小区供热系统的设计与应用分析.docx

1、小区供热系统的设计与应用分析摘 要据统计我国19952000年，全国城市新建住宅建筑面积约2.4亿，其中上海每年新建约1500万，北京约1000万，天津约600万，大连约260万.20002010年，预计每年新建住宅建筑面积约3.4亿. 集中供热以其环保、安全、稳定、高效的优势，标志着城市的现代化。本文概述了总建筑面积70万的住宅小区供暖工程，分别从热源（主要指生产和制备一定参数热媒的锅炉房）、供热管网的工艺设计以及系统运行等方面进行了介绍。热网高温水管道均采用直埋保温敷设，整个工程自1994年陆续投入使用至今，由于管网布置较合理，管道保温效果较好，供热系统运行良好。 本文还简要回顾了我国建筑

2、节能的演变及与发达国家的差距，结合本小区供热系统在应用过程中所表现出来的一些较为突出的问题，借鉴国内外一些相关的研究成果和成功的改造项目，提出了一些较为可行的节能措施，简要分析建筑节能对环境保护的重要性，为今后工作中遇到类似问题提供参照。关键词： 供热系统 运行 建筑节能 ABSTRACTAccording to the statistics in 1995-2000, the city of new residential construction area of about 240 million square meters, including Shanghai New Year abo

3、ut 15 million square meters, Beijing about 10 million square meters, tianjin, dalian about 600 million square meters around 260 million square meters. 2000-2010, every new residential building area is about 3.4 million square meters. The central heating in environmental, safety and stability, high e

4、fficient, marks the modern city.This paper summarizes the total construction area is 70 million square meters of residential heating projects, separately from the heart source (mainly refers to the production and the preparation of certain parameters pipeline heating boiler), process design and oper

5、ating system etc. Were introduced. The whole project put into use in succession since 1994, due to pipe arrangement more reasonable, pipe insulation effect is good, heating system is running well. This paper also reviewed the evolution of building energy efficiency and the gap with developed countri

6、es, combined with the district heating system in the process of application of some outstanding problems at home and abroad, some related research achievements and successful projects, and puts forward some feasible measures of energy saving of buildings, this paper analyses the importance of enviro

7、nmental protection, in order to provide work in similar problems.Keywords：Heating system running Building energy efficiency第一章 绪 论 1第二章 供热系统的基本概念第三章 中国供热采暖技术发展概况 第一节 热力供热 第二节 锅炉供热第四章 天津市某小区供热系统第一节 工程概况第二节 小区供热系统运行第三节 小区供热系统调节第五章 小区供热系统节能潜力分析第一节 中国供热采暖系统现状分析第二节 小区供热系统消耗能量的环节和评估第三节 依靠科学技术提高供热热源利用率主要参考

8、文献第一章 绪论 人类利用热能是从熟食、取暖开始，后来又将热能应用于生产中，并经过长期的实践，丰富和发展了供热理论。我国城市供热主要分布在陇海线东、中段以北，全部城市居民人口约为1.5 亿。据国家建设部综合财务司2004年城市建设统计公报显示，我国城市供热的管道长度在逐年增加，1996年的蒸汽管道长度为9577km、热水管道长度为24012km，到2003年，分别达到了11939km和58028km，分别增长了24% 和142%。 1996-2003年我国热水供热总量平稳上升，从5.6310kj上升到12.910kj，年均增长12.6%。蒸汽供热总量增长更为迅速，从1996年的17615t，到

9、2003年已达到171412t，增长了近10倍，年均增长38.4%。从全国来看，我国城市的房屋建筑面积、住宅建筑面积逐年稳步增长，这表明我国城镇化水平在不断提高，居民生活条件有明显改善，城镇供热面积也必将随着房地产市场的迅速发展而不断扩大。2004年我国集中供热面积有21.6亿，集中供热普及率为25%，虽然已取得了长足的进步，但较瑞典、芬兰等国家50%左右的集中供热普及率来比还存在着较大的差距，这也从另一方面说明了我国城市集中供热行业有着巨大的发展潜力。 随着社会主义市场经济体制的建立，计划经济体制下形成的城镇供热体制，越来越不适应当前经济社会发展的要求，出现了一些深层次的问题和矛盾，阻碍了供

