高原地区某换热站设计及节能分析

0 引言

随着现代化城市及工业的发展，集中供热系统愈趋大型化，对供热的效果要求也更加严格，对系统运行的经济性，安全性和可靠性的要求也越高。换热站是连接热源和热用户的重要环节，在整个供热系统中起着举足轻重的作用，热水管网又分为一次网和二次网，一次网是指连接于城市热源管网和换热站之间的管网，二次网是指连接于换热站与热用户之间的管网，换热站主要是指连接于一次网与二次网，并装有与用户连接的相关设备，仪表和控制设备的机房[1]。

本文通过对高原地区某换热站工程设计和一次网和二次网供回水温度进行测试、整理并分析，发现此集中供热系统存在一些不节能的方面，并提出有效的建议，希望引起设计人员和管理人员的重视，为我国节能事业做一些贡献。

从学生将来从事的专业领域的实际需要出发，以解决专业实际问题为导向设计理论教学内容，克服课堂教学单纯传授理论知识而与专业实际需要相脱节的现象；实验项目与学生专业学习的实际需要相结合，采取实验室负责提供选题与学生自带课题相结合，或完全由学生自主选题等办法，实现实验项目与学生专业实际需要的有机对接；把企业或相关单位可提供的实践资源与实践教学在技能、能力培养等方面的真实需要紧密结合起来，确保实践活动明确指向专业实际，并充分利用企业或相关单位在资源、工具、技术等方面的优势，让学生在现代技术、工具与手段等方面获得感性认识，填补知识与技能等空白，为今后从事实际工作奠定必要的基础。

1 换热站工程设计

1.1 设计资料

换热站修建地区气象资料：采暖室外计算温度t w为-20℃。冬季采暖天数N为156天。采暖室外平均温度p t为7.6℃。最大冻土层深度为130 cm。室内计算温度为18℃。

2002年初随着国务院办公厅转发科技部等四部委《关于国家科研计划实施课题制管理的规定》文件的出台，我国科研体制管理进入一个更高的新阶段，在此后的“十一五”“十二五”尤其是党的十八大以来，国家不断调整和改革科研经费管理政策，推进科技体制改革，推动科技创新发展。“十一五”期间，国家发布了系列专项经费管理办法，确定了以“管理费”提取为代表的间接成本补偿制，虽然提取比例和范围很低。“十二五”期间，国家重点对科研经费投入使用管理体制进行了整合和调整，加强了科研项目整合，明确了间接成本补偿机制，严格了经费使用监管举措等。后将成本补偿机制和人员绩效支出提到了前所未有的高度。

本换热站供热网由东、西两个供热区域组成。东供热区域为办公区供热面积达30多万m2。西供热区域主要为家属区，供热面积达20多万m2。换热站工作原理如图1。

  

图1 换热站工作原理图

1.2 换热站能耗设计计算

采用建筑物供热面积热指标法，对换热站全部建筑进行按原供热方法全年能耗计算以及采用分时分区供热后能耗计算，从而得出全年能耗总量。

西部区域为家属区，由于高原地区日照强烈，家属楼都安装了太阳能蓄热装置，在12:00-17:00中间5个小时停止供热，因此，折合成停止供热天数，5/24×165为35天，由于所在地供热按照正常的建筑供热能耗计算，热能耗计算如下：

利用建筑面积热指标法，供热量计算公式如下：

 

式中：Q n为建筑物全年供热总能耗kJ；q f为建筑物供热面积热指标，取70W/m2；F为供热建筑物的建筑面积；N为供热期天数。

将需要冬季供热的建筑物总面积563409m2代入式（1）可得到按传统供热方法全年总能耗Q n=132.7×109 kJ。

2）分时分区供热热负荷分析

由于东部区域为办公区，具有典型的办公时间开启供热非办公时间停止供热的特点，因此，引入温差修正系数Ф，Ф即为每天办公楼办公时间除以24小时，设每天办公时间为08:00-18:00，即Ф=10/24=0.416，则东部区域热能耗计算如下：

综上所述，丹参注射液联合小剂量阿司匹林治疗妊娠期高血压疾病的临床疗效显著，可显著改善患者的临床症状，改善母婴结局，其作用机制可能与降低患者血清中TNF‐α、IL‐6、HMGB1水平有关。

 

式中：Ф为温差修正系数。

1）传统供热方法全年供热期热负荷计算

 

