濟(jì)南市建筑物耗熱量指標(biāo)及熱網(wǎng)熱損失分析

摘 要

摘要：通過(guò)對(duì)某供熱區(qū)域內(nèi)不同年代建筑物及熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)際測(cè)試，計(jì)算得出建筑物耗熱量指標(biāo)及熱網(wǎng)熱損失率、漏水熱損失率、保溫結(jié)構(gòu)熱損失率。不同年代的建筑物耗熱量指標(biāo)差
摘要：通過(guò)對(duì)某供熱區(qū)域內(nèi)不同年代建筑物及熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)際測(cè)試，計(jì)算得出建筑物耗熱量指標(biāo)及熱網(wǎng)熱損失率、漏水熱損失率、保溫結(jié)構(gòu)熱損失率。不同年代的建筑物耗熱量指標(biāo)差別較大，供熱管道保溫結(jié)構(gòu)熱損失率較大。
關(guān)鍵詞：建筑物耗熱量指標(biāo)；熱網(wǎng)熱損失率；漏水熱損失率；保溫結(jié)構(gòu)熱損失率
Analysis of Heat Consumption Indexes for Buildings and Heat Loss of Heat-supply Network in Jinan City
ZHU Zhaohu，SONG Yongming，TIAN Guansan，ZHANG Guangxin，ZHOU Xu，WANG Yang，LIU Ya’nan，ZHANG Liang
Abstract：Through the practical test of buildings built in different years and operation parameters of heat-supply network in a heating area，the heat consumption indexes of buildings，heat loss rate of heat-supply network，heat loss rate due to water leakage and heat loss rate of insulation construction are obtained by calculation.The heat consumption indexes of buildings built in different years vary greatly，and the heat loss rate of insulation construction for heating pipeline is larger.
Key words：heat consumption indexes of buildings；heat loss rate of heat-supply network；heat loss rate due to water leakage；heat loss rate of insulation construction
    集中供熱是北方地區(qū)主要的供熱方式。目前，北方城鎮(zhèn)民用建筑供熱面積達(dá)6.5×108m2，民用建筑單位建筑面積供暖能耗按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)平均為20kg/m2[1]，占民用建筑總能耗的56%～58%[2]。我國(guó)城鎮(zhèn)單位建筑面積供暖能耗是同緯度發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3倍，而除供暖外的其他用能(照明、空調(diào)、家電、建筑設(shè)備等)，按單位建筑面積比較，僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的20%～50%[2]。因此，供熱節(jié)能是實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑節(jié)能潛力最大、最有效的途徑之一。本文對(duì)濟(jì)南市某供熱區(qū)域建筑物耗熱量指標(biāo)及熱網(wǎng)各項(xiàng)熱損失率進(jìn)行實(shí)測(cè)計(jì)算分析。
1 測(cè)試原理
    濟(jì)南市南郊熱電廠集中供熱系統(tǒng)采用枝狀管網(wǎng)，分別測(cè)量熱源流量及供回水溫度、各熱力站流量及供回水溫度、系統(tǒng)補(bǔ)水量、補(bǔ)水溫度、各供暖建筑的流量及供回水溫度等運(yùn)行參數(shù)?；诟黜?xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)，可計(jì)算出供熱系統(tǒng)的室外管網(wǎng)熱損失率、漏水熱損失率、供熱管道保溫結(jié)構(gòu)熱損失率、建筑物耗熱量指標(biāo)。
    室外管網(wǎng)熱損失率η1的計(jì)算式為：
 
式中η1——室外管網(wǎng)的熱損失率
