1、某高校教学楼间歇采暖系统节能潜力分析天津大学环境学院 孙贺江 由世俊 国霖摘要 针对天津某高校教学楼等建筑采暖系统的特点，采用能耗分析的方法，探讨了采用间歇供暖的可行性。用温频法计算出采用 间歇采暖后建筑的耗热 量，通 过与连续采暖的耗热量对比，得出教学楼等建筑每年采用间歇运行方式可节省能量 1941759 kWh，节约标准煤 341t，减少水泵耗电 72679 kWh。由于采用节 能运行的方式，夜间使用小流量供暖不但节约了燃料消耗量，减少了污染物排放，也显著降低了运行 费用，是一种 较为理想的节 能方法。关键词 间歇采暖，建筑节能，温频法，气象参数0 引言随着人民生活水平的提高，我国建筑能耗
2、总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已高达 38%，其中采暖空调能耗约占建筑能耗的 55%，占全社会能耗的 20%。我国建筑能耗浪费严重，为欧洲的 3.8 倍 1。采暖建筑维护结构保温水平低、运行管理不善等原因引起采暖能耗大的状况目前仍然普遍存在。2007 年 1 月 11 日教育部下发了各地高校采取措施切实措施努力建设节约型校园的通知，其中特别指出了高校由于采暖带来的能源浪费问题，要求各高校根据本单位的实际，采取切实措施，克服各种浪费现象，努力建设节约型校园。由于大部分高校采暖系统多采用上供下回垂直单管顺流式或单管顺流带跨越管的系统型式，外网无变流量控制装置，户外入口也为常规设置，用户无
3、法自行调节室温，出现上热下冷温度分布不均，室温过高开窗放热的现象，造成了供热能量大量浪费。高校内的既有建筑根据使用功能差别较大（有教学楼、宿舍楼、办公楼等） ，如何实现此类建筑供热系统的节能运行是亟待解决的问题。本文针对天津某高校既有建筑供热系统的特点，采用能耗分析的方法，探讨采用间歇供暖的可行性，为供热系统运行的合理模式提供依据。1 研究方法采暖系统全年能耗分析必须以建筑物全年负荷计算为基础。关于建筑物全年负荷计算有两种方法:一是建立建筑物热过程的动态模型，在计算机上进行全年或某时间段的逐时模拟，逐时计算法是最复杂，也是最准确的一种能耗计算法，它是根据室外逐时的气象数据、室内设计参数逐时计算
4、出建筑的能耗。二是各种简化计算方法,如度日法、扩大度日法、当量满负荷运行时间法、温频法(Bin)等。Bin 法即温频法是一种简化的能耗计算方法。该方法根据计算地点室外空气焓、含湿量、干湿球温度出现的年频率数（用于全年运行的空调系统）或季节频率数（用于季节性空调系统）和空调系统的全年或季节运行工况计算出不同室外空气状态下的加热量、冷却量和加湿量，然后累计计算出全年能耗量或季节耗能量，采暖系统也同样适用。季节冷负荷或热负荷的计算公式如下：（1）XNWftKQ)(.式中：Q建筑物季节冷负荷或热负荷， kJ；K建筑物综合传热系数， kJ/h.；tW.X某一时刻室外空气的干球温度，；tN室内设计状态的干
5、球温度，；某室外空气干球温度值的年（或季节）小时频率值，h。Xf对美国 ASHRAE 改进的 Bin 能耗计算方法(Modified Bin Method)2,3,4作一些适合于我国华北地区民用住宅使用的修改后，可根据天津市标准年的气象数据，计算天津地区的全年 Bin 数据，建立间歇采暖房间的全年能耗分析模型。2 研究对象天津某高校共设置了 6 个换热站，现仅以第十教学楼换热站所供暖面积为研究对象进行分析。此工程采暖面积 217381.4m2，主要为教室、办公室和学生宿舍，二次管网参数见表 1。间歇采暖方式设定为：采暖系统 22:006:00 防冻运行（小流量） ，6:0022:00 保持正常
6、运行，冬季防冻运行阶段室内设计参数为 12，正常运行阶段室内设计温度为 18。表 1 第十教学楼换热站二次管网支路编号 供热对象 管径 面积(m 2) 流量(t/h)I 教学楼 273mm 36661 88II 教学楼、实验楼 273mm 74171 178III 教学楼、食堂、学生宿舍、设计院 300mm 106549* 256*其中学生宿舍和设计院 64967m23 天津地区 BIN 气象参数为了分析计算所选工程的实际能耗，需要确定天津地区 BIN 气象参数。根据天津地区标准年的气象资料，以 2 温差作为一个温频段，得到天津地区 BIN 气象参数。分别计算出以下三种运行模式下的 BIN 气
