摘要: 西安思源学院经历了燃煤集中供暖–燃气集中供暖–燃气分布式供暖三个时期，从总吨位为42蒸吨的4座燃煤供热锅炉房(负责27万m
2建筑的供暖、学生老师洗浴用热水的供给任务)逐步改造到燃气锅炉房33个，换热站5座，非冷凝型燃气供热锅炉53台，淘汰传统集中供暖，创新为各楼宇独立供暖–分布式供暖。根据多年收集的热能耗数据分析得出：燃气分布式供暖比燃气集中供暖节能，燃气集中供暖比燃煤集中供暖节能。将最节能的燃气分布式供暖所耗热值定为100%，燃气集中供暖所耗的热值则为130.7%，燃煤集中供暖所耗的热值则为191.8%。
Abstract:
Xi’an Siyuan University experienced three periods from coal central heating to gas central heating, until gas distributed heating. In the coal central heating period, there were total 4 coal-burning boiler stations with capacity of 42 tons of steam tonnage, and was responsible for both heating of 270000 m2 building, and showing of students and teachers. In the gas distributed period, there are now total 33 gas boiler rooms, 5 heat exchange stations, 53 sets of non-condensing gas heating boil-er. Eliminate traditional central heating and innovate independent heating for each build-ing-distributed. According to the analysis of thermal energy consumption data collected over the years, the gas distributed heating is more energy saving than the gas central heating, and the gas central heating is more energy saving than the coal central heating. If the heat value of the most energy-efficient system—gas distributed heating is set as 100%, the gas central heating is 130.7%, and the coal central heating is 191.8%.
1. 引言
高校作为能源消耗大户，降低能耗，创建低碳节能环保校园，既是义不容辞的社会责任，也是提高办学效益、实现高质量发展的迫切需要。北方城镇集中供暖能耗占全社会终端能耗11%，供暖节能应该是我国建筑节能工作中潜力最大、最主要的途径，应该作为建筑节能工作的重点 [1] - [6]。
供暖系统是由热源、热网、操作者和热用户4个重要环节组成。供暖节能就是根据热源设备、热网设计的现实情况，从热用户在不同时间、不同场合的需求出发，操作者对供热调节方式、方法和手段进行操作以达到大幅度节能、节电，提高能源利用率，以获取更大的经济效益、社会效益和环境效益 [7] [8] [9] [10]。
西安思源学院经历了煤改气、集中供暖改分布供暖的改造过程，过程中遇到了一些供暖热能耗实际问题。比如集中供暖时燃煤与燃气在能耗上的差别，造成这种差别的具体原因，再者同样是燃气提供热源，集中供暖与分布式供暖在能耗上的差别及原因，除了技术原因造成能耗上的差别外，管理方式可能造成集中供暖与分布供暖在能耗上的差别。为此，本文用4号锅炉房的实际例子来分析以上问题。
2. 研究内容
2.1. 基本情况
西安思源学院占地1600余亩，地势东高西低，建筑物最高落差将近30余米。由于最初的发展需求，学校先后建设集中式供热锅炉房4座，总吨位为42蒸吨，负责27万㎡建筑的供暖、学生老师洗浴用热水的供给任务。其中四号(南校区、中学)锅炉房供暖面积约为5.3万平方米。
自2015年开始，学校提出淘汰传统集中供暖，创新为各楼宇分区独立“分布式供暖”。经过近6年的建设，学校的每栋楼宇实现了独立燃气供暖。目前，全校建设燃气锅炉房33个，换热站5座，非冷凝型燃气供热锅炉53台，这些锅炉房和非冷凝型燃气锅炉分布在各个楼宇，为各楼宇独立供暖和洗澡水，学生不出宿舍楼就可以解决洗澡问题。2015年改造四号锅炉房燃煤锅炉，将其替换为燃气锅炉。2018年将4号锅炉房原供暖区域改为分布式锅炉房，分为教学楼、1、2、3、23、24#宿舍楼6个独立供暖区域。
西安的供暖季是每年的11月15日开始，到来年的3月15日结束。在整个供暖季里，12月整个月是高校满负荷运转的月份，故取12月作为能耗比较的时间单位，比较热值的单位则换算为万立方米天然气。
2.2. 燃煤集中供暖热值
