天津市某小区供热系统诊断及节能改造研究

高洪波 吴春玲

天津市某小区供热系统诊断及节能改造研究

高洪波1吴春玲2

1天津华电北宸分布式能源有限公司
2中国建筑科学研究院天津分院

以天津市某小区供热系统为研究对象，分析了既有供热系统存在的缺陷和问题，提出了“三段式”供热诊断模式，针对改造方案和改造效果进行了节能量、减排量和社会效益分析。改造效果表明，“三段式”供热诊断模式能够有效地克服供热系统建设与管理过程中的脱节，实现设计、施工和运营的无缝对接，为天津市乃至全国供热市场探索出一种新的可推广、易借鉴的供热诊断模式。

供热诊断计量供热水力平衡节能改造

0 前言

天津市某小区供热系统2012年11月投入运行的初期阶段，由于锅炉、二次网循环泵等设备不同程度地发生故障，供热系统整体调试不当等原因造成用户成片不热的现象多次发生，严重影响居民的正常生活，给社会带来了一定的不稳定因素。在供热质量多次出现问题的同时，供热能耗亦居高不下，单位建筑面积消耗的天然气量达12.89m3，远远高于天津市三步节能建筑所应有的能耗水平。为此，北辰区政府领导责成相关管理部门积极采取应对措施，组织行业专家对该供热系统进行全面诊断并要求参建单位进行有效的整改工作。

经过全面的供热诊断和节能改造，该供热系统从2013年11月15日起（第二个采暖期）开始供暖运行稳定。居民普遍反映室内温度有显著提高，供热企业供热同期能耗亦有所下降，对供热系统的诊断和改造取得了初步成效。考虑该小区作为天津市三步节能的新建建筑，其供热系统运行的首年即出现大面积供热问题，引起群体上访和能耗超标等问题，这一事件的发生引发业界诸多的思考与讨论，其中涉及到建设管理系统体制、机制的问题。建管脱节现象是当前建筑节能领域和供热系统普遍存在问题。因此，将此次供热诊断和改造的经验做简单的介绍和总结，以供同行们参考与借鉴。

1 项目概况

天津市某小区是天津市第三批小城镇建设试点之一，占地面积2475亩，总建筑面积约60万m2，其中一期建筑面积为280856m2。本次供热系统节能改造研究对象为一期工程。

该小区供热系统既有设计方案中热源为两台15t的过热蒸汽锅炉，二级换热站共4个，包含7套换热机组，住宅63栋，83个热力入口，公建11个热力入口。供热系统一次网的设计供回水温度为110℃/70℃，二次网的设计供回水温度为55℃/45℃。系统末端分高低区，室内采暖末端除公厕外均采用地板辐射采暖系统。

2 问题诊断

2.1“三段式”供热诊断模式

集中供热系统是一种涉及多专业的复杂系统，它的每一部分都对供热质量和供热能耗有着不同程度的影响[1～2]。我国现行的建设程序，由建设单位投资、设计单位设计、施工单位安装、运营单位运行。虽各司其职，却又相互隔裂，这就是所谓的“建管脱节”。该小区供热系统的问题就是正是由于“设计与施工的脱节，施工与运行管理的脱节”，一系列供热体制和机制问题造成的。

因此，笔者在提供项目改造咨询过程中创新性的提出了“三段式”供热诊断模式，即在设计阶段提供供热节能专项审查，实现“关口前移”；在设备施工安装阶段进行现场核查，实现“过程管控”；在运行阶段，展开供热稳定和供热节能性指导，最终实现“结果考核”的“三段式”供热诊断模式。通过三段式供热诊断模式在该项目的实践经验可知，该供热诊断模式能实现设计单位、施工单位、供热企业及政府监管部门之间的无缝对接。

2.2供热系统中存在的主要缺陷和问题

通过复核该还迁房建筑的设计资料、现场施工设备核查及运营参数记录发现，其供热系统存在的主要缺陷和问题有：

1）整个供热系统虽按照“三步节能”住宅的相关标准设计，但由于设计的各部分割裂，不衔接，设备安装不到位，使整个系统不能够实现计量供热所要求的“变流量”运行模式，违反了国家相关强制性条文。

2）板式换热器阻力大，热交换器效率低。二次网换热站的板式换热器的阻力和效率大小直接影响到系统的供热能力和供热质量[3]。板式换热器二次侧的压降值一般为20kPa～50kPa，供热系统运行数据显示，该还迁房部分换热站的换热机组最大的压降值达300kPa。经换热站板式换热器示范拆装后发现，一次水侧换热板片有明显油污，严重影响换热效率，二次水侧板换片有约0.5mm水垢，且板换流道内有很多颗粒杂质，增大了换热阻力。

