高校供热系统能耗现状与节能潜力分析

北京市有近200所高等院校，根据统计，高等院校供热系统能耗占学校综合能源消耗量的比例平均在60%～70%左右，是北京市供热能耗大户。我们对北京市部分高校开展了供热系统节能潜力调研工作，为学校降低供热系统能源消耗、提高能源利用效率提供参考。

1 高校供热系统现状

1.1 能源使用特点

1.1.1 能源使用具有周期性、阶段性

高校的特点决定了其能源消耗呈现出较强的周期性、阶段性。从全年各月能耗水平来看，固定的寒暑假使得每年的1～2月和7～8月为学校的用能低谷期。从全天能耗水平来看，不同类型功能建筑全天用能差异较大，如宿舍楼和教学楼用能时间就截然不同。

1.1.2 单位能耗呈现明显差异性

各高校在单位面积、人均能耗等方面呈现出明显的差异性。将同样提供教学、科研、住宿、餐饮等功能的学校相对比，年单位面积能耗在14.1～56kg tce之间，高低相差近4倍；人均年能耗为356.2～799.4kg tce，高低相差2倍多；在用水方面也同样呈现明显的差异，单位面积年耗水量为1.01～2.82t，高低相差近3倍。

究其原因，一是由于采用的供暖方式不同，如锅炉集中供热或市政热力采暖等供暖方式，本身在能源利用效率上有一定的差距；二是由于不同类型学校用能需求、特点存在明显的差异性，导致人均能耗差别较大。

1.1.3 供热系统能源消耗比重大

按照调研的多家高校的能源消耗数据显示，高校的供热系统能耗占学校综合能源消耗量的比例，平均约在60%～70%左右。

1.1.4 供热系统的负荷差异性

高校供暖系统的负荷与普通居民采暖负荷存在明显的差异性，其主要体现在以下两方面：

（1）深寒期供热负荷低，初寒、末寒供热负荷高。从高校供热系统的整体能耗水平来看，供暖初期（初寒期）和末期（末寒期）是学校的供暖高峰，在供暖深寒期（一般在1～2月），此时正值学校寒假期间，反而是供暖系统的供热负荷低谷时间。

（2）从全天能耗水平来看，我们根据调研，对高校不同类型功能建筑全天的供热指标负荷的变化进行了测试，给出不同类型的建筑的热负荷变化，详见表1和图1。

表1 高校中不同类型功能建筑全天热指标变化

图1 高校中不同类型功能建筑全天热指标变化

根据上述指标可知，学生宿舍在学生白天上课期间可低温进行调节，办公/综合楼在夜间可低温运行；食堂、礼堂由于其高大空间的原因热指标较高，但是由于使用频率较低，仍可在一个较低的温度下运行；实验楼的实验设备较多，但使用频率也较低，夜间可低温运行。

1.2 供热系统能耗指标及分析

北京市高校供热系统热源以天然气为燃料的锅炉所占比例最大，达到90%以上，以燃煤为燃料的锅炉供暖所占比例为6%左右，其余4%为电锅炉、燃油锅炉与外购市政热力等热源形式。

由于高校的建筑类型存在多样性和复杂性，且在高校供热领域中未统计分类建筑等供热指标，因此我们采用了与北京市市政市容管理委员会提出的北京市居民采暖供热能耗指标进行了对比。在今后的工作中应当建立更为适合高校供热系统的分类供热能耗热指标。

1.2.1 指标现状

根据对部分高校供暖系统的能耗数据进行分析，各高校由于节能管理水平的差异性造成供暖系统的能耗指标也是参差不齐，见表2。

表2 部分高校供热系统单位面积能耗指标

1.2.2 指标分析

将表2中能耗指标与北京市市政市容委关于供暖系统的节能目标进行对比分析，结果如下：

（1）燃煤消耗指标。北京市燃煤锅炉每采暖季的单位面积煤耗不应大于18.7kg tce/m2（相当于25kg/m2混煤），节能目标值为12.5kg tce/m2（相当于17.5kg/m2混煤）。本次抽样的燃煤锅炉能耗达到了上述指标。

