热计量供热系统节能降耗技术研究

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1、热计量供热系统节能降耗技术研究第1章绪论1.1研究背景在我国，社会经济取得了长足发展，人民生活水平得到逐渐提高，此环境下，伴随着供热事业特别是集中供热取得了大幅发展和进步，与此同时，能源消耗也在急剧增加。我国虽然地大物博，幅员辽阔，但我们目前用的大部分能源都是不可再生能源。我国的能源生产量和能源消耗量均排在世界第二位，如此巨大的能源需求，预计到本世纪中期，我国能源供需不平衡率将超过四分之一[1]。因此，如何把这些有限的能源高效利用，使之既能满足当代人的需要，又能让子孙后代有资源可用，已成为全社会面临的不容小觑的问题。据统计研究表明，我国大约总能耗量的三分之一是用在建筑能耗。

2、其中建筑供暖这部分的能耗占整个建筑系统能耗的近60%，目前，在相似的气候条件下，我国集中供热系统单位建筑面积能耗量是发达国家平均水平的3倍之多[2]。这也反映出，我国集中供热系统的节能潜力还存在相当巨大的空间。随着我国城镇化的进程不断加快，2012年城镇化率已经达到近53%，并且在未来十几年内，我国城镇化的趋势依然很明显。预计再过二十年，我国城镇化率将达到惊人的70%。由于城镇化的加快，新建建筑的需求量上涨，导致了集中供热面积的不断增加。从十九世纪末到二十世纪初期（1996-2010），短短十几年中，我国集中供热建筑面积已然从10亿平米，增长为92亿平米。清华大学进行了相关

3、研究，结果表明，北方城市的总建筑面积未来可能达到150亿平米左右[3][4]。直至2012年，我国集中供热主干管长已达近15万公里。其中主要铺设于我国地方比较寒冷的地区，它们的逐步扩建和不断大型化使得主干线管路越来越长，直至现在，一直呈增长趋势。如图1-所示，我国城镇集中供热面积直至2012年已达51.84亿平米，自2005年起，供热面积以2-3亿平米的速度逐年递增，其中住宅供热面积的增长速度约为总增长率70%。其中北京作为一线城市，集中供热发展非常快，至2012年，北京地区供热面积已达5.26亿平米。1.2国内外计量供热研究现状西方国家特别是欧洲的计量供热技术发展较早，系

4、统运行调节积累了许多先进的经验并提出诸多科学合理的调控方法和策略，系统节能效率远远高于我国水平。与供热相关的设备性能优越，与计量相关的装置先进，计量精度较高。在此基础上，通过长期的研究和实践研究，国外的学者也提出了许多具有指导性意义的观点。文献[5][6][7]反映了欧美国家在保证热用户具有较高的舒适性的同时，也在供热节能方面作出巨大努力并取得世界领先的水平。计量供热的技术发展和应用非常成熟。NaiyiH[8]等人对集中供热系统在不同情况的节能性和节能进行理论分析计算。文献[9]认为对于计量供热系统，用户房间内的散热器要设置温控阀，水泵的变频采用末端压差控制方式更优。文献[

5、10]以直连式供热系统为研究对象，对其水力工况进行了研究，提出控制能耗的方法，对模型的节能率进行理论计算，得出可以节能19%-32%的结论。GilAvery，P.E认为在计量供热系统中，不宜采用手动调节装置[11]。BojicM等人认为一个良好的供热系统是综合热源的集中调节、热力站的局部调节、末端温控装置调节和特别是压差控制的结果[12]。F.L.Broatlab软件编程迭代求解所建立的计量供热系统运行调节计算模型，计算出一次网侧、二次网侧的相对流量和供、回水温度。由算例计算结果显示：使计量供热系统的流量变化主要是来自用户室温调节，同类用户占系统总热用户的比例；当室外温度较

6、高时，系统采用主动质调节和被动量调节相结合的调节方法时，二次网相对流量过小，最低仅为设计流量的9%，容易引起水力失调。这个时候，系统宜分阶段进行调节。供热系统在室外气温较低的阶段，采用主动质调节和被动量调节相结合的调节方式，系统在室外气温较高的阶段，采用质调节方式。以北京市某小区为例，利用无因次综合公式进行计算，得到其供暖期全年供热负荷延续时间图，并采用稳态传热方法，分别对供暖期内传统调节方式的系统理论总耗能量和系统在供暖期采用主动质调节和被动量调节相结合时的理论总耗能量进行了计算和比较。接着，又分别对计量供热系统一、二次网都采用质调节时的循环水泵耗电量和采用主动质调节和被

7、动量调节相结合时的循环水泵的耗电量进行计算和比较。通过算例计算结果显示：当热用户的热力站入口设有调节控制设备时，计量供热系统宜采用主动质调节和被动量调节相结合的方式进行调节；对系统不同的调节方式下的水泵耗电量进行了计算，计量供热系统采用流量、质量综合调节的调节方式时，系统循环水泵耗电量的节能潜力巨大；对系统理论总耗能量进行了计算，计量供热系统采用流量、质量综合调节的调节方式时，系统的总能耗节能空间非常大，节能率大概在15%的水平。............