濟南市建筑物耗熱量指標及熱網(wǎng)熱損失分析

摘 要

摘要：通過對某供熱區(qū)域內(nèi)不同年代建筑物及熱網(wǎng)運行參數(shù)的實際測試，計算得出建筑物耗熱量指標及熱網(wǎng)熱損失率、漏水熱損失率、保溫結構熱損失率。不同年代的建筑物耗熱量指標差
摘要：通過對某供熱區(qū)域內(nèi)不同年代建筑物及熱網(wǎng)運行參數(shù)的實際測試，計算得出建筑物耗熱量指標及熱網(wǎng)熱損失率、漏水熱損失率、保溫結構熱損失率。不同年代的建筑物耗熱量指標差別較大，供熱管道保溫結構熱損失率較大。
關鍵詞：建筑物耗熱量指標；熱網(wǎng)熱損失率；漏水熱損失率；保溫結構熱損失率
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6.5×108m2，民用建筑單位建筑面積供暖能耗按標準煤計平均為20kg/m2[1]，占民用建筑總能耗的56%～58%[2]。我國城鎮(zhèn)單位建筑面積供暖能耗是同緯度發(fā)達國家的2～3倍，而除供暖外的其他用能(照明、空調、家電、建筑設備等)，按單位建筑面積比較，僅為發(fā)達國家的20%～50%[2]。因此，供熱節(jié)能是實現(xiàn)我國建筑節(jié)能潛力最大、最有效的途徑之一。本文對濟南市某供熱區(qū)域建筑物耗熱量指標及熱網(wǎng)各項熱損失率進行實測計算分析。
1 測試原理
    濟南市南郊熱電廠集中供熱系統(tǒng)采用枝狀管網(wǎng)，分別測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)補水量、補水溫度、各供暖建筑的流量及供回水溫度等運行參數(shù)?；诟黜棞y試數(shù)據(jù)，可計算出供熱系統(tǒng)的室外管網(wǎng)熱損失率、漏水熱損失率、供熱管道保溫結構熱損失率、建筑物耗熱量指標。
    室外管網(wǎng)熱損失率η1的計算式為：
 
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)的補水量，kg/s
tm——補水溫度，℃
供熱管道保溫結構熱損失率η3的計算式為：
   η3=η1-η2    (3)
式中η3——供熱管道保溫結構熱損失率
第j幢建筑物的耗熱量指標qj的計算式為：
 
