吉林建筑大学市政与环境工程学院      李海斌   徐凯   索雨麦   谭慧琳   王春青

摘   要：通过对长春某热力公司典型集中供热管网系统的实测，构建了供热管网系统节能评价方法和指标的确定。采用科学调研方法进行了分析，以设施设备和运行管理两方面确定供热管网系统节能性评价体系，设定评价指标。开发了集中供热管网系统节能评价软件。以该评价手段，对长春某热力公司典型一次网系统的实测情况进行了节能性评价，评价结果科学合理。

关键词：供热管网；节能；评价指标；评价体系

       0   引言

       在供热系统节能发展的过程中，忽略了系统运行过程的影响，单从末端的建筑用户角度去挖掘节能空间对于整个供热系统而言收效甚微，北方地区近年来所推崇的“暖房子工程”、“按户计量收费”等供热节能措施从某种程度上节能效果并不十分理想，在国家不断提高建筑节能标准的同时却时常出现“节能建筑不节能”的现象，节能建筑的能耗仍是居高不下。建筑物的节能改造必须从围护结构和供热系统两方面进行，单纯的加强建筑的保温性能并不能提高锅炉的运行效率，也不会降低管网系统的运行能耗 [1-4]。真正实现供热系统的节能降耗必须考虑系统整体的各个环节，而对集中供热系统起到承上启下作用的管网系统而言，由于其结构复杂且规模较大，是整个供热系统的重要能耗环节，提高管网系统的供热效能，对供热管网系统的节能运行情况做出科学合理的评价将会为后续采取具有针对性、有效性的节能措施产生积极地推动作用，对实现整个供热系统的节能运行具有重要意义。

       1   集中供热管网系统节能评价体系构建

       集中供热管网系统节能评价体系及相关软件开发是管网系统节能评价的有效手段，通过对长春市、吉林市、延吉市以及松原市典型热力公司及换热站的供回水温度、流量、供热量等运行数据进行测试采集，同时对热力公司的运营和日常管理情况进行调研，总结分析影响管网系统运行的主要技术因素及管理因素，在总结已有评价体系的基础上，提出了具有灵活性和实用性的集中供热管网系统评价体系，在构建了合理的体系框架基础上，科学、有效、全面的制定了评价指标，采用评价指标与评价结论的“弹性”结合，使评价结果更客观。为提高体系的可操作性，缩短体系运行周期，采用计算机技术将评价体系规范化，形成实用性强的评价软件，使整个评价体系的数据计算、项目评价、综合评定、星级评定等一系列工作实现自动化，形成科学的现代评价模式，极大地推动了评价体系的推广与实际应用。

       对于供热管网系统而言，系统节能性评价指标的选取将直接影响到评价体系的合理性，根据《城镇供热系统节能标准》GB/T 50627—2010中列举的具体内容以及在14~15采暖季对长春市热力公司典型管网系统的实际测试分析，确定了影响管网系统节能运行的评价指标。

       1.1   系统评价体系架构

       根据评价目标的特点以及研究状况，体系的构建应该遵循简明性、系统性、科学性、层次性稳定性以及可获得性的原则。评价体系根据集中供热管网系统的特点及节能运行环节的实际情况，采用层次分析法构建系统的评价体系框架，形成评价单元、评价项目以及评价内容三个体系层级。
构建的集中供热管网系统评价体系如图1所示。

图1   集中供热管网系统评价体系结构

       1.2   系统评价体系权重的确定

       管网系统评价属于多指标综合评价问题，指标权重是衡量多目标决策中评价指标的重要参数，反映了评价指标在评价体系中的重要程度[4]。管网评价体系通过采用德尔菲法（Delphi Method）确定管网系统评价体系中评价单元的权重。德尔菲法是一种多轮专家咨询法，从建立初起便在决策评价领域被广泛应用，它具有以下三个特点：

       匿名性：向专家分别发放咨询表，各专家之间互不知晓；多轮反馈性：将每一轮的结果汇总后作为反馈资料发放给各位专家，作为新一轮决策的参考；统计处理的特点：用统计方法处理结果，得到调查结论。采用德尔菲法（Delphi Method）在很大程度上避免了人为因素的影响，使决策结果更为公正可靠。系统评价体系中各评价单元的权重值如表1所示。

