济南市建筑物耗热量指标及热网热损失分析_工程实践

摘要

摘要：通过对某供热区域内不同年代建筑物及热网运行参数的实际测试，计算得出建筑物耗热量指标及热网热损失率、漏水热损失率、保温结构热损失率。不同年代的建筑物耗热量指标差

摘要：通过对某供热区域内不同年代建筑物及热网运行参数的实际测试，计算得出建筑物耗热量指标及热网热损失率、漏水热损失率、保温结构热损失率。不同年代的建筑物耗热量指标差别较大，供热管道保温结构热损失率较大。

关键词：建筑物耗热量指标；热网热损失率；漏水热损失率；保温结构热损失率

Analysis of Heat Consumption Indexes for Buildings and Heat Loss of Heat-supply Network in Jinan City

ZHU Zhaohu，SONG Yongming，TIAN Guansan，ZHANG Guangxin，ZHOU Xu，WANG Yang，LIU Ya’nan，ZHANG Liang

Abstract：Through the practical test of buildings built in different years and operation parameters of heat-supply network in a heating area，the heat consumption indexes of buildings，heat loss rate of heat-supply network，heat loss rate due to water leakage and heat loss rate of insulation construction are obtained by calculation.The heat consumption indexes of buildings built in different years vary greatly，and the heat loss rate of insulation construction for heating pipeline is larger.

Key words：heat consumption indexes of buildings；heat loss rate of heat-supply network；heat loss rate due to water leakage；heat loss rate of insulation construction

集中供热是北方地区主要的供热方式。目前，北方城镇民用建筑供热面积达6.5×10⁸m²，民用建筑单位建筑面积供暖能耗按标准煤计平均为20kg/m^2[1]，占民用建筑总能耗的56%～58%^[2]。我国城镇单位建筑面积供暖能耗是同纬度发达国家的2～3倍，而除供暖外的其他用能(照明、空调、家电、建筑设备等)，按单位建筑面积比较，仅为发达国家的20%～50%^[2]。因此，供热节能是实现我国建筑节能潜力最大、最有效的途径之一。本文对济南市某供热区域建筑物耗热量指标及热网各项热损失率进行实测计算分析。

1 测试原理

济南市南郊热电厂集中供热系统采用枝状管网，分别测量热源流量及供回水温度、各热力站流量及供回水温度、系统补水量、补水温度、各供暖建筑的流量及供回水温度等运行参数。基于各项测试数据，可计算出供热系统的室外管网热损失率、漏水热损失率、供热管道保温结构热损失率、建筑物耗热量指标。

室外管网热损失率η₁的计算式为：

式中η₁——室外管网的热损失率

n——热力站数量

q_m,i——第i座热力站的质量流量，kg/s

ρ——热水的密度，kg/m³

c_p——热水的比定压热容，J/(kg·K)

t_s,i、t_r,i——第i座热力站的供、回水温度，℃

q_m,0——热源的质量流量，kg/s

t_s,0、t_r,0——热源的供、回水温度，℃

室外管网漏水热损失率η₂的计算式为：

式中η₂——室外管网的漏水热损失率

q_m,m——系统的补水量，kg/s

t_m——补水温度，℃

供热管道保温结构热损失率η₃的计算式为：

η₃=η₁-η₂ (3)

式中η₃——供热管道保温结构热损失率

第j幢建筑物的耗热量指标q_j的计算式为：

式中q_j——第j幢建筑物的耗热量指标，W/m²

q_m,i——第j幢建筑物的质量流量，kg/s

t_s,j、t_r,j——第j幢建筑物的供、回水温度，℃

A_j——第j幢建筑物的建筑面积，m²

2 耗热量指标的测试

2.1 测试目的及对象

测试目的为得出济南市不同年代、不同功能建筑物的实际耗热量指标。取南郊热电厂供热范围内的12幢建筑物(其中居住建筑5幢、公共建筑7幢)，建筑物基本情况见表1。

表1 建筑物基本情况

建筑名称	建设年代	建筑功能	建筑面积/m²
济南铁路局二七新村南村六区3号楼	20世纪70年代	住宅	1841
济南市文物店	20世纪80年代	办公	2087
儿童医院门诊楼	20世纪80年代	医院	6736
济南市经九路小学	20世纪80年代	学校	1164
济南市南郊热电厂宿舍3号楼	20世纪90年代	住宅	2976
园丁小区5号楼	20世纪90年代	住宅	1354
如意苑一期2号楼	2000年后	住宅	9497
山景明珠花园13号楼	2000年后	住宅	4355
济南市南郊热电厂办公楼	2000年后	办公	4600
儿童医院住院楼	2000年后	医院	5353
利豪大厦	2000年后	餐饮、住宿	9800
舜耕国际会展中心会议室	2000年后	大礼堂	1600