n——熱力站數(shù)量
qm,i——第i座熱力站的質(zhì)量流量，kg/s
ρ——熱水的密度，kg/m3
    cp——熱水的比定壓熱容，J/(kg·K)
ts,i、tr,i——第i座熱力站的供、回水溫度，℃
qm,0——熱源的質(zhì)量流量，kg/s
    ts,0、tr,0——熱源的供、回水溫度，℃
室外管網(wǎng)漏水熱損失率η2的計(jì)算式為：
 
式中η2——室外管網(wǎng)的漏水熱損失率
qm,m——系統(tǒng)的補(bǔ)水量，kg/s
tm——補(bǔ)水溫度，℃
供熱管道保溫結(jié)構(gòu)熱損失率η3的計(jì)算式為：
   η3=η1-η2    (3)
式中η3——供熱管道保溫結(jié)構(gòu)熱損失率
第j幢建筑物的耗熱量指標(biāo)qj的計(jì)算式為：
 
式中qj——第j幢建筑物的耗熱量指標(biāo)，W/m2
    qm,i——第j幢建筑物的質(zhì)量流量，kg/s
    ts,j、tr,j——第j幢建筑物的供、回水溫度，℃
    Aj——第j幢建筑物的建筑面積，m2
2 耗熱量指標(biāo)的測(cè)試
2.1 測(cè)試目的及對(duì)象
   測(cè)試目的為得出濟(jì)南市不同年代、不同功能建筑物的實(shí)際耗熱量指標(biāo)。取南郊熱電廠供熱范圍內(nèi)的12幢建筑物(其中居住建筑5幢、公共建筑7幢)，建筑物基本情況見(jiàn)表1。
表1 建筑物基本情況
建筑名稱
建設(shè)年代
建筑功能
建筑面積/m2
濟(jì)南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號(hào)樓
20世紀(jì)70年代
住宅
1841
濟(jì)南市文物店
20世紀(jì)80年代
辦公
2087
兒童醫(yī)院門診樓
20世紀(jì)80年代
醫(yī)院
6736
濟(jì)南市經(jīng)九路小學(xué)
20世紀(jì)80年代
學(xué)校
1164
濟(jì)南市南郊熱電廠宿舍3號(hào)樓
20世紀(jì)90年代
住宅
2976
園丁小區(qū)5號(hào)樓
20世紀(jì)90年代
住宅
1354
如意苑一期2號(hào)樓
2000年后
住宅
9497
山景明珠花園13號(hào)樓
2000年后
住宅
4355
濟(jì)南市南郊熱電廠辦公樓
2000年后
辦公
4600
兒童醫(yī)院住院樓
2000年后
醫(yī)院
5353
利豪大廈
2000年后
餐飲、住宿
9800
舜耕國(guó)際會(huì)展中心會(huì)議室
2000年后
大禮堂
1600
2.2 測(cè)試儀器及測(cè)點(diǎn)布置
   ① 測(cè)試儀器
   測(cè)試儀器：WZY-1型溫度自記儀、XCT-2000P型超聲波流量計(jì)、PC-2R多通道型熱通量檢測(cè)系統(tǒng)。WZY-1型溫度白記儀是一種智能記錄儀器，溫度測(cè)量范圍為-20～80℃，測(cè)量誤差范圍為±0.3℃。XCT-2000P型超聲波流量計(jì)測(cè)量范圍為0.2～160.0t/h，線性度優(yōu)于0.2%，測(cè)量相對(duì)誤差范圍為±1%。PC-2R多通道型熱通量檢測(cè)系統(tǒng)共12個(gè)通道，測(cè)量相對(duì)誤差范圍為±5%，輸入范圍為-500～500W/m2。
   ② 測(cè)點(diǎn)布置
   a. 使用24臺(tái)WZY-1型溫度自記儀，對(duì)12幢建筑物熱力入口供同水溫度進(jìn)行測(cè)量，每隔1h記錄一次數(shù)據(jù)。
    b. 使用57臺(tái)WZY-1型溫度自記儀，對(duì)12幢建筑物進(jìn)行室內(nèi)溫度的測(cè)量，每隔1h記錄一次數(shù)據(jù)。室內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)分布比例為：頂層40%、中間層20%、底層40%，測(cè)試房間以朝南為主。
   c. 使用XCT-2000P型超聲波流量計(jì)對(duì)12幢建筑物熱力入口供回水流量進(jìn)行測(cè)量。
    d. 使用PC-2R多通道型熱通量檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)12幢建筑物的外墻和外窗進(jìn)行熱流量測(cè)試，每面墻同時(shí)使用2個(gè)通道，每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)，外墻對(duì)應(yīng)的外窗同時(shí)使用2個(gè)通道，每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)，墻窗同一時(shí)間開(kāi)始測(cè)試。
    e. 使用1臺(tái)WZY-1型溫度自記儀，對(duì)測(cè)試期間室外溫度進(jìn)行測(cè)量，每隔1h記錄一次數(shù)據(jù)。
2.3 測(cè)試時(shí)間及調(diào)節(jié)方法
