件
系统能效%
煤耗量
kg/m2
总量
%
围护结构节能
系统
锅炉
效率
热网
实际供热面积m2
不含
电耗
含电
耗
理论供热面积m2
热源
1980年
25.20
(37.7)
0.0
55.0
85.0
31.96
(33.8)
45.0
(55.60)
0.30
(0.38)
4000/13178
(4000/10666)
1.0
0.5
14.0
(18.0)
13.0
(16.7)
第一阶段
17.64
(26.39)
30.0
22.74
7.26
60.0
90.0
25.85
(27.3)
36.40
(45.00)
第二阶段
12.60
(18.85)
50.0
35.0
15.0
68.0
20.92
(22.1)
29.5
(36.4)
0.38
(0.46)
8000/21285
(8000/17250)
23.0
(28.0)
25.1
第三阶段
7.80
(15.30)
65.0
70.0
92.0
15.00
(20.00
22.5
(33.2)
100%
28500/28500
(19300/19300)
0.75
0.3
推广计量收费、变频调速
64.4
(64.4)
56.0
(57.3)
理想阶段
6.90
(13.40)
77.4
12.4
80.0
(20.00)
(33.2)
0.2
推广计量收费、多泵变频调速、自动控制
73.6
(73.6)
65.5
(67.7)
6.50
(12.60)
82.0
4.6
78.2
(78.2)
69.6
(71.9)
6.00
(11.70)
88.4
6.4
94.0
(20.00)
84.5
(84.5)
74.4
(77.7)
注:
·
括号内数据为哈尔滨地区的数据。
第一、二阶段,室内设计温度16℃,第三阶段以后,室内设计温度18℃。
北京新的供暖天数114天,供暖期间平均外温0.1℃,度日数2040.6。
哈尔滨新的供暖天数167天,供暖期间平均外温-8.5℃,度日数4425.5。
表1还考虑了供热系统含电的输送效率,对于1980年,由于系统能效值过低,电耗在系统能效中的比例只占1%左右。
随着技术进步,系统能效的提高,电耗在系统能效中的比例逐渐提高,甚至高达10%左右。
可见,随着节能减排工作的逐渐深入,提高系统的含电输送效率也将愈来愈重要。
根据上述分析,可以一目了然地了解各个环节的能量损耗,进一步掌握供热系统的节能潜力。
结合表1可以得出二点结论:
1)如果确定理想节能阶段(锅炉效率80%,热网效率92%,冷热不均匀率消除,建筑围护结构同第三队段标准)的供热系统能效为70%左右,则我国的供热系统节能潜力尚有40%(目前我国正处于节能第二阶段,供热能效约为30%)空间,其中热源10-15%,热网2-4%,热用户18-26%,要达到这个标准,其中一个重要指标是每1t/h蒸吨要带到2.85万m2—1.90万m2,(前者为北京,后者为哈尔滨)这是相当艰巨的。
2)改善建筑围护结构的保温性能,和分阶段保持不同室温的措施,即减少建筑物的耗热量,节约的只是耗煤量,而不能改变供热系统的能效。
自由热的利用则不然,可以提高有效用热量,因此,自然会增加供热系统的能效。
图1.供热系统热流图
图1给出了供热系统热流图,该图能形象描述供热系统各环节的热损失状况,引而能有效指导节能工作的进行。
二、供热系统节能技术
纵观供热系统各个环节的耗能状况,不难看出,粗放式经营是根本的原因所在,而且至今,在我们行业,技术进步并没有放到应有的地位。
相当多的人,认为技术可有可无,“权”“钱”,才是决定一切的。
但世界的发展趋势,将不断证明,只有科学创新,才是社会财富的源泉。
建筑节能也毫无例外,只有提高各个环节的技术含量,供热系统的节能目标才能实现。
1、严格执行建筑围护结构的节能设计标准。
随着新的国家建筑节能设计规范的陆续颁布,我国即将全面开始实行第三阶
段的建筑节能标准。
有关围护结构的保温性能,是根据1980年的现状基准,以节约65%为目标,参照热源、热网效率,按照特定建筑物推算出来的。
其中外墙的传热系数由1.28-2.35w/m2k下降为0.45-1
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