供热热源节能技术

第一节　供热热源节能技术

热源是集中采暖的核心部分，行业标准《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26—2010)规定:当地没有热电联产、工业余热和废热可资利用的严寒、寒冷地区，应建设以集中锅炉房为热源的供热系统。目前居住建筑的采暖供热源应以锅炉房(包括热电厂)为主要热源。因此本节供热热源介绍以锅炉房为主。

一、供热规划

位于严寒和寒冷地区的居住建筑，应设置采暖设施;但为供热节能起见，锅炉供热规划宜与城市建设的总体规划同步进行，在所建锅炉房时应充分考虑与城市热网连接的可能性。锅炉房宜建在靠近热负荷密度大的地区。

符合下列条件之一的地区，宜设置供暖设施。其幼儿园、养老院、中小学校、医疗机构等建筑宜采用集中供暖:①累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数为60～89d。②累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数不足60d，但累年日平均温度稳定低于或等于8℃的日数大于或等于75d。

除当地电力充足和供电政策支持，或者建筑所在地无法利用其他形式的能源外，严寒和寒冷地区的居住建筑内，不应设计直接电热采暖。居住建筑集中供热热源形式的选择，还应符合如下规定:①以热电厂和区域锅炉房为主要热源;在城市集中供热范围内时，应优先采用城市热网提供的热源。②技术经济合理情况下，宜采用冷、热、电联供系统。③集中锅炉房的供热规模应根据燃料确定，当采用燃气时，供热规模不宜过大，采用燃煤时供热规模不宜过小。④在工厂区附近时，应优先利用工业余热和废热。⑤有条件时应积极利用可再生能源。

供热热媒一般按如表4－1原则进行选择。

表4-1　供暖系统热媒的选择

注:低压蒸汽系指压力≤70kPa的蒸汽;采用蒸汽为热媒时，必须经过技术论证认为合理，并在经济上经分析认为经济时才允许。

二、锅炉房设计

1.锅炉选型

在设计采暖供热系统时，必须对每一个房间进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算，合理确定系统规模和供热半径，主要目的是避免出现“大马拉小车”的现象。锅炉房的总装机容量应按Q₀/η来确定，其中Q₀表示锅炉承担的采暖设计热负荷，η表示室外管网输送效率，一般取为92%。

独立建设的燃煤集中锅炉房中，在保证锅炉具有长时间较高运行效率的前提下，各台锅炉的容量宜相等，单台锅炉的容量不宜小于7.0MW;对于规模较小的居住区，锅炉的单台容量可适当降低，但不宜小于4.2MW。锅炉的选型，应与当地长期供应的燃料种类相适应。特别指出:当供热系统的设计回水温度≤50℃时，应采用冷凝式锅炉。锅炉的设计效率不应低于表4－2中规定的数值。

表4-2　锅炉的最低设计效率

在设计中注意采用分层燃烧技术、复合燃烧技术、煤渣混烧等燃烧技术，并通过加装热管省煤器、改善锅炉系统的严密性、保证锅炉受热面的清洁，防止锅炉结垢、大(中)型锅炉采用计算机控制燃烧过程等措施，提高锅炉效率。

2.锅炉房设计

新建锅炉房时，应考虑与城市热网连接的可能性。锅炉房宜建在靠近热负荷密度大的地区，并应满足该地区环保部门对锅炉房的选址要求。其中一台因故停止工作时，剩余锅炉的设计换热量应符合业主保障供热量的要求，并且对于寒冷地区和严寒地区供热(包括采暖和空调供热)时，剩余锅炉的总供热量分别不应低于设计供热量的65%和70%。锅炉房和热力站的总管上，应设置计量总供热量的热量表(热量计量装置)。集中采暖系统中建筑物的热力入口处，必须设置楼前热量表，作为该建筑物采暖耗热量的热量结算点。

燃煤锅炉房的锅炉台数，宜采用2～3台，不应多于5台。当在低于设计运行负荷条件下多台锅炉联合运行时，单台锅炉的运行负荷不应低于额定负荷的60%。锅炉房设计时应充分利用锅炉产生的各种余热，并应符合下列规定:①热媒供水温度不高于60℃的低温供热系统，应设烟气余热回收装置。②散热器采暖系统宜设烟气余热回收装置。③有条件时，应选用冷凝式燃气锅炉。当选用普通锅炉时，应另设烟气余热回收装置。

燃气锅炉房的设计，应符合下列规定:①锅炉房的供热半径应根据区域的情况、供热规模、供热方式及参数等条件来合理地确定。当受条件限制供热面积较大时，应经技术经济比较确定，采用分区设置热力站的间接供热系统。②模块式组合锅炉房，宜以楼栋为单位设置;数量宜为4～8台，不应多于10台;每个锅炉房的供热量宜在1.4MW以下。当总供热面积较大，且不能以楼栋为单位设置时，锅炉房应分散设置。③当燃气锅炉直接供热系统的锅炉的供、回水温度和流量限定值，与负荷侧在整个运行期对供、回水温度和流量的要求不一致时，应按热源侧和用户侧配置二次泵水系统。

