集中供热供冷技术发展研究

梁晶　王世朋　陈曈　朱良君

摘  要：随着时代进步，人民群众对工作和生活环境舒适性的要求不断提高，集中供热供冷装置已成为现代建筑必备设施，集中供热供冷技术的研究也越来越重要。文章综述了目前不同类型集中供热供冷技术的原理及各自特点，并重点介绍燃煤热电联产、燃气热电联产、工业余热供热以及可再生能源供热等技术。

关键词：集中供热供冷;热电联产;可再生能源

中图分类号：TU995         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）07-0160-02

Abstract： With the advancement of the times， the people's requirements for the comfort of working and living environments are constantly increasing. Central heating and cooling devices have become necessary facilities for modern buildings， and research on central heating and cooling technologies has become increasingly important. The principles and characteristics of different types of central heating and cooling technologies are summarized. This paper also focuses on technologies such as coal-fired combined heat and power （CHP）， gas-fired combined heat and power， industrial waste heat and renewable energy.

Keywords： central heating and cooling; combined heat and power （CHP）; renewable energy

1 概述

近年来，随着工业化程度越来越深入，我国社会经济取得了长足的进步，其中热力能源供应对我国社会物质文明建设的促进作用不言而喻。集中供热供冷技术的应用，可以将各类建筑物的冷热源加以耦合集成，实现较大范围内冷热源优化调度，为能源的高效、充分、合理利用提供了保证，同时在经济性方面也带来可观的收益[1]。随着我国经济建设进程的深入，工业体量的加大，城市人口的增多，集中供热供冷的规模将越来越大，应用也将更为广泛。现按照热电联产、工业余热、可再生能源、其他清洁能源四类，对集中供热供冷系统中采用的技术进行如下综述。

2 热电联产

2.1 燃煤热电联产

燃煤热电联产机组是指同一电厂既能生产电能，又能利用做过功的蒸汽对用户供热的生产方式，即电能、热能生产合为一体的工艺过程[2]。传统燃煤热电机组就是通过对汽轮机组抽取做过功的中低品位蒸汽来对外进行供热，从而实现同时生产电能与热能的目的，也称为抽凝式热电机组。抽凝式热电机组可以将热电机组效率提高至60%以上。除抽凝式热电机组外，还可以利用高背压供热、吸收式热泵、低压光轴转子和新型凝抽背供热等节能供热技术，来进一步提高热电机组的综合效率，可以使得机组热效率提高至80%以上。以上各类节能供热技术，既可以单独应用，也可以集成于抽凝式热电机组。

2.2 燃气热电联产

天然气是具有较高品位热能的一次能源，其燃烧温度高，而通常采暖供热所需的热能均在200℃以下，天然气的直接采暖利用带来了一定的能量损失。从发电角度，燃气轮机发电机组效率已经较高，若能用于热电联产，便可有效避免天然气单纯发电或供热造成的损失，显著提高能源利用率和经济效益。

燃气联合循环热电联产的主体由燃气轮机发电机组、余热锅炉及蒸汽轮发电机组成。燃气轮机将发电后产生的排气排入余热锅炉，余热锅炉回收燃机排气热量加热给水，产生蒸汽，供至蒸汽轮发电机发电，组成燃气-蒸汽联合循環机组，实现能量的梯级利用，大幅提高总体热经济性[3]。燃气轮机由压气机、燃烧室、燃气透平三个主要部件组成，当燃气轮机工作时，压气机从外界大气中吸入空气，并将其压缩至某一压力，同时空气温度也相应升高，而后将空气送入燃烧室与喷入的燃料燃烧产生高温高压燃气，燃气进入燃气轮机透平中膨胀做功，直接带动发电机发电。做功后的废气排入余热锅炉，由余热锅炉产生蒸汽，用以推动蒸汽轮机发电。与燃煤热电联产机组相似，对外供热的热源采用抽汽凝汽式汽轮机的调整抽汽或背压式汽轮机的背压排汽。

燃气-蒸汽联合循环热电联产机组燃气轮机的排气通过余热锅炉生产蒸汽，其热化发电率较燃煤热电联产机组高，全厂燃料利用效率也较燃煤热电联产机组高，但热电比偏低。

3 工业余热供热

工业过程中各种窑炉的热效率都很低，其中窑炉、转炉和焙烧炉等被高温烟气、炉渣等带走的热量比例高达40～60%，即使化工、化肥、机械、玻璃、造纸等工业过程的余热也占15%以上，因此科学高效地回收余热降低能耗对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。工业余热回收在废热多的企业已进行了部分回收利用，余热回收可有效地节能减排，创造更大的环境效益、社会效益、经济效益。大部分企业余热回收只是回收了高品位的废热，用于供暖、加热水和工艺补热等，其余的废热全部通过冷却的形式或直接排放[4]。部分企业由于对余热回收技术不太了解或者是不愿意投资去做余热改造，导致很大一部分低品位热能全部浪费，而其它需热的地方还要通过锅炉来加热。尤其在北方地区，对热量需求很大，工业余热供热是最节能，最环保的一种供暖方式。通过热泵、低温有机朗肯循环、高效换热器等方式可回收中低温工业余热。

