吉林建筑大學市政與環境工程學院      李海斌   徐凱   索雨麥   譚慧琳   王春青

摘   要：通過對長春某熱力公司典型集中供熱管網系統的實測，構建了供熱管網系統節能評價方法和指標的確定。采用科學調研方法進行了分析，以設施設備和運行管理兩方面確定供熱管網系統節能性評價體系，設定評價指標。開發了集中供熱管網系統節能評價軟件。以該評價手段，對長春某熱力公司典型一次網系統的實測情況進行了節能性評價，評價結果科學合理。

關鍵詞：供熱管網；節能；評價指標；評價體系

       0   引言

       在供熱系統節能發展的過程中，忽略了系統運行過程的影響，單從末端的建筑用戶角度去挖掘節能空間對于整個供熱系統而言收效甚微，北方地區近年來所推崇的“暖房子工程”、“按戶計量收費”等供熱節能措施從某種程度上節能效果并不十分理想，在國家不斷提高建筑節能標準的同時卻時常出現“節能建筑不節能”的現象，節能建筑的能耗仍是居高不下。建筑物的節能改造必須從圍護結構和供熱系統兩方面進行，單純的加強建筑的保溫性能并不能提高鍋爐的運行效率，也不會降低管網系統的運行能耗 [1-4]。真正實現供熱系統的節能降耗必須考慮系統整體的各個環節，而對集中供熱系統起到承上啟下作用的管網系統而言，由于其結構復雜且規模較大，是整個供熱系統的重要能耗環節，提高管網系統的供熱效能，對供熱管網系統的節能運行情況做出科學合理的評價將會為后續采取具有針對性、有效性的節能措施產生積極地推動作用，對實現整個供熱系統的節能運行具有重要意義。

       1   集中供熱管網系統節能評價體系構建

       集中供熱管網系統節能評價體系及相關軟件開發是管網系統節能評價的有效手段，通過對長春市、吉林市、延吉市以及松原市典型熱力公司及換熱站的供回水溫度、流量、供熱量等運行數據進行測試采集，同時對熱力公司的運營和日常管理情況進行調研，總結分析影響管網系統運行的主要技術因素及管理因素，在總結已有評價體系的基礎上，提出了具有靈活性和實用性的集中供熱管網系統評價體系，在構建了合理的體系框架基礎上，科學、有效、全面的制定了評價指標，采用評價指標與評價結論的“彈性”結合，使評價結果更客觀。為提高體系的可操作性，縮短體系運行周期，采用計算機技術將評價體系規范化，形成實用性強的評價軟件，使整個評價體系的數據計算、項目評價、綜合評定、星級評定等一系列工作實現自動化，形成科學的現代評價模式，極大地推動了評價體系的推廣與實際應用。

       對于供熱管網系統而言，系統節能性評價指標的選取將直接影響到評價體系的合理性，根據《城鎮供熱系統節能標準》GB/T 50627—2010中列舉的具體內容以及在14~15采暖季對長春市熱力公司典型管網系統的實際測試分析，確定了影響管網系統節能運行的評價指標。

       1.1   系統評價體系架構

       根據評價目標的特點以及研究狀況，體系的構建應該遵循簡明性、系統性、科學性、層次性穩定性以及可獲得性的原則。評價體系根據集中供熱管網系統的特點及節能運行環節的實際情況，采用層次分析法構建系統的評價體系框架，形成評價單元、評價項目以及評價內容三個體系層級。
構建的集中供熱管網系統評價體系如圖1所示。

圖1   集中供熱管網系統評價體系結構

       1.2   系統評價體系權重的確定

       管網系統評價屬于多指標綜合評價問題，指標權重是衡量多目標決策中評價指標的重要參數，反映了評價指標在評價體系中的重要程度[4]。管網評價體系通過采用德爾菲法（Delphi Method）確定管網系統評價體系中評價單元的權重。德爾菲法是一種多輪專家咨詢法，從建立初起便在決策評價領域被廣泛應用，它具有以下三個特點：

       匿名性：向專家分別發放咨詢表，各專家之間互不知曉；多輪反饋性：將每一輪的結果匯總后作為反饋資料發放給各位專家，作為新一輪決策的參考；統計處理的特點：用統計方法處理結果，得到調查結論。采用德爾菲法（Delphi Method）在很大程度上避免了人為因素的影響，使決策結果更為公正可靠。系統評價體系中各評價單元的權重值如表1所示。

