摘　要：針對烏魯木齊市實施“煤改氣”工程后的供暖系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出定額供熱方案。以某熱力公司為例，應(yīng)用能耗模擬軟件DeST-h、DeST-c分別模擬典型居住建筑、公共建筑在不同室外溫度下供暖熱負荷指標(biāo)及耗熱量，計算出在滿足室內(nèi)設(shè)計溫度的要求下，定額分配給各熱力站的耗氣量。與上一供暖期實際消耗燃氣量進行對比分析，擬采用的定額供熱方案可節(jié)約14.7％的燃氣量。

關(guān)鍵詞：燃氣供熱系統(tǒng)；  定額供熱；  耗氣量

Analysis on Energy Saving Potential of Quota Heating of Gas Heating System

Abstract：Aimed at the current situation of heating system after the project for conversion from coal to gas in Urumqi，a quota heating scheme is put forward．Taking a heat supply company in Urumqi for example，the heating load indicators and heat eonsumption of typical residential buildings and public buildings at different outdoor temperatures are simulated by the energy consumption simulation software ST-h and DeST-c respectively．The gas supply quota assigned to each substation under meeting the requirements of design indoor temperature is calculated．The comparative analysis between the calculated data and the actual gas consumption in the last heating period is performed，and it is concluded that the proposed quota heating scheme can save about 14.7％ of gas．

Keywords：gas heating system；quota heating；gas consumption

1　概述

近年烏魯木齊市政府采取了一系列措施，如拆并燃煤小鍋爐工程、老舊管網(wǎng)改造工程、既有建筑節(jié)能改造工程、“煤改氣”工程、建筑熱計量改造工程等以緩解不斷擴容的城市供熱系統(tǒng)所引起的空氣污染。截至2013年底，烏魯木齊市使用天然氣供暖的建筑面積占總供暖面積的82％左右。據(jù)估算在全市實施“煤改氣”工程后，2012—2013年供暖期可減少燃煤消耗500×10⁴t，減排二氧化硫3.5×10⁴t、煙塵1.7×10⁴t。根據(jù)烏魯木齊市供熱行業(yè)管理辦公室測算，在實施“煤改氣”工程后，天然氣供熱成本是燃煤供熱費用的3倍以上。目前，燃氣鍋爐在沒有既定參考數(shù)據(jù)的情況下運行。

本文通過對烏魯木齊市某熱力公司供熱區(qū)域內(nèi)的基本情況進行大量細致的調(diào)研，利用國內(nèi)較前沿的能耗軟件DeST-h、DeST-c對區(qū)域內(nèi)的典型居住建筑、公共建筑進行不同室外溫度下的能耗計算分析，提出定額分配方案。

2　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查

本文以按JGJ 26—95《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(供暖居住建筑部分)》設(shè)計的居住建筑為節(jié)能50％的居住建筑；以按JGJ 26—2010《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計的居住建筑為節(jié)能65％的居住建筑。以按GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計的公共建筑為節(jié)能公共建筑，未按該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的公共建筑為非節(jié)能公共建筑。烏魯木齊市內(nèi)新舊建筑交錯，現(xiàn)正在逐步對城區(qū)內(nèi)老舊建筑進行節(jié)能改造，通過軟件模擬與實際調(diào)研，分別對節(jié)能50％和65％的居住建筑、非節(jié)能公共建筑和節(jié)能公共建筑的供暖能耗進行分析。

通過走訪、調(diào)研統(tǒng)計出該熱力公司(下轄4座供熱站)供熱區(qū)域內(nèi)的各類建筑的面積(見表1)。由表1可知，烏魯木齊市某熱力公司總供熱面積為190.729×10⁴m²，其中節(jié)能50％居住建筑面積為133.133×10⁴m²，節(jié)能65％居住建筑面積為27.094×10⁴m²，非節(jié)能公共建筑面積為24.155×10⁴m²，節(jié)能公共建筑面積為6.347×10⁴m²。

3　定額分配方案

3.1　定額分配方案概念的提出

烏魯木齊市某熱力公司供熱區(qū)域內(nèi)，現(xiàn)有節(jié)能50％、65％居住建筑以及非節(jié)能、節(jié)能公共建筑混雜分布于整個供暖區(qū)域，部分建筑供熱末端過熱過冷的現(xiàn)象必然存在。為確保供暖質(zhì)量必須保證過冷建筑末端溫度，因此造成供熱燃氣耗量居高不下。“煤改氣”工程后，供熱成本較燃煤供熱大幅度增加。如何在現(xiàn)有條件下節(jié)約燃氣，降低供熱成本是擺在烏魯木齊市供熱企業(yè)面前的主要難題。

針對上述問題以及現(xiàn)有的供熱管網(wǎng)和運行調(diào)節(jié)條件，提出定額供熱方案，即通過對供熱區(qū)域內(nèi)各類建筑在不同室外溫度下進行能耗模擬計算，計算出供熱鍋爐所需的燃氣量，實現(xiàn)燃氣量的定量化。

3.2　典型居住建筑的能耗分析

根據(jù)文獻[1]及GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》、JCJ 26—2010《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 26—5《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(供暖居住建筑部分)》規(guī)定的汁算參數(shù)，以烏魯木齊市供熱區(qū)域內(nèi)某居住建筑為例，進行能耗分析。該建筑坐北朝南，共6層，建筑高度為16.8m，總建筑面積為4112.64m²，體形系數(shù)為0.28。節(jié)能50％居住建筑外墻傳熱系數(shù)為0.43W／(m²·K)，外窗的傳熱系數(shù)為2.47W／(m²·K)；節(jié)能65％居住建筑外墻傳熱系數(shù)為0.35W／(m²·K)，外窗傳熱系數(shù)為1.8W／(m²·K)。計算得出不同室外溫度(室外溫度取整數(shù))時，該居住建筑分別節(jié)能65％、50％時的供暖熱負荷指標(biāo)，計算結(jié)果見表2。當(dāng)室外溫度達到16℃時，鍋爐停止供暖，熱負荷指標(biāo)為0，但由于烏魯木齊的晝夜溫差可逾20℃，因此存在白天停止供暖，傍晚及夜間又恢復(fù)供暖的情況。