10、热事业的正常发展。自1993年，我国城市供热收费难的问题就开始显现出来。1995年国务院办公厅针对“三北”地区不能正常供热问题，专门下发了关于搞好“三北”地区城市供热工作的通知，提出“要按照建立社会主义市场经济体制的要求，积极稳妥地探索和推进城市居民住宅热费制度的改革”。1998年以来，全国人大代表和政协全国委员，就“三北”地区特别是东北地区的冬季采暖问题，提出了很多提案和建议。2003年7月，为尽快解决“供热难”的问题，建设部、国家发改委、财政部、人事部、民政部、劳动和社会保障部、国家税务总局、国家环保总局等国家八部委联合下发了关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见，决定在我国东北、华北、西

11、北及山东、河南等地区开展城镇供热体制改革的试点工作，这标志着我国城镇供热体制改革进入了实质性阶段。长期以来，我国北方城市的供热行业一直作为社会公用事业，由政府独家经营、福利供热、单位统包，不适应社会主义市场经济的发展要求，不能从根本上解决城镇居民的供热采暖问题，严重制约了城市供热行业的发展。搞好城市供热体制改革，对于促进城市供热事业快速发展、提高居民生活质量、维护社会稳定意义重大。 新中国成立56年来，供热事业有了很大发展，对国家经济建设、提高人民生活水平和改善环境发挥了重要作用。1996-2010年，是我市社会主义现代化建设进程中，承前启后、继往开来的重要时期。城市供热行业由热力的生产和热力

12、的供应两部分组成。热力生产即通常所说的热源，有热电联产、集中锅炉供热、分散锅炉供热、地源热泵、水源热泵等多种形式。热力的供应需要有供热管网作为基础，属于城市公用事业。 随着人民生活达到小康水平目标的实现，国家在能源政策上提出了节约与开发并重的方针，在城市环境保护和节约能源上采取了一系列措施，各地方城市供热产业得到了迅猛发展，形成了以热电联产为主，集中锅炉房为辅，其他方式为补充的供热局面。在2009-2010年中国城市供热行业市场预测及投资分析报告中，城市供热行业的高级研究员和资深业内人士在充分的市场调研和专家座谈的基础上，通过分析过去五年内城市供热行业的发展历程和变化特征，深刻剖析了城市供热行

13、业的运行规律及发展现状，并根据市场需求的变化、项目的实施进度以及产业政策规划等方面对未来五年内城市供热市场的走向做出尽可能合理而准确的预测。第二章 供热系统的基本概念人们在日常生活和社会生产中都需要大量的热能，如在生活中煮饭、饮水、洗涤、医疗、消毒和采暖等，再生产中拖动、锻压、蒸煮、烘干以及直接或间接加热等。热能工程是将自然界的能源直接或间接的转换成热能，满足人们需要的科学技术。热能工程中，生产、输配和应用中、地位能的工程技术称为供热工程。热媒是可以用来输送热能的媒介物，常用的热媒是热水和蒸汽。供热系统包括热源、供热热网和热用户三个基本组成部分。（1）热源是指生产和制备一定参数（温度、压力）热

14、媒的锅炉房或热电厂。（2）供热热网是指输送热媒的室外供热管路系统。主要解决建筑物外部从热源到热用户之间热能的输配问题。（3）热用户是指直接使用或消耗热能的室内采暖、通风空调、热水供应和生产工艺用热系统等。一、常见的热源方式供热系统是由热源、供热热网及换热站、热用户(即室内供热末端)组成的循环系统。按照提供热源的形式,常见的供暖方式有集中供暖和分户供暖两大类。1.集中供暖集中供暖是目前城市中最为普及的供暖方式,由供热站统一向热用户提供热源。 2000年以前的建筑基本都是此方式的单管顺流供热系统，整栋楼的供暖末端只能统一开、关,不利于供热部门管理, 对用户来说也存在底楼与顶楼温差大等诸多不便。20

15、00年建设部发布了 民用建筑节能管理规定(第76号)之后,新建的多数集中供暖的建筑采用了集中分户的双管水系统,虽然还是集中供暖,但实现了每户单独开关供暖末端的基本要求,为热量的按户计量提供了条件。目前最广泛应用的是区域锅炉房和热电厂，该热源是使用煤、油、天然气等作为燃料，燃烧产生的热能，将热能传递给水而产生热水或蒸汽。此外也可以利用核能、地热、电能、工业余热作为集中供热系统的热源。2分户供暖分户供暖的形式,是由用户单独设置供热源,如采用燃气炉、热泵机组等,用户可以根据自身需要灵活控制采暖温度、时间等。由于该方式控制上更加具有主动性,同时为开发商节省了初投资,因而迅速发展。二、 常用的散热方式(

