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2025年7月《中國城鎮(zhèn)供熱發(fā)展報告2024》正式出版發(fā)行，面向全行業(yè)發(fā)布！這份報告不僅匯集了行業(yè)最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，更優(yōu)選了來自全國各地的13家供熱企業(yè)在節(jié)能降碳、降本增效方面的成功實(shí)踐，為行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型升級提供了寶貴的經(jīng)驗。第八屆中國供熱學(xué)術(shù)年會上，協(xié)會為入選"2024年度中國供熱行業(yè)節(jié)能減碳增效優(yōu)秀案例"的這13家企業(yè)頒發(fā)了榮譽(yù)證書。

本期分享包頭市熱力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司應(yīng)用精細(xì)化調(diào)節(jié)手段提高供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率的做法。

截至2023-2024供暖期，包頭市熱力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡稱“包頭熱力”）供熱面積3780萬㎡，共有6座主力熱源，2座調(diào)峰備用熱源，運(yùn)行熱力站391座，基本實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)自動化平衡軟件參與生產(chǎn)運(yùn)行。

我國提出“雙碳”目標(biāo)，供熱行業(yè)面臨重大挑戰(zhàn)，僅北方城鎮(zhèn)建筑供熱能耗就占全國建筑運(yùn)行總能耗約1/4，占全社會總能耗約5%，所導(dǎo)致的碳排放也占到全國碳排放總量約6%。供熱企業(yè)進(jìn)一步節(jié)能減碳是擺在我們面前刻不容緩的任務(wù)。

近幾年，包頭熱力推行熱耗精細(xì)化調(diào)節(jié)管理，有效結(jié)合全網(wǎng)自動化平衡系統(tǒng)與生產(chǎn)運(yùn)行，協(xié)調(diào)熱源、熱網(wǎng)、熱力站及用戶端的熱量平衡關(guān)系，對生產(chǎn)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化管理，既滿足了用戶供熱需求，又有效提高了運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的節(jié)能減碳。

（1） 室外溫度預(yù)測

供熱負(fù)荷預(yù)測是供熱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)按需供熱的前提和依據(jù)，但是對一個供熱系統(tǒng)而言，熱負(fù)荷影響因素非常多，包括室外天氣情況（溫度、日照、風(fēng)速等）、建筑物自身圍護(hù)結(jié)構(gòu)情況、建筑物熱惰性、管網(wǎng)輸配效率等。由于上述因素影響，供水溫度、流量等參數(shù)的變化對用戶室溫的影響并不是立刻發(fā)生，而是滯后一段時間。因此，為滿足用戶室溫的設(shè)計要求，當(dāng)天的供熱量，不僅與當(dāng)天的影響因素有關(guān)，還和幾天前的上述參數(shù)有關(guān)^[1]。

經(jīng)過了多年的摸索，目前包頭熱力室外溫度預(yù)測使用的計算方法充分考慮前天及昨天室外天氣對熱負(fù)荷的影響，并結(jié)合當(dāng)日天氣預(yù)測值進(jìn)行綜合考量。該方法將建筑物熱惰性及管網(wǎng)傳輸效率進(jìn)行定性考慮，最大限度地降低了供熱系統(tǒng)大熱惰性、大時滯性的影響，有利于滿足用戶室內(nèi)溫度需求。室外溫度計算公式如下：

其中，室外24h平均溫度根據(jù)中國天氣網(wǎng)的小時記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行下載存檔，取用當(dāng)日7:00至次日7:00的24h實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計算，而當(dāng)日室外平均溫度預(yù)測值則按照每日天氣預(yù)報溫度采用最高值與最低值進(jìn)行平均計算。