表1   評價單元權重值

       1.3   系統評價體系的評價方法

       在確定具體評價方法過程中進行了反復的論證修改，從對評價內容得分的簡單累加求和到逐項確定評價內容權重，從評價內容得分與對應評價單元權重結合到在評價內容中設定評價優選項，將評價方法從復雜刻板逐步修正到簡單靈活，提高了評價體系的實際應用程度。
評價的目的在于通過全面系統的評價查找供熱管網存在的問題，發現系統的重要能耗環節，和系統管理等方面存在的不足，而對于嚴重偏離能耗指標標準的系統而言則失去評價意義。換言之，應對評價體系的應用設定評價前提，當管網系統滿足評價前提時可視其為可評價系統，當前提條件中任意一條不滿足時則不予評價。表2為集中供熱管網系統評價體系的應用前提。

表2   評價體系之前提條件

       1.4   系統綜合評測指標

       對于參與評價的供熱管網系統，依據本評價體系的結構劃分，分別對一次網、熱力站、二次網、室內供暖系統、設備管理、運行管理、能效指標評價項目當中的若干評價內容進行打分，各評價內容得分之和為相應的評價項目得分，各項目得分之和為相應評價單元得分，將各評價單元總分設定為100分，各個評價單元的得分與表3中對應的權重值相乘，通過加權求和的方法得到系統綜合得分，本評價體系將系統綜合得分劃分為四個等級，分別為綜合得分≥90分、綜合得分≥75分、綜合得分≥60分、綜合得分＜60分。

       在確定評價內容指標分值過程中，結合有關評價標準和節能檢測標準，根據調研中了解到的實際情況，重點選擇對能耗影響較大的因素，對在實際過程中實施較為困難或過于理論性的要求予以舍棄，據此將100分的評價單元總分合理分配得到各評價內容指標的標準分值。表3~表5為各評價項目中所包含的評價內容標準分值。

       1.5   系統評級

       通過對評價內容的分析，確定10個評價指標優選項，分別為一次網單元的“管道保溫”、二次網單元的“管道保溫”、室內供暖系統單元的“熱力入口”和“室溫控制及熱計量裝置”、運行管理單元的“節能管理”、能效指標單元的“管網輸送效率”、“耗電輸熱比”、“水力平衡度”、“系統補水率”以及“室內溫度”，規定優選項得分≥該項滿分的4/5時，該優選項為合格優選項。

       評級體系將管網系統分為三個星級評價等級，將系統綜合得分與合格優選項數目相結合，通過“彈性”評定的手段給出管網系統的綜合星級結論，即以系統綜合得分為評定基礎，結合合格優選項數目，若合格優選項數目較少則在星級評定時予以降低一個等級；若合格優選項數目較多，則在星級評定時予以提升一個等級，以此提高評價體系應用的靈活性和適應性，同時對供熱企業產生較大的激勵作用。

       1.6   評價標準與細則

       集中供熱管網系統評價指標體系建立完成，在實際應用過程中應根據評價對象的實際情況依據一定的標準進行評分，根據實測調研過程中了解到的相關情況并結合有關的規范文本，在保留必要的評價標準條款的基礎上舍棄在實際應用中受限或實際應用較為困難的內容，使評價體系符合管網實際情況，評價更為合理，評價結果更具意義。此外，根據表3~表5中各評價內容指標的標準分值，結合評價標準中評價條款的數目以及各評價條款本身的重要程度，合理分配各條款所屬分值。

表3   系統設施單元項目評價內容分值表

表4   系統管理單元項目評價內容分值表

表5   能效檢測單元項目評價內容分值表

       2   供熱管網系統節能評價軟件開發

       2.1   軟件模塊劃分及工作流程

       2.1.1   軟件模塊劃分

       所謂模塊是指一個相對獨立的單元，不同功能的模塊按照一定的規律組合成更為復雜的系統，而模塊化正是基于系統整體的“分解”和“集中”思想。在軟件開發方面，模塊化也得到了充分的應用，它使得模塊具有獨立開發的能力，當需要增加新的方法和功能時無需對其他模塊進行顯著改動，減少了開發的不確定性和風險，減少了開發時間，提高了開發效率，同時，將程序代碼進行模塊化開發有助于代碼的管理和維護。

