换热站的节能探讨

全国主要城市采暖期耗热量指标和采暖设计热负荷指标
节能建筑 城市名 采暖期天数 采暖室外计算温 采暖室外平均温 (d)(d) 度(d)(d) 度(d)(d) 耗热量指标qh(W/m2) 设计负荷指标 qqh(W/m2) 28.37 28.83 28.38 30.14 33.10 30.48 33.83 33.69 31.38 31.38 30.77 耗热量指标qh(W/m2) 设计负荷指标qqh(W/m2) 现有建筑
N1/N2=G13/G23
N1、N2----------平衡前后的耗电功率 KW G1、G2---------- 平衡前后的循环流量 T/H
以鹤壁热网某 10万平米的换热站为例，2013 年供暖 季 运 行 时 循 环 泵 45HZ 运 行 ， 二 次 网 供 回 水 压 差 为 0.14MPA; 通 过 变 频 器 设 置 运 行 状 态 ， 循 环 泵 降 为 37HZ 运行，二次网供回水压差保持在 0.07MPA 左右， 整个采暖季的节约的电能如下：

均温度，自动调节一次网的流量来控制二次网的 供回水平均温度，以满足用户侧热负
的变化要求，从而实现供热系统供水温度的气 候补偿，达到节能的目的。气候补偿器内部调节 曲线的设置原则为根据所调节的供热系统所服务 的对象，保证供热系统中典型用户室内空气温度 要求得到满足。 气候补偿的基本功能主要体现在 : 由于用户的室 内散热器、换热站的换热设备等供热设备是按照 设计工况进行选型设置的，而在实际应用中，室 外空气温度往往高于设计温度，如果不及时根据 室外空气温度变化情况调节换热站的供热能力， 必然会造成换热站的供热量大于用户的热负荷需 求而造成能源浪费。 气候补偿正是针对这一问 题，根据室外空气温度的变化随时调整换热站二 次网的供回水均温度，实现动态调节换热站的供 热量。
从而得出热量的节约百分比。
由于老旧热网及换热站内没有有效的精细的控 制手段，以上两种调控的目的就是降低热网近端 各个换热站的一次网流量，使它们的流量能接近 设计流量，并合理分配各站的一次网流量，从而 达到在同样的热负荷情况下，实际一次供回温差 拉大，达到节热的最终目的。 目前建筑采暖面积所需的合理流量为每万平米 25-30T/H，通过一系列的调控措施能降到每万平 米10-15T/H;供热系统的一次网供回水温差以4050℃为宜，目前行业普遍维持在20-35℃，二次 网温差以20-25℃为宜，目前行业运行水平在1520℃。
二、换热站节电的技术措施要点

换热站内主要的用电设备是循环泵和补水泵，许多 老旧的换热站循环泵、补水泵基本是50HZ工频运行，
目前国内换热站普遍使用的节电措施是采用变频调速 技术，通过增加变频器对水泵进行精确的调整，消除 多余的电能消耗；

变频与转速的关系：n=60f(1-Sn)/p ; 式中 ： n------------- 水泵转速 r/min

通常一个采暖季可大致分为初寒期、中寒期、严寒 期、末寒期 4 个阶段，一般换热站的运行初寒期、末 寒期是节电的最佳时期，这两个阶段可通过水泵的变 频调节节约大量的电能，中寒期可根据具体情况调节 节约部分电能；

三、换热站节能的运行管理
虽然许多换热站进行了节能改造，但实际采暖期运行 期间单位热耗、电耗并未有明显变化，这种情况大多是因 为供热运行人员未能充分利用已有的节能技术手段，还是 通过旧的运行模式管理换热站； 首先在供暖期前，供热企业应对各个换热站的一次流量初 调节，然后通过站内安装的流量限制器或者电动调节阀进 行精细调节；

保证换热站二次管网的水力平衡，当出现二次网近端热， 远端不热的情况时，先排查二次管网是否存在水力失调的 情况，避免盲目的增大循环泵流量或更换更大的水泵，造 成大量的电能浪费；

加强管理，控制系统失水；失水主要是用户放水和 二级管网以及用户系统管网陈旧漏水所致；系统大量 失水和热量丢失影响供热能力，而且一些供热企业还 因水处理能力不足不得不用生水作为热网补水，而造 成官网堵塞和腐蚀。因此必须加强宣传教育和管理， 采取防漏、查漏、堵漏等有效措施把失水率降到正常 水平；
f-------------- 电流频率 Hz
p------------- 电动机的极对数 Sn-----------电动机额定转差，一般为5%