16、供热末端形式)目前,城市供暖的散热方式主要有三种:散热器、地板辐射和风机盘管。1.从舒适度来讲,地板辐射最舒适,但对装修和维护的要求高;2.从节能来讲,风机盘管便于控制,除了可以根据需要调节风速来达到不同的舒适度要求,还由于是强制对流,因而具备从启动到达期望温度所需时间短的优势。至于选择何种供热末端所考虑的主要是初投资运行费用(包括维修保养),以及使用的舒适性。第三章 中国供热采暖技术发展概况冬季采暖是中国北方地区城镇居民的基本生活要求。新中国成立56年来，供热事业有了很大发展，对国家经济建设、提高人民生活水平和改善环境发挥了重要作用。20年来，我们经历了前所未有的加强围护结构保温性能、供热采

17、暖系统节能、热计量方式、改变燃料结构以及供热方式多元化的全过程，为寻找适合中国的技术路线，同行们作了极大的努力。让我们先一起回顾一下热力供热和锅炉供热的发展概况。这样做一方面是为了让我们看到成绩，增强信心；另一方面是因为只有了解过去，才能更深刻地分析现状，明确今后的努力方向。第一节 热力供热中国采用热电联产的城市集中供热方式，是在1958年由北京市建设第一热电厂开始的，48年来经历了曲折发展的过程。在最初的10年中曾有过较快的发展，如继北京市之后，1968年东北地区的沈阳市也率先开始发展集中供热，但是后来在很长一段时间里，一直发展缓慢。改革开放后，尤其是1986年国务院22号文件的颁布，对“三

18、北”（东北、西北、华北）地区集中供热事业的发展起到了重要的推动作用，各大、中城市积极规划和实施。据统计，1980年北方只有10个城市建设了集中供热设施，到1989年已有81个城市发展了集中供热，供热面积达1.56亿m2。最近的15年来更有了快速的发展，2003年全国600个设市城市中，有集中供热设施的城市已达到了321个，供热面积18.9亿m2，是15年前1989年的12倍。热水管网5.8万公里，蒸汽管网1.19万公里。北京市的热力供热近十几年来也得到了很快发展，供热面积由1989年的1675万m2，增加到2004年的8487万m2，目前已突破9000万m2，是1989年的5.7倍，其管网能力

19、尚有很大余量，只是热源不足。在热力供热发展的进程中，时刻伴随着技术进步。如过去因存在运行管理水平低和缺少有效的调控装置而造成热用户冷热不均，曾采用过加大系统循环流量和提高供水温度的办法试图加以解决，实际形成了“大流量、小温差”的不合理运行，不仅不能从根本上解决问题，反而浪费了能源。后来通过采用国外先进调控装置（包括消化吸收研制国产化产品）才得到了较好的解决。再如，过去的运行调节普遍采用质调节，目前正在探索质、量并调以及为提高供热的可靠性，将枝状单热源系统变为多热源联网的环状供热系统等，这些技术都正在有效地实施和推广之中。此外，大部分供热企业已经在热源的生产和热网的输配上采用了计算机监控技术，而

20、供热企业管理的信息化建设尚处于起步阶段。现在存在较为普遍的仍是因过热造成能源浪费的问题，这是因为热力供热企业一般只管到热力站，而二次网和热用户终端是由单位自管，因此解决起来难度较大。第二节 锅炉供热回顾热力供热艰难、曲折的发展进程，不难看出，正是由于热力建设跟不上城市高速发展的需求，在缺少热力供热和锅炉供热统一规划的条件下，必然导致锅炉供热自发、无序的发展，最终形成了单台锅炉容量小、能耗多、污染大的众多分散小锅炉房在“三北”地区各大、中城市占主导地位的被动局面。据全国供暖专业网1989年对“三北”地区八大城市的调查，锅炉供暖占82%，热力供暖占15%，其他占3%。尽管北京市2004年热力供热已