2010年12月4#锅炉房供热燃煤消耗量统计见表1。如表1所示，2010年12月整个月，4号锅炉房用热值为5000大卡的原煤285吨。我国规定每千克标准煤的热值为7000千卡，所用原煤285吨折算成标准煤为203.57吨。天然气每立方米的热值为8600千卡。1万立方米天然气所产生的热值相当于12.2857吨标准煤。4号锅炉房在2010年12月整个月用于集中供暖的煤相当于203.57/12.2857 = 16.57万立方米天然气。
Table 1. Statistics of coal consumption for heating in 4# boiler house in December 2010
表1. 2010年12月4#锅炉房供热燃煤消耗量统计
2.3. 燃气集中供暖热值
2015年12月和2016年12月的集中供暖每日燃气量见表2，算出两年12月的集中供暖时平均月总耗气量为11.2906万m3，平均每天耗气量为3642 m3。
Table 2. Statistics of gas consumption for 4# boiler heating in December 2015 and 2016
表2. 2015、2016年12月4#锅炉供热燃气消耗量统计
2.4. 燃气分布式供暖
2019年12月4#锅炉供热燃气消耗量统计见表3，2019年12月分布式供暖时月总耗气量为8.6389万m3，平均每天耗气量为2786 m3。
Table 3. Statistics of 4# boiler heating gas consumption in December 2019
表3. 2019年12月4#锅炉供热燃气消耗量统计
分布式供暖比集中供暖比较见图1。由图1可以看出，对于每一天，集中供暖所耗的天然气量都大于分布式供暖所耗的天然气量。分布式供暖比集中供暖在12月节气26517 m3，节省耗气量23.48%。
如果将最节能的燃气分布式供暖所耗的热值定为100%，那么所有<100%的能耗的供暖方式都比燃气分布式供暖节能，所有>100%的能耗的供暖方式都比燃气分布式供暖耗能。通过计算，燃气集中供暖所耗的热值则为130.7%，燃煤集中供暖所耗的热值则为191.8%。所以，将三种供暖方式的能耗进行排序应该是：燃煤集中供暖 > 燃气集中供暖 > 燃气分布式供暖。
Figure 1. Daily gas consumption of central heating and distributed heating in December
图1. 12月集中供暖与分布供暖每日耗气量
3. 结果与讨论
燃气集中供暖比燃煤集中供暖节能是因为天然气锅炉的利用率比煤炭锅炉的利用率高。在很多情况下，煤炭锅炉的利用率只有60%~70%，而天然气锅炉的利用率可以达到95%。我们分析燃气分布式供暖比燃气集中供暖节能应该有以下几点原因。
3.1. 减少热力在管网输送中的热能流失
原有的集中供暖管网最早始建于2000年，二十年的使用，地下管网跑冒滴漏的现象逐年增多，而且漏点难以查找。即使找到地下漏点，维修时必须局部甚至全部管网排水(热水)放空，维修好后再次管网注水(冷水)运行，一次维修热量损失巨大。另外，在维修期间，该供暖系统局部甚至全部都需停止供暖，严重影响供暖系统正常的热力供给。
相对于集中供暖而言，分布式供暖的热源和终端用热户都在一栋建筑内，可以说热能不出楼，几乎不存在管网输送中的热能流失。供暖管网一旦有损坏漏水的现象，由于所有管道都在本栋楼内，几乎都在明处，易发现，易维修。即使该栋建筑的供暖设施故障造成停供，影响范围相对于集中供暖要小得多。
3.2. 减少水力不平衡现象
学院依山势而建，热源和热用户的位置存在一定的高度差。集中供暖室外热力输送管道较长，高度差和长管道在一个供暖系统中就形成了水力不平衡现象，严重影响供暖质量，特别是影响供热系统的末端的供暖效果。学校曾采用调节管网上的阀门增加热水流量和提高供暖温度等措施，但是供暖质量仍然欠佳。但分布式供暖的热源和终端用热户都在同一栋建筑内，热能不出楼，供暖效果更好。
3.3. 操作人员的创新管理
供暖系统是由热源、热网、操作者和热用户4个重要环节组成，关于操作者的作用讨论很少。学院在集中供暖时，学生反映的有关供热问题，操作人员直接汇报后勤服务中心，后勤服务中心就派出水电暖值班人员检查并采取相应措施。这中间存在很多的责任不清与矛盾，也造成很多的热能浪费。
实行分布式供暖后，结合以往各楼供暖季锅炉耗气量，科学合理地设定节气目标，并将节气目标分解到各楼宇，并落实节气考核奖励制度。2018年学校制定了《西安思源学院冬季供暖节气考核奖励办法》，节约天然气考核实行“节余有奖”的管理办法，供暖结束后完成节气目标并有结余，则拿出结余气量费用的20%用以奖励该栋楼锅炉管理人员。学校专门成立节气考核小组，对各楼供暖质量、热用户的满意程度和节气情况进行检查和考核，由学校给予表彰奖励。截止今年供暖节气考核办法已经实施2年，节能效果明显。
4. 结语
① 天然气锅炉的利用率比煤炭锅炉的利用率高，燃煤集中供暖比燃气集中供暖多消耗热值46.77%。
② 分布式供暖比集中供暖在12月节气26517 m3，节省耗气量23.48%。
③ 热力在管网输送中的热能流失和水力不平衡现象以及操作人员的创新管理三大原因是分布式供暖与集中供暖存在巨大差别的主要原因。
④ 将燃气分布式供暖所耗的热值定为100%，气集中供暖所耗的热值则为130.7%，燃煤集中供暖所耗的热值则为191.8%。三种供暖方式的能耗进行排序应该是：燃煤集中供暖 > 燃气集中供暖 > 燃气分布式供暖。
基金项目
高效中水回用系统技术标准体系研究(2021slkj-14)。
参考文献
NOTES
*通讯作者。