表1   评价单元权重值

       1.3   系统评价体系的评价方法

       在确定具体评价方法过程中进行了反复的论证修改，从对评价内容得分的简单累加求和到逐项确定评价内容权重，从评价内容得分与对应评价单元权重结合到在评价内容中设定评价优选项，将评价方法从复杂刻板逐步修正到简单灵活，提高了评价体系的实际应用程度。
评价的目的在于通过全面系统的评价查找供热管网存在的问题，发现系统的重要能耗环节，和系统管理等方面存在的不足，而对于严重偏离能耗指标标准的系统而言则失去评价意义。换言之，应对评价体系的应用设定评价前提，当管网系统满足评价前提时可视其为可评价系统，当前提条件中任意一条不满足时则不予评价。表2为集中供热管网系统评价体系的应用前提。

表2   评价体系之前提条件

       1.4   系统综合评测指标

       对于参与评价的供热管网系统，依据本评价体系的结构划分，分别对一次网、热力站、二次网、室内供暖系统、设备管理、运行管理、能效指标评价项目当中的若干评价内容进行打分，各评价内容得分之和为相应的评价项目得分，各项目得分之和为相应评价单元得分，将各评价单元总分设定为100分，各个评价单元的得分与表3中对应的权重值相乘，通过加权求和的方法得到系统综合得分，本评价体系将系统综合得分划分为四个等级，分别为综合得分≥90分、综合得分≥75分、综合得分≥60分、综合得分＜60分。

       在确定评价内容指标分值过程中，结合有关评价标准和节能检测标准，根据调研中了解到的实际情况，重点选择对能耗影响较大的因素，对在实际过程中实施较为困难或过于理论性的要求予以舍弃，据此将100分的评价单元总分合理分配得到各评价内容指标的标准分值。表3~表5为各评价项目中所包含的评价内容标准分值。

       1.5   系统评级

       通过对评价内容的分析，确定10个评价指标优选项，分别为一次网单元的“管道保温”、二次网单元的“管道保温”、室内供暖系统单元的“热力入口”和“室温控制及热计量装置”、运行管理单元的“节能管理”、能效指标单元的“管网输送效率”、“耗电输热比”、“水力平衡度”、“系统补水率”以及“室内温度”，规定优选项得分≥该项满分的4/5时，该优选项为合格优选项。

       评级体系将管网系统分为三个星级评价等级，将系统综合得分与合格优选项数目相结合，通过“弹性”评定的手段给出管网系统的综合星级结论，即以系统综合得分为评定基础，结合合格优选项数目，若合格优选项数目较少则在星级评定时予以降低一个等级；若合格优选项数目较多，则在星级评定时予以提升一个等级，以此提高评价体系应用的灵活性和适应性，同时对供热企业产生较大的激励作用。

       1.6   评价标准与细则

       集中供热管网系统评价指标体系建立完成，在实际应用过程中应根据评价对象的实际情况依据一定的标准进行评分，根据实测调研过程中了解到的相关情况并结合有关的规范文本，在保留必要的评价标准条款的基础上舍弃在实际应用中受限或实际应用较为困难的内容，使评价体系符合管网实际情况，评价更为合理，评价结果更具意义。此外，根据表3~表5中各评价内容指标的标准分值，结合评价标准中评价条款的数目以及各评价条款本身的重要程度，合理分配各条款所属分值。

表3   系统设施单元项目评价内容分值表

表4   系统管理单元项目评价内容分值表

表5   能效检测单元项目评价内容分值表

       2   供热管网系统节能评价软件开发

       2.1   软件模块划分及工作流程

       2.1.1   软件模块划分

       所谓模块是指一个相对独立的单元，不同功能的模块按照一定的规律组合成更为复杂的系统，而模块化正是基于系统整体的“分解”和“集中”思想。在软件开发方面，模块化也得到了充分的应用，它使得模块具有独立开发的能力，当需要增加新的方法和功能时无需对其他模块进行显著改动，减少了开发的不确定性和风险，减少了开发时间，提高了开发效率，同时，将程序代码进行模块化开发有助于代码的管理和维护。

