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2、文使用授权书 严寒地冈沼气池保温增温优化设计研究系本人在吉林建筑人学攻读硕f：学位期问 在齐俊峰导师指导下完成的硕十学位论文。本论文的研究成果归吉林逑筑人学所有，本论 文的研究内荇不得以其它单位的名义发表。本人完全了解吉林建筑人学关丁保存、使W学 位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被卉 阅和借阅。本人授权吉林建筑人学，可以采RI影印、缩印成其他复制手段保存论文，可以 公布论文的全部或部分内荇。 保密口，在 年解密后适屮本授权丨5。 本学位论文属于 不保密 (请在以上相应方框内打V) 鳴成，,月 日期 吉林建筑大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处
3、所提交的硕七学位论文严寒地区沼气池保温增温优化设计研究， 是本人在齐俊峰导师指导卜，在吉林建筑人学攻读硕十学位期间独立进行研究丨：作所取得 的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人己发表成撰写过的研究成果。对 本文的研究I:作做出重耍贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式注明。本卢明的法律 结果 国内图书分类号： TU833.1 国际图书分类号： 697 工程硕士学位论文 严寒地区热网节能评价指标体系研究 硕 士 研究生： 王舒展 导 师： 王春青 申 请 学 位： 工程硕士 学 科、专 业： 建筑与土木工程 所 在 单 位： 市政与环境工程学院 答 辩 日 期： 2015 年 6
4、月 授予学位单位： 吉林建筑大学 Classified Index: TU831.3 U.D.C: 628.8 Dissertation for the Master Degree in Engineering Evaluation Index System of cold regions heating network Candidate: Supervisor: Academic Degree Applied for: Speciality: Affiliation： Date of Defence: Degree-Conferring-Institution: Wang Shuzhan
5、Wang Chunqing Master of Engineering Architectural and Civil Engineering School of Municipal and Environmental Engineering June, 2015 Jilin Jianzhu University 摘要 在实行严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（ JGJ26-2010）后，建筑的保温性能得到了提高，热负荷降低，但建筑供热能耗的降低不能和供热系统的节能划等号。集中供热系统由锅炉房、热网、热用户三部分组成。单纯的提高热用户的节能而忽视了锅炉房、热网的节能是不可取，无论热网系统的节能
6、效果如何，最终都会反映热网输送效率这一个能效指标上。过去十年在推进建筑节能的过程中，我们忽略了锅炉房、热网的节能，耗煤量依然居高不下，于是出现了“节能建筑不节能”的说法。由此可见，导致建筑能耗居高不下的原因不仅仅是因为建筑物围护结构的散热量，锅炉效率、热网输送效率低下也是供热系统能耗过大的原因。另外，各个供热企业的基础设施建设、资金投入力度、运行管理模式也是有区别的。我们不仅仅要评价一个供热系统的节能情况，而且还要指出它不节能的原因并加以改正，如何建立一个科学的、简单易用的节能指标评价体系就成为了一个值得研究课题。为了有助于建立一个详尽的热网节能评价指标体系，在本文中就热网节能进行探讨： (1
7、) 探讨节能型集中供热热网系统所必要的 设备、热网节能的影响因素和管理方法。 (2) 建立节能型集中供热热网系统节能 运行的评价指标，并给出了详细的打分说明。 (3) 通过对实际测量对样本热网系统进 行评价，指出样本系统在节能运行方面的不足，说明该评价体系的打分方式并检验了该评价体系的实用性。 关键词 ：集中供热热网系统 节能运行 评价指标 打分说明 Abstract After implementing Residential Building Energy Conservation Design Standards in Cold and Frozen Areas, the thermal
8、 insulation properties of the buildings have been improved and thermal load reduced, while the thermal energy consumption is never equal to the energy conservation of heating supply system. Central heating system is composed by boiler room, heat supply network and heat consumers. It is inadvisable t
9、o purely improve energy conservation efficiency of heat consumers with neglect for conserving the energy for boiler room and heat network. System energy conservation will all ultimately be reflected to the comprehensive efficiency of the boiler room and heat network transport efficiency. In the proc
10、ess of promoting building energy conservation over the past decade, we ignored the energy conservation of the boiler room and heat network, coal consumption remains high and thus comes such a saying “energy-conservation building is energy-consuming”. Therefore, building energy consumption is not alo
11、ne to blame for energy consumption; low transport efficiency of the heating system is also part of the reasons. Besides, considering the fact that different heat-supply companies are using different heating supply systems or operational management levels, it thus becomes a topic worth researching as
12、 to how to evaluate energy-conservation conditions of a heat-supply system. Energy conservation of the heat network has been specifically explored in this thesis: (1) Explore the requirement, equipment and management approach of the energy-saving type central heating network system (2) Establish eva
13、luation indicators of energy-saving operation of the energy-saving type central heating network, and give detailed scoring instruction. (3) By evaluating the operation results of the actual heating network system, systematically introduce the using method of the evaluation system and examine the pra
14、cticality of the system Key words: central heating network system, energy-saving operation, evaluation indicators, scoring instruction 目录 摘要 . - 4 - Abstract . - 5 - 第一章 绪论 . 1 1.1 我国热网发展现状 . 1 1.2 国内外集中供热系统发展规模与现状 . 2 1.2.1 国外集中供热系统发展规模与现状 . 2 1.2.2 国内集中供热系统发展规模与现状 . 3 1.3 热网系统节能存在的主要问题及形成原因 . 4 1.