（2）天然气消耗指标。北京市燃气锅炉每采暖季的单位面积气耗不应大于12m3/m2，节能目标值为8m3/m2。本次抽样的天然气锅炉房能耗指标参差不齐，有的甚至差异巨大。将20家高校的天然气能耗指标进行汇总比较后，20家高校中，3家单位能耗指标接近甚至好于公布的节能目标值，15家单位能耗指标低于限额值，2家单位超出了限额值。

（3）电资源消耗指标。每万平方米循环水泵功率：间接供暖系统的一次水管网初、末寒期1.1～2kW，严寒期2～3kW；间接供热系统的二次水管网或直接供热系统3.5～4.5kW；直接供热混水系统4.2～5.2kW。

本次调研高校的一次网每万平方米循环水泵功率在2.54～5.3kW之间，二次网每万平方米循环水泵功率在2.05～6.77kW之间。 可见在各个高校的供暖系统中，由于供暖规模、设备水平、技术水平的差异，使得每万平方米配用的循环水泵功率也差距较大。但总体水平高于公布的目标值，在辅助供暖设备方面仍然存在一定的节能空间。

2 高校供热系统节能潜力分析

2.1 锅炉热效率普遍偏低

在实际调研过程中，我们对4家锅炉房效率进行了测试，锅炉效率普遍较低，燃煤锅炉房的锅炉热效率平均在50%左右，燃气锅炉房的效率普遍在80%运行，能源利用率均有较大的的提升空间。尤其是燃煤锅炉房，锅炉运行效率低于北京市市政市容管理委员会对供暖系统的节能目标要求：燃煤供暖锅炉运行效率由目前的60%提高到70%～80%；燃气供暖锅炉房运行效率由目前的80%提高到90%以上。

2.2 管网损失较大

管网热损失主要包括管网散热损失、管网水力失衡热损失、失水热损失等。由于管网水平不一样，其热损失差别较大，一般来说高校供热一次管网与二次管网总年度热损失占供热总损失的35%～50%之间。

根据北京市市政市容管理委员会对供暖系统的节能目标要求，管网的平均热损失应小于35%。其中：城市管网热损失5%；庭院管网热损失10%～15%；管网水力失调热损失10%～15%。

由于通常在管网末端各热力入口没有热量表，无法累积入口总热量，所以采用温度法比较简单和快捷。在采暖季的最冷月，利用管道温度计或者表面温度计，测量出热源出口温度和管网末端温度，计算出管网输送效率，用目标值来评价。我们在4家高校供热系统测试的过程中采用了温度法测试管网的输送效率，各家的管网温降速率见表3。

表3 高校管网输送效率测试结果

热源向末端管道的温降速率不应大于0.3K/km，从测试结果来看，4家高校的管网输送效率均超过了0.3K/km的指标，管网热量损失较大。

2.3 分时分区未普遍应用

供暖期间，大部分高校未对不同的用能区域（教室、实验室、宿舍、办公楼等）采用合理的供暖分配方案。由于建筑物的功能不同，故其对热量的需求不一样，这些不同用途的建筑物在同一个供暖系统中，由于缺乏必要、有效的调节控制设备，使得部分建筑在夜间、周末、假期等不需要很高供热要求的时间仍照常进行供暖（称之为无效供暖），造成了能源的浪费。

2.4 节能技术应用不当

高校中对节能技术改造措施的应用普遍不尽合理，未取得应有的节能效果。例如供暖系统循环泵变频技术、气候补偿技术、管网水力平衡技术、烟气余热回收技术等，均存在未能充分理解节能技术应用的前提和条件，导致未能取得节能效果，甚至影响系统稳定运行。