2.2 测试仪器及测点布置

① 测试仪器

测试仪器：WZY-1型温度自记仪、XCT-2000P型超声波流量计、PC-2R多通道型热通量检测系统。WZY-1型温度白记仪是一种智能记录仪器，温度测量范围为-20～80℃，测量误差范围为±0.3℃。XCT-2000P型超声波流量计测量范围为0.2～160.0t/h，线性度优于0.2%，测量相对误差范围为±1%。PC-2R多通道型热通量检测系统共12个通道，测量相对误差范围为±5%，输入范围为-500～500W/m²。

② 测点布置

a. 使用24台WZY-1型温度自记仪，对12幢建筑物热力入口供同水温度进行测量，每隔1h记录一次数据。

b. 使用57台WZY-1型温度自记仪，对12幢建筑物进行室内温度的测量，每隔1h记录一次数据。室内温度测点分布比例为：顶层40%、中间层20%、底层40%，测试房间以朝南为主。

c. 使用XCT-2000P型超声波流量计对12幢建筑物热力入口供回水流量进行测量。

d. 使用PC-2R多通道型热通量检测系统对12幢建筑物的外墙和外窗进行热流量测试，每面墙同时使用2个通道，每隔5min记录一次数据，外墙对应的外窗同时使用2个通道，每隔5min记录一次数据，墙窗同一时间开始测试。

e. 使用1台WZY-1型温度自记仪，对测试期间室外温度进行测量，每隔1h记录一次数据。

2.3 测试时间及调节方法

测试时间为2010年1月20日至28日。在测试期间，测试区域内热网的所有阀门和循环泵均不调节，保持定流量运行。

2.4 测试实施

① 使用温度自计议测试时，将温度探头贴在供热管道壁上测量水温。具体做法是：先把测点部位的保温层用锯条割掉，用砂纸把贴探头的管壁部位打磨发亮，再把温度探头用细铁丝紧紧缠绕在钢管的管壁上，接着用黄油覆在温度探头四周，最后将保温层复原。两周后取出温度自计仪，再次将保温层复原。

② 使用超声波流量计测试流量时，根据待测管段的管径，计算出超声波流量计两个探头间的距离，再根据距离把管段保温层用锯条割掉，用砂纸把贴探头的管壁部位打磨发亮，探头涂上粘合剂，然后将探头贴在管壁光亮处，并用扎带绑紧，待数据稳定后，记录数据。按上述步骤，记录三次数据。整个过程持续0.5h，测试完毕后将保温层复原。

3 热网各项热损失率测试

3.1 测试目的及对象

测试对象为南郊热电厂建水南线，计算得出η₁、η₂、η₃。

3.2 测试仪器及测点布置

测试仪器：WZY-1型温度自记仪、XCT-2000P型超声波流量计。测点布置：使用WZY-1型温度自记仪、XCT-2000P型超声波流量计对热源及建水南线20座热力站一级管网流量、供回水温度进行测量。

3.3 测试时间及热源、热网调节方法

测试时间为2010年2月6日至7日。在测试期间，测试区域内热网的所有阀门和循环泵均不调节，保持定流量运行。

4 测试结果分析

4.1 建筑物耗热量指标

通过对12幢建筑物的实际测量，计算得出济南市不同年代、不同功能建筑物的耗热量指标^[3～4]，见表2、3。表2、3中的折算耗热量指标为实际的耗热量指标折算成为室内温度为18℃下的耗热量指标。测试期间室外平均温度为-1℃。

由表2、3可知，测试建筑物室内温度均已超过18℃，实际耗热量指标大多数在40W/m²左右，济南铁路局二七新村南村六区3号楼、济南市南郊热电厂宿舍3号楼、园丁小区5号楼、儿童医院住院楼的实际耗热量指标过高。原因为济南铁路局二七新村南村六区3号楼为20世纪70年代建筑，墙体未采取任何绝热措施，外窗为铁窗、单玻璃，墙体散热及窗户冷风渗透热损失较大。济南市南郊热电厂宿舍3号楼的墙体未采取任何绝热措施，且为厂区直供用户，供回水温差在测试期间仅为1～2℃，实际运行流量高达52.23m³/h。儿童医院住院楼虽为2000年后建成，但供回水温差在测试期间仅为2～3℃，实际运行流量高达137.7m³/h，耗热量指标过高是由于室内温度过高，经常开窗通风所致。

