分区分时供暖节能探讨

供暖系统是由热源、热网和热用户三个重要环节组成的有机整体，是一个庞大而复杂的系统。针对使用同一热源的热用户在用热时间上的差异，采用分区分时供暖，目的是要达到在整个供暖季大幅度节能、节电，提高能源利用率，以获取更大的经济效益、社会效益和环境效益。这一方法的提出，是在保证满足各不同热用户在供暖效果上的要求基础上，对热源采用集中调节，与对热用户采用局部调节同时进行，是对供热调节方式、方法和手段的一种全新研究。本文对吉林大学南校区集中供暖热用户的用热时间、热负荷及变化进行了详尽调研和计算，分析了采用分时供暖的可行性及经济性，并提出了分时分区供暖的手段。

正确、合理地确定热负荷，是确定热源和供热管网规模的主要依据，是整个供热系统经济合理运行的基础。

该校区冬季供暖建筑面积为1782923m²，由校区内独立的锅炉房作为热源。按学校冬季作息时间及学生、教职员工的学习、工作时间规律，笔者将全部供暖建筑物分成三大类。即：第I类为教职工住宅、学生宿舍、校医院，此类建筑需全天保证室内供暖温度；第Ⅱ类为教学楼、图书馆，此类建筑在夜间非教学时间只保持室内值班供暖温度即可；第Ⅲ类为办公楼、实验室、食堂，此类建筑只需在工作时间保持设计温度即可，而在夜间非工作时间内维持值班供暖温度；第I类建筑供暖时间最长（全天供暖），第Ⅲ类比第Ⅱ类建筑每天所需正常供暖时间还短。因为第Ⅱ、Ⅲ类建筑在夜间会有少量人员在局部房间采用局部供暖，以保证适宜的房间温度。表1给出了上述各类建筑物的分类、建筑面积和每天所需的正常供暖时间。

表1   建筑物分类建筑面积及正常供暖时间

建筑物名称	建筑物面积m2	类 别	正常供暖时间h
教职工住宅	1159181	I	0:00—24:00
学生宿舍	143335	I	0:00—24:00
校医院	7189	I	0:00—24:00
教学楼	307736	II	7:00—21:00
图书馆	60093	II	7:00—21:00
办公楼	64676	III	7:00—17:00
实验室	18405	III	7:00—17:00
食堂	22308	III	5:00—17:00

由表1对建筑物分类看出，若对II、III类建筑在供暖期正常工作日全天对用户供暖系统实施分两个阶段改变流量的量调节，可实现既保证供暖要求，又能大幅度地节能，而且节能潜力应巨大。

严寒地区高校在供暖季的另一个特点是：都有一个长达30天左右的寒假。在寒假时，可对上述第I类学生宿舍II类和III类建筑中大部分甚至是全部建筑实施全天只保证室内维持值班温度供暖即可。

用建筑物供暖面积指标法，可对上述全部建筑进行按现行供暖方法全年能耗计算以及采用分时供暖后能耗计算，从而得出全年节能总量。

现行供暖方法年度能耗计算可用下述公式计算，即：

Q′_n=q_f·F·N×24×3.6×10^-6   GJ   (1)

式中：Q′_n——建筑物全年供暖总能耗,GJ;

      q_f ——建筑物供暖面积热指标W/m²,取70 W/m^2【1】;

F—供暖建筑物的建筑面积，m ²;

N—供暖期天数，长春地区174d^[2];

3.6×10^-6—每小时3600秒，将J换算成GJ。

将需要冬季供暖的建筑物总面积1782923 m ²代入式（1）可得到按现行传统供暖方法全年总能耗，即：Q′_n ＝70×1782923×174×24×3.6×10^-6＝1.876×10^{6   （GJ）}

a建筑物采用分时供暖能耗计算公式

（1）    寒假期间II、III类建筑值班供暖年能耗计算公式为：

Q_nf ＝Φ·q_f·F·(N－30)×(24－h)×3.6×10^-6   GJ  (2)

式中：Q_nf ——建筑物非寒假值班供暖年能耗，GJ;

      Φ——温差修正系数，Φ＝(t_i－t_pj)/(t_n－t_pj)；

      t_i——值班供暖室内温度，取5℃；

      t_n——供暖期室外日平均温度，长春地区取－8℃；^【2】

      t_pj——供暖室内设计温度，取18℃；

      h——工作日每日工作小时数，h;