經(jīng)過連續(xù)三個供暖期的室外氣溫監(jiān)測，得到供暖期內(nèi)室外溫度平均值（圖7-12）。

圖7-12 包頭市連續(xù)三個供暖期室外平均溫度平均值

（2）用戶熱負(fù)荷預(yù)測

每套熱力站供熱系統(tǒng)中都有不同性質(zhì)的熱用戶，所需供熱負(fù)荷并不相同，例如公共建筑用戶與居民用戶、保溫建筑與非保溫建筑、超高層建筑與普通建筑均有所不同。如何區(qū)分熱用戶，如何在不超供的同時滿足不同性質(zhì)的熱用戶需求，均對精細(xì)化生產(chǎn)運(yùn)行提出了要求。

包頭熱力對每套熱力站供熱系統(tǒng)的所轄用戶進(jìn)行了分類，分為公共保溫建筑、公共非保溫建筑、居民保溫建筑、居民非保溫建筑四類；每一類又分別考慮了建筑年代、二次管網(wǎng)維護(hù)情況、失水情況等因素，在每套系統(tǒng)上均加裝了熱量表。

結(jié)合歷年運(yùn)行經(jīng)驗，分別對每個熱力站供熱系統(tǒng)的熱負(fù)荷進(jìn)行估算。

表7-5為部分熱力站供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷估算結(jié)果。

（3）熱源處的調(diào)節(jié)模式

包頭熱力目前共有8座熱源，除兩座調(diào)峰熱源外，其余6座為主力熱源，為保證熱源及一次管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，并提高供熱安全和保障能力，6座熱源分為4個熱源區(qū)域聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，每個聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的熱源流量、供回水溫度、供回水壓力等參數(shù)不完全一致。

熱源分區(qū)域運(yùn)行，不同區(qū)域運(yùn)行參數(shù)不完全一致，但主要調(diào)節(jié)模式均為分階段質(zhì)調(diào)節(jié)，以達(dá)到在滿足供熱需求的條件下節(jié)能運(yùn)行的目的。即在初末寒期采用小流量運(yùn)行模式，以降低管網(wǎng)熱損失，且降低熱源處及加壓泵循環(huán)水量，可有效降低電耗；在嚴(yán)寒期采用大流量運(yùn)行模式，在滿足熱負(fù)荷需求的前提下保證一次管網(wǎng)安全運(yùn)行。

以華電北控?zé)嵩磪^(qū)域為例，初末寒期單位面積循環(huán)流量為7m3/（萬㎡.h），嚴(yán)寒期為8.5m3/（萬㎡.h）；一電新廠區(qū)域在初末寒期單位面積循環(huán)流量為6m3/（萬㎡.h），嚴(yán)寒期為9m3/（萬㎡.h）。

確定總循環(huán)流量后，需要根據(jù)天氣變化及時調(diào)整熱源供水溫度，參照標(biāo)準(zhǔn)是質(zhì)調(diào)節(jié)曲線。質(zhì)調(diào)節(jié)曲線的計算是熱水管網(wǎng)在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，且不考慮管網(wǎng)沿途熱損失的情況下，熱源的供熱量等于供暖用戶系統(tǒng)散熱設(shè)備的散熱量，同時也等于供暖用戶的熱負(fù)荷。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行計算，有如下熱平衡方程式：

根據(jù)上述平衡關(guān)系、散熱器傳熱系數(shù)、板式換熱器傳熱特征等，可以計算出在不同室外溫度條件下的質(zhì)調(diào)節(jié)曲線，如圖7-13所示。

圖7-13 不同室外溫度條件下的質(zhì)調(diào)節(jié)曲線

不同的熱源區(qū)域及不同階段的流量不同，質(zhì)調(diào)節(jié)曲線也不相同，使熱源的調(diào)節(jié)更加有針對性、更細(xì)致。

同時，在修正熱源的調(diào)節(jié)曲線時，在統(tǒng)計的各熱力站供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷的基礎(chǔ)上增加輸送熱損失。根據(jù)統(tǒng)計，一般熱力管道輸送效率為92%～94%，即熱損失率不超過6%～8%，根據(jù)包頭熱力統(tǒng)計數(shù)據(jù)，管道熱損失約為6%，因此熱力站供熱系統(tǒng)熱指標(biāo)為45W/㎡，考慮一次管網(wǎng)熱損失后，熱源供熱量指標(biāo)調(diào)整為45×1.06=49W/㎡。