7、象参数。（1）模式一：全天 24 小时运行模式，其 BIN 气象参数见表 2，该运行模式适用于供热季全天运行的场所。表 2 天津地区 24 小时 BIN 气象参数 北纬 3906，东经 11710，海拔 3.3m干球温度（） -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5小时数（h） 4 23 113 185 341 508 596 391 296（2）模式二：白天 6:00 22:00 运行模式，其 BIN 气象参数见表 3。该运行模式适用于供热季仅人员活动时间段内运行的场所，如教室等。表 3 天津地区 6:00 22:00 BIN 气象参数 北纬 3906，东经 11710，海拔 3.3
8、m干球温度（） -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5小时数（h） 4 13 56 92 204 332 399 301 237（3）模式三：夜间 22:006:00 低负荷防冻运行模式，其 BIN 气象参数见表 4。该运行模式适用于供热季夜间无人时为防止管道冻裂的场所。表 4 天津地区 22:006:00 BIN 气象参数 北纬 3906，东经 11710，海拔 3.3m干球温度（） -11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5小时数（h） 0 10 57 93 137 176 197 90 594 能耗分析模型的建立及能耗计算在收集并整理了天津地区 BIN 气象参数的基础上，
9、采用 BIN 法即可对上述工程的全年采暖能耗情况进行分析。能耗分析模型为：采暖系统 23:006:00 保持防冻运行，6:0023:00 保持正常运行。天津地区冬季供暖室外计算温度为-9，对于此工程而言，按面积热指标 70 W/m2 计算，则总的热负荷为 10669 kW（已扣除学生宿舍和设计院） 。室外温度低于 5 时开始供热，室内设计温度正常运行阶段为 18，夜间防冻运行阶段室内设计温度为 12。则按温频法计算的全年节能运行总的耗能量为 15632455 kWh，连续运行模式时年总耗能量为 17574214 kWh。010000002000000300000040000005000000-
10、11 -9 -7 -5 -3 -1 1 3 5温 度 （ ）热量（kWh）间 歇 模 式连 续 模 式图 1 间歇运行和连续运行模式能耗比较采用间歇采暖后可以节省 1941759 kWh 的能量，相当于原来用能的 11%。5 燃料消耗量及燃烧产物计算由式（2）可计算燃料消耗量：（2）glydwglrQB式中： B锅炉的燃料消耗量， kg/h；Qgl锅炉每小时有效吸热量，kJ/h；gl锅炉效率；Qr每公斤燃料带入锅炉的热量，kJ/kg；煤的应用基低位发热量，kJ/kg。ydw取锅炉效率为 70%，则锅炉标准煤消耗量及大气污染物排放量如表 5：表 5 标准煤消耗量及污染物排放量 5采暖方式 耗煤量
11、（t） CO2 (t) SO2(t) 烟尘排放量（t） 可节省标准煤(t)连续运行 3084 7687 231 2097节能运行 2743 6837 206 18653416 水泵等耗能设备的节能分析 假设使用变频泵进行流量调节时，水泵效率保持不变，则水泵耗功率与流量的三次方成正比。此工程锅炉房一次网所用循环泵为 6 台，每台功率 90kW，总的供热面积为 2417491 m2，第十教学楼换热站所供面积占总的供热面积的 9%，则第十楼换热站一次网每年循环水泵耗功量为123784kWh， 二次网所用循环水泵一台，功率为 75 kW，考虑采用节能运行模式后水泵耗功是原来的 50%，则意味着在小流量供暖的时间内可以节省 50%的能量。一次网和二次网循环水泵耗功量比较如表 6 和表 7 所示。一次网和二次网共节电 72679kWh，相当于节约标准煤 291t，减少二氧化碳排放 725t，二氧化硫 2t，烟尘 20t5，环保效益显著。表 6 一次网循环水泵耗功量对比运行方式 流量（t/h） 循环水泵耗功（ kWh） 可以节省的能量（kWh）连续运行 262 123784节能运行 131 8181841966表 7 二次网循环水泵耗功量对比运行方式 流量（t/h） 循环水泵耗功（ kWh） 可以节省的能量（kWh）连续运行 524
