集中供热管网热损失实测分析

王春青 王舒展 徐 凯 曹冬冬 王一凡 白 莉 戴 昕

(吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118)

集中供热是城市的重要基础设施，据统计，2014年吉林省城市供暖总面积约5亿m2，集中供暖总面积约4．5亿m2，集中供热率近90%．长期以来，集中供热系统运行效率低、能耗大和供热成本高的问题一直未能得到有效解决，集中供热管网热损失是导致上述问题的主要影响因素之一．长春市地处严寒地区B区［1］，集中供热面积占全省集中供热总面积的34．3%，供热期长达169d，由管网热损失导致的管网热效率低、供热能耗大等问题尤为突出．通过对长春市某集中供热锅炉房所负担供热区域内供热管网失水率和热损失率等数据进行实测，并对实测结果进行比较分析，为提高集中供热效率、改善供热管网节能运行和降低集中供热管网能耗具有现实的节能环保意义．

1 测试原理

测试样本为长春市某区域锅炉房集中供热系统，分别对锅炉房和换热站的数据进行测量，根据测量的热源流量及供回水温度、供热管网漏水热损失率、各热力站流量，以及供回水温度、系统补水量、补水温度、各供暖建筑的流量及供回水温度等运行参数，计算出供热系统管网的失水率及室外管网各项热损失率．

1．1 管网失水率

管网的失水率是指管网在运行过程中失水量和循环水量的比值．由于热网在运行过程中循环水量保持不变，热网的失水率应与补水量相等，所以可以根据补给水泵、补水箱等补水设备的补水量来求出失水率．

1．2 室外管网热损失率计算

室外管网热损失是由室外管网漏水热损失和室外管网保温热损失组成，室外管网热损失率是指室外管网热损失占整个管网输送热量的百分比．室外管网热损失率η1的计算式［2］为:

式中，η1为室外管网的热损失率;n为热力站数量;qm，i为第i座热力站的质量流量，kg/s;cp为热水的比定压热容，J/(kg·K);ts，i，tr，i为第 i座热力站的供、回水温度，℃ ;qm，o为热源的质量流量，kg/s;ts，o，tr，o为热源的供、回水温度，℃．

室外管网失水热损失率η2的计算式为:

式中，η2为室外管网的失水热损失率;qm，m为系统的补水量，kg/s;qm，o为热源的质量流量，kg/s;tm为补水温度，℃．

供热管道保温结构热损失是管道在热能运送过程中通过管道和保温层而散失的热量，保温结构热损失率η3的计算式为:

式中，η2为供热管道保温结构热损失率．

2 热网各项热损失率测试

2．1 测试目的及对象

为掌握集中供热二次管网热损失对整个供热系统节能运行的影响，针对长春市某区域供热换热站进行测试，根据耗能情况及其产生的原因，计算得出供热管网热损失率、管网漏水热损失率和供热管道保温结构热损失率．

2．2 测试要求

(1)测试仪器． 测试仪器及参数如表1所示．

表1 测试仪器统计

(2)测点布置及要求． 使用XMTHR多路温度记录仪、TUF-2000H2便携式超声波流量计对供热区域二次管网流量、供回水温度进行测量．使用温度记录仪测试时，将温度探头贴在供热管道壁上测量水温．

具体做法:先把测点部位的保温层用锯条割掉，用砂纸将测点附近的管壁部位打磨发亮，再将温度探头用铝箔纸紧紧缠绕在处理好的管壁上，最后将保温层复原．一周后取出温度自计仪，再次将保温层复原．使用超声波流量计测试流量时，根据待测管段的管径，计算超声波流量计两探头间的距离，根据距离将管段保温层用锯条割掉，用砂纸将贴探头附近的管壁部位打磨发亮，探头涂上粘合剂，最后将探头贴在管壁光亮处，并用铁链绑紧，数据稳定后，记录数据．按上述步骤，记录3次数据．整个过程持续0．5h，测试完毕后将保温层复原．

(3)测试时间及热源、热网调节方法． 本次测试的时间为2013年10月24日至2014年2月14日．在测试期间，热网的所有阀门和循环泵均不调节，保持定流量运行，以便得到准确的结果．

3 实测结果

3．1 实测数据分析

取锅炉房供热区域内整体失水率进行研究，锅炉房在2013年11月15日至24日的十天失水率情况，如图1．计算这10d的失水率的平均值为0．65%，资料显示，发达国家失水率基本在0．2%［3］，与发达国家相比，所测样本供热区域内的失水率是发达国家的3．5倍．

根据实测数据，取锅炉房供热区域内的10个换热站2013年11月15日失水率进行比较，样本换热站的失水率统计数据如图1所示．根据《城镇供热系统评价标准》GBT50627-2010，4．4．3条规定:二次管网应该控制失水率在1%以内．实测结果显示，10个换热站中，有3个换热站失水率不能达到规范要求，其中8号站失水率高达2．4%．以4号站为例，对2013年11月份10d失水率进行研究，4号换热站不同时段的失水率统计详见图2．4号站在10d当中最大失水率发生在17日为7．80%，最小失水率发生在20日为0．95%，其它各日失水率也相差较大．可见，对于同一个换热站来说，失水率随时间变化较大．