在可再生能源利用方面，只有1/3左右的学校使用了太阳能，而且仅局限于提供生活用水，功能单一。热泵技术的应用也是寥寥无几。

2.5 建筑围护结构保温性能较差

根据调查数据统计显示，北京市市属高校中，仍然有50%的建筑为非节能建筑，建筑围护结构保温性能差，建筑耗热量指标大，建筑能耗整体偏高。

3 高校供热系统可实施的节能技术

根据高校供热系统的现状，我们提出了几项可在高校重点推广的节能技术。

3.1 分时分区分温控制技术

由于建筑物的功能不同，故其对热量的需求不一样，例如宿舍学生夜间需要正常供暖，白天可以低温供暖；办公楼一般只需要正常上班时间供暖，在夜间及节假日不需要很高的供热质量，只需要保证室内维持防冻温度即可。

根据高校呈现出较强的能源消耗周期性，建议在高校供热系统中，重点推广分时分区（分时分温）控制技术。分时分区技术可在供热系统中对供热要求不同的各区域建筑物，采取分别控制的运行方式按需供热，从而达到降低能耗的目的。在推广分时分区技术时，应注意分时分区设备的控制模式，分时分区分为手动、就地自动、联网监控三种控制模式，可根据自身情况实施。

3.2 气候补偿技术

目前大多高校供热系统锅炉的运行，都是依靠司炉工看天烧火，不能根据室外的温度变化进行调节。气候补偿技术在传统锅炉房供暖系统中加装一套气候补偿系统，该系统根据监测的室外温度变化及时调节系统供热量，实现按需供热。应用时要重点关注设备的安装方法和方式。

3.3 烟气冷凝热回收技术

烟气冷凝热回收技术利用烟气冷凝回收装置使温度较高的锅炉排烟与温度较低的供暖系统回水进行热交换，实现锅炉排烟余热的回收，节省锅炉燃料消耗量，提高锅炉实际的运行效率。应用烟气冷凝回收技术应做好供热系统的分析和设计工作，盲目安装烟气冷凝回收装置不仅无法得到应有的效果，反而会降低锅炉的运行效率。

3.4 生活热水太阳能技术

目前北京市的高校中只有1/3左右的学校使用了太阳能，而且仅局限于提供生活用水，功能单一，应进一步推广太阳能应用技术。在太阳能应用过程当中，要重点注意太阳能设备的寿命以及在太阳能无法满足需求时的辅助能源，如：热泵、电、锅炉等等，切忌使太阳能成为其唯一的能源供应方式。

3.5 加强管网改造

高校供热管网伴随高校同时设计、施工并投入使用，经历了数十个年头的使用，管网老化，跑、冒、滴、漏，热量损失严重。通过改造老旧管网，可以提高供热效率，提升供热质量，在短时间内得到较大的节能。

3.6 改造围护结构

根据调查，北京市市属高校中，25%的建筑可以达到一步节能标准，20%的建筑可以到二步节能标准，5%的建筑可以达到三步节能标准。在室内外温差相同的情况下，不同传热系数的围护结构其散热损失不同，因此，进一步完善高校中建筑围护结构差的建筑，可以深度挖掘节能潜力。

3.7 全面完善计量体系工程

计量是节能管理工作的基础，在调研的高校中，现有的煤计量设备精度很差；采用煤商承包方式的高校，基本无法获得原煤真实的供应量；除燃气锅炉房的一级计量仪表外（燃气公司收费仪表），管网、换热站等均未安装有效的热量计量装置。针对计量体系不完善问题，应逐步进行改善，使高校的节能工作有据可依，有量可循。

4 结语

作为建筑节能和节能意识教育宣传的主阵地，高校在节能工作中发挥着特殊的双重作用，应切实贯彻《公共机构节能条例》，通过加强规划、创新机制、夯实基础、扩大宣传、推进项目等综合措施，采用监督管理与政策牵引相结合、试点示范与普及推广相结合的方式，扎实推进北京市节约型校园的建设新局面。