摘 要：目前，面临各行业高投低产现状，我国开展提高能效、节约资源刻不容缓。供热系统是建筑能耗最大的部分，也是节能潜力最大的部分。集中供热是我国当前供热的主要形式，比例高达70%。但在供热系统运行过程中，受到维护结构、热源效率等因素的影响，供热系统能耗较高，且对生态环境造成了不良影响，构建供热系统能耗评价模型，能够发现系统中能耗较高的环节，并采取切实可行的措施加以处理和优化，提高资源利用率。文章梳理并总结供热系统能耗研究现状，对现有评价模式当中存在的不足之处予以改进，并对不同供热系统能耗评价模型具体应用进行深入探究，最后进行总结，并对供热系统未来发展进行了展望。

关键词：供热系统；能耗；评价模型；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.233

0 前言

供热系统在实践应用中类型较多，但科学评价方法尚未统一，特别是热电联产科学评价准确难以确定。基于热力学一、二定律来看，改进获得的科学评价方法，能够对电厂能耗水平予以分析和评价，并结合实际情况判断供热系统能耗，根据此制定节能减排方案，从而为实践提供理论依据。

1 供热系统能耗研究现状

新时期下，节能环保理念早已深入人心，不同国家纷纷构建了不同的法定准则，重新审视联产电厂。目前运用单一指标对系统能耗予以衡量时，常常运用热力学第一定律的热电厂总热效率概念为主，但该定律忽视了热、电能量的差别。一些国家在不引入㶲概念的情况下，对第一定律予以调整，使得能耗评价工作更加简便。此外，各国学者从热力学、热经济学等多个角度进行分析，如Jose等人在热经济学层面对联产系统进行建模，从中寻求最优运行方案。J.Ballester等人从用户需求层面，评价联产系统。但研究成果中，过于集中在某一方面，不够全面和系统。总结国内外学者研究成果来看，针对供热系统能耗的评价，构建了TPES、PER、PESR等指标。全球气候变暖趋势愈发明显，越来越多的学者开始关注能量系统减排效果，评估系统是否先进。

综合现有研究成果，本文将以热电联产电厂评价指标入手，并在热力学一、二定律，确定科学评价方法，然后将研究对象拓展到整个供热系统上，结合实例进行方法研究，通过实践分析和检验本文设计的评价模型具有较强的实用性。

2 热电联产总效率改进

热电厂总效率、热电比等是联产电厂评价指标，并纳入到有关规定当中，在区别真假电厂等方面发挥着积极作用，但是针对热电厂能耗予以评价，还有待进一步完善。热电厂总热效率是热电厂输出的热、电两种产品总能量与消耗之间的比值，具体如下：

该公式是建立在第一定律基础之上，在计算中仅是将热与电两种能量按照大小进行直接相加，无法体现出二者之间的不同。而热力学第二定律对过程可逆性等予以明确的界定，在其指导下，㶲效率更加科学，具体表达式为：

综上来看，热电联产系统科学评价要以第二定律为核心，且要针对供电、供热能耗进行针对性分析和评价，以此来确保评价先进性和科学性。

3 不同供热系统能耗评价模型

3.1 一般化分析

通常情况下，供热系统是由热源、热网及热用户构成，具体拓扑系统如图1。

针对图1来看，电能在实际运行中，為了避免流体流动不可逆产生的损失，而理想状态当中不存在串联关系。四种供热系统中，锅炉供热是最简单的类型。针对电热，如果能够基于一次能源予以考虑，那么燃料进入到锅炉后，能够转换为热能，并通过电网输送到电热器，借助电能产生供热需要的热能。

对于热电联产，电能、热能同时存在于汽轮机单元当中，因此汽轮机兼具电能与热能发生子系统双重功能。基于此，各类供热系统可以通过6个系统予以描述，具体如图2。

生产单位在生产过程中，其产品消耗的一次能源，即产品燃料单耗，针对热产品而言，其单耗可以规定为㎏/GJ。当处于理想状态时，其单耗可以分为完全串联与非串联两部分，其中内部能耗主要以第二定律进行计算，如果系统运行中并未产生外部能量，那么可以确定其为串联状态，具体燃料单耗如下：