15、3.1 管网输送效率低 . 4 1.3.2 供热质量差，冷热不均 . 4 1.4 课题的提出 . 4 1.5 论文的主要研究内容、方法和目的 . 5 第二章 节能型热网系统的构成与运行管理 . 7 2.1 节能型热网系统的构成 . . 7 2.1.1 换热站中的节能设备和系统 . 7 2.1.2 热力入口平衡装置 . 10 2.2 节能型集中供热系统的运行管理 . 11 2.2.1 末端装置和压差控制器的选择 . 11 2.2.2 水力平衡调试 . 11 2.2.3 员工培训和要求 . 12 2.3 本章小结 . 12 第三章 热网节能系统评价指标体系的建立 . 14 3.1 评价系统的建立
16、. 14 3.1.1 评价系统说明 . 16 3.1.2 热网指标评价体系的评价标准及评分细则 . 17 3.2 本章小结 . 20 第四章 热网节能评价体系实测与分析 . 21 4.1 测试样本的选择 . 21 4.2 评价数据实测与采集 . 22 4.2.1 测试样本 A 热网基本概况 . 22 4.2.2 指标测定 . 23 4.3 实测数据整理及打分 . 29 4.3.1 一次网管道保温 . 29 4.3.2 一次网供回水温度及温差 . 30 4.3.3 循环水泵 . 30 4.3.4 换热器 . 30 4.3.5 二次网供回水温度及温差 . 30 4.3.6 一次网管道保温 . 30
17、 4.3.7 运行与管理 . 31 4.3.8 重要耗能点 . 31 4.4 数据打分与整理分析 . 31 4.4.1 样本热网打分表 . 31 4.4.3 根据打分情况进行数据分析 . 37 4.4.4 失水分析 . 38 4.5 本章小结 . 39 第五章 结论与展望 . 40 5.1 主要结论 . 40 5.2 本课题的创新点 . 40 5.3 展望 . 41 附 表 . 42 附表 1 电机和传动部分的效率及循环水泵的耗电输热比计算系数 . 42 附表 2 EHR 计算值 . 42 附表 3 换热站抽样方式 . 43 附表 4 管道抽样规则 . 43 参考文献 . 44 发表论文和科研
18、情况说明 . 46 致 谢 . 49 吉林建筑大学工程硕士学位论文 1第一章 绪论 1.1 我国热网发展现状 2013 年，住房和城乡建设部办公厅对我国北方 15 个省、市、自治区，共计140 座城市集中供热管网进行了调查、分析和统计，包括北京、天津、河北、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、山东、山西、新疆等 15 个省、市、自治区和上述省、市、自治区的地级市，以及单个供热系统供热面积达 100 104m2以上的县级市1。十九世纪八十年带，全国集中供热面积仅有 1000 余万平米，管道长度为 359km2。 到 2005 年， 全国集中供热面积 24.21 亿 m2， 管道长度为 8.61 万 km
19、。截至 2010 年，全国集中供热面积 43.57 亿 m2，管道长度为 13.92 万 km。近两年集中供热发展更加迅速， 2011 年，全国集中供热面积 47.38 亿 m2，管道长度为14.74 万 km。 2012 年，全国集中供热面积 49.2 亿 m2。 我国集中供热经过 30 多年的发展，已经具有相当大的规模，走出了一条中国特色的发展道路，集中供热能源也由单一的燃煤向以煤炭为主，燃气、地热、太阳能等多种能源发展。 伴随着热网规模扩大，相应的也出现了一些较 为严重的节能问题，主要如下： (1)管道年久失修问题 管道老化、材质低劣、施工技术落后是造成管 道事故频发的主要原因。由于部分