21、发展到8487万，而其在全市供热的份额中仍只占19.8%。这表明抓好锅炉供热十分重要。第四章 天津市某小区供热系统第一节 工程概况本工程是为了解决天津市某区域住宅小区冬季供暖问题而建的小型供热站 ,位于天津市南开区，可为总建筑面积约70万的住宅区提供热源,居住总人口约 4万人。一、 供热系统设计概况本工程供热系统热媒采用供热站提供的130 /80 一次热水 ,经一次水管网送至小区各换热站 ,在换热站换热后送出 95 /70 二次水至各供暖热用户。供热站设有2台额定热功率21MW，DZL21-1.25/130/70-AH（大鳞片式链条炉排）型热水锅炉,受热面积716.8,锅炉重量263537额定

22、出水压力1.25Mpa,炉排面积30.4，有效面积30，提供整个小区供暖负荷。锅炉房内一些其他附属设备包括：1.软化水设备 2个 220V/50HZ2.补水泵 4台3.循环水泵 2台4.除氧器 2台 型号：CY-15(常温海绵铁除氧器) 工作压力：-70.6Mpa 内胆直径：1000mm 设备重量：2566 处理水量：15m3/h 工作温度：5-90 罐体高度：2940m5.除杂机 2台6.电动机 2台 380V/240A/132KW 1435转/分 50HZ7. 除尘器 2个二、 供热管网的布置及敷设由于只有一个热源 ,供热管网采用枝状布置 ,具有管网形式简单、投资省、运行管理方便的特点。供

23、热一次、二次管网均采用直埋保温 ,1.0MPa 饱和蒸汽管线内层涂耐高温的复合硅酸盐浆料 ,外层采用改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料。三、 管道热补偿在该小区供热管网的设计中 ,由于主管线均沿主要道路敷设 ,道路两侧布满了建筑物 ,加之各类管线多 ,管径大 ,因此采用通用 (TB 型) 波纹管补偿器 ,设在补偿器井内 ,以便于管理维护。四、管道保温层厚度供暖二次水供回水管及一次水回水管的保温材料采用耐温可达120 的聚氨酯硬质泡沫塑料,外保护层采用玻璃钢。当管径大于等于 DN300时外保护层玻璃钢厚 3.5mm,当管径小于 DN300时外保护层玻璃钢厚 2.5mm。供暖一次水供水管保温材料采用耐温可达

24、150 的改性聚异氰脲酸酯泡沫塑料。外保护层采用玻璃钢 ,当管径大于等于 DN300 时玻璃钢厚3.5mm,当管径小于 DN300 时厚 2.5mm。参照国家标准设备和管道保温设计导则(GB8175)经济保温层厚度计算方法 ,分别计算出不同管径、不同介质温度下保温层的经济厚度。五、管道固定支座及固定支座推力1.固定支座推力由于供热管线采用直埋敷设 ,而设计时缺乏比较完善的直埋敷设管道固定管墩承受推力的计算资料 ,只能参照架空敷设管道固定支架推力计算法 ,对某些参数进行适当调整 ,如在热伸长量的计算中 ,考虑到直埋管道受到土壤摩擦力的约束,取自然膨胀伸长量的一半。在计算固定支座承受推力时 ,波纹

25、补偿器的弹性力按照波纹补偿器不预拉计算 ,实际上波纹补偿器进行预拉 ,将不预拉和预拉二者的差值作为设计的富裕量。2.固定支座形式设计时采用的固定支座结构形式见下图。这热负荷为 57951kW,考虑管网的热损失及漏损取种固定支座的特点是挖土量少 , 固定支座处的保温好处理 , 施工简单。固定支座的尺寸根据作用在固定支座上的推力及管径确定。当管线多于两根时 ,可以做联合固定管墩。 管道固定支架示意图第二节 小区供热系统运行该工程自1994 年投用使用至今,供热系统运行效果很好 ,即使是2000年1月室外日平均气温持续多日在 -4 -15 之间 ,整个供暖用户室内温度亦均达到设计要求。该小区总建筑面

26、积为70万,计算总供暖热负荷约为 42721kW,考虑管网的热损失及漏损取系数 1.1,实际要求供热站的供热能力应达到 47.0MW,而实际2台热水锅炉的额定供热量为42MW,与计算值相比略有欠缺。下表中列出了2000 年1月1824日晨 8:00 的部分运行参数 ,计算出的供热站总供热量也列于其中。在这一段时间内室外气温持续在 -4 -15之间 ,较长时间低于规范规定的 -9 。 2000 年 1 月 1824 日晨 8:00小区供暖系统部分运行参数表供热站 (一次水) 换热站一次水二次水日期流量（t/h）供水温度（）回水温度（）计算热量（MW）供水温度（）回水温度（）供水温度（）回水温度（

