1、降低城市热网回水温度的 技术路径 清华大学建筑节能研究中心 李叶茂 2 降低回水温度对热源的好处 对于电厂余热，回水温度影响余热回收量、发电量和设备投资 对于工业余热，回水温度影响余热回收量 对于其他大多数热源，都有相同规律 典型钢厂余热回收效果与回水温度的关系电厂余热回收效果与回水温度的关系 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 20 40 60 80 100 010203040506070 指标指标b:单位输配电耗余热回收量单位输配电耗余热回收量 /GJ/kWh 指标指标a:余热回收率余热回收率/% 一次网回水温度一次网回水温度/ / 指标a指标b 典型钢厂典型钢厂 降低回水2、温度的好处 3 降低回水温度对输送的好处 降低回水温度还有利于提高热网输热能力、降低水泵能耗 降低回水温度实现大温差供热后，与天然气比，经济输送半径可达300公里 输送成本与回水温度的关系 降低回水温度的好处 4 如何降低热网回水温度？ 取 热 流 程 室 内 空 气 换 热 器 二次网 暖 气 片 一次网 热力站建筑物热源 100 50 50 40 首先降低末端回水温度 上一级热网的回水温度受下一级热网的影响 要降低回到热源的回水温度，首先要降低末端的回水温度 降低末端回水温度 5 降低末端回水温度的原理 末端散热器的换热公式： = 增大换热面积 减小热需求 欧洲第四代热网低温供热的目标：供3、水5060，回水接近25 低温供热末端 加强围护结构保温 智能温控阀调节 室内 空气 二次网 散 热 器 建筑物 50 40 20 供热量Q 供水温度变化趋势 回水温度变化趋势 降低末端回水温度 图片来源：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辐射地板采暖 4、严寒期的二次侧回水温度能降到35以下 初末寒期的二次侧回水温度能降到25 供暖质量比暖气片好 20 25 30 35 40 45 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223242526 水温（） 热力站编号 回水温度平均值：33.3 严寒期的二次侧供回水温度二次侧供回温度的变化规律 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 水温（水温（） 日期日期 供水温度供水温度回水温度回水温度 辐射地板采暖实现低温供热 降低末端回水温度 数据来源：中国建筑节能年度发展研究报告2015 7 固定周期，改变通断比固定通水时间，改变通断周期 通断控制实现温度调节 我国过量供热问题严重，末端缺少调节 二次网采用“小温差、大流量”运行，温控阀变流量调节 效果不好，通断调节则能够起到很好的效果 通断调节的两种方式： 固定周期，通过改变通断比来调节热量 固定通水时间，通过改变通断周期来调节热量 降低末端回水温度 8 小型热网采用低温直供模式 凝 汽 器 室 内 空 气 暖 气 片 建筑物 热电联产 50 40 6、电厂或低品位余热直供 末端的低回水温度不经换热回到热源 直接回收低品位余热，热源综合能效最高 适用于热源距离近、供热规模小的热网 乏汽 低压缸 降低回到热源的回水温度 9 大型热网的主要矛盾 取 热 流 程 室 内 空 气 换 热 器 二次网10K 暖 气 片 一次网100K 热力站建筑物热源 120 20 50 40 供热规模越大，流量对经济性的影响越大，导致供需两侧对温差有不同需求 源侧热网：大温差，有利于减小输送成本 末端热网：小温差，有利于降低供热温度和实现均匀供热 中间设置换热站，两侧可以有不同的温差，同时起到隔压作用 换热站需要解决温差比矛盾 “小流量、大温差” 利于输送 “大流量7、小温差” 均匀供热 温差 矛盾 降低回到热源的回水温度 10 吸收式换热器解决温差比矛盾 吸收式换热器可以把原本浪费的换热温差转 化为驱动力，驱动吸收式热泵降低回水温度 换热效能=上游供水上游回水 上游供水下游回水1 下游温差越小、回水温度越低，吸收式换热 器上游的回水温度越低 降低回到热源的回水温度 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0246810 换热效能 温差比=上游温差下游温差 板式换热器1 吸收式换热器 120 Q 20 50 40 上游热网下游热网 基准温度取决于下游， 温度降幅取决于温差比 吸 收 式 换 热 器 T 20 50 40 直接换热 