4）电动阀门安装在一次网的回水管路，在加热系统工作时，密封垫运行在较低的温度，可以延长其寿命，同时为了增加电动阀门可靠性，在阀门入口前安装了过滤器。

1.3 换热站一次网热水流量节能控制系统设计

由于二级网侧的供热量是根据室外温度变化和当地热负荷曲线来确定的，实测供热量和设定值相比较后，进行PID闭环调节，控制器输出信号至电动调节阀，调节电动调节阀的开度，从而改变一级网侧的流量，满足二次网供暖温度的控制要求[2]。因此对一次网流量的控制系统必须是一个单闭环温度系统，按照目前的控制技术以及高原地区的特定条件，采用电动阀门进行控制，尽管一次投入较大，但避免了人工操作误差较大，为今后实现热网远程无线监控打好基础，是比较理想的方案。

本换热站工程设计中，根据计算对照选型手册选取一次网管道直径为DN150，一次网热水流量的自动控制系统主要由以下部件组成：西门子VVF41.1502型电动阀门；SKC62UA型执行器，QAE2110.010型浸入式水温传感器，配套热敏元件PT1000，具有两个模拟量输出点输出DC 0…10 V信号的RWD6型控制器。系统具有如下功能。

1）电动调节阀门的标称行程可达40mm，完全满足调节一次网热水流量的要求。

在使用水稻插秧机中的部分农户不严格按照插秧机所需要的秧苗规格进行育秧，同时对插秧机操作不规范，影响了插秧效果，也造成周边农民对机插技术产生怀疑。

为了在评价中体现专家的主观经验，同时又以数据为本体现出客观性，本文对上述主、客观权重确定方法进行了最优化组合。

2）SKC62UA型执行器具有可调节阀门开度起始点和工作范围的顺序控制；可进行阀门正反工作方向选择，并且具有断电时弹簧复位功能，保证来电后正常供暖。

根据换热站所在地区室外计算温度为-20℃，查得最小供回水温差为14.47℃，测试从2016年11月15日至2017年1月15日共计60天的供回水温差，并对比当地最小供回水温差14.47℃，结果见图2～4（纵坐标为换热站实际的二次网供回水温差相对于最小温差14.47℃的差值，负数代表实际的二次网供回水温差比最小温差还要小，横坐标表示测试日期）。

正是初夏的清夜，摘星楼中灯火堂皇。谷中乌桕既多，灯油也不值钱哪。东方宇轩召集七圣诸客卿，坐在这几张檀木椅上，郑重其事地议事，一年上头也没有几回。山外纵然是战鼓兴起，血海茫茫，能奈我谷中习艺修道人何？但这已经是东方宇轩去年的想法了，再高的山，再深的洞，千山万水，也无法将人与世界隔离开来，何况万花谷已经是一个小世界了，外面的大世界天翻地转，我们这几个人凭着一点痴念建立起来的小世界，又如何能波澜不兴呢？

将建筑面积和每天所需的正常供热时间分别代入式（2）和式（3）即可得到供热的年能耗量。计算可得，采用传统供热方法，换热站供热区域全年供热总能耗为132.7×109 kJ，而采用分区域、分时段供热方法，全年总能耗降低为97.5×109 kJ。

5）电动阀门操作在配套SKC62UA型执行器的触摸屏上，设置和调节非常方便。

2 供暖期内一次网和二次网供回水温度的测试

2.1 二次网供回水温差测试

3）阀门的开度控制除了具有线性或等比例调节外还有三种接线模式选择，满足设备调试、阀门完全开、闭的要求。

  

图2 供回水温差对比当地最小供回水温差（2016年11月15日-11月30日）

  

图3 供回水温差对比当地最小供回水温差（2016年12月1日-12月31日）

  

图4 供回水温差对比当地最小供回水温差（2017年1月1日-1月15日）

从图2～图4可以看出，在测试的供暖期一共60天内，仅有5天的二次网供回水温差满足当地最小的供回水温差，仅占总测试天数的8.33%。说明，此换热站的二次网供回水温差在供暖期几乎不满足当地最小的供回水温差的要求。

3 一次网供回水温度与室外温度的关系

根据文献[3]提供的计算方法可以得到间接供暖系统热源供回水的温度同供暖室外温度的关系，那么采暖期按室外温度提供热源的供回水温度以达到集中供热节能的目的。集中供暖热源的供回水温度与室外温度关系公式的编制条件[4]：

抓住国家加大农业、农村基础设施投资的机遇，千方百计多渠道争取资金。精准农业应用系统投资较大，一套精准节水灌溉系统下来要在10万元以上。一是要探索整合财政支农资金方式。统筹安排使用支农资金，围绕发展主导精准农业进行整合，通过资金整合，既有利于集中财力办大事，也有利于发挥财政资金“四两拨千斤”的作用。二是拓宽精准农业投入来源渠道。进一步优化农村投资环境，吸引民间资本更多地投向精准农业[2]。加快农村金融组织、产品和服务创新，扶持农业信贷担保组织发展，扩大农村担保品范围。加快发展农业保险，政策性保险与商业保险相结合，健全农业再保险体系。

