燃气供热系统定额供热节能潜力分析_技术研究

摘要

以某热力公司为例，应用能耗模拟软件DeST-h、DeST-c分别模拟典型居住建筑、公共建筑在不同室外温度下供暖热负荷指标及耗热量，计算出在满足室内设计温度的要求下，定额分配给各热力站的耗气量。

摘　要：针对乌鲁木齐市实施“煤改气”工程后的供暖系统现状，提出定额供热方案。以某热力公司为例，应用能耗模拟软件DeST-h、DeST-c分别模拟典型居住建筑、公共建筑在不同室外温度下供暖热负荷指标及耗热量，计算出在满足室内设计温度的要求下，定额分配给各热力站的耗气量。与上一供暖期实际消耗燃气量进行对比分析，拟采用的定额供热方案可节约14.7％的燃气量。

关键词：燃气供热系统；定额供热；耗气量

Analysis on Energy Saving Potential of Quota Heating of Gas Heating System

Abstract：Aimed at the current situation of heating system after the project for conversion from coal to gas in Urumqi，a quota heating scheme is put forward．Taking a heat supply company in Urumqi for example，the heating load indicators and heat eonsumption of typical residential buildings and public buildings at different outdoor temperatures are simulated by the energy consumption simulation software ST-h and DeST-c respectively．The gas supply quota assigned to each substation under meeting the requirements of design indoor temperature is calculated．The comparative analysis between the calculated data and the actual gas consumption in the last heating period is performed，and it is concluded that the proposed quota heating scheme can save about 14.7％ of gas．

Keywords：gas heating system；quota heating；gas consumption

1　概述

近年乌鲁木齐市政府采取了一系列措施，如拆并燃煤小锅炉工程、老旧管网改造工程、既有建筑节能改造工程、“煤改气”工程、建筑热计量改造工程等以缓解不断扩容的城市供热系统所引起的空气污染。截至2013年底，乌鲁木齐市使用天然气供暖的建筑面积占总供暖面积的82％左右。据估算在全市实施“煤改气”工程后，2012—2013年供暖期可减少燃煤消耗500×10⁴t，减排二氧化硫3.5×10⁴t、烟尘1.7×10⁴t。根据乌鲁木齐市供热行业管理办公室测算，在实施“煤改气”工程后，天然气供热成本是燃煤供热费用的3倍以上。目前，燃气锅炉在没有既定参考数据的情况下运行。

本文通过对乌鲁木齐市某热力公司供热区域内的基本情况进行大量细致的调研，利用国内较前沿的能耗软件DeST-h、DeST-c对区域内的典型居住建筑、公共建筑进行不同室外温度下的能耗计算分析，提出定额分配方案。

2　基础数据调查

本文以按JGJ 26—95《民用建筑节能设计标准(供暖居住建筑部分)》设计的居住建筑为节能50％的居住建筑；以按JGJ 26—2010《严寒和寒冷地区民用建筑节能设计标准》设计的居住建筑为节能65％的居住建筑。以按GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》设计的公共建筑为节能公共建筑，未按该标准设计的公共建筑为非节能公共建筑。乌鲁木齐市内新旧建筑交错，现正在逐步对城区内老旧建筑进行节能改造，通过软件模拟与实际调研，分别对节能50％和65％的居住建筑、非节能公共建筑和节能公共建筑的供暖能耗进行分析。

通过走访、调研统计出该热力公司(下辖4座供热站)供热区域内的各类建筑的面积(见表1)。由表1可知，乌鲁木齐市某热力公司总供热面积为190.729×10⁴m²，其中节能50％居住建筑面积为133.133×10⁴m²，节能65％居住建筑面积为27.094×10⁴m²，非节能公共建筑面积为24.155×10⁴m²，节能公共建筑面积为6.347×10⁴m²。

3　定额分配方案

3.1　定额分配方案概念的提出

乌鲁木齐市某热力公司供热区域内，现有节能50％、65％居住建筑以及非节能、节能公共建筑混杂分布于整个供暖区域，部分建筑供热末端过热过冷的现象必然存在。为确保供暖质量必须保证过冷建筑末端温度，因此造成供热燃气耗量居高不下。“煤改气”工程后，供热成本较燃煤供热大幅度增加。如何在现有条件下节约燃气，降低供热成本是摆在乌鲁木齐市供热企业面前的主要难题。

针对上述问题以及现有的供热管网和运行调节条件，提出定额供热方案，即通过对供热区域内各类建筑在不同室外温度下进行能耗模拟计算，计算出供热锅炉所需的燃气量，实现燃气量的定量化。

