燃煤取暖锅炉热效率最高可以达到多少?

燃煤取暖锅炉热效率最高可以达到多少?
燃煤取暖锅炉热效率最高可以达到多少?

燃煤取暖锅炉热效率最高可以达到多少?
天津大学环境学院杨天麟、朱能等参见国家十五攻关课题测的为30-40%,详见“北方地区部分小城镇建筑节能状况调查与分析”.
北方地区部分小城镇建筑能耗状况调查与分析
天津大学环境学院 杨天麟,朱能
摘要 我国作为世界上的人口大国,同时也是能源消费大国.节约能源和提高能源利用效率是确保我国中长期能源供需平衡的先决条件.长期以来,国家对于北方地区采暖建筑的节能问题给予很高的关注,制定了与节能相关的许多法律法规.但是,由于节能工作的重点在于城市,使得小城镇地区的节能工作相对落后.本文通过在北方多个小城镇地区的实态调研,通过围护结构、采暖方式与采暖系统等多方面,对小城镇居住建筑能耗状况作出分析与评价,指出小城镇居住建筑采暖能耗过大,并且热舒适性很差,亟待改进.
关键词：小城镇,采暖,节能
1 引言
伴随着建筑业的迅猛发展,随之而来的则是能源的大量消耗问题.目前我国建筑能耗约占全国能源消费总量的25%以上,成为耗能大户.国家也在积极地开展建筑节能工作,但是这些工作主要是面向大城市的.小城镇相对于大城市来说,住宅建筑的设计水平及施工工艺水平均较为落后,由此导致了在高能耗下室内环境得不到有效控制.特别是位于严寒及寒冷地区的北方小城镇,这种情况极为突出.本文旨在深刻分析造成北方地区小城镇长期以来冬季采暖能耗居高不下,但室内环境控制结果又不尽如人意的原因.
2 小城镇建筑调研和现场测量研究
2.1 调研对象
自2004年3月至2005年5月期间,进行了四次针对北方小城镇住宅建设现状的实态调研,调研地区涵盖北京、山西、辽宁、吉林和河北5个省市,8县/区,12乡/镇,共36例住宅个案.同时,通过邀请全国各地小城镇建设专业人员参加调研培训作为第二调查人协助调研工作的方法,也获取了大量数据资料.本文将重点通过从北京市的冬季热工测试中得到的数据,对北方小城镇冬季能耗状况进行分析.
2.2 冬季现场热工测试
为了更加深入的了解北方地区小城镇冬季住宅采暖能耗现状,对住宅围护结构进行热工评价,于2005年2月对北京市门头沟区13户居民住宅进行了采暖耗热量及室内温度监测.
2.2.1 室内温度监测结果
在北京市门头沟区,我们分别在潭柘寺镇鲁家滩村和赵家台村、军庄镇军庄村和西杨坨村共13户住宅中安放了测试仪器.这13户居民采暖方式统计见表1：
表1 门头沟热工测试住宅采暖方式统计
采暖方式 土暖气 集中供热 煤炉 火炕
住宅数量 8 3 1 1
温度测试所用仪器为清华同方温度自计仪.记录时间由2005年1月29日起,至2005年2月27日止.温度记录时间间隔为1小时.每个温度自计仪采集数据687个.同时,分别在潭柘寺镇和军庄镇安置两处室外测点,以监测室外气温的变化.这两处室外测点监测情况统计于表2中.13户居民室内温度监测情况统计于表3中.根据《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19）第2.1.1条规定：“民用建筑的主要房间的设计温度宜采用16～20℃”,故将16～20℃区间内的测点视为合格温度点,16℃以下视为过冷温度点.同时考虑了随着社会的发展和人民生活水平的提高,居民对室内热舒适性的要求也在逐渐提高这一客观事实,参照国家标准《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》（GB 50189）中对客房设计温度的有关规定,确定20～24℃区间内的测点为舒适温度点,24℃以上温度点为过热温度点.
表2 室外温度监测结果
地点 最高值（℃） 最低值（℃） 平均值（℃）
潭柘寺镇 4.10 -11.61 -3.80
军庄镇 5.82 -6.97 -0.81
表3室内温度监测结果
序号 地点 采暖方式 24℃以上
（过热%） 20～24℃
（舒适%） 16～20℃
（合格%） 16℃以下
（过冷%）
1 潭柘寺镇 煤炉 0 0.15 13.68 86.17
2 潭柘寺镇 土暖气 0 0 8.11 91.89
3 潭柘寺镇 土暖气 0 0.15 6.99 92.86
4 潭柘寺镇 土暖气 0 0 5.09 94.91
5 潭柘寺镇 火炕 1.5 16.01 61.86 20.63
6 潭柘寺镇 集中供热 0 0 34.21 65.79
7 潭柘寺镇 集中供热 0 0.58 73.51 25.91
8 军庄镇 土暖气 0 0 0.73 99.27
9 军庄镇 土暖气 0 0 1.16 98.84
10 军庄镇 集中供热 0 6.84 92.58 0.58
11 军庄镇 土暖气 0 1.46 24.75 73.79
12 军庄镇 土暖气 0 0.3 2.04 97.66
13 军庄镇 土暖气 0 0 0.44 99.56
注：本表中所示比例数字为表头所示温度范围内的数据点占总数据点数量的百分比.