表2 不同年代居住建筑室内温度及耗热量指标

建筑名称	室内温度/℃	实际耗热量指标/(W·m^-2)	折算耗热量指标/(W·m^-2)
济南铁路局二七新村南村六区3号楼	21.1	82.2	70.6
济南市南郊热电厂宿舍3号楼	21.6	98.1	86.5
园丁小区5号楼	23.4	64.4	50.1
如意苑一期2号楼	18.6	12.0	11.6
山景明珠花园13号楼	22.4	20.0	16.3

表3 不同年代公共建筑室内温度及耗热量指标

建筑名称	室内温度/℃	实际耗热量指标/(W·m^-2)	折算耗热量指标/(W·m^-2)
济南市文物店	20.8	42.3	36.8
济南市经九路小学	20.2	40.4	36.2
儿童医院住院楼	22.7	87.7	70.3
舜耕国际会展中心会议室	19.7	29.3	26.9
儿童医院门诊楼	24.4	20.3	15.2
利豪大厦	25.1	37.9	27.6
济南市南郊热电厂办公楼	23.2	25.0	19.6

由表2、3可知，2000年后的建筑物耗热量指标普遍较小。原因为2000年后大多数建筑围护结构采取绝热措施：采用节能型门窗，改进了围护结构设计。以济南市南郊热电厂办公楼为例，墙体采用框架结构内填加气砼砌块，内墙为混合砂浆抹面，外墙为面砖墙面，外窗为塑钢框、单层镀膜玻璃加密封条。由此可见，改善建筑物围护结构热工性能、提高外窗的气密性能够有效降低建筑物耗热量^[5]。

以济南市经九路小学为例，测试日期为2010年1月20日至28日，耗热量指标、室外温度随时间的变化见图1。

由图1可知，耗热量指标与室外温度的变化趋势相反，室内外温差越大，建筑物耗热量指标越大。测试期间，建筑物平均耗热量指标为36.18W/m²，最小与最大耗热量指标分别为21、55W/m²。如果按最大耗热量指标设计热力站，当年供暖系统热力站负荷率在38.2%～100%，平均负荷率为65.8%，平均负荷率过低，可以判断热力站设计容量偏大。

4.2 各项热损失率计算结果

根据实测数据，由式(1)～(3)计算可得，η₁=25.90%，η₂=0.26%，η₃=25.64%。由计算结果可知，室外管网漏水热损失率叼：非常小，只有0.26%，主要的热损耗为供热管道保温结构热损失，热损失率高达25.64%。究其原因：管网建设年代久远，管道保温层老化，架空部分供热管道保温层脱落严重。因此，需要加强对供热管道保温结构的修复。

5 结论

① 实测建筑物室内温度普遍过高。对于室内平均温度大于20℃的建筑，应在热力入口处加装流量调节阀。

② 测试期间，部分建筑物热力入口供回水温差仅为2～3℃，供热系统处于大流量、小温差运行状态。若将供回水温差提高到5℃，在热负荷不变的情况下，流量将大幅降低，这样将大大降低供热系统运行费用。

③ 不同年代建筑物的耗热量指标差别很大。在热力站建设中，应根据该热力站供热区域内建筑物的年代、供热管道保温情况，适当选取耗热量指标，以防止热力站容量过大，并可降低造价及运行费用。

④ 供热管道保温效果不佳，热损失大。对保温层严重破损的管段，应及时维修或更换保温层。

⑤ 改善建筑物围护结构热工性能，选用节能型门窗，能够有效减少建筑物供暖耗热量。

参考文献：

[1] 温丽.对推进我国供热系统节能的看法和建议[J].暖通空调，1998，28(1)：1-7.

[2] 江亿.我国建筑能耗状况及有效的节能途径[J].暖通空调，2005，35(5)：30-40.

[3] 贺平，孙刚.供热工程[M].3版.北京：巾国建筑工业出版社，1993：8-30.

[4] 方修睦.现场检测的建筑节能指标的折算方法研究[J].哈尔滨建筑大学学报，2001，34(3)：79-82.

[5] 石兆玉.提高供热系统能效是建筑节能的重要途径[J].中国建设信息供热制冷，2005(12)：30-34.

(本文作者：朱兆虎¹ 宋永明¹ 田贯三¹ 张广新² 周旭² 王洋¹ 刘亚楠¹ 张亮¹ 1.山东建筑大学热能工程学院山东济南 250101；2.济南热电有限公司山东济南 250002)