27、）18192021222324874849860871849861867114.2112.6111.1103.9113.6111.911284.277.879.373.479.677.478.130.534.431.830.933.634.534.2110110107 100109108108737373677272718686858186858468686862676865由表中可见 ,供热站热水锅炉的实际总供热量约在30.534.5MW之间，占目前2台热水锅炉总额定供热量的 82.1%,实际运行热负荷指标为50.1W/m ，实际运行热负荷指标小于计算热负荷指标61.0W/m ,主要有以下3

28、 方面原因:1.在供热系统的设计过程中 ,供暖系统布置合理 ,换热站设在比较靠近负荷中心的地方 ,热量分配比较均匀。2.由于使用了直埋保温管 ,管网的保温性能提高 ,热损失大大降低。测试结果一次水供水管每 km 温降是 0.33 ,明显优于其它材料。3.在小区住宅设计中严格执行民用建筑节能设计标准,使住宅的耗热量明显下降。第三节 小区供热系统调节为了保证住宅小区不仅能在室外设计温度（如天津市室外计算温度-9）的条件下，维持室内设计温度（182）标准，同时还应该保证在其它任意非设计室外温度条件下，也能合理调整热媒参数保证室内温度，作到既能保暖又节煤，那么，不仅需要有正确的设计，还必须认真搞好热水

29、供暖系统的运行调节，否则是难于实现。该小区集中热水供暖系统中，tg=95,th=70,并配之以分阶段改变流量质调节的运行调节方法（以下简称“TJ”方法）。系统实际管网和设计容量过大（如水泵、管网直径），过多（如散热器），普便为“大流量小温差”、并且是低温工况下的运行方式。尽管这种方式可以“弥补”一些设计方面和运行方面的不足，但相对一次性投资较大，运行耗电较多，则与我国目前的经济状况反差太大，不相适应。以下就结合运行调节方式，从减小管网计算流量、加大设计供回水温差入手探讨相对而言较为经济的设计和运行调节方法。一、运行调节方法及管网计算流量目前国内小区供暖设计上考虑采用运行调节方法，都是“TJ”方

30、法，总结其原因是：1.短期内热水供暖系统的设备水平还难以实现逐室逐户的个体调节，只能在热源或热力站进行集中或局部调节。2.单纯的集中质调节或量调节又各有不可克服的明显弊病。3.虽然热水供暖系统的最佳调节工况为质和量的综合调节，但亦因目前的设备及水平有限还难以广泛应用。4.间歇调节并非象一些外行人认为可以节煤，如果说已经节煤则是以允许室内温度有过大的波动为前提的。而且即使有很多是设计按“TJ”方法，而实际运行上则采用了间歇调节的供暖系统是相当普遍的，其主要原因往往都是设备容量过大，只能靠减少运行时数来提高负荷比，这不属于设计上应考虑的范围。而由于“TJ”方法相对融合了质调节和量调节的长处，并且易

31、于实现，则被设计者广泛采用之。但是，目前所考虑采用的“TJ”方法从理论上讲，在小流量阶段（如设计流量的75%）使运行电耗降低幅度很大，但实际运行中往往仍按“大流量小温差”运行，而未达到节电目的。另一方面，从室外气温分布的情况看，很多地区整个供暖期中可按小流量运行的时间占50% 以上。而从管网的综合经济性看，在一次性投资极为紧张的我国，管网长期处于低负荷运行则显得太不经济。二、供回水计算温度及散热器计算在设热负荷以定条件下，当计算流量相对取较小，但回水计算温差必然应加大。对于一般热水供暖系统，在供水温度不能有大幅度提高的限制下，只能降低回水温度，这就意味着在计算上的结果散热面积要增加。尤其是对于目前占绝对多数的多层，中高层建筑的室内供暖系统大都是上供下回垂直单管顺流式系统，下层散热器要明显增多。否则必然要发生“竖向热力失调”。这也是为何虽然设计中注明采用“TJ”的运行方式而实际大多数运行中并不减小流量，而且更多采用“大流量小温差”的主要原因之一。当然，导致“上热下冷”的竖向热力失调有诸多因素，如热负荷计算不够准确完善，管道散热未能准确计入等等。因而目前设计者大都在散热器决定布置时，往往经验性地相对于计算结果普遍附加的