2.2.2 采暖耗热量监测结果
本次测试的地区均位于北方寒冷地区,住宅采暖能源全部是煤炭.为尽量做到准确记录用煤量,给住户均配备了标秤,用以称量所用煤炭的重量.
建筑物单位采暖耗热量按如下公式计算（《采暖居住建筑节能检测标准》JGJ132-2001 J85-2001）：
其中：
qhm——建筑物单位采暖耗热量（W/m2）；
Qhm——检测持续时间内,在建筑物热力入口处测得的总供热量（MJ）；
qIH——单位建筑面积的建筑物内部得热（W/m2）,按现行行业标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26）的规定取3.80W/m2；
ti——全部房间平均室内计算温度,一般住宅建筑取16℃；
te——计算用采暖期室外平均温度（℃）,按行业标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26）附录A的规定,北京地区取te=-1.6℃
tia——检测持续时间内建筑物室内平均温度（℃）；
tea——检测持续时间内室外平均温度（℃）；
Ao——建筑物的总采暖建筑面积（m2）,按行业标准《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26）附录D的规定计算.
Hr——持续检测时间（h）.本次测试为312h.
278——单位换算系数.
表6建筑物单位耗热量统计表（1）
编号 村镇 结构类型 采暖方式 用煤品种 用煤量
Kg 标煤折算系数 标煤热值W•h/Kg 热源运行效率
1 潭柘寺镇 石木结构 煤炉 烟煤 130 0.75 8140 0.4
2 砖木结构 土暖气 烟煤 615 0.75 0.4
3 砖混结构 土暖气 烟煤 730 0.75 0.4
4 砖木结构 火炕 烟煤 8.2 0.75 0.4
5 石木结构 土暖气 烟煤 455 0.75 0.4
6 砖混结构 集中供热 无烟煤 577.46 0.85 0.68×0.9
7 砖混结构 集中供热 无烟煤 771.32 0.85 0.68×0.9
8 军庄镇
砖木结构 土暖气 烟煤 342.5 0.75 0.4
9 砖木结构 土暖气 蜂窝煤 350 0.5 0.4
10 砖混结构 集中供热 无烟煤 288.57 0.85 0.68×0.9
11 砖木结构 土暖气 烟煤 143 0.75 0.4
12 砖木结构 土暖气 烟煤 494 0.75 0.4
13 砖混结构 土暖气 烟煤 1040 0.75 0.4
表7建筑物单位耗热量统计表（2）
编号 总供热量（MJ） 检测持续时间（h） 室内平均温度
（℃） 室外平均温度
（℃） 采暖建筑面积
（m2） 单位耗热量W/m2 北京市建筑热指标W/m2 评价
1 1142.856
312

12.69 -3.57 27.11 40.97
20.6
超标
2 5406.588 10.34 -3.57 95.01 65.16 超标
3 6417.576 12.76 -3.57 72.14 85.73 超标
4 72.08784 13.27 -3.57 27.41 2.62 节能
5 3999.996 18.01 -3.57 45.00 63.89 超标
6 8802.766 15.71 -3.57 140 50.81 超标
7 11757.96 17.66 -3.57 187 45.80 超标
8 3010.986 12.97 -0.69 49.14 71.44 超标
9 2051.28 12.69 -0.69 47.18 52.16 超标
10 4398.944 18.67 -0.69 85.04 41.56 超标
11 1257.142 12.07 -0.69 28.07 56.48 超标
12 4342.853 14.84 -0.69 89.98 49.24 超标
13 9142.848 11.67 -0.69 156.89 75.55 超标
3. 调研和测量结果分析
通过对所采集温度数据资料的汇集整理,可以看出,当前我国北方地区的小城镇居住建筑冬季的室内热环境极差.绝大部分居民冬季室内温度达不到合格要求.而另一方面,北方地区小城镇冬季采暖能耗却是巨大的,绝大部分居住建筑达不到国家有关节能规范的要求,造成了能源的巨大浪费.这样的情况一方面严重影响了居民住户的日常生产生活,另一方面过高的能源消耗也会影响到小城镇工农业经济的健康发展.而造成目前这种状况的原因,本文将从以下几个方面分析讨论：
3.1 小城镇施工工艺水平、围护结构保温隔热性现状分析
由于小城镇的施工工艺和设计水平较低,再加上经济承受能力有限,所以居住建筑较少考虑冬季保温要求.墙体普遍采用黏土实心砖砌筑,基本都没有加设保温层.
门窗多采用木制门窗、铝合金门窗和钢窗.铝塑复合门窗和塑料门窗较为少见.老旧建筑多为木制门窗.木材传热系数较低,是比较好的保温材料.但是木制门窗在使用一段时间后易发生变形,从而产生比较大的缝隙,在冬季容易形成比较严重的冷风渗透现象,室内温度难以得到有效控制.