       评价软件开发过程中结合评价体系的层次结构，在程序模块设计上与体系结构相对应，以评价单元为主分别设置系统管理模块、系统设施模块和能效检测模块，此外为了方便程序的管理和修改调试，又分别设置了算法模块和评价标准模块，分别用于定量评价指标的参数计算和所有评价指标标准的存放于调用。通过这种层次化的模块设计使得软件程序体系一目了然。模块之间通过简单的通信接口相连接，在保证了相互之间的独立性同时也保证了彼此的关联性，通过设置在管网系统各监测点的智能仪表采集热力网、热力站、街区管网、室内供暖系统运行数据，调研获取设备管理信息和运行管理信息，将其远传或人为录入到评测管网数据库中，经过处理模块的分析操作后加载到事先设定好的相应模块。在利用软件进行实际的评价赋分操作时可以简化软件内部的运行流程，提高软件的计算处理效率。评价软件程序原理如图2所示。

图2    评价软件程序原理图

       2.1.2   软件工作流程

       结合评价软件的应用目的以及在评价过程当中所起的作用，在软件工作流程设计过程中以简单便捷为主要设计原则，在保证评价工作所需的正常功能基础上，尽量简化软件的工作流程，避免复杂繁琐的操作形式，保证整个评价过程的清晰顺畅。因此，在软件的流程设计上同样以评价体系结构为主要设计思想，按照结构层次设置软件操作步骤，软件结构清晰明了，便于评价人员理解和实际操作。

       3   工程实际应用

       在2014至2015采暖季，对长春市某热力公司一次网系统运行数据进行了采集，结合指标评价体系对该供热管网系统的节能性作出评价。该热力公司为区域锅炉房，供热面积120780m²，下设9个换热站，一次网总管设计循环流量198.5t/h，测试时间2014年12月25日至2015年1月3日，共计10天。

       根据测试得到的数据，对该供热管网系统节能性评价指标进行计算。测试时间内一次网测试平均供水流量193.3t/h，测试平均回水流量192.1t/h，各换热站测试热负荷累加值为4440.8kW，一次网测试平均输送热负荷为5750.6kW，该供热一次网系统水力平衡度HBc=0.97，系统补水率gc=0.62%，管网输送效率η =77.2%。

       一次网侧采用SLS150-315循环水泵两台，一用一备，轴功率26kW，水泵额定流量200t/h，测试平均流量139t/h，最不利环路供回水管长5050m，一次网设计供回水温度120/70℃，计算确定EHRcd=0.00519，HER=0.00596，一次网耗电输热比满足EHRcd≤HER，水泵运行效率η =69.5%。对该一次网系统节能性指标的评分见表6。

表6   某热力公司一次网节能性评价指标评分表

       从表中数据可以看出，该系统因运行调节较好，管网水力平衡度满足相关规范要求，但管网失水率、管网输送效率、循环水泵运行效率和循环水泵耗电输热比均不符合节能运行要求。根据评价结果对该热力公司进行了针对性调研，发现一次网投入运行已达13年时间，由于运行时间较长，管网保温层损坏脱落现象严重，管道阀门锈蚀导致管道跑冒滴漏，管网长期运行负荷与最初设计有较大偏差，设备系统老化，与管网水力工况严重不匹配等原因致使该公司一次网管网输送效率较低。

       4   结论

       针对供热管网系统的特点，合理选取管网节能性评价指标是评价管网系统节能运行的重要因素。管网系统规模庞大，进而必须从主要能耗环节入手，构建合理有效、简单易行的节能评价体系。出于管网系统的构成特点，评价体系必须能够适应对一次网系统、二次网系统以及全网系统进行评测，进而提高节能评价体系应用的灵活程度。

参考文献

       [1] 徐中堂.我国城市集中供热在创新中发展[J].区域供热，2014(2):2.

       [2] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].2009,北京:中国建筑工业出版社，2009.

       [3] 刘张刚.供热管网节能改造及输热能效分析[D],青岛理工大学，2012.

       [4] 中国建筑科学研究院，严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准，JGJ 26—2010，北京:中国建筑工业出版社，2010.

备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年3月刊总第3期。
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