其它符号意义同式（1）。

(2) 寒假期间I类建筑中学生宿舍，II、III类建筑的全部可采用全天值班采暖，其计算公式为：

Q_nh ＝Φ·q_f·F·30×24×3.6×10^-6   GJ  (3)

式中：Q_nh——寒假期间建筑物值班供暖能耗，GJ;

      30——寒假期间定为30天，d;

其它符号意义同前。

b 分时供暖各建筑物年能耗计算结果

将表1中的统计数据分别代入相应的公式（1），（2），（3）进行计算，即可得到各类建筑物分时供暖的年能耗量。

（1） 非寒假期间，用公式（1）计算，式中N供暖天数为174－30＝144（天）

Q′_n ＝70×143335×144×24×3.6×10^-6=124832.17 （GJ）

（2） 寒假期间用公式（3）计算：

Q_nh ＝{[5－(－8)]/[18－(－8)]} ×70×143335×30×24×3.6×10^-6=13003.35 GJ

其分时供暖年能耗量为124832.17＋13003.35＝137835.52（GJ）按上述方法计算各类建筑分时供暖年能耗汇总于表2。

表2   分时供暖各类建筑年能耗量总汇

建筑物名称	建筑物面积 m2	类 别	供暖时间 h	年能耗量GJ
教职工住宅	1159181	I	0:00—24:00	1.220ⅹ106
学生宿舍	143335	I	0:00—24:00	1.378ⅹ105
校医院	7189	I	0:00—24:00	7.565ⅹ103
教学楼	307736	II	7:00—21:00	8.375ⅹ104
图书馆	60093	II	7:00—21:00	1.635ⅹ104
办公楼	64676	III	7:00—17:00	1.760ⅹ104
实验室	18405	III	7:00—17:00	5.009ⅹ103
食堂	22308	III	5:00—17:00	6.881ⅹ103

 由上述计算得知，采用现行供暖方法，该校区全年供暖总能耗为1.876ⅹ10⁶GJ，而采用分时供暖方法，全年总能耗为1.495ⅹ10⁶GJ，节省能耗为0.381ⅹ10⁶GJ，相当于年节约标准煤12998t（标准煤应用基低位发热量为7000Kcal/Kg或29308KJ/Kg）。从中可以看出，如果采用分时分区供暖，节能的潜力是相当巨大的。

表3   不采用分时供暖II、III类建筑年能耗量总汇

建筑物名称	建筑物面积 m2	类 别	供暖时间 h	年能耗量GJ
教学楼	307736	II	7:00—21:00	1.889ⅹ105
图书馆	60093	II	7:00—21:00	3.689ⅹ104
办公楼	64676	III	7:00—17:00	3.970ⅹ104
实验室	18405	III	7:00—17:00	1.130ⅹ104
食堂	22308	III	5:00—17:00	1.369ⅹ104

通过表2和表3II、III类建筑采用分时和不分时供暖年能耗量的对比可以看出不分时供暖的年能耗量是相当巨大的。

在寒假期间，I类建筑中学生宿舍，II、III类建筑中的全部可采用全天值班采暖，这样就减少了供热量根据公式Q=G·c∆t对于采用分时供暖的建筑物可采用分阶段改变流量的质调节方式能减少热媒流量，由于水泵的电功率与流量的立方成正比，因而节电效果显著，从而节能。

该校区有九个换热站,其中循环水泵24台,总容量1035KW。每个换热站有两台至三台循环水泵,针对该供热系统的实际情况，应在换热站另上一套小流量循环水泵，可以使水泵耗电大大降低，节电效果十分明显。

对于分区分时供暖建筑物的热用户入口设有时间继电功能的调节阀，根据热用户所需求值进行调节流量的大小，从而节能。

总之，采用分时、分区供暖方式，设备利用率高，煤耗降低，节约能源，室温得到保障，社会效益、经济效益、环境效益将大大提高，是一种科学合理、前途光明的供暖方式。此供暖方式对于寒假较长的集中供暖建筑群的严寒地区院校尤其适用。

[1] CBJ34-90，城市热力网设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1990

[2] GBJ19-87，采暖通风与空气调节设计规范[S]. 中国计划出版社，2001