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2）室内采暖温度均按18℃计算，散热器采暖设备按全国通用的TZ4-6-8型铸铁散热器计算。

1）间接供暖的高温水锅炉房供回水温度为130/80℃。

3）传热系数

（1）对渤海钻井一公司近3年在施工区域完成井的设计、井史资料和技术交底进行收集整理，建立健全数据库和数据回归统计。

 

式中：A为常数；由实验获得b=0.287；热水地面辐射供暖b=0；t pj为散热器内的热媒平均温度，℃；t n为供暖室内计算温度，℃。

根据上述公式，再结合实际供暖期的最高和最低的室外温度，先算出最高室外温度下的一次网最低供水温度和最低室外温度下的一次网最高供水温度，进而算出最高室外温度下的一次网最低回水温度和最低室外温度下的一次网最高回水温度，再结合实际运行中一次网的供回水温度，最终数据整理如图5-7（横坐标代表测试时间，h；纵坐标代表温度，K）。绿色代表实际测试的供、回水温度（每两小时测一次），蓝色代表高室外温度下的供、回水温度，红色代表低室外温度下的供、回水温度。

 

式中：T g为高温侧供水温度，℃；T h为高温侧回水温度，℃；t g为低温侧供水温度，℃；t h为低温侧回水温度，℃；t w为室外温度，℃；t'w为当地冬季室外计算温度，查得-20℃。

  

图5 供、回水温度比较（2016年11月15日-11月30日）

间接供暖供回水温度同室外温度的关系：

  

图6 供、回水温度比较（2016年12月1日-12月31日）

  

图7 供、回水温度比较（2017年1月1日-1月15日）

从上述图可以看出实际运行中的供水温度几乎都达不到在最高室外温度下的最低供水温度，说明了实际运行一次网供水温度严重偏低的问题。

5 结束语

我国幅员广阔，冬季采暖的地区占全国面积的4/5左右，对能源的需求是巨大的，而我国又是能源贫乏的国家之一，节能减排、降耗是国家长期的重点战略任务，是政府和企业的重点考核指标。本文针对高原地区某换热站的工程设计现状，通过对换热站中一次网和二次网的供回水温度的测量、记录和对比分析，发现存在以下问题。

1）此换热站的二次网供回水温差在供暖期合格率仅为8.33%，几乎不满足当地最小的供回水温差的要求。

同以上国家相比，中国文化在中亚的地位和文化传播状况，都存在着很大的差距。导致这一差距的原因是多方面的，既有中国文化与中亚国家文化之间的文化距离方面的原因，也有我们的文化传播策略和传播手段等方面的原因。因此，在以西方文化为主导的文化全球化时代，中国必须立足自己的文化优势，挖掘中华文化精髓，并扎根中亚文化的本土之中，采取多元而有效的文化传播手段，以新疆为前沿阵地，实现中华文化在中亚的有效传播，为中国与中亚国家关系的深入发展奠定平等互信的文化基础。

2）实际运行一次网供、回水温度严重偏低。

3）换热站的换热器的对数平均温差相对较小，导致换热面积将增大2～4倍。

来之前，心中早已激荡梦回唐朝的豪情，按捺不住口绽莲花抒发历史的冲动，可到了西安，很快便能发现，唯有失语才是向古老西安致意的最好表达方式。

以上问题也是换热站实际使用过程中存在的普遍问题，针对以上问题，提出解决思路如下。

1）集中供热系统中，在设计时应充分考虑二次网供回水温差，提高系统二次网供回水温差，使水泵能耗降低，达到系统节能和提高经济效益的目的。

2）在换热站工程设计过程中，除了保证二次网供回水温差外，一次网的供回水温度也不能偏低，否则对二次网的供回水温度、换热器的换热面积会有严重的影响。

换热站和热水管网是连接热源和热用户的重要环节，在整个供热系统中起着举足轻重的作用。换热站的工程设计以及实际使用效果好坏，直接关系到居民的舒适度和能源的消耗程度，结合本文中的实际案例，我国的换热站工程设计还有很大的节能和经济的空间，应该引起相关人员的高度重视。

参考文献

[1] 章世斌.太阳能加热站集中供暖系统分析[J].太阳能,2013,(11):43-46

[2] 王建成.换热站节能控制系统的设计与应用[J].应用能源技术,2012,(3):30-34

[3] 聂勇.集中供热供回水温度与室外温度关系探讨[J].节能,2014,(2):49-51.

[4] 曹宏麟.换热站节能控制系统研究[J].山西建筑,2010,(1):207-208