       評價軟件開發過程中結合評價體系的層次結構，在程序模塊設計上與體系結構相對應，以評價單元為主分別設置系統管理模塊、系統設施模塊和能效檢測模塊，此外為了方便程序的管理和修改調試，又分別設置了算法模塊和評價標準模塊，分別用于定量評價指標的參數計算和所有評價指標標準的存放于調用。通過這種層次化的模塊設計使得軟件程序體系一目了然。模塊之間通過簡單的通信接口相連接，在保證了相互之間的獨立性同時也保證了彼此的關聯性，通過設置在管網系統各監測點的智能儀表采集熱力網、熱力站、街區管網、室內供暖系統運行數據，調研獲取設備管理信息和運行管理信息，將其遠傳或人為錄入到評測管網數據庫中，經過處理模塊的分析操作后加載到事先設定好的相應模塊。在利用軟件進行實際的評價賦分操作時可以簡化軟件內部的運行流程，提高軟件的計算處理效率。評價軟件程序原理如圖2所示。

圖2    評價軟件程序原理圖

       2.1.2   軟件工作流程

       結合評價軟件的應用目的以及在評價過程當中所起的作用，在軟件工作流程設計過程中以簡單便捷為主要設計原則，在保證評價工作所需的正常功能基礎上，盡量簡化軟件的工作流程，避免復雜繁瑣的操作形式，保證整個評價過程的清晰順暢。因此，在軟件的流程設計上同樣以評價體系結構為主要設計思想，按照結構層次設置軟件操作步驟，軟件結構清晰明了，便于評價人員理解和實際操作。

       3   工程實際應用

       在2014至2015采暖季，對長春市某熱力公司一次網系統運行數據進行了采集，結合指標評價體系對該供熱管網系統的節能性作出評價。該熱力公司為區域鍋爐房，供熱面積120780m²，下設9個換熱站，一次網總管設計循環流量198.5t/h，測試時間2014年12月25日至2015年1月3日，共計10天。

       根據測試得到的數據，對該供熱管網系統節能性評價指標進行計算。測試時間內一次網測試平均供水流量193.3t/h，測試平均回水流量192.1t/h，各換熱站測試熱負荷累加值為4440.8kW，一次網測試平均輸送熱負荷為5750.6kW，該供熱一次網系統水力平衡度HBc=0.97，系統補水率gc=0.62%，管網輸送效率η =77.2%。

       一次網側采用SLS150-315循環水泵兩臺，一用一備，軸功率26kW，水泵額定流量200t/h，測試平均流量139t/h，最不利環路供回水管長5050m，一次網設計供回水溫度120/70℃，計算確定EHRcd=0.00519，HER=0.00596，一次網耗電輸熱比滿足EHRcd≤HER，水泵運行效率η =69.5%。對該一次網系統節能性指標的評分見表6。

表6   某熱力公司一次網節能性評價指標評分表

       從表中數據可以看出，該系統因運行調節較好，管網水力平衡度滿足相關規范要求，但管網失水率、管網輸送效率、循環水泵運行效率和循環水泵耗電輸熱比均不符合節能運行要求。根據評價結果對該熱力公司進行了針對性調研，發現一次網投入運行已達13年時間，由于運行時間較長，管網保溫層損壞脫落現象嚴重，管道閥門銹蝕導致管道跑冒滴漏，管網長期運行負荷與最初設計有較大偏差，設備系統老化，與管網水力工況嚴重不匹配等原因致使該公司一次網管網輸送效率較低。

       4   結論

       針對供熱管網系統的特點，合理選取管網節能性評價指標是評價管網系統節能運行的重要因素。管網系統規模龐大，進而必須從主要能耗環節入手，構建合理有效、簡單易行的節能評價體系。出于管網系統的構成特點，評價體系必須能夠適應對一次網系統、二次網系統以及全網系統進行評測，進而提高節能評價體系應用的靈活程度。

參考文獻

       [1] 徐中堂.我國城市集中供熱在創新中發展[J].區域供熱，2014(2):2.

       [2] 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告[M].2009,北京:中國建筑工業出版社，2009.

       [3] 劉張剛.供熱管網節能改造及輸熱能效分析[D],青島理工大學，2012.

       [4] 中國建筑科學研究院，嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準，JGJ 26—2010，北京:中國建筑工業出版社，2010.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年3月刊總第3期。
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