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1、降低城市熱網回水溫度的 技術路徑 清華大學建筑節能研究中心 李葉茂 2 降低回水溫度對熱源的好處 對于電廠余熱，回水溫度影響余熱回收量、發電量和設備投資 對于工業余熱，回水溫度影響余熱回收量 對于其他大多數熱源，都有相同規律 典型鋼廠余熱回收效果與回水溫度的關系電廠余熱回收效果與回水溫度的關系 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 20 40 60 80 100 010203040506070 指標指標b:單位輸配電耗余熱回收量單位輸配電耗余熱回收量 /GJ/kWh 指標指標a:余熱回收率余熱回收率/% 一次網回水溫度一次網回水溫度/ / 指標a指標b 典型鋼廠典型鋼廠 降低回水2、溫度的好處 3 降低回水溫度對輸送的好處 降低回水溫度還有利于提高熱網輸熱能力、降低水泵能耗 降低回水溫度實現大溫差供熱后，與天然氣比，經濟輸送半徑可達300公里 輸送成本與回水溫度的關系 降低回水溫度的好處 4 如何降低熱網回水溫度？ 取 熱 流 程 室 內 空 氣 換 熱 器 二次網 暖 氣 片 一次網 熱力站建筑物熱源 100 50 50 40 首先降低末端回水溫度 上一級熱網的回水溫度受下一級熱網的影響 要降低回到熱源的回水溫度，首先要降低末端的回水溫度 降低末端回水溫度 5 降低末端回水溫度的原理 末端散熱器的換熱公式： = 增大換熱面積 減小熱需求 歐洲第四代熱網低溫供熱的目標：供3、水5060，回水接近25 低溫供熱末端 加強圍護結構保溫 智能溫控閥調節 室內 空氣 二次網 散 熱 器 建筑物 50 40 20 供熱量Q 供水溫度變化趨勢 回水溫度變化趨勢 降低末端回水溫度 圖片來源：Lund H, Werner S, Wiltshire R, et al. 4th Generation District Heating (4GDH) : Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systemsJ. Energy, 2014, 68(4):1-11. 6 延吉市的末端普遍采用輻射地板采暖 4、嚴寒期的二次側回水溫度能降到35以下 初末寒期的二次側回水溫度能降到25 供暖質量比暖氣片好 20 25 30 35 40 45 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526 水溫（） 熱力站編號 回水溫度平均值：33.3 嚴寒期的二次側供回水溫度二次側供回溫度的變化規律 0 0 5 5 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 2013/10/232013/10/232013/12/22013/12/22014/1/112014/1/112014/2/202014/2/202015、4/4/12014/4/1 水溫（水溫（） 日期日期 供水溫度供水溫度回水溫度回水溫度 輻射地板采暖實現低溫供熱 降低末端回水溫度 數據來源：中國建筑節能年度發展研究報告2015 7 固定周期，改變通斷比固定通水時間，改變通斷周期 通斷控制實現溫度調節 我國過量供熱問題嚴重，末端缺少調節 二次網采用“小溫差、大流量”運行，溫控閥變流量調節 效果不好，通斷調節則能夠起到很好的效果 通斷調節的兩種方式： 固定周期，通過改變通斷比來調節熱量 固定通水時間，通過改變通斷周期來調節熱量 降低末端回水溫度 8 小型熱網采用低溫直供模式 凝 汽 器 室 內 空 氣 暖 氣 片 建筑物 熱電聯產 50 40 6、電廠或低品位余熱直供 末端的低回水溫度不經換熱回到熱源 直接回收低品位余熱，熱源綜合能效最高 適用于熱源距離近、供熱規模小的熱網 乏汽 低壓缸 降低回到熱源的回水溫度 9 大型熱網的主要矛盾 取 熱 流 程 室 內 空 氣 換 熱 器 二次網10K 暖 氣 片 一次網100K 熱力站建筑物熱源 120 20 50 40 供熱規模越大，流量對經濟性的影響越大，導致供需兩側對溫差有不同需求 源側熱網：大溫差，有利于減小輸送成本 末端熱網：小溫差，有利于降低供熱溫度和實現均勻供熱 中間設置換熱站，兩側可以有不同的溫差，同時起到隔壓作用 換熱站需要解決溫差比矛盾 “小流量、大溫差” 利于輸送 “大流量7、小溫差” 均勻供熱 溫差 矛盾 降低回到熱源的回水溫度 10 吸收式換熱器解決溫差比矛盾 吸收式換熱器可以把原本浪費的換熱溫差轉 化為驅動力，驅動吸收式熱泵降低回水溫度 換熱效能=上游供水上游回水 上游供水下游回水1 下游溫差越小、回水溫度越低，吸收式換熱 器上游的回水溫度越低 降低回到熱源的回水溫度 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0246810 換熱效能 溫差比=上游溫差下游溫差 板式換熱器1 吸收式換熱器 120 Q 20 50 40 上游熱網下游熱網 基準溫度取決于下游， 溫度降幅取決于溫差比 吸 