3.2　典型居住建筑的能耗分析

根据文献[1]及GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》、JCJ 26—2010《严寒和寒冷地区民用建筑节能设计标准》、JGJ 26—5《民用建筑节能设计标准(供暖居住建筑部分)》规定的汁算参数，以乌鲁木齐市供热区域内某居住建筑为例，进行能耗分析。该建筑坐北朝南，共6层，建筑高度为16.8m，总建筑面积为4112.64m²，体形系数为0.28。节能50％居住建筑外墙传热系数为0.43W／(m²·K)，外窗的传热系数为2.47W／(m²·K)；节能65％居住建筑外墙传热系数为0.35W／(m²·K)，外窗传热系数为1.8W／(m²·K)。计算得出不同室外温度(室外温度取整数)时，该居住建筑分别节能65％、50％时的供暖热负荷指标，计算结果见表2。当室外温度达到16℃时，锅炉停止供暖，热负荷指标为0，但由于乌鲁木齐的昼夜温差可逾20℃，因此存在白天停止供暖，傍晚及夜间又恢复供暖的情况。

3.3　典型公共建筑的能耗分析

根据文献[1]及GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》、GB 50189—2011中小学校设计规范》规定的计算参数，以该公司供热区域内某教学建筑为例，该建筑坐北朝南，共层，建筑高度为18m，总建筑面积为3487.5m²，体形系数为0.22。非节能公共建筑外墙传热系数为1.57W／(m²·K)，外窗热传热系统数为3.12W/(m²·K)；节能公共建筑的外墙传热系数为0.43W／(m²．K)，外窗传热系数为1.8W／(m²·K)，并且不同功能房间换气次数不同。

由以上数据计算出不同室外温度(室外温度取5整数)下，该公共建筑在非节能和节能状态下的供暖热负荷指标，计算结果见表3。

3.4　供热区域内总耗热量

根据上述计算结果，可计算出不同室外温度下，供热区域内总耗热量：

F＝qfA 　　　 (1)

式中F——耗热量，W

qf——供暖热负荷指标，W／m²

A——建筑面积，m²

通过式(1)，可得供热区域范围内，节能50％居住建筑、节能65％居住建筑、节能及非节能公共建筑总耗热量，随室外温度不断升高，各种类型建筑的总耗热量在不断减小，且减小的幅度较大。室外温度由-25℃上升至16℃时，节能50％的居住建筑的总耗热量从5.89×10⁴kW降至0kW；室外温度由-25℃上升至15℃时，节能65％的居住建筑的总耗热量从1.21×10⁴kW降至0kW；室外温度由-25℃上升至17℃时，非节能公共建筑与节能公共建筑的总耗热量分别从3.42×10⁴kW、0.81×10⁴kW降至0kW。

4　经济性分析

文献[1]中对乌鲁木齐市供暖期不同室外温度的时间进行统计可知，乌鲁木齐市的一个供暖期内，室外温度在-14～5℃范围内有3336h，而室外温度在-25～-15℃范围内仅有480h。若热源总供热量超出总耗热量过多，会造成能源的浪费。用户端由于房间过热，开窗调节室内温度的情况也将发生，则势必会造成运行费用增加及能源的浪费。“煤改气”工程后，占全市总供暖面积的82％的建筑采用天然气供暖。因此，消耗燃气量直接反映方案的经济效益。供暖耗气量与建筑物的热负荷指标、供暖面积、天然气的低热值、燃气锅炉的热效率以及管网输送效率有关。燃气量的计算见式(2)：

ggas＝3.6qfA/QLhghx　　　(2)

式中ggas——燃气消耗量，m³／h

QL——天然气低热值，kJ／m³，取33490kJ／m³^[2]

hg——燃气锅炉的热效率，取0.92

hx——管网输送效率，取0.92(参照JGJ 26—2010《严寒和寒冷地区民用建筑节能设计标准》)

按照定额分配方案，将供暖热负荷指标代入上述公式，计算出不同室外温度下单位时间所需燃气量，进而推算出在乌鲁木齐的气象条件下，各供热单位在一个供暖期(183d)内所需燃气量，并与实际消耗燃气量进行比较，比较结果见表4。

对乌鲁木齐市某热力公司供热区域内建筑物拟采用的定额供热分配方式供暖所需燃气量小于实际所需燃气量，节省燃气量为553.34×10⁴m³，各燃气供热站的节省燃气率均大于或等于12％，平均14.7％。因此，设置由室外温度控制的天然气流量调节器，对燃气锅炉供气量进行自动流量调节，定流量分配，这样既能满足用户的需求，又不造成能源的浪费。

5　结语

建筑物的耗热量与室外温度成相反趋势，随着室外温度的不断升高，建筑物的耗热量不断减少，且公共建筑耗热量的变化幅度比居住建筑的变化幅度大，非节能建筑耗热量的变化幅度比节能建筑的变化幅度大。非节能公共建筑的建筑面积占总建筑面积的比重仅为12.7％，但其能耗却占总建筑能耗的30％以上。拟采用的定额分配方案与实际情况相比，供热所需燃气量少且节省燃气率可达14.7％。在满足用户需求的同时，也可节省运行费用，减少能源的浪费。