（4）熱力站的一次管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)

待熱源處循環(huán)流量、供水溫度確定后，每個熱力站以二次管網(wǎng)供回水平均溫度為基準(zhǔn)參數(shù)，通過站內(nèi)一次側(cè)電調(diào)閥開度對一次管網(wǎng)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

這種調(diào)節(jié)方式可以直接將用戶的實(shí)際供熱效果與一次側(cè)流量調(diào)節(jié)結(jié)合起來，調(diào)節(jié)直接有效，且通過自控系統(tǒng)的自動計算，可以讓一次管網(wǎng)快速建立平衡狀態(tài)，有利于熱網(wǎng)安全高效運(yùn)行。

最后根據(jù)用戶室溫情況及運(yùn)行經(jīng)驗，對各系統(tǒng)的調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行單獨(dú)修正，以達(dá)到精準(zhǔn)控制的目的。

（5）熱力站的循環(huán)泵變頻調(diào)節(jié)

對于熱力站，可以通過變頻泵的精細(xì)調(diào)節(jié)來降低電耗。利用公式（7-8）可以計算出供熱系統(tǒng)的循環(huán)水量，又根據(jù)相似規(guī)律得知，變頻泵的頻率與流量近似成正比。因此，通過熱負(fù)荷的大小可以計算確定站內(nèi)循環(huán)泵頻率設(shè)定值^[3]。

例如某供熱系統(tǒng)在設(shè)計時采用的概算指標(biāo)，站內(nèi)設(shè)備均按照60W/㎡選取，而在實(shí)際運(yùn)行過程中經(jīng)公式（7-2）計算得出熱負(fù)荷需要為45W/㎡，循環(huán)泵最大頻率為50Hz，計算得出循環(huán)泵頻率應(yīng)為45/60×50=38Hz。

按照供熱負(fù)荷分布情況，結(jié)合站內(nèi)循環(huán)泵，將變頻調(diào)節(jié)劃分為幾個時段來進(jìn)行分別調(diào)控（表7-6），以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)化的節(jié)電管理。

（6）二次管網(wǎng)調(diào)節(jié)

1）簡易快速粗調(diào)節(jié) 

在二次管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的實(shí)踐中，包頭熱力摸索出一種簡易的初始狀態(tài)粗調(diào)節(jié)方法，簡單來說有以下步驟：

①測量二次管網(wǎng)總流量，改變循環(huán)泵運(yùn)行臺數(shù)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)供、回水總閥門，使系統(tǒng)總過渡流量控制在總理想流量的120%左右。

②以熱源為中心，由近及遠(yuǎn)，逐個調(diào)節(jié)各支線、用戶。最近的支線、用戶，將其過渡流量調(diào)到該工況下設(shè)計流量的80%～85%；較近的支線、用戶，過渡流量應(yīng)為計算流量的85%～90%；較遠(yuǎn)的支線、用戶，過渡流量是計算流量的90%～95%；最遠(yuǎn)支線、用戶，過渡流量按計算流量的95%～100%調(diào)節(jié)。

③當(dāng)供熱系統(tǒng)支線較多時，在支線母管上安裝調(diào)節(jié)閥。仍按由近及遠(yuǎn)的原則先調(diào)支線再調(diào)各支線的用戶，過渡流量的確定方法同上。

④在調(diào)節(jié)過程中，如遇某支線或用戶在調(diào)節(jié)閥全開時仍未達(dá)到要求的過渡流量，此時跳過該支線或用戶，按既定順序繼續(xù)調(diào)節(jié)。等調(diào)節(jié)完畢后再復(fù)查該支線或用戶的運(yùn)行流量。若與計算流量偏差超過20%，應(yīng)檢查、排除有關(guān)故障。

