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民用热力站合理规模的探讨

　　一 序言

　　北京市《新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程》4、11中规定，应经技术经济论证，合理确定换热站的供暖范围，供暖面积宜加以控制。
　　城市热力网设计规范CJJ34修订版10、3规定，民用热力站最佳供热规模，应通过技术经济比较确定。当不具备经济比较条件时，热力站最大规模以供热范围不超过本街区为限。以上两项标准说明：民用热力站的规模不宜过大。
　　二 热力站规模偏大的原因分析
　　目前，热力站的规模普遍偏大，供暖面积一般为10万m2以上，最大的达到40～5010万m2。
　　1、热力站规模大的优点：
　　集中供热工程投资较低。在编制集中供热项目的可行性报告和城市供热规划的投资估算时，供热项目的投资只计算到热力站，故热力站的规模越大，集中供热工程的投资越少。
　　经济评价目标函数：投资回收年限、总费用现值PC和总费用年值AC较低。集中供热系统包括一次管网、二次管网及热力站，对供热系统进行经济分析时，首先涉及到的是热力站的规模。对某供热区，在满足同样供热需求的情况下，可以设置一至数座热力站，其规模的变化必将导致组成该供热工程的总投资及各项年运行费的变化，热力站的规模大，由于同时使用系数和参差系数使站内设备容量相对减小，且提高了设备使用率，但同时压降和散热损失增加了，二次网的投资也增加了。从某些经济分析结论可知，热力站的规模越大越经济，投资回收年限越短。
　　运行管理人员较少，目前，热力站基本上是有人值守，每天三班，每班1～2人，热力站规模越大，运行人员相对越少。
　　2、热力站规模偏大的缺点：
　　二次管网水力失调现象较严重，供热效果不好，用户冷热不均，有部分用户的室温达不一设计要求，投诉率较高。一般热力站是在下列条件下建成的，一种是通过新建二次管网将热量送到不同单位或不同小区的旧有庭院管网内，由于没有对旧有管网的水力工况进行核算，也没有对新建管网进行水力计算，运行时，各个用户可能会出现严重的水力失调现象。如北京南小营供热厂的一个热力站，供热面积13万m2，供热半径，热用户有市长之家、中国日报社、经贸大学、化工出版社等，集中供热第一年运行时，出现严重流量分配不均问题，一些用户反映非常强烈。一种是热用户由多层建筑与高层建筑共同组成，如六里桥市政策供热厂某一热力站供热面积25万m2，其中有两幢25层高层建筑，设计时将膨胀水箱置于高层屋顶上，信号管连接在回水支管上，定压点选择不当使高层建筑最上几层经常积气。还有一种是通过分水器将热分配至几条主干线上，每条主干线的口径、长度、供热面积不一样，运行时又没进行流量分配，因此，出现流过某些主干的流量偏多的问题。如首都机场某热力站。
　　二次循环水泵能耗偏大。目前，热力站二次水循环水泵选择的普遍偏大，运行时的流量和扬程比要求的大得多，形成了大流量的运行方式，带来了如下问题：降低了水泵运行效率，泵的运行点是由泵的性能和水系统特性两方面因素确定的点。当选择的泵型号与设计参数一致，当配管阻力的设计值和实际的配管阻力一致则水泵运行在理想状况，减少了无用的运行，实现了高效的运行。但，现有热力站水泵几乎都在使用有富裕能力的水泵，水泵工作点处于低效位置，一般水泵效率约为。提高了水泵耗电费用。按照《民用建筑节能设计标准》规定，供热系统中循环水泵的电功率一般控制在单位建筑面积为/m2范围内，而大流量运行方式下，热力站循环水泵实际电功率在 w/m2，有的甚至高达 w/m2，采暖其循环水泵的耗电量地加11-33%，甚有达100%。
　　出现供热量浪费现象和失水率过高的问题。当热力站规模较大时，水力工况失调和热力工况失调往往使近端用户室温超过设计室温，浪费了供热量，末端用户室温不能达标，有些用户放水，失水率过高也浪费了供热量。
　　现有热力站的设备不能满足分户供热、计量收费的要求。
　　计量收费要求在热力站内设置热量计，设置压差控制器或限流器，采用变速水泵等。目前许多热力站高有或仅安装上述部分设备，不能适用分户供热、计量收费的要求。
　　热力站规模越大，系统水力工况变化较大，对压差控制器、限流器、恒温阀的耐压能力提出了更严格的要求。设计时常常把现有规格的用于定流量系统的阀套用到变流量系统上。实际运行说明，这样构成的系统不能满足热力站规模大的高压差的要求，结果是变流量供热系统的温差Δt达不到设计要求，热交换器不能有效地工作。主要原因是阀的泄漏，阀不能充分关闭或者阀的密封和阀芯遭到腐蚀等。如果热力站规模小些，则水力工况变化也小，控制上相对稳定，热力站设备的选型易于满足用户的要求。
　　3．形成热力站规模偏大的原因分析
　　仅以经济评价标准作为优化目标是导致热力站规模偏大的主要原因之一。
　　优化热力站规模时，不仅要考虑系统的经济性，即投资和成本，而且还要从节能、环境保护、供热可行性和安全性的观点来进行多目标的评价。在多目标评价方法中，可采用标准权重方法，如确定热力站规模时，应将供热可靠性、安全性放在首位，经济性居第二，三是节能性和环保性。即权重：供热可靠性为，经济性为，节能性和环保性为。若只考虑经济性，则可能得到热力站的规模越大越优的结论。给很多人以误导。并成为建设热力站的理论根据。
　　投资政策的局限性。审查和评估集中供热工程项目时，投资只估算到热力站，不考虑二次管网和用户，故热力站越大，项目投资越好控制在某范围内，投资回收其越短，项目也越易于通过。
　　管理体制上的问题。许多热力公司负责从热源厂购热，将热输送到热力站，物业公司负责热用户的管理。集中供热是一项系统工程，管理可以分级，但规划、设计、建设、运行应有全局观念，而目前建设、运行受到了管理很大的影响，这也是形成热力站规模偏大的重要原因之一。
　　福利性供热和按面积收费的方法对热力站规模的影响不魇作用是将热量从热网转移到用户，将热源发生的热介质温度、压力、流量调整、变换到用户设备所要求的状态，保证局部系统安全和经济运行。供热改革前，属福利性供热，按面积收费，一般采用质调节的定流量方式，不管用户有什么特殊要求，不分上班、下班，有采暖期的每个小时内都保持室温为设计值，热力站的调节、控制较简单，设备民少，运行调节对热力站的规模影响不大，这也是形成热力站的规模大的原因之一。
　　缺少无人值守的调节控制设备或设备价格太高。减少运行人员也成为了热力站规模偏大的间接影响因素。
　　三　国外热力站的规模
　　以前相关杂志介绍地国外楼栋式热力站，这种形式优点很多，但投资相对贵些。以下介绍丹麦哥本哈根西部集中供热系统，它是目前北欧集中供热的典型系统。图1所示系统具有如下特点：

