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1、第21卷 第3期太 阳 能 学 报Vol121,No132000年7月ACTAENERGIAESOLARISSINICAJuly,2000a地热供暖节能潜力与环境效益动态分析朱家玲 张凤山(天津大学地热研究培训中心,天津300072)文 摘:在地热供暖系统中,正确地计算或合理选取供暖指标,不仅是整个设计工作的重要环节,也是有效利用已开发资源,达到节能、保护环境的一种重要手段。通过对大量动态数据的测试、分析与计算,总结了由于地热与燃煤锅炉在供暖方式上不同而对供暖效果的影响,提出了地热供暖进一步开发节能潜力的可能性
2、。关键词:地热供暖,供暖热指标,节能,热负荷,环境根据多年观测和经验发现,地热与锅炉(燃煤)在供暖方式上不同,主要是我国供暖运行机制及管理体制所致。地热供暖系统可通过整体的优化设计进一步达到节能、保护环境的目的。本文重点讨论地热供暖的特点及系统运行状况,并通过重点测试,总结通用类型建筑物冬季实际供暖参数范围,为地热供暖设计指标的选取提供参考依据。1 地热供暖的特点地热供暖是以深部地下热水作为热源,通过间接或直接式供暖系统将热源输送到热用户。典型的低温地热供暖系统包括地热井、回灌井、井口设备、换热站、调峰设备。锅
3、炉供暖与地热供暖(间供式)系统除了热源型式和由于低温热源对终端散热设备配置的要求不同外,其热力循环系统并无明显区别。地热是恒温可变流量热源,无论它的供暖系统是否采用变频调速装置,通常可保证连续供暖。而锅炉供暖受内、外因素影响较多,目前尚未达到普遍设置供暖自动调节装置的程度,是典型的量调节(变流量)或质调节(可调温)间歇供暖方式。所以,在热量均衡及热耗计算上,通常需采用一系列参数修正,以弥补间歇式供暖给供暖效果带来的负面影响。实现冬季室内热环境稳定的条件是遵循热平衡原理,即单位面积热耗等于单位面积所需热量,实现供
4、暖居室的热平衡。现行的供暖设计方法是在建筑维护结构热工特性和卫生要求的条件下,以规范所规定的室外气象参数和热媒温度为依据计算出采暖热负荷,通常是在静态热平衡基础上计算的。但是,在实际供暖过程中,静态热平衡过程只是一个理想状态,除了室内环境变化,如人员状态变化等。室外温度变化则是影响房屋热损失不稳定的主要因素之一。因此,要保证室内温度基本恒定,供暖系统必须处于动态响应方式,达到随时调节供热量的目的。a本课题为天津市自然科学基金资助项目本文1997206220收到©1995-2006TsinghuaTongfang
5、OpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.322太 阳 能 学 报21卷 地热供暖系统在井口通常配置变频调速装置,并以室外气象参数作为控制变量,调节地热开采量,以动态热平衡控制系统达到供热量与热耗相匹配要求,基本上避免“供大于求”造成的能源浪费或“供不应求”而达不到供暖标准的现象。2 供暖热负荷计算目前我国集中供暖热负荷的计算方法主要是基于稳态传热原理,并就某些参数选取原则和各项修正进行了大量的研究与定量说明。供暖热指标是用于计算设计热负荷、确定热网规模的基础数据之一。因
6、此,供暖热指标或计算设计热负荷与供暖系统的整体设计有着密切关系。211 单位面积热指标法单位面积热指标法最为常用,耗热量与建筑物的围护结构型式、保温特性、用途、体积、外形及所处地区的气象条件等有关。80年代国家曾制定标准设计规范,推荐不同建筑物采暖热指标,并通过计算设计热负荷,以确定供暖热网系统的规模。Qq=(1)A22式中,q为采暖设计热指标(Wöm),Q为耗热量(W),A为采暖面积(m)。采暖设计热负荷Q为Q=Gcp(tin-tout)(2)式中,G为流量(töh),cp为热水定压比热容(kJökg·℃),
7、tin、tout为进、出口水温(℃)。该计算方法适用于已建成且运行的供热站,或者是在供暖参数已确定的情况下,通过对系统运行进行连续监测,获得大量的动态数据。当供暖面积一定时,利用式(1)计算出实际供暖热指标,以检验和评价系统能耗及供暖设计的合理性。212体积热指标法建筑物单位体积热指标定义为Qq=(3)vV33式中,q为体积热指标(Wöm),V为建筑物的外轮廓体积(m)。vqvQq0==(4)tn-twV(tn-tw)3式中,q0为单位体积平均耗热量(Wöm·℃)单位体积热指标与采暖室内外温差(tn-tw)之比
8、,可计算建筑物计算温差(tn-tw)=1℃时的单位体积平均耗热量,并可推算出当室温升高1℃时,供暖耗煤量将会增高5%左右;若再考虑由于供热负荷增加而增大热网投资,当设计不合理时,资金和能源浪费的问题会更加突出。213 供暖期累计供暖负荷累计热负荷采用度日值(H.D.D)方法计算。供暖期内建筑物累计热耗同样也由供暖期内室外气温分布、供暖时间、供暖热指标等因素决定。根据《采暖通风与空气调节