3）一次网和二次网均存在严重的水力失调度，“近端热远端冷”现象十分显著，且各热力入口均安装不可调节的定压差阀，不能满足不同工况下管路系统的阻力变化。表1给出了一次网热量失调的情况，数据显示，位于整个地块最远端的住宅楼水力失调最为严重，低区、高区的实际运行流量均小于设计流量近一半。供热系统的水力平衡是稳定供热、节能供热基础[4～5]，水力不平衡必然造成“末端不热”的现象发生。

表1 一次网热量失调率

4）供热能耗居高不下，而采暖末端室内温度却严重不达标。项目运营参数中，采暖季单位建筑面积燃气消耗量达12.98m3/m2，远高于天津市供热能耗9.88m3/m2的平均水平。

5）补水泵定压点选取过低，导致锅炉运行效率较低，且锅炉房未设置自控装置，无法实现气候补偿，不能满足锅炉根据负荷变化进行自动燃烧调节的要求，且未设置热量表和流量表，无法核算锅炉效率。

6）换热站设计热负荷直接采用建筑末端的计算负荷，未考虑管网效率带来的负荷损失，导致二次网循环水量的设计流量偏小，会造成二次网水力失衡现象。

7）户用热计量表安装未实现远传，计量功能不完善，无法起到计量装置应有的作为能耗诊断、分析的工具，而仅仅作为满足施工验收，现阶段热计量装置提供的计量功能无法满足计量供热的要求，实用性不强。

3 改造方案

3.1热源改造方案

1）增大锅炉出口管径，改善锅炉出口蒸汽管径过小导致频繁出现的憋气现象。针对原来锅炉蒸汽出口两根串联的DN150的蒸汽管改造为两根并联管径均为DN200的蒸汽管作为两台锅炉的出口。

2）锅炉房增加自控系统，加装气候补偿器，对一次网循环水泵加装变频装置并纳入锅炉房的自控系统中，并在各换热站安装热计量表。通过加装气候补偿装置，使得热源供给量能够随着末端负荷的变化和室外温度的变化而自动调整，从而实现“变流量”运行模式下实现“气候补偿”和“温度补偿”的两大功能，并从源头到末端自动控制和安全联锁保护设置方案。

3.2换热站改造方案

1）对各个换热站的换热器进行拆洗，最大程度的清洗油污，以减小板换阻力，提高管网系统的供热能力。

2）更换了部分换热站的补水泵，选取更高扬程的补水泵以解决二次网定压不稳定的故障。

3）换热站的二次网循环泵加装变频调节装置，设置气候补偿装置，建立集中监测平台，将末端热表计量数据、气候补偿装置、水泵变频调节装置纳入统一的监测平台中。

3.3末端改造方案

1）热力入口安装热计量表，且能实现数据远传功能。热计量表增加带前处理功能的软件，能够直接输出房间瞬时热量、供回水温度、瞬时流量、单位面积瞬时能耗量等功能，让热计量表成为分析供热系统能耗，指导供热企业运行调节的实用工具。

2）室内地板辐射采暖末端加装温控阀，与换热站实现连锁反应。

3.4管网改造调试方案

对现有一次网、二次网进行了全面的排查，局部调整了阀门安装位置，排除由于人为安装失误引起的管路阻力突变，并增加各个热力入口的自力式压差调节装置。管网设备改造完成之后，经过全面的水力计算分析，组织施工单位进行了多次水力平衡调试，初步实现水量热量的合理分配。

4 改造效益分析

目前，小区一期供热系统自2013年10月份改造完成，投入使用后运行稳定，用户投诉率相比改造前显著降低，在室外温度低于-9℃的严寒期亦有供热能力的提升空间，其改造效果明显。

4.1节能效果分析

根据供热企业提供的热源运行数据分析发现，自2013年11月15日点火运行的97天测试时间内，该供热系统单位面积的天然气消耗量约为7.86m3，折算成一个采暖季（119天）的燃气消耗量约为9.74m3/m2，而未经改造之前2012年供暖季的单位面积燃气消耗量达到12.89m3/m2，由此计算得到改造之后单位面积节约天然气约3.15m3。根据一期建筑总面积280856m2进行计算，该项目供热系统改造之后，年节约天然气量为88.47万m3，折合每年节约的标煤量为1074.2吨。