流量、扬程和功率与转速的关系（比列定律） H1/H2=n12/n22
水 泵 G1/G2=n1/n2 N1/N2=n13/n23
因此水泵流量与耗电功率的关系式为：
目前国内换热站内比较常见的变流量调节：气候 补偿

在通常情况下，供热系统应保证用户在整个采 暖期内都满足设计室温18℃的要求。为使用户室 温达到设计室温的要求，就必须在整个供暖期内， 随室外气温的变化，随时进行供水温度、流量的 调节，实现按需供热，以最大限度的节省能源， 即必须对供热系统进行集中运行调节。气候补偿 便可以实现集中质调节和量调节。 气候补偿的工作原理是根据室外空气温度的变 化和其内部设有的不同条件下的调节曲线求出恰 当的供回水平荷
西安
呼和浩特 乌鲁木齐
100
166 162
-5
-19 -22
-1.4
-6.2 -8.5
20
21.3 21.8
31.38
32.57 33.54
27.71
32.76 32.91
42.2
50.09 50.63

以我最近2年实施的鹤壁盾安集中供热管网工 程为例，该热网于2013年11月15日开始投入运 行，无任何调节措施运行一个采暖季120天后， 最后统计的实际单耗为46W/m2，当年采暖面积 为30万平米，已经超出设计热指标（鹤壁以郑州 的为准）；而2014年鹤壁热网运行一个采暖季 后，换热站通过气候补偿的调节，最终统计的实 际的单耗为35W/m2;节热比约=1-35/46=0.24； 目前鹤壁热网供热面积达80万平米，当前的 单耗为35W/m2左右，如果通过合理的运行调控， 把单耗降到接近30W/m2；那么一个采暖季节约 的热量大概计算如下：

30*{1-（37/45）^3 } *24*120=38373.5KWH,工业用 电取 0.7 元 /KWH, 节约电费总价为 38373.5*0.7=26861 元，节电率接近45%； 对于供热系统换热站循环泵的电耗，一些先进的供 热企业采暖期每万平米的电耗为7000-12000元，但许 多供热企业却能超出先进企业的3-4倍，电能的浪费非 常严重，因此换热站整个采暖期的循环泵变频调节是 一个重要的节电措施；
内容目录
一、
换热站节热的技术措施要点
二、 换热站节电的技术措施要点
三、 换热站节能的运行管理
四、 无人值守换热站的自控系统
前言：目前国内的市政供热系统由热源、一次 管网、换热站、二次管网等组成，其中换热站是一、 二次管网的转换枢纽；换热站内的节能直接关系到 整个供热系统的节能，因此下文围绕换热站内的两 个重要指标热耗、电耗（水耗由于受客观因素影响 较大暂时不考虑）展开节能技术的讨论；

换热站采暖期运行中，运行人员应关注一、二次管 网除污器的前后压差，当压差超过0.03MPA时，应及 时清掏和反冲洗除污器，以降低阻力损失，节约电能；

对于公建换热站的运行，可通过换热站内一次电动 调节阀

进行分时、分阶段供暖，在办公室无人办公时适当降 低房间温度条件，减少供热量，达到节能的目的。
一、换热站节热的技术措施要点
由热水循环传热公式 Q=1.163G(Tg-Th) 式中： Q ----------热水传递的热量，KW; G ----------循环流量，t/h;
Tg ---------- 供水温度，℃；
Th ---------- 回水温度，℃； 可知换热站内一次管网的流量和供回水温差是影响 整个换热站耗热量的主要参数，因此怎么降低流量 和增大供回水温差是节热的技术要点；
调度中心管理系统 调度中心可以实时接收换热站、公共建筑现场 采集系统传输上来的各种运行数据，系统将实时 运行参数存储在中央数据库中，为后续的管理、 分析、控制提供基础数据。 调度中心管理系统可以实时对上传数据进行连 续动态分析，并可以根据分析结果下达调节指令。 同时，应该能够接收其他专业分析、预测系统的 数据或指令，对全网热力站的运行劲挺调控。 实时影像监控系统 在换热站安装监控摄像设备，可以将换热站的 实时影像传输到调度中心，进行运行设备的实时 表象观测，实现无人值守换热站的数字化安防监 控。
三、无人值守换热站的自控系统
1、换热站的自控系统结构
。
2、换热站自控系统的组成