　　图一 VEKS供热系统
　　调峰负荷分散设置在各热力站内。如：VEK调峰负荷约占负荷的%，分别设置在19个热力站内。如PEC调峰负荷为总热负荷的12%，分别设置在122个热力站内。
　　调峰锅炉一般单台容量为1-2吨/h的燃气锅炉。根据用户的要求和室外气候条件的变化，自动启停，无人值守。
　　带有调峰锅炉房的热力站的供热规模一般约为500户，供热面积一般约为3万-万m2。
　　VEK一次水供回水温度为115℃/55℃，PEC一次水供回水温度约为130℃/70℃。
　　从以上介绍可知，丹玫等北欧国家热力站的供热规模一般约为500户，供热面积约为3万至万m2。

　　四　确定热力站合理规模原则的探讨
　　1、原则
　　热力站的规模应符合分户供热、计量收费的要求。为了适应便于收费、调节的室内户内双管系统变流量运行的要求，热力站内应设置水泵供热量的热量表；安装实施质调的气候补偿器和安装改变水泵转速的压差控制器和变频调速水泵。为了运行稳定，供热可靠，减少噪声和振动，热力站规模可为2万m2左右，并可设置在地下室或专门的热力站柜内，实现无人值守。
　　提高供热可靠性能安全性。水力工况失调是造成热力工况失调的主要原因，热力工况失调意味着供热不可靠，分户供热要满足用户对热环境的要求，有时用户要求室温为20℃以上，有时却只要10℃左右。由此可见，分户供热的前提条件是实现系统的水力平衡。从上面分析可知，热力站规模偏大可能会带来水力失调的问题。故希望热力站规模小一些。
　　经济性仍然是决定热力站规模的主要原因。通过一些工程的实践和采用多目标评价方法的优选，说明热力站规模在2万-3万m2范围内是比较合适的。
　　2、技术发展、设备先进为发展无人值守热力站创造了条件
　　a.新型、高效、结构紧凑、便于维护、使用寿命长的换热器的出现和生产减少了热力站的占地面积，提高了供热可靠性。
　　b.采用高效率水泵。新设计制造或进口的水泵、电机的效率有明显提高警惕，泵一般提高10-20%，电动机一般提高1-5%。
　　c.采用用先进的流量控制方法。用电机调速控制泵的流量是最好的节是方案，其中变频调速效果最好。目前，许多厂商能提供各种性能好、价格低的变频器。
　　d.限流器、压差调节器、气候补偿器等调节、控制设备齐全。
　　五　小结
　　热力站的规模是供热商品化后大家关心的问题之一。本文叙述了热力站规模较大时的优点、缺点，分析了造成规模较大的原因，探讨了满足分户供热、计量收费要求的热力站的规模，提出了确定热力站合理规模的原则。　　
　　主要参考文献
　　1．北京市标准：新建集中供暖住宅分户热计量设计技术规程2000，北京
　　2．GB50×××-2001采暖通风与空气调节设计规范
　　3．GJJ34 城市热力网设计规范北京