    測(cè)試時(shí)間為2010年1月20日至28日。在測(cè)試期間，測(cè)試區(qū)域內(nèi)熱網(wǎng)的所有閥門和循環(huán)泵均不調(diào)節(jié)，保持定流量運(yùn)行。
2.4 測(cè)試實(shí)施
    ① 使用溫度自計(jì)議測(cè)試時(shí)，將溫度探頭貼在供熱管道壁上測(cè)量水溫。具體做法是：先把測(cè)點(diǎn)部位的保溫層用鋸條割掉，用砂紙把貼探頭的管壁部位打磨發(fā)亮，再把溫度探頭用細(xì)鐵絲緊緊纏繞在鋼管的管壁上，接著用黃油覆在溫度探頭四周，最后將保溫層復(fù)原。兩周后取出溫度自計(jì)儀，再次將保溫層復(fù)原。
    ② 使用超聲波流量計(jì)測(cè)試流量時(shí)，根據(jù)待測(cè)管段的管徑，計(jì)算出超聲波流量計(jì)兩個(gè)探頭間的距離，再根據(jù)距離把管段保溫層用鋸條割掉，用砂紙把貼探頭的管壁部位打磨發(fā)亮，探頭涂上粘合劑，然后將探頭貼在管壁光亮處，并用扎帶綁緊，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)。按上述步驟，記錄三次數(shù)據(jù)。整個(gè)過(guò)程持續(xù)0.5h，測(cè)試完畢后將保溫層復(fù)原。
3 熱網(wǎng)各項(xiàng)熱損失率測(cè)試
3.1 測(cè)試目的及對(duì)象
    測(cè)試對(duì)象為南郊熱電廠建水南線，計(jì)算得出η1、η2、η3。
3.2 測(cè)試儀器及測(cè)點(diǎn)布置
    測(cè)試儀器：WZY-1型溫度自記儀、XCT-2000P型超聲波流量計(jì)。測(cè)點(diǎn)布置：使用WZY-1型溫度自記儀、XCT-2000P型超聲波流量計(jì)對(duì)熱源及建水南線20座熱力站一級(jí)管網(wǎng)流量、供回水溫度進(jìn)行測(cè)量。
3.3 測(cè)試時(shí)間及熱源、熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法
    測(cè)試時(shí)間為2010年2月6日至7日。在測(cè)試期間，測(cè)試區(qū)域內(nèi)熱網(wǎng)的所有閥門和循環(huán)泵均不調(diào)節(jié)，保持定流量運(yùn)行。
4 測(cè)試結(jié)果分析
4.1 建筑物耗熱量指標(biāo)
    通過(guò)對(duì)12幢建筑物的實(shí)際測(cè)量，計(jì)算得出濟(jì)南市不同年代、不同功能建筑物的耗熱量指標(biāo)[3～4]，見(jiàn)表2、3。表2、3中的折算耗熱量指標(biāo)為實(shí)際的耗熱量指標(biāo)折算成為室內(nèi)溫度為18℃下的耗熱量指標(biāo)。測(cè)試期間室外平均溫度為-1℃。
    由表2、3可知，測(cè)試建筑物室內(nèi)溫度均已超過(guò)18℃，實(shí)際耗熱量指標(biāo)大多數(shù)在40W/m2左右，濟(jì)南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號(hào)樓、濟(jì)南市南郊熱電廠宿舍3號(hào)樓、園丁小區(qū)5號(hào)樓、兒童醫(yī)院住院樓的實(shí)際耗熱量指標(biāo)過(guò)高。原因?yàn)闈?jì)南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號(hào)樓為20世紀(jì)70年代建筑，墻體未采取任何絕熱措施，外窗為鐵窗、單玻璃，墻體散熱及窗戶冷風(fēng)滲透熱損失較大。濟(jì)南市南郊熱電廠宿舍3號(hào)樓的墻體未采取任何絕熱措施，且為廠區(qū)直供用戶，供回水溫差在測(cè)試期間僅為1～2℃，實(shí)際運(yùn)行流量高達(dá)52.23m3/h。兒童醫(yī)院住院樓雖為2000年后建成，但供回水溫差在測(cè)試期間僅為2～3℃，實(shí)際運(yùn)行流量高達(dá)137.7m3/h，耗熱量指標(biāo)過(guò)高是由于室內(nèi)溫度過(guò)高，經(jīng)常開(kāi)窗通風(fēng)所致。
表2 不同年代居住建筑室內(nèi)溫度及耗熱量指標(biāo)
建筑名稱
室內(nèi)溫度/℃
實(shí)際耗熱量
指標(biāo)/(W·m-2)
折算耗熱量
指標(biāo)/(W·m-2)
濟(jì)南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號(hào)樓
21.1
82.2
70.6
濟(jì)南市南郊熱電廠宿舍3號(hào)樓
21.6
98.1
86.5
園丁小區(qū)5號(hào)樓
23.4
64.4
50.1
如意苑一期2號(hào)樓
18.6
12.0
11.6
山景明珠花園13號(hào)樓
22.4
20.0
16.3
表3 不同年代公共建筑室內(nèi)溫度及耗熱量指標(biāo)