收 式 換 熱 器 T 20 50 40 直接換熱 發生-冷凝過程8、 驅動源 蒸發-吸收過程 被提升部分 蒸發-吸收發生-冷凝 直接換熱Q 120 常規 熱力 站 庭院管網15K 45 60 常規 熱力 站 11 不同的吸收式換熱模式比較 樓宇 吸收 式熱 力站 吸收 式熱 力站 大型 集中 吸收 式換 熱站 熱電聯產 樓內管網10K 40 50 庭院管網15K 45 60 一次網60K 50 110 100K 100K 100K 小型 集中 吸收 式換 熱站 3040K 50 8090 100K 降低回到熱源的回水溫度 溫差比=10 庭院管網15K 45 60 溫差比=6.7 溫差比=1.7 溫差比=2.53.3 回水溫度最低 回水溫度較低 回水溫度最高 回9、水溫度較高 零次網 比較原則： 下游回水溫度越低越好 下游溫差越小越好 12 樓宇式吸收式換熱器 回水溫度最低： 一次網：90/25 二次網：50/40 北歐模式、單棟可調、單棟計量 樓內熱網規模小，流量大、泵耗低、室溫均勻 謝曉云團隊已研發出全新設備，在赤峰、遷西有多個 示范工程，長達五個采暖季安全運行 樓宇式吸收式換熱器實物圖 樓宇式吸收式換熱器實物圖 樓宇式吸收式換熱器小區布置圖 降低回到熱源的回水溫度 13 熱力站吸收式換熱器 熱力站吸收式換熱器實物圖 回水溫度也很低 一次網：120/25 二次網：60/45 設備成熟且已成規模化生產 太原市案例總供熱面積為6669萬平米，已完成大 溫10、差改造的熱力站共有346座，供熱面積4007萬平 米，占本區域供熱面積60%左右 降低回到熱源的回水溫度 14 集中式換熱站安裝吸收式換熱器 目前城市熱網的供回水溫差普遍在30K以上 直接安裝吸收式換熱器的換熱效能太低，無法降低回水溫度，需要優化 降低回到熱源的回水溫度 20 25 30 35 40 45 50 55 60/5070/5080/5090/50 集中站的回水溫度（） 下游供/回水溫度（/） 目前城市一次網的供回水溫差情況集中站回水溫度與下游溫差的關系 20 40 60 80 100 0.50.60.70.80.91 溫度（） 負荷率 一級網供水一級網回水鍋爐進水 15 減小集中式11、換熱站的下游溫差 = 增大循環流量：受既有管網管徑和水泵揚程的限制 減小供熱負荷：摘除部分熱力站，采用分散式換熱站， 集中站維持最大流量運行，從而減小溫差 用調峰熱源承擔一部分溫差 調峰起始點 降低回到熱源的回水溫度 調峰 熱源 承擔 熱電聯產 一級網 二級網 分散式 換熱站 集中式 換熱站 零級網 吸收 式換 熱器 鍋爐 50 90 零次網一次網 調峰熱源 78 28K100K 流量比=3.6 摘除供熱負荷減小溫差的方式調峰減小溫差的方式 10 15 20 25 30 35 0.50.60.70.80.91 零級網回水溫度（） 負荷率 16 解決回水溫度高的問題 如果調峰熱源為天然氣，可以驅12、動熱泵 進一步降低回水溫度 調峰比例越大，集中站回水溫度越低， 同時綜合能耗和能源成本也越高 最不利工況是調峰起始工況 調峰起始工況 吸收 式換 熱器 吸收式 熱泵 120 50 90 零級網 23 一級網 30% 天然氣 降低回到熱源的回水溫度 40 50 60 70 80 90 100 0.50.60.70.80.91 供熱量（MW） 負荷率 基礎熱源調峰熱源 調峰起始工況 74 36 與調峰結合的集中式換熱站的回水溫度變化規律 （下游90/50、調峰比30%工況的） 17 集中與分散相結合 分散式能為集中站提供更多調峰熱源，有利于降低嚴寒期的回水溫度 分散式能幫助降低總的回水溫度 如果熱13、源或輸配對回水溫度有要求，就要求分散式必須大于一定比例 分散式比例繼續增大，回水溫度進一步降低 集中式換熱站獲得更多調峰熱源總體回水溫度隨分散式比例增大而降低 10 15 20 25 30 35 0.50.60.70.80.91 l零級網回水溫度（） 負荷率 集中式吸收機分散式吸收機 分散式比例越大， 整體回水溫度越低 集中式原 有調峰量 分散式提供 的調峰量 降低回到熱源的回水溫度 18 城市熱網降低回水溫度的模式 大力發展分散式吸收式熱力站，特別是樓宇式吸收式熱力站 實在改造困難時，可以規劃小比例的小型集中吸收式換熱站 不應建設大型集中吸收式換熱站 熱電聯產 零級網 分散吸收式熱力站 常規14、熱力站 集中吸收式換熱站 分散式 換熱站 集中吸收式 換熱站 降低回到熱源的回水溫度 19 降低回水溫度的熱價機制 回水溫度的降低依靠熱網公司的投入和努力 用戶末端改造，改地板采暖和增加散熱器 精心調節，保持各支路平衡（能把回水溫度降低40） 樓宇式吸收式換熱器需要投資1520元/供熱平米 熱力站西嗾使換熱器需要投資710元/供熱平米（能把回水溫度降到25） 目前熱源與熱網的熱量結算方式是：Q=流量比熱（供水溫度-回水溫度），熱力公司 無法從中獲得任何受益 改為：Q=流量比熱（供水溫度-協議溫度約40） 政策機制 高于40，熱力公司多交錢，彌補熱源余熱 回收改造投入的損失 低于40，熱力公司獲得受益，回收其降低 回水溫度的投入 謝謝！ 清華大學建筑節能研究中心