4.2减排量分析

根据《节能手册2006》选定标煤燃烧的大气污染物排放系数，由此计算得本项目采用的节能措施所带来的污染物减排量如表2所示。

表2 年节能减排量

计算结果可知，还迁房一期项目供热系统通过供热诊断、供热系统改造、水力平衡调试等系列改造措施之后，由2013年采暖季燃气消耗量推算年节约标煤量1074.2吨，减少二氧化碳排放量719.7吨，二氧化硫、烟尘等减排效果显著。

4.3社会效益分析

天津市某还迁房供热系统的成功诊断和改造，所带来的效益不仅仅体现在项目本身，而且对社会、周围的环境产生更为积极深远的影响，具有良好的社会效益，促进了社会的和谐与稳定。

供热系统改造之后，不但明显提高了采暖末端室内温度，还全面提高了政府的公信力和百姓的供热满意度，避免了由于供暖问题而造成的群集事件的发生。改造方案为后期供热企业实行计量供热创造了条件，为北辰区实施节能减排战略、推行供热体制改革，全面执行供热计量做出了较大的贡献。

此外，本案例使得“三段式”供热诊断模式成功得以实践，并取得较好的节能、经济和环保效益，为天津市乃至全国供热市场探索出一种新的可推广、易借鉴的供热诊断模式。

5 总结与思考

1）从天津市某小区供热系统反映出的问题为当前普遍存在的供热问题，由“建设与管理的脱节、设计与施工的脱节”以及供热体制机制问题带来的“节能建筑不节能”的现象普遍存在。因此，政府部门需要加强各个环节的审查力度，可以建立一个涵盖多个专业的联合性的节能审查机构，开展从建筑末端至供热源头进行功能性审查和节能量考核。

2）供热企业对于供热节能不清晰，导致气候补偿、热计量表等供热产品安装不到位，功能与需求的脱节，技术与产品的脱节；供热企业对于新建建筑供热系统交接验收重点不明确，市场上缺乏有技术实力的第三方机构对供热企业的交接验收、节能运行做全过程的技术支持和指导。

3）现行的“以补代奖”补贴政策，供热价格和成本倒挂纵容了供热企业在技术和管理上不思进取。现行市、县（区）两级政府对供热企业的补贴均是以“供热面积”为计算依据而与供热运行的能耗水平、管理水平关系甚小，造成了供热企业过分依赖政府补贴，而不求企业的“技术进步、节能降耗”，无法从根本上摆脱现行供热企业存在的困局。

4）计量供热改革的推行迫切需要供热体制机制的改革。计量供热推进的主体可以由现行的政府主推，逐步转变为政府引导、市场主推的模式。通过设置奖励、考核机制，吸引供热企业实行计量供热，由供热企业作为供热市场的主体，参与供热设施的选型、采购、安装和维护中，用节能的经济效益来促进供热企业的技术进步和管理水平的提升。

[1]丁研,武涌.北方采暖地区既有居住建筑供热计量及节能改造方案分析[J].暖通空调,2010,40(11):19-23

[2]宋绛雄,范永东.居住示范小区地热采暖供热节能系统研究与应用[J].建筑热能通风空调,1999.(4):1-5

[3]徐伟,王敏.我国供热计量技术发展与实践[J].区域供热,2008, (4):1-13

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[5]薛志峰,江亿.既有建筑节能诊断与改造[M].北京:中国建筑工业出版社,2007

[6]刘庆堂,舒海静.既有公共建筑供热系统节能改造浅析[J].区域供热,2007,(6):9-15

Study of Ene rgy Effic ie nt Dia gnos is a nd Re trofit on a Dis tric t He a ting Sys te m in Tia njin

GAO Hong-bo1,WU Chun-ling2
1 Tianjin Huadian Beichen Distributed Energy Systems Co.,Ltd. 2 China Academy of Building Research Tianjin Institute

Taking the heating system of a district in Tianjin as an object,puts forward a"three-stage"heating diagnostic mode,analyses the shortcomings and problems of heating systems.Meanwhile,compares the energy savings,emission reduction volume and social analysis for rehabilitation programs.Transformation results indicate that the"three-stage" heating diagnostic mode could effectively overcome the disjointed problem of construction and management process, remove obstacles among the design,construction and operation.The purpose is to explore a new heating diagnostic mode which can be easily extended in Tianjin even in all over the country.

heating diagnostic,heat metering,hydraulic balance,energy efficiency retrofit

1003-0344（2014）06-080-4

2013-12-8

高洪波（1968～），男，本科，工程师；天津市北辰区风电产业园华电分布式能源站（30000）；022-59380608；

E-mail:ghb_tjdne@163.com