b=be+ba

3.2 内部单耗计算

供热系统生产并输出的产品为热能，其燃料为一次能源，根据第二定律可知：Fef=Pep+

其中F、P分别代表的是燃料量、产品量。针对一般供热系统，忽视其外部能量完全串联系统，针对系统中，从能量流由上至下的依次排序，针对所有的环节都要进行如下设置：

3.3 外部单耗计算

根据图2可知，能量流中2、4等均为外部单耗的一部分，各个子系统外部单耗存在并联关系，通过计算，能够得出总体外部单耗，计算公式如下：

计算过程中，针对锅炉外的供热系统，其他供热系统，要充分考虑两个子系统合并到一起，对应的合并考虑成电厂的用电，并视为内部单耗。如此一来，能够省略对子系统的外部单耗计算，电能输配子系统并无单耗[1]。热能输配子系统外部单耗，要结合实际情况，根据热网布置及热负荷分布情况计算出水力，或者根据设计等实践经验进行确定。热用户子系统的外部能耗，是指用户散热器冷侧使用外部动力，强制性对流换热而产生的动力消耗。

4 评价应用与案例分析

4.1 电热评价

一般情况下，热用户即居民供热，其燃料可以按照发热量进行计算，确定为标准煤，系统理论最低单耗为2.24㎏/GJ。电热是供热系统的一部分，是可逆性最低的环节，针对系统，子系统1、2分别代表的是锅炉和汽轮机，二者能够进行整体性计算，其㶲效率可以由平均供电煤耗计算得出。

子系统3为电网，早在2011年，国内电网平均线损为0.0632，因此输配电效率为0.9368。子系统4是电热器，由于不存在热输配问题，故5不存在，而子系统6，是实现产生电能向热用户室内空间传递的设备，如散热板等。电热供热系统外部单耗不需要重新计算，影响电热系统单耗的关键在于电网平均供电煤耗，当煤耗处于270～400g/KWh范围内，电热系统单耗将会介于80～120㎏/GJ之间，具体如图3所示。

4.2 锅炉供热

锅炉供热作为相对传统的供热系统，是由图2当中的1、5、6构成，具体可以划分为三个类型，即户型、小区型与区域型。其中第一种多以家用燃煤小锅炉、壁挂炉式供热为主。第二种以10、20t/h蒸汽锅炉为热源。第三种为410t/h大型蒸汽锅炉为主，不同锅炉热效率取值为表1。

針对户型采暖，家用锅炉供回水温度，即用户供回水温度，处于自然循环状态，压力损失可以忽略不计，并不会产生额外电能消耗。而对于小区、区域锅炉，由于各个锅炉参数有所差别，对应的蒸汽参数也会随之发生变化。但锅炉工质、热网水之间会设置换热器，而换热器热网水的温度基本处于固定状态，此时热网供回水温度为95℃/70℃，并为子系统1的一部分，具体㶲效率具体如下：

上述公式能够计算出子系统热效率，经过计算，三种型式锅炉的㶲效率及单耗如表2。影响锅炉供热系统单耗的根本原因在于锅炉效率，如果锅炉效率能够达到70%～95%之间，锅炉供热系统单耗将会集中在40～60㎏/GJ之间，具体变化趋势如图4。

5 分析与讨论

目前，基于电厂节水要求的影响，空冷机组将会获得较好的发展前景，且大容量空冷汽轮机的末级叶片相对较短，仅适用于低真空运行状态。随着科学技术快速发展，变频控制技术的应用，使得水力工况调节难度有所下降，操作更加便利，且热网能耗降至原来的1/3，在很大程度上缓解了直连热网电耗的增加，故在供热系统改进过程中，我们可以积极引入低真空供热系统。

6 结论

根据上文所述，随着城市化进程不断深化，供热系统得到了长足发展，但供热系统在运行中，会消耗大量资源，且会对生态环境构成严重的危害。文章对联产电厂进行科学评价，在热力学第二定律理论及学者研究成果的指导下引入大量电耗率对总热效率予以调整和改进，以此来获得先进的能耗评价方法。针对不同类型的供热系统，要结合单耗分析方法，从总能层面上，提出适用于不同类型供热系统统一能耗评价模型，为供热系统提供科学、标准的评价模型，及时发现各个环节能耗情况，并进行对比和分析，选择出最佳供热模式，从而推动供热产业能够朝着绿色、环保等方向发展。

参考文献：

[1]李沛峰，戈志华，银正一，杨志平，杨勇平.供热系统能耗评价模型及应用[J].中国电机工程学报，2013（23）：19-28+13.

[2]冯国会，张剑，郝红，赵秀娟.严寒地区太阳能——地源热泵与热网互补供热系统能源配比研究[J].供热制冷，2016（06）：24-28.