换热站运行控制系统
采用标准化的 PLC 、传感器、执行机构、计量 设备，组成的一套换热站无人职守自动化运行控 制系统，可以实现按需求供热、按要求供热、独 立补偿运行、集中统一调度运行等功Hale Waihona Puke Baidu。

数据通讯系统
系统能够通过各种网络系统（宽带、 GPRS 、 CDMA等），将换热站及公共建筑的实时数据传 输到调度管理中心，管理中心也可以通过网络系 统将控制指令下达到现场控制器，执行控制调节 指令。

该系统会占用大量的通讯带宽，建议设立时， 采用独立的通讯线路、通道，或采用其他技术手 段合理分配同一线路、通道下的使用带宽。 调度中心大屏幕指挥系统 以 LCD 液晶显示单元为基础，通过框架拼接， 采用软件控制或硬件处理器控制的大屏幕显示系 统，安装各种调度指挥、运行控制软件，显示各 项参数、曲线、图像，建立一套热网运行调度指 挥系统。
北京 天津 石家庄 太原 沈阳 大连 长春 哈尔滨 济南 青岛 郑州
120 119 112 135 152 131 170 176 101 110 98
-9 -9 -8 -12 -19 -11 -23 -26 -7 -6 -5
-1.6 -1.2 -0.6 -2.7 -5.7 -1.6 -8.3 -10 -0.6 -0.9 -1.4
一般的老旧供热管网存在水利失调、流量严重 浪费等问题，换热站内皆无流量调节设备，根据 一次管网的调节系统具体分析：

当一次管网为定流量系统时，在换热站内可选择 安装自力式流量控制阀；根据换热站的供暖建筑 面积算出流量值（按万平米建筑面积需25-30T/H 循环水计算），在自力式流量控制阀的最佳流量 范围确定其规格型号；一般换热站内的自力式流 量控制阀安装在一次回水管上，因为该处温度相 对较低，可延长阀门的寿命，压力稳定，污物少； 当一次管网为变流量系统时，在换热站内可安装 电动调节阀，一般站内电动调节阀安装在一次供 水管上；通过电动执行器的 PID控制，结合外温 曲线，最终控制二次管网的供、回均温或回水温 度


Q1=35*3600*24*120*800000/10^9=36288GJ Q2=30*3600*24*120*800000/10^9=31104GJ； Q1-Q2=5184GJ,每GJ按33元计算，节热的总价 =5184*33=171072元；
由此可见，对于换热站内单位热指标的实时监控 及分析对比是相当重要的；通过相关通讯手段把 站内超声波流量计的累计热量、瞬时热量等参数 上传至调度中心上位监控系统中，在上位系统中 通过相关公式计算出当前单位热指标及瞬时单位 热指标等关键数据；


调节换热站的气候补偿曲线，曲线方程为 y=Ax+B，其中y为计算出来的目标标温，A为比例 系数，x为室外温度，B为截距系数。如下图：图 中有两条曲线，绿色代表当前换热站所使用的曲 线，红色的虚线代表将要修改的曲线，左下角的 表格展示了将要修改的曲线的几个关键点对应的 外温和标温。

通过相关的节能改造，降低了一次网流量，改 变了换热站之前粗放的运行模式，从而导致站内 实际单位热指标的降低；以北京为例采暖计算室 外温度为-9℃，采暖室外平均温度为-1.6℃，现 有建筑的设计热指标为43.82W/m2，耗热量指标 为31.82W/m2；而节能建筑的设计热指标为 28.37W/m2，耗热量指标为20.6W/m2；当换热 站运行一个采暖季后，可计算换热站所供建筑面 的单位热指标，然后与上一采暖季进行对比分析，
20.6 20.5 20.3 20.8 21.2 20.6 21.7 21.9 20.2 20.2 20
31.82 31.54 31.23 32 32.61 31.69 33.38 34.41 29.02 28.35 27.71
43.82 44.36 43.66 46.37 50.91 46.89 52.04 52.93 45.08 44.04 42.2