2）加裝平衡閥并采用回水溫度一致法進(jìn)行調(diào)節(jié)

當(dāng)系統(tǒng)精細(xì)調(diào)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)時，可適當(dāng)安裝二次管網(wǎng)平衡閥并配合采用回水溫度一致法實(shí)現(xiàn)二次管網(wǎng)的水力平衡與調(diào)節(jié)。

由于二次管網(wǎng)管路較短，供水溫降可以忽略，因此只采用回水溫度一致法來進(jìn)行調(diào)節(jié)也可以滿足二次管網(wǎng)的平衡要求，即通過支線或單元、入戶閥門的實(shí)時平均回水溫度作為調(diào)控依據(jù)。若測點(diǎn)處回水溫度高于目標(biāo)值，則將閥門開度適當(dāng)減小；若測點(diǎn)處回水溫度低于目標(biāo)值，則將閥門開度適當(dāng)增大，最終使各類用戶回水溫度趨于一致^[4]。采用這兩種措施后，熱力站電耗降幅為20%～30%，同時熱耗也平均降低15%左右。

（7）實(shí)現(xiàn)用戶端的精細(xì)化調(diào)節(jié)

用戶端調(diào)節(jié)主要通過用戶室內(nèi)散熱器溫控閥門來實(shí)現(xiàn)，包頭熱力通過無線測溫平臺監(jiān)測用戶室溫，以保證用戶室溫符合標(biāo)準(zhǔn)。目前共有4700余臺固定式無線測溫設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，后續(xù)還將陸續(xù)加裝2000臺左右，通過分析用戶室溫來判斷供熱情況，以及判斷是從熱源處調(diào)節(jié)還是從熱力站處或用戶端調(diào)節(jié)。

若所有測點(diǎn)的用戶室溫均偏低，則需從熱源處增加供熱量；若熱力站所屬區(qū)域內(nèi)用戶測點(diǎn)室溫偏低，則需通過調(diào)節(jié)熱力站一次側(cè)閥門來增加熱力站供熱量；對于某棟樓、某單元或某戶測點(diǎn)溫度偏低的情況，則需核實(shí)測點(diǎn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，通過調(diào)節(jié)樓棟、單元閥門開度來提高用戶室溫。

包頭熱力從2018-2019供暖期開始執(zhí)行熱耗精細(xì)化管理工作，截至2023-2024供暖期，單位面積耗熱量從0.48GJ/（㎡·年）降至0.36GJ/（㎡·年），累計減少能源浪費(fèi)2520萬GJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤86萬t，累計減少碳排放214萬t；單位面積耗電量從1.53kWh/（㎡·年）降至1.19kWh/（㎡·年），累計節(jié)約用電7140萬kWh；單位面積補(bǔ)水量從8.65 kg/(㎡·月)降至4.54 kg/(㎡·月)，累計節(jié)約用水518萬m3（圖7-14）。

同時，用戶室溫在18-26℃的比例由60.1%升至87%，節(jié)能降耗的同時達(dá)到了均衡供熱的效果（圖7-15）。

[1]孟范英．關(guān)于降低供暖設(shè)計熱負(fù)荷的概述［J］．區(qū)域供熱，2015（2）：45-49.

[2]石兆玉，楊同球．供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制［M］．北京：中國建筑 工業(yè)出版社，2018．

[3]全國勘察設(shè)計注冊工程師公用設(shè)備專業(yè)管理委員會秘書處．全國勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備工程師暖通空調(diào)專業(yè)考試復(fù)習(xí)教材（2023年版 ）［M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2023．

[4]苗高揚(yáng).供熱管網(wǎng)水利分區(qū)及平均溫度調(diào)節(jié)方法的研究［D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)［年份不詳].