3.3　典型公共建筑的能耗分析

根據(jù)文獻[1]及GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50189—2011中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的計算參數(shù)，以該公司供熱區(qū)域內(nèi)某教學(xué)建筑為例，該建筑坐北朝南，共層，建筑高度為18m，總建筑面積為3487.5m²，體形系數(shù)為0.22。非節(jié)能公共建筑外墻傳熱系數(shù)為1.57W／(m²·K)，外窗熱傳熱系統(tǒng)數(shù)為3.12W/(m²·K)；節(jié)能公共建筑的外墻傳熱系數(shù)為0.43W／(m²．K)，外窗傳熱系數(shù)為1.8W／(m²·K)，并且不同功能房間換氣次數(shù)不同。

由以上數(shù)據(jù)計算出不同室外溫度(室外溫度取5整數(shù))下，該公共建筑在非節(jié)能和節(jié)能狀態(tài)下的供暖熱負荷指標(biāo)，計算結(jié)果見表3。

3.4　供熱區(qū)域內(nèi)總耗熱量

根據(jù)上述計算結(jié)果，可計算出不同室外溫度下，供熱區(qū)域內(nèi)總耗熱量：

F＝qfA   　　　 (1)

式中F——耗熱量，W

qf——供暖熱負荷指標(biāo)，W／m²

A——建筑面積，m²

通過式(1)，可得供熱區(qū)域范圍內(nèi)，節(jié)能50％居住建筑、節(jié)能65％居住建筑、節(jié)能及非節(jié)能公共建筑總耗熱量，隨室外溫度不斷升高，各種類型建筑的總耗熱量在不斷減小，且減小的幅度較大。室外溫度由-25℃上升至16℃時，節(jié)能50％的居住建筑的總耗熱量從5.89×10⁴kW降至0kW；室外溫度由-25℃上升至15℃時，節(jié)能65％的居住建筑的總耗熱量從1.21×10⁴kW降至0kW；室外溫度由-25℃上升至17℃時，非節(jié)能公共建筑與節(jié)能公共建筑的總耗熱量分別從3.42×10⁴kW、0.81×10⁴kW降至0kW。

4　經(jīng)濟性分析

文獻[1]中對烏魯木齊市供暖期不同室外溫度的時間進行統(tǒng)計可知，烏魯木齊市的一個供暖期內(nèi)，室外溫度在-14～5℃范圍內(nèi)有3336h，而室外溫度在-25～-15℃范圍內(nèi)僅有480h。若熱源總供熱量超出總耗熱量過多，會造成能源的浪費。用戶端由于房間過熱，開窗調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的情況也將發(fā)生，則勢必會造成運行費用增加及能源的浪費。“煤改氣”工程后，占全市總供暖面積的82％的建筑采用天然氣供暖。因此，消耗燃氣量直接反映方案的經(jīng)濟效益。供暖耗氣量與建筑物的熱負荷指標(biāo)、供暖面積、天然氣的低熱值、燃氣鍋爐的熱效率以及管網(wǎng)輸送效率有關(guān)。燃氣量的計算見式(2)：

ggas＝3.6qfA/QLhghx　　　(2)

式中ggas——燃氣消耗量，m³／h

QL——天然氣低熱值，kJ／m³，取33490kJ／m^3[2]

hg——燃氣鍋爐的熱效率，取0.92

hx——管網(wǎng)輸送效率，取0.92(參照JGJ 26—2010《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》)

按照定額分配方案，將供暖熱負荷指標(biāo)代入上述公式，計算出不同室外溫度下單位時間所需燃氣量，進而推算出在烏魯木齊的氣象條件下，各供熱單位在一個供暖期(183d)內(nèi)所需燃氣量，并與實際消耗燃氣量進行比較，比較結(jié)果見表4。

對烏魯木齊市某熱力公司供熱區(qū)域內(nèi)建筑物擬采用的定額供熱分配方式供暖所需燃氣量小于實際所需燃氣量，節(jié)省燃氣量為553.34×10⁴m³，各燃氣供熱站的節(jié)省燃氣率均大于或等于12％，平均14.7％。因此，設(shè)置由室外溫度控制的天然氣流量調(diào)節(jié)器，對燃氣鍋爐供氣量進行自動流量調(diào)節(jié)，定流量分配，這樣既能滿足用戶的需求，又不造成能源的浪費。

5　結(jié)語

建筑物的耗熱量與室外溫度成相反趨勢，隨著室外溫度的不斷升高，建筑物的耗熱量不斷減少，且公共建筑耗熱量的變化幅度比居住建筑的變化幅度大，非節(jié)能建筑耗熱量的變化幅度比節(jié)能建筑的變化幅度大。非節(jié)能公共建筑的建筑面積占總建筑面積的比重僅為12.7％，但其能耗卻占總建筑能耗的30％以上。擬采用的定額分配方案與實際情況相比，供熱所需燃氣量少且節(jié)省燃氣率可達14.7％。在滿足用戶需求的同時，也可節(jié)省運行費用，減少能源的浪費。

參考文獻：

[1]中國氣象局氣象信息中心氣象信息資料室，清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系．中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：104-105．

[2]陸耀慶．實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M]．第2版．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：286-288．

本文作者：曾婷婷　齊典偉

作者單位：新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院