在小城镇的新建住宅中,铝合金门窗的大量使用,给北方地区小城镇冬季采暖能耗问题带来的更为严重的影响.铝合金作为一种金属材料,其导热系数为木材的2000倍,而北方地区最冷月室内外温差可达到30～40℃,室内热量将通过门窗的导热传热大量流失.
地面和屋面的冬季耗热量约占整个围护结构耗热量的10%左右.由于所占比例较少,屋面与地面的保温未引起足够重视.因此,小城镇居住建筑绝大部分未对地面和屋面进行保温处理.
3.2 小城镇采暖方式、采暖设备及其效率的分析
根据调研数据统计所采集的住户样本,有62%的住户为分户采暖,38%的住户为集中供暖.分户采暖的采暖方式主要有自烧土暖气、煤炉采暖、电暖器采暖以及空调采暖等多种方式.各种不同采暖方式的应用情况如图1所示.
从图中可以看出,使用土暖气和煤炉采暖的住户占总样本量的57%,这两种采暖方式都是直接消耗煤炭来获取热量,并且热源的热效率都很低,一般为30%～40%.采用煤炉采暖的住户不仅由于热效率低而浪费大量能源,更由于将热源设置在室内而严重影响室内空气品质,致使室内二氧化碳浓度增高.如果操作不当,还极易引起一氧化碳中毒等非常危险的事故.
使用电能作为采暖能源的住户占总样本量的35%.其中电暖器和电热缆是利用电流的热效应将电能直接转换为热能来加以利用.这两种采暖方式的末端设备的效率接近100%.但是,我国北方地区的电力供应绝大部分都是由火力发电厂供应的.火电厂汽轮机的平均效率只有33%,再加上电力输送的损耗,实际上一次能源消耗率仅为30%左右.因此,这两种采暖方式是不值得提倡的.
使用空调采暖实际仅指使用空气源热泵进行采暖的方式,即家用冷暖型空调器.该种采暖方式在正常使用情况下COP值可以达到3以上,属于对电能的高品位利用.但是当室外温度过低时,热泵的效率将大大降低以至于不能正常工作.由于我国北方地区冬季室外温度普遍较低,因此,在北方大部分地区以空气源热泵为冬季主要采暖热源很难达到理想效果.而水源和地源热泵由于造价高、技术要求高,在北方小城镇中几乎没有应用.
火炕是我国北方地区传统采暖方式,从冬季测试的情况来看,该种采暖方式对于控制室内温度还是非常有效的.但是,随着近年来人们生活方式的改变,利用火炕采暖的方式正逐步被人们所废弃.
3.3 城镇居民节能意识分析
我国当前的国情是能源价格要低于设备价格,采用节能设备初投资很大,而且在很长一段时间内无法通过节能来收回投资成本,因此很难调动广大城镇居民的节能积极性.而且这种情况在煤炭资源较为丰富的地方尤其突出.从图2中可以看出,绝大部分调研城镇冬季采暖耗煤量都超过了国家规定值.尤其是北京市潭柘寺镇、山西省太原市孟封镇、吉林省吉林市桦皮厂镇和河北省张家口市暖泉镇,超标现象特别严重.而上述四个镇区都处在煤炭较为丰富的地区,周边有很多大型煤矿.例如大安山煤矿（北京）、李家楼煤矿（太原）、蛟河煤矿（吉林）、老虎头煤矿（张家口）等.

因此,做好我国北方地区小城镇的建筑节能工作,不仅要从技术角度出发,更要在广大群众中做好节能的宣传教育工作.使广大居民了解到节能的重要性和紧迫性,建立自觉节约资源的意识.
4 结语
我国北方地区建筑用能一直是我国能源消费的一个重要方面,因此国家历来予以高度重视.但是,通过本文的分析讨论,可以看到小城镇地区依然是节能工作的薄弱环节,并没有被广泛的重视.通过本文的大量调研数据显示,我国北方地区小城镇建筑节能工作亟待改进,节能潜力巨大.我们决不能坐视能源的巨大浪费而熟视无睹,也不能只把城市节能工作作为唯一工作目标.各地各级政府主管部门应当积极的负起责任来,正确引导小城镇地区节能工作的展开,努力创建绿色节能的小城镇人居环境,实现国家城乡协调发展的目标.
参考文献
〔1〕 中华人民共和国建设部,民用建筑热工设计规范（GB 50176-93）,中华人民共和国国家标准,北京：中国建筑工业出版社,1993.10.1
〔2〕 中华人民共和国建设部,旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准（GB 50189-93）,中华人民共和国国家标准,北京：中国建筑工业出版社,1994.7.1
〔3〕 房志勇等 ,建筑节能技术,北京：中国建材工业出版社,1999
〔4〕 王兵,寒冷地区小城镇低能耗住宅策略、技术设计方法及量化研究,天津大学建筑技术科学硕士学位论文,2005.1
〔5〕 崔瑞臣、彭岩、姚青春,北方小城镇住宅设计应考虑的原则,农宅设计,2000,11：34-36
〔6〕 战余环,寒冷地区窗在围护结构中的节能研究,低温建筑技术,2000,1：62-63