4 可再生能源供热

4.1 地热能供热

地热供暖是我国地热利用的主要形式，中深层地热能供暖是新近开展的应用技术，通常是指采用人工钻井的方式开采热储中的地热水，通过供热系统将地热水蕴含的热量传输到用户端的一种供热方式[5]。中深层地热能供熱主要适于地热资源条件良好、冬季寒冷有供热需求或夏季炎热有制冷需求的地区。主要技术类型有：直接供热、间接供热、调峰供热、地热制冷等。其主要优势为：可再生、分布广泛、蕴藏量丰富、安全性高、单位运行成本低、低碳、环保、清洁、舒适。但也存在着一定劣势：建设投资大、选址受地域条件限制。回灌困难、弃水量大、影响地热资源的可持续开发利用。

目前，中深层地热能供热应用技术已基本成熟，尤其是间接供热和调峰供热方式已进入规模化应用阶段，从技术角度可推广;地热能制冷技术目前尚处于研发阶段，技术成熟后可在有供冷需求地区进行推广应用。中深层地热能供热的经济性风险在于一次性投资较大、投资回收期长，地热尾水量大、回灌和处理成本较高，需要国家、地方政府给予一定资金支持。

4.2 风光储可再生能源供热

风-光-储供热技术一般分为两种基本形式：一是将风电、光伏发电调峰电量储存于蓄电池组，根据用户需求利用风电、光伏发电及蓄电池组多能互补的形式驱动电热锅炉，保证热量平稳输出，并通过供热管网将热量输送到用户侧;二是利用风电、光伏发电调峰电量驱动电热锅炉，或者利用太阳能集热器将太阳能转化为热能，通过熔盐、水、固体蓄热材料等介质进行热能存储，根据用户需求通过供热管网直接输送到用户侧。

5 其他清洁能源供热

5.1 空气源热泵

空气源热泵是利用空气能作为低温热源，电能作为驱动能源。按照热源与供热介质组合可划分为空气-空气和空气-水两种。其中：空气-空气换热空气源热泵相当于户用空调。空气-水换热空气源热泵系统适用于取暖面积较大的独栋和小型、中型的区域集中供热系统中。空气源热泵取暖系统包括热泵机组、热网、循环及补水系统、电气控制系统以及末端供暖装置[6]。供暖末端设备可采用地板、风机盘管或暖热器供暖，具有灵活方便、运行费用相对较低、适应地区范围较广等优点。

5.2 土壤源热泵

土壤源热泵以土壤为低温热源，电能作为驱动能源。土壤源热泵取暖系统由室外管路系统、热泵机组、室内管路系统和末端散热系统组成。室外管路系统由埋设于土壤中的聚乙烯塑料盘管构成，该盘管实现土壤和热泵工质换热，提取土壤中热量[7]。具有温度四季相对稳定，适应区域基本不受地域限制，利用土壤蓄热特性可实现冬夏能量互补等优点。

6 结束语

目前集中供热供冷技术有很多形式，但又都有一定的局限和缺点，为了保障城市节能环保的可持续发展，集中供热供冷必须进行技术革新和设备更新，降低热供应的能耗，提高供应效率。随着国家、社会对集中供热供冷认识越来越深入，环保意识与排放限制越来越严格，今后更先进、全面的供能技术一定会不断涌现。

参考文献：

[1]邹涛.城市集中供热，供冷系统发展趋势[J].中华建设，2014（7）：110-111.

[2]邹德佳.热电联产机组集中供热在节能减排中的作用[J].科技创新与应用，2017（10）：176-176.

[3]赵斐.燃气蒸汽联合循环的技术探究[J].工程技术（引文版），2017（12）：00277-00277.

[4]宋俊伟.回收工业余热废热用于集中供热的研究之我见[J].建材与装饰，2018（35）：158.

[5]赵仕龙.中深层地热技术在典型供热项目中的应用分析[J].科技风，2019（33）：16.

[6]康磊，么旭，陈颖，等.地源热泵与空气源热泵的对比浅析[J].环境与可持续发展，2017，42（2）：125-126.

[7]金光，王正文，吴晅，等.混合式土壤源热泵系统的研究现状及展望[J].流体机械，2016，2：82.