图1 供热区域内不同时段整体平均失水率

图2 4号换热站不同时段的失水率

3．2 热网高失水率原因

热网失水率高的主要原因主要有以下几个方面:

(1)热网正常泄漏． 热网的各种附件如阀门、补偿器、放风等的跑冒滴漏及排污等，其失水量无法计算，但可把热网试水时的补水量视为正常泄漏量应小于1%［4］;

(2)意外事故失水． 热网的散热器、控制阀、管路本身及其他附件突然损坏而造成的失水［5］;

(3)人为泄水;

(4)对热网发生漏损的响应迟缓，处理不及时，维修不到位，导致热网带病运行．

4 热损失率分析

4．1 各项热损失的计算结果

根据实测数据进行计算，由式(1)～(3)计算可得锅炉房供热区域内在2013年11月15日至24日的十天热损失率情况如表2所示，求出其平均值为，η1=34．35%，η2=0．13%，η3=34．22%．

表2 锅炉房供热区域内的十天热损失率

由表2可以看出，管网的热损失主要集中在保温结构热损失上，因此对于集中供热管网系统，做好管道保温是减少热媒在输送过程中热量损失、节约能源、提高供热系统安全性和经济性的关键．管道保温的措施有以下几点:

(1)选择先进的保温结构和施工工艺，保温层应与防锈层、保护层相互配合，综合考虑［6］;

(2)根据不同的情况选择不同的管道保温形式;

(3)选择合理的保温层厚度，保温层厚度一般情况下要在热力计算的基础上确定，保温层越厚管道热损失越小，越节约能源，同时厚度过大，初投资增加，因此需要根据技术经济情况确定合理的保温层厚度［7］;

(4)在管网系统运行过程中，有效加强管理，对于部分管道建设年代久远，管道保温层老化，架空部分供热管道保温层脱落严重等问题，需要加强对供热管道保温结构的修复［8］．

4．2 失水率和供水温度对管网热损失的影响

由于漏水热损失占整个管网热损失的比例小，所以失水率对于管网的热损失的影响很小，失水率与管网热损失相关系数为0．13，如图3所示．供水温度与室外管网热损失正负相关，相关系数为-0．68．供水温度与管网热损失具有显著的相关性，其关系如图4所示．当供水温度增加时室外管网的热损失率会有所减小，因为当供水温度增加时，能显著增加总的供热量，而保温损失的增加相对较小．

图3 失水率与热损失率的相关性

图4 供水温度与管网热损失率相关性

5 结论

(1)所测管网失水率较大，锅炉房整个供热区域内的平均失水率为0．65%，不同换热站失水率不同，较大比例不符合国家有关标准，同一热力站不同时间段失水率差别较大;

(2)管网失水率较大对于管网危害很大，应尽量降低失水率，但失水率对管网的热损失影响很小．10d内整个供热区域管网漏水平均热损失只占供热量的0．13%;

(3)管网热损失主要集中在保温结构热损失上，保温结构热损失占供热量的34．35%，做好管道保温是减少热媒在输送过程中热量损失，节约能源，提高供热系统安全性和经济性的关键;

(4)提高管网的供水温度会使管道表面温度增加，热损失增加，但当供水温度增加时室外管网的热损失率会有所减小，因为当供水温度增加时，能显著增加总的供热量，而保温损失的增加相对较小．

［1］中华人民共和国建设部．公共建筑节能设计标准(GB50352-2005)［S］．北京:中国建筑工业出版社，2005．

［2］朱兆虎，宋永明，田贯三，张广新，周 旭，王 洋，刘亚楠，张 亮．济南市建筑物耗热量指标及热网热损失分析［J］．煤气与热力，2011，31(4):A10-A13．

［3］赵 猛．供暖热网人为故意泄水的防治技术［J］．区域供热，2011，12(6):79-80．

［4］张 勇，武秀玲，张华运．浅析供热管网失水原因与对策［J］．内蒙古科技与经济，2008，60(6):314-315．

［5］石 伟．小失水量采暖系统补水定压的控制问题［J］．区域供热，2008(6):63-66．

［6］魏玉满．供热管道保温材料的选择及经济保温层厚度计算［J］．应用能源技术，2012，172(4):34-36．

［7］解维平，赵凤才，于 兰．采暖管道经济保温层厚度的确定［J］．长春工程学院学报(自然科学版)，2012，13(4):28-30．

［8］师涌江，周福顺，刘 焱，周福顺，刘 炎，刘丽莉．保温材料对供热管道保温效果的影响［J］．中国建材，2008(7):94-96．