三、风机、水泵

锅炉所配用的鼓风机和引风机与锅炉容量以及除尘器类型应匹配。当风机的风量或风压过大时，会在增加电耗的同时造成炉膛温度的降低、排烟热损失的上升、炉渣含碳量超标等不利后果。风机的风量和风压，应根据锅炉额定蒸发呈或额定出力、燃料品种，燃烧方式和通风系统的阻力计算确定，并计入当地气压和空气、烟气的温度和密度对风机特性的修正;一般取排风量的富余量为10%;风压的富余量宜为20%。集中配置风机时，鼓风机和引风机均不应少于2台，其中各有1台备用。应使风机常年运行中处于较高的效率范围内。

当采暖系统采用变流量水系统时，循环水泵宜采用变速调节方式;水泵台数宜采用2 台(一用一备)。当系统较大时，可通过技术经济分析后合理增加台数。初寒期及末寒期间的供热热负荷远低于严寒期间的供热热负荷，所需循环流量相应减少。为便于进行量调节，推荐采用大、小循环水泵相结合的配备方案。即在选用1台严寒期运行的大泵同时，另配备1台初寒期及末寒期运行的小泵。这样配备将大幅度节约水泵电耗。

在选配供热系统的热水循环泵时，应计算循环水泵的耗电输热比(EHR)，并应标注在施工图的设计说明中。循环水泵的耗电输热比应符合下式要求。

式中: EHR——循环水泵的耗电输热比;

N——水泵在设计工况点的轴功率，kW;

Q——建筑供热负荷，kW;

η——电机和传动部分的效率，应按表4－3选取;

Δt——设计供回水温度差，℃，应按照设计要求选取;

A——与热负荷有关的计算系数，应按表4－3选取;

∑L——室外主干线(包括供回水管)总长度，m;

a——与∑L有关的计算系数，应按如下选取或计算:

当∑L≤400m时，a= 0.0115;

当400＜∑L＜1 000m时，a= 0.003833+3.067/∑L;

当∑L≥1 000m时，a=0.0069。

表4-3　电机和传动部分的效率及循环水泵的耗电输热比计算系数

四、连续供暖制度

居住建筑属全天使用，要求全天室内温度均保持在舒适范围内，夜间气温可适当降低，因此设计居住建筑的供暖系统时，应按热水连续采暖进行设计。所谓连续供暖，即当室外达到设计温度时，为使室内达到日平均设计温度，要求锅炉按照设计的供回水温度昼夜连续运行。当室外温度高于采暖设计温度时，可以采用质调节或量调节以及间歇调节等运行方式，以减少供热量。连续供暖可减少锅炉设计和运行台数，提高锅炉的负荷率和运行效率，节约运行费用。

与间歇供暖相比，连续供暖不需要附加间歇附加，无需加热间歇期间冷却的围护结构，因此可以降低供热设计负荷，进而节省设备费用和初投资，也减少锅炉运行台数。

连续供暖更适合目前普遍采用的链条炉排锅炉和往复炉排锅炉，这些锅炉炉膛内有耐火砖砌体，需要较长的预热时间才能达到较好的燃烧条件，适合连续运行。以往复炉排热水锅炉为例，当间歇运行时，升温第一个小时的锅炉效率为57%，第二个小时为64.5%，到第三个小时稳定后，锅炉效率才稳定为76%。由此可见，对于目前常用的有砖砌体的供热锅炉，其运行效率与供热运行制度关系很大，最好采用连续运行制度。

连续供热有助于提高锅炉的负荷率，我国哈尔滨、长春、沈阳、北京等采暖城市皆有不少锅炉房因实行连续供热，使每0.7MW(约合lt/h)的锅炉容量由原来只能供热4 000～5 000m²，提高到供热8 000～10 000m²建筑面积，即提高了锅炉负荷率，锅炉效率也相应提高。

五、散热器供暖系统

散热器供暖系统应采用热水作为热媒;散热器集中供暖系统宜按热媒温度为75/50℃或85/60℃连续供暖进行设计。采用热水作为热媒，不仅对供暖质量有明显的提高，而且便于进行调节。因此《民用建筑供暖通风与空气调节规范》(GB50736—2012)明确规定散热器供暖系统应尽量采用热水作为热媒。欧洲很多国家已开始采用60℃以下低温热水供暖，并正朝着进一步降低系统温度的方向发展。目前，国内也开始提倡低温连续供热，并开始降低传统的热媒温度。散热器供暖系统在低温下运行可以节能降耗，提高散热器供暖的舒适程度。研究表明:对采用散热器的集中供热系统，当二次网设计参数取75/50℃时，供热系统的年运行费用最低，其次是取85/60℃时。并且，正在运行的绝大多数供暖系统并没按过去设计的95/70℃热媒参数运行。