建筑名稱
室內(nèi)溫度/℃
實(shí)際耗熱量
指標(biāo)/(W·m-2)
折算耗熱量
指標(biāo)/(W·m-2)
濟(jì)南市文物店
20.8
42.3
36.8
濟(jì)南市經(jīng)九路小學(xué)
20.2
40.4
36.2
兒童醫(yī)院住院樓
22.7
87.7
70.3
舜耕國(guó)際會(huì)展中心會(huì)議室
19.7
29.3
26.9
兒童醫(yī)院門診樓
24.4
20.3
15.2
利豪大廈
25.1
37.9
27.6
濟(jì)南市南郊熱電廠辦公樓
23.2
25.0
19.6
    由表2、3可知，2000年后的建筑物耗熱量指標(biāo)普遍較小。原因?yàn)?000年后大多數(shù)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取絕熱措施：采用節(jié)能型門窗，改進(jìn)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以濟(jì)南市南郊熱電廠辦公樓為例，墻體采用框架結(jié)構(gòu)內(nèi)填加氣砼砌塊，內(nèi)墻為混合砂漿抹面，外墻為面磚墻面，外窗為塑鋼框、單層鍍膜玻璃加密封條。由此可見(jiàn)，改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、提高外窗的氣密性能夠有效降低建筑物耗熱量[5]。
    以濟(jì)南市經(jīng)九路小學(xué)為例，測(cè)試日期為2010年1月20日至28日，耗熱量指標(biāo)、室外溫度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖1。
 

    由圖1可知，耗熱量指標(biāo)與室外溫度的變化趨勢(shì)相反，室內(nèi)外溫差越大，建筑物耗熱量指標(biāo)越大。測(cè)試期間，建筑物平均耗熱量指標(biāo)為36.18W/m2，最小與最大耗熱量指標(biāo)分別為21、55W/m2。如果按最大耗熱量指標(biāo)設(shè)計(jì)熱力站，當(dāng)年供暖系統(tǒng)熱力站負(fù)荷率在38.2%～100%，平均負(fù)荷率為65.8%，平均負(fù)荷率過(guò)低，可以判斷熱力站設(shè)計(jì)容量偏大。
4.2 各項(xiàng)熱損失率計(jì)算結(jié)果
   根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，由式(1)～(3)計(jì)算可得，η1=25.90%，η2=0.26%，η3=25.64%。由計(jì)算結(jié)果可知，室外管網(wǎng)漏水熱損失率叼：非常小，只有0.26%，主要的熱損耗為供熱管道保溫結(jié)構(gòu)熱損失，熱損失率高達(dá)25.64%。究其原因：管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，管道保溫層老化，架空部分供熱管道保溫層脫落嚴(yán)重。因此，需要加強(qiáng)對(duì)供熱管道保溫結(jié)構(gòu)的修復(fù)。
5 結(jié)論
    ① 實(shí)測(cè)建筑物室內(nèi)溫度普遍過(guò)高。對(duì)于室內(nèi)平均溫度大于20℃的建筑，應(yīng)在熱力入口處加裝流量調(diào)節(jié)閥。
    ② 測(cè)試期間，部分建筑物熱力入口供回水溫差僅為2～3℃，供熱系統(tǒng)處于大流量、小溫差運(yùn)行狀態(tài)。若將供回水溫差提高到5℃，在熱負(fù)荷不變的情況下，流量將大幅降低，這樣將大大降低供熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。
    ③ 不同年代建筑物的耗熱量指標(biāo)差別很大。在熱力站建設(shè)中，應(yīng)根據(jù)該熱力站供熱區(qū)域內(nèi)建筑物的年代、供熱管道保溫情況，適當(dāng)選取耗熱量指標(biāo)，以防止熱力站容量過(guò)大，并可降低造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用。
    ④ 供熱管道保溫效果不佳，熱損失大。對(duì)保溫層嚴(yán)重破損的管段，應(yīng)及時(shí)維修或更換保溫層。
    ⑤ 改善建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，選用節(jié)能型門窗，能夠有效減少建筑物供暖耗熱量。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：朱兆虎1 宋永明1 田貫三1 張廣新2 周旭2 王洋1 劉亞楠1 張亮1 1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院 山東濟(jì)南 250101；2.濟(jì)南熱電有限公司 山東濟(jì)南 250002)