20、城市供热企业长期亏损，缺乏更新改造资金，一些供热管网已严重老化。东北一些集中供热发展较早的老工业区，部分管网已运行了 30 年以上，问题尤为突出。早期敷设的供热管道由于技术和工艺的限制，大部分采用了管沟和架空敷设，保温材料质量差，加上供热运行温度较高，工作环境恶劣，年久失修，保温层脱落和管沟进水情况普遍，管道腐蚀严重，常常发生泄漏和堵塞事故3。 (2)阀门问题 阀门故障包括泄露、腐蚀、关闭不严等。以前 的热网阀门主要采用法兰连接的闸阀、截止阀、蝶阀，由于供热管道存在较大的热胀冷缩变形，经常会在法兰连接处产生泄露。闸阀、截止阀还由于其固有的缺陷，常出现因腐蚀阀杆断裂、无法启闭等问题4。 吉林建筑
21、大学工程硕士学位论文 2(3)补偿器问题 补偿器的作用是补偿管道变形，减小热应力， 其出现的问题随采用的补偿器种类不同而不同5。早起采用的套筒补偿器密封不严产生泄漏，而现在大量使用的波纹管补偿器由于应力腐蚀而产生泄漏和爆裂，一但发生事故就会造成大面积停热。 (4)支架问题 支架出现的问题主要是由于设计不当或腐蚀造 成的，支架破坏会给管网安全带来很大的隐患。 1.2 国内外集中供热系统发展规模与现状 1.2.1 国外集中供热系统发展规模与现状 世界上有两大供暖模式，一是来源于前苏联的 集中供暖，大到城市管网供暖，小到一个小区或者一个单位自建锅炉供暖，通过管网将高温热水送到千家万户6。 另一种方式
22、是来源于欧洲的分户供暖。每户一 台供暖锅炉在自己的单元内循环加热取暖，与大网供暖减少了供暖管网的长度，并且能自己决定供暖的时间，与集中供暖比较体现出“行为节能”的优势。抛开其它任何因素看，分户计量表供暖比集中供暖节能 30%7；分室、分时自动控制室内温度又比分户计量表供暖节能 20%8。 前苏联是第一个推行城市集中供热的国家，苏 联解体后俄罗斯也成为了集中供热发展较发达的国家之一，自上世纪二十年代开始推行集中供热，至今已有九十多年历史，无论是从热电厂的规模、供热管网的敷设长度、热用户的数量，还是从供热节能技术等各个方面来比较，俄罗斯都处在世界领先水平9。世界上最大的热网、最大直径的供热管道、最
23、大功率的热电厂均出现在莫斯科，供热管道干线长约 2200 公里10。目前，俄罗斯的总热量需求 86%由集中供热提供，其中热电厂供热占 36%，大型及超大型锅炉房占 46%11。世界上第一个热电联供系统建成于美国，自上世纪四十年代开始，美国开始利用地源热，地源热泵技术飞速发展。自上世纪七十年代以来，热电联产技术在丹麦飞速发展，这与丹麦几十年来一直专注于发展热电联产是分不开的，几乎每座大城市的集中供热都由热电厂和垃圾焚烧炉提供。热电厂和可再生能源的利用能满足丹麦全国 3/4 的供热需求12。四十多年间，丹麦人均 GDP 上涨了 70%，但能源消耗总量 吉林建筑大学工程硕士学位论文 3依旧保持在上世
24、纪七十年代的水平，这不仅仅 要归功于建筑保温技术的改善，高效的能源利用也是重要的原因。 近年来，亚洲的供热系统发展也取得了巨 大的成功，最为突出的是日本与韩国。在日本，以东京为中心的关东地区集中供热系统发展迅速，供热规模已占全国的 60%，在集中供热发展的同时，日本同样注重节能环保问题13。韩国的集中供热发展历史与我国相当，在上世纪七八十年代进入飞速发展阶段。经过四十几年的发展，韩国的集中供热发展之迅速、规模之庞大、技术之先进让世人瞠目结舌。这主要归功于其从集中供热的规划设计、施工管理等方面全面引进国际先进技术和经验，再结合自己的优势，在技术、投资效率、施工运行管理和安全方面达到了世界先进水平
25、16。 1.2.2 国内集中供热系统发展规模与现状 中国在建国初期之所以实行集中供热主要原因 是形成了“一边倒”的外交格局，曾经历过各行各业向苏联学习的历史阶段。上世纪五十年代，中国的集中供热制度参照当时苏联的模式，基本建立了以集中热水锅炉为住宅的主要供暖模式。北京第一热电厂作为苏联援建的 156 个重点建设项目之一，于 1957 年开始建设。集中供热的第一条蒸汽管道光华线于 195 8年4月21 日破土动工17。由于当时的经济、能源条件限制，无法对全国进行集中供热，故我国形成了在节约经济成本的前提下，优先解决气候寒冷的北方地区的供热问题的供热模式。根据前苏联的气候计算方法，室外温度 5 摄氏