式中qj——第j幢建筑物的耗熱量指標，W/m2
    qm,i——第j幢建筑物的質量流量，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 耗熱量指標的測試
2.1 測試目的及對象
   測試目的為得出濟南市不同年代、不同功能建筑物的實際耗熱量指標。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)，建筑物基本情況見表1。
表1 建筑物基本情況
建筑名稱
建設年代
建筑功能
建筑面積/m2
濟南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號樓
20世紀70年代
住宅
1841
濟南市文物店
20世紀80年代
辦公
2087
兒童醫(yī)院門診樓
20世紀80年代
醫(yī)院
6736
濟南市經(jīng)九路小學
20世紀80年代
學校
1164
濟南市南郊熱電廠宿舍3號樓
20世紀90年代
住宅
2976
園丁小區(qū)5號樓
20世紀90年代
住宅
1354
如意苑一期2號樓
2000年后
住宅
9497
山景明珠花園13號樓
2000年后
住宅
4355
濟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
舜耕國際會展中心會議室
2000年后
大禮堂
1600
2.2 測試儀器及測點布置
   ① 測試儀器
   測試儀器：WZY-1型溫度自記儀、XCT-2000P型超聲波流量計、PC-2R多通道型熱通量檢測系統(tǒng)。WZY-1型溫度白記儀是一種智能記錄儀器，溫度測量范圍為-20～80℃，測量誤差范圍為±0.3℃。XCT-2000P型超聲波流量計測量范圍為0.2～160.0t/h，線性度優(yōu)于0.2%，測量相對誤差范圍為±1%。PC-2R多通道型熱通量檢測系統(tǒng)共12個通道，測量相對誤差范圍為±5%，輸入范圍為-500～500W/m2。
   ② 測點布置
   a. 使用24臺WZY-1型溫度自記儀，對12幢建筑物熱力入口供同水溫度進行測量，每隔1h記錄一次數(shù)據(jù)。
    b. 使用57臺WZY-1型溫度自記儀，對12幢建筑物進行室內(nèi)溫度的測量，每隔1h記錄一次數(shù)據(jù)。室內(nèi)溫度測點分布比例為：頂層40%、中間層20%、底層40%，測試房間以朝南為主。
   c. 使用XCT-2000P型超聲波流量計對12幢建筑物熱力入口供回水流量進行測量。
    d. 使用PC-2R多通道型熱通量檢測系統(tǒng)對12幢建筑物的外墻和外窗進行熱流量測試，每面墻同時使用2個通道，每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)，外墻對應的外窗同時使用2個通道，每隔5min記錄一次數(shù)據(jù)，墻窗同一時間開始測試。
    e. 使用1臺WZY-1型溫度自記儀，對測試期間室外溫度進行測量，每隔1h記錄一次數(shù)據(jù)。
2.3 測試時間及調節(jié)方法
    測試時間為2010年1月20日至28日。在測試期間，測試區(qū)域內(nèi)熱網(wǎng)的所有閥門和循環(huán)泵均不調節(jié)，保持定流量運行。
2.4 測試實施
    ① 使用溫度自計議測試時，將溫度探頭貼在供熱管道壁上測量水溫。具體做法是：先把測點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，最后將保溫層復原。兩周后取出溫度自計儀，再次將保溫層復原。
    ② 使用超聲波流量計測試流量時，根據(jù)待測管段的管徑，計算出超聲波流量計兩個探頭間的距離，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)。整個過程持續(xù)0.5h，測試完畢后將保溫層復原。
3 熱網(wǎng)各項熱損失率測試
3.1 測試目的及對象
    測試對象為南郊熱電廠建水南線，計算得出η1、η2、η3。
3.2 測試儀器及測點布置
    測試儀器：WZY-1型溫度自記儀、XCT-2000P型超聲波流量計。測點布置：使用WZY-1型溫度自記儀、XCT-2000P型超聲波流量計對熱源及建水南線20座熱力站一級管網(wǎng)流量、供回水溫度進行測量。
3.3 測試時間及熱源、熱網(wǎng)調節(jié)方法
    測試時間為2010年2月6日至7日。在測試期間，測試區(qū)域內(nèi)熱網(wǎng)的所有閥門和循環(huán)泵均不調節(jié)，保持定流量運行。
4 測試結果分析
4.1 建筑物耗熱量指標
    通過對12幢建筑物的實際測量，計算得出濟南市不同年代、不同功能建筑物的耗熱量指標[3～4]，見表2、3。表2、3中的折算耗熱量指標為實際的耗熱量指標折算成為室內(nèi)溫度為18℃下的耗熱量指標。測試期間室外平均溫度為-1℃。
    由表2、3可知，測試建筑物室內(nèi)溫度均已超過18℃，實際耗熱量指標大多數(shù)在40W/m2左右，濟南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號樓、濟南市南郊熱電廠宿舍3號樓、園丁小區(qū)5號樓、兒童醫(yī)院住院樓的實際耗熱量指標過高。原因為濟南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號樓為20世紀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滲透熱損失較大。濟南市南郊熱電廠宿舍3號樓的墻體未采取任何絕熱措施，且為廠區(qū)直供用戶，供回水溫差在測試期間僅為1～2℃，實際運行流量高達52.23m3/h。兒童醫(yī)院住院樓雖為2000年后建成，但供回水溫差在測試期間僅為2～3℃，實際運行流量高達137.7m3/h，耗熱量指標過高是由于室內(nèi)溫度過高，經(jīng)常開窗通風所致。
表2 不同年代居住建筑室內(nèi)溫度及耗熱量指標
建筑名稱
室內(nèi)溫度/℃
實際耗熱量
指標/(W·m-2)
折算耗熱量
指標/(W·m-2)
濟南鐵路局二七新村南村六區(qū)3號樓
21.1
82.2
70.6
濟南市南郊熱電廠宿舍3號樓
21.6
98.1
86.5
園丁小區(qū)5號樓
23.4
64.4
50.1
如意苑一期2號樓
18.6
12.0
11.6
山景明珠花園13號樓
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
建筑名稱
室內(nèi)溫度/℃
實際耗熱量
指標/(W·m-2)
折算耗熱量
指標/(W·m-2)
濟南市文物店
20.8
42.3
36.8
濟南市經(jīng)九路小學
20.2
40.4
36.2
兒童醫(yī)院住院樓
22.7
87.7
70.3
舜耕國際會展中心會議室
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普遍較小。原因為2000年后大多數(shù)建筑圍護結構采取絕熱措施：采用節(jié)能型門窗，改進了圍護結構設計。以濟南市南郊熱電廠辦公樓為例，墻體采用框架結構內(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，改善建筑物圍護結構熱工性能、提高外窗的氣密性能夠有效降低建筑物耗熱量[5]。
    以濟南市經(jīng)九路小學為例，測試日期為2010年1月20日至28日，耗熱量指標、室外溫度隨時間的變化見圖1。
 

    由圖1可知，耗熱量指標與室外溫度的變化趨勢相反，室內(nèi)外溫差越大，建筑物耗熱量指標越大。測試期間，建筑物平均耗熱量指標為36.18W/m2，最小與最大耗熱量指標分別為21、55W/m2。如果按最大耗熱量指標設計熱力站，當年供暖系統(tǒng)熱力站負荷率在38.2%～100%，平均負荷率為65.8%，平均負荷率過低，可以判斷熱力站設計容量偏大。
4.2 各項熱損失率計算結果
   根據(jù)實測數(shù)據(jù)，由式(1)～(3)計算可得，η1=25.90%，η2=0.26%，η3=25.64%。由計算結果可知，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構熱損失，熱損失率高達25.64%。究其原因：管網(wǎng)建設年代久遠，管道保溫層老化，架空部分供熱管道保溫層脫落嚴重。因此，需要加強對供熱管道保溫結構的修復。
5 結論
    ① 實測建筑物室內(nèi)溫度普遍過高。對于室內(nèi)平均溫度大于20℃的建筑，應在熱力入口處加裝流量調節(jié)閥。
    ② 測試期間，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、小溫差運行狀態(tài)。若將供回水溫差提高到5℃，在熱負荷不變的情況下，流量將大幅降低，這樣將大大降低供熱系統(tǒng)運行費用。
    ③ 不同年代建筑物的耗熱量指標差別很大。在熱力站建設中，應根據(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，適當選取耗熱量指標，以防止熱力站容量過大，并可降低造價及運行費用。
    ④ 供熱管道保溫效果不佳，熱損失大。對保溫層嚴重破損的管段，應及時維修或更換保溫層。
    ⑤ 改善建筑物圍護結構熱工性能，選用節(jié)能型門窗，能夠有效減少建筑物供暖耗熱量。
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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.山東建筑大學熱能工程學院 山東濟南 250101；2.濟南熱電有限公司 山東濟南 250002)