关于供热系统能量消耗问题的几点分析

关于供热系统能量消耗问题的几点分析

摘要：热能工程专业研究能源科学领域中的关键科学理论、技术及方法，尤其是研究能量的传递、转换、储存及合理利用的一般理论与技术。随着常规能源的日渐短缺，人类环境保护

意识的不断增强，对能源的节能及高效利用已成为重要研究方向，为此，论述了供热系统消

耗能量的环节，分析了供热系统能耗悬殊的原因，并提出提高供热热源利用率的措施。

关键词：热能工程；供热系统；能量消耗

我国热能工程专业形成于20世纪50年代。热能工程是以工程热物理学科为主要理论基础，

以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研究对象，运用工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容，研究如何把燃料的化学能

和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程

中的系统和设备的自动控制技术。热能工程是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型

产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着

极其重要的作用。热能工程是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面

临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。未来能源发展中，如何充分利用天然气、

水电、核电等清洁能源，实现能源、经济、环境的可持续发展将是中长期能源发展面临的重

要选择。

1 供热系统消耗能量的环节

供热系统由热源反热能送达热用户，一般都要经过热制备、转换、输送和用热这几个环节。

我国城市集中供热热制备主要来自燃烧化石燃料（煤、油、气）的区域锅炉房和城市热电厂。区域锅炉房的主要耗能设备是锅炉、燃料输送及灰渣清除机械、鼓风机和引风机、水制备和

输配系统的水泵（循环水泵、补水泵和加压泵）；它们耗用的能源是燃料、电力、水和热；

通常可以用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。热电厂是由抽凝式、或背压式（包括恶化

真空）供热机组排（抽）汽通过热能转换装置（通常称为首站热交换器）传递给热网系统；

首站是供热系统的热源，主要耗能设备是热交换器、输配系统的水泵。它们耗用的能源是蒸汽、电力、水和热；通常可能用单位供热量的消耗量来评定耗能水平。

热能输送由热网承担，供热管道由钢管、保温层和保护层组成，其结构依敷设而异。管道敷

设有架空、管沟和直埋三种方式。它们的能量消耗是沿途散热的热损失和泄漏的水、热损失。

能量转换是通过热力站交换器把一级网的热能传递给二级网，并由它输送到热用户。热力站

是二级网的热源，主要耗能设备是热交换器、二级网系统循环水泵和补水泵。

用热环节即终端系统用热设备。城市集中供热主要是建筑物内的采暖。

2 系统能量消耗的几个方面

2.1系统热耗。供热系统从热制备→转换→输送→用热环节的能量进入和输出必须相等，即：输入能量=可用能量+∑能量损失能源利用率=可用能量/输入能量可以这样认为：供热系统是由多个子系统组成。热用户是终端，采暖散热器是终端用热设备。热力站、二级网和终端组成

二级网子系统，热力站热交换器成为该子系统的能量转换点，一级网水则为它的热源。锅炉

房（或热电厂首站），一级网和热力站组成一级网子系统，热力站是该子系统的热用户，锅

炉受热面（或首站热交换器）成为能量转换设备，锅炉（或热电厂流经汽机制蒸汽）是热源。锅炉本体（或热电厂）自成一个子系统，称为热源子系统。若设采暖散热器耗为NO，二级

网管路热损失为E1，泄露漏热损失E2，热力站内热损失E3，二级网管路热损失为E4，泄漏

热损失E5，锅炉房（首站）内热损失E6。输入能量是燃料热N3，能量损失包括化学不完全

燃烧损失E7、固体不完全燃烧损失E7、飞灰热损失E8、灰渣热损失E9，排烟热损失E10、

（热电厂还应增加一项；供热分担的厂内热损失E11），输出则是二级网子系统的输入能量

N2。

则：一级网子系统的输入热量N1=NO+E1+E2+E3

一级网子系统热能利用率B1=100×NO/N1（%）

二级网子系统的输入热量N2=N1+E4+E5+E6

二级网子系统热能利用率B2=100×N1/N3（%）

热源子系统的输入热量N3=N2+E7+E8+E9+E10（+En）

热源子系统热能利用率B3=100×N2/N3即锅炉热效率（热电厂热效率）（%）

供热系统热能利用率B=B1×B2×B3。

2.2系统电耗。系统电耗评估与热能评估一样可以子系统后叠加。系统主要耗电设备有循环

水泵、补水泵、鼓风机和引风机等。

2.3系统泄漏损失。系统泄漏损失导致水资源和热能两方面损失。

3 供热系统能耗悬殊的原因分析

3.1设备效率的不同。锅炉热效率是衡量热源子系统热能利用率的指标。体现燃料热被有效

利用的程度。燃煤供热锅炉的设计热效率（≥7MW）一般在75~85%（燃油、汽供热锅炉热效

率在90%左右）。但在使用时，由于锅炉结构、燃料供应、技术水平、管理水平、人员素质

等方面不同的原因，使锅炉的运行效率差别很大。

3.2输送条件的不同。热网热效率是输送过程保热程度的指标，体现管道保温结构的效果。

一般热网热效率应大于90%~95%。从上面实测情况看，直埋敷设管道能达到这一要求；而架

空和管沟都达不互要求，其热损失远大于10%。

3.3运行技术水平的不同。热网水力失调度是流量分配不均程度的指标：按用户热负荷分配

流量，使每个用户室温达到一致且满足要求，则失调度为1，即热网无水力的失调，若分配

不当，出现冷，热不均现象，说明有水力失调，其失调度是大于或小于1。大于1，会把用

户室温过高，导致热量浪费，小于1，会使用户室温达不到要求，供热不合格是不允许的。

按照室外温度绘制运行负荷图、温度图、流量图甚至时间图，并以它们指导运行。这样可以

避免初、末寒期供大于需，浪费能量。

热源的容量和台数是由设计人员根据设计负荷、最大负荷、最小负荷和平均负荷的大小而确

定的。运行时应根据热负荷的大小选择投入台数，这是因为锅炉热效率是随运行负荷变化的，一般地说，每台都维持在80%以上负荷能获得高效率运行。低负荷运行效率降低，这里有10%以上的节能潜力。

3.4管理体制和水平的不同。供热单位正处于体制转轨过渡时期，自我经营、自我改造和自

我发展的思想和能力有差别：在供热从福利变为商品、经营单位从事业机构转变以的期间，

有的已经成为自负盈亏的企业（包括承包的），为质量保证和效益驱动，在上级主管部门支

持下积极以科学技术改进和完善系统，以高质量商品供给用户，以减少能耗来降低成本和提

高经济效益。

供热单位管理水平的不同显著影响能耗：人员和技术管理、系统和设备的检查、保养、维修

和改造更新等差别对能耗影响是不言而喻的。