26、度以下定义为冬天18。因此，中国我国将累年日平均气温稳定低于或等于 5的日数大于或等于 90 天的地区，如华北、东北、西北等被划分为集中供暖地区。从那时起，供暖成为计划经济时代北方如同住房等其他社会福利一样重要的一项社会福利事业，在当时被看做是社会主义制度优越性的体现。除了中国这样以地理界限划分供暖区域外，无论是集中供暖的俄罗斯(即前苏联)还是分 户供暖的欧洲各国，都没有这样划分供暖区域的，这也导致了我国长江以南的部分地区由于没有集中供热，冬季室内外温度相同，室内无法保持舒适温度19。近几年，南方供热问题被提上日程，有待解决。我国从第一个五年计划时期开始发展城市集中供热。十九世纪八十年代以前，
27、由于国内政治经济等一系列原因，城市集中供热的发展基本处于缓慢甚至停滞阶段20。改革开放后，我国北方城市在国家的重视和大力扶持下，因地制宜，多种形式的供热系统开始出现并急速发展，取得了长足的进步。即便我国的供热事业发展迅速，但由于开始较晚，与其他基础设施建设还有很多不足。随着生活水平的提高，能源危机日益加剧，居民对居住环境舒适程度 吉林建筑大学工程硕士学位论文 4需求又上升到了一个新的高度，加快推进供热节能势在必行。 1.3 热网系统节能存在的主要问题及形成原因 1.3.1 管网输送效率低 城镇管网设计规范5.3.3 要求室外管网输送效率不应小于 90。而就我国来说室外管网的输送效率在 70%左
28、右21。出现这种情况的原因在于，我国除管道保温热损失外，还有泄漏损失和水力失调等因素，老城区用户偷水现象严重，老旧管网漏损严重，特别是水力失调造成的热损很大且现象非常普遍，而国外的热网损失基本是保温热损失，泄漏量很小，管网输送效率自然提升22。 1.3.2 供热质量差，冷热不均 我国大本分城镇均采用单管供暖系统，在一些 经济条件受制约的地区，由于采用单管供暖系统，对调节控制系统的要求极为精密，就这些地区而言，想要达到这些条件还不现实，由于这些地区的热网水力失调严重，从而导致热量分配不均，某些热用户的室温达不到居住舒适温度，这种结果势必会影响居民的生活，而另一部分热用户室温高于居住舒适温度，通过
29、增加冷风渗透耗热量的手段来降低室温（如开窗、开门通风），必要会造成能源浪费。而各大供热企业只能通过超负荷运行或大流量小温差等供热方式运行，才能保证绝大部分热用户的室温在 18以上。在大流量小温差的运行模式下，系统循环水流量增大，循环水泵耗电量升高；同时流速的提高也会引起回水温度升高，热网近端供热过剩而末端供热不足，出现整体供热过剩的现象，进而热网热损升高，系统无效热耗增大23。 1.4 课题的提出 施行严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准JGJ 26-2010 节能标准后，随着墙体保温技术日渐成熟，建筑物供热能耗有所降低，但供热系统在总体能耗上的降低有限，因此建筑节能不能与供热系统节能混为一谈。在建筑节能方面我们走出了第一步与第二步、即加强建筑物的保温性能与实行供热计量制度、实现行为节能，但在我们取得了以上成就的同时效果却不明显，因此我们不应该止步于此，还应该走出我们的第三步，即考虑整个供热系统综合节能情况。 吉林建筑大学工程硕士学位论文 5我们承认自主调节确实有较大的节能潜力，但不应夸大，虽然实行了热计量制度，但我们还没有提出一个完整的、科学的按量取费标准，依然依靠建筑面积收费。通过测试和节能率估算，节能率为 013.2（住宅供热模式行为节能节能率不超过 6，公共建筑供热模式行为节能的节能率可达到 13）24。供热系统是由锅炉房、室外供热管网、室内供