发生-冷凝过程8、 驱动源 蒸发-吸收过程 被提升部分 蒸发-吸收发生-冷凝 直接换热Q 120 常规 热力 站 庭院管网15K 45 60 常规 热力 站 11 不同的吸收式换热模式比较 楼宇 吸收 式热 力站 吸收 式热 力站 大型 集中 吸收 式换 热站 热电联产 楼内管网10K 40 50 庭院管网15K 45 60 一次网60K 50 110 100K 100K 100K 小型 集中 吸收 式换 热站 3040K 50 8090 100K 降低回到热源的回水温度 温差比=10 庭院管网15K 45 60 温差比=6.7 温差比=1.7 温差比=2.53.3 回水温度最低 回水温度较低 回水温度最高 回9、水温度较高 零次网 比较原则： 下游回水温度越低越好 下游温差越小越好 12 楼宇式吸收式换热器 回水温度最低： 一次网：90/25 二次网：50/40 北欧模式、单栋可调、单栋计量 楼内热网规模小，流量大、泵耗低、室温均匀 谢晓云团队已研发出全新设备，在赤峰、迁西有多个 示范工程，长达五个采暖季安全运行 楼宇式吸收式换热器实物图 楼宇式吸收式换热器实物图 楼宇式吸收式换热器小区布置图 降低回到热源的回水温度 13 热力站吸收式换热器 热力站吸收式换热器实物图 回水温度也很低 一次网：120/25 二次网：60/45 设备成熟且已成规模化生产 太原市案例总供热面积为6669万平米，已完成大 温10、差改造的热力站共有346座，供热面积4007万平 米，占本区域供热面积60%左右 降低回到热源的回水温度 14 集中式换热站安装吸收式换热器 目前城市热网的供回水温差普遍在30K以上 直接安装吸收式换热器的换热效能太低，无法降低回水温度，需要优化 降低回到热源的回水温度 20 25 30 35 40 45 50 55 60/5070/5080/5090/50 集中站的回水温度（） 下游供/回水温度（/） 目前城市一次网的供回水温差情况集中站回水温度与下游温差的关系 20 40 60 80 100 0.50.60.70.80.91 温度（） 负荷率 一级网供水一级网回水锅炉进水 15 减小集中式11、换热站的下游温差 = 增大循环流量：受既有管网管径和水泵扬程的限制 减小供热负荷：摘除部分热力站，采用分散式换热站， 集中站维持最大流量运行，从而减小温差 用调峰热源承担一部分温差 调峰起始点 降低回到热源的回水温度 调峰 热源 承担 热电联产 一级网 二级网 分散式 换热站 集中式 换热站 零级网 吸收 式换 热器 锅炉 50 90 零次网一次网 调峰热源 78 28K100K 流量比=3.6 摘除供热负荷减小温差的方式调峰减小温差的方式 10 15 20 25 30 35 0.50.60.70.80.91 零级网回水温度（） 负荷率 16 解决回水温度高的问题 如果调峰热源为天然气，可以驱12、动热泵 进一步降低回水温度 调峰比例越大，集中站回水温度越低， 同时综合能耗和能源成本也越高 最不利工况是调峰起始工况 调峰起始工况 吸收 式换 热器 吸收式 热泵 120 50 90 零级网 23 一级网 30% 天然气 降低回到热源的回水温度 40 50 60 70 80 90 100 0.50.60.70.80.91 供热量（MW） 负荷率 基础热源调峰热源 调峰起始工况 74 36 与调峰结合的集中式换热站的回水温度变化规律 （下游90/50、调峰比30%工况的） 17 集中与分散相结合 分散式能为集中站提供更多调峰热源，有利于降低严寒期的回水温度 分散式能帮助降低总的回水温度 如果热13、源或输配对回水温度有要求，就要求分散式必须大于一定比例 分散式比例继续增大，回水温度进一步降低 集中式换热站获得更多调峰热源总体回水温度随分散式比例增大而降低 10 15 20 25 30 35 0.50.60.70.80.91 l零级网回水温度（） 负荷率 集中式吸收机分散式吸收机 分散式比例越大， 整体回水温度越低 集中式原 有调峰量 分散式提供 的调峰量 降低回到热源的回水温度 18 城市热网降低回水温度的模式 大力发展分散式吸收式热力站，特别是楼宇式吸收式热力站 实在改造困难时，可以规划小比例的小型集中吸收式换热站 不应建设大型集中吸收式换热站 热电联产 零级网 分散吸收式热力站 常规14、热力站 集中吸收式换热站 分散式 换热站 集中吸收式 换热站 降低回到热源的回水温度 19 降低回水温度的热价机制 回水温度的降低依靠热网公司的投入和努力 用户末端改造，改地板采暖和增加散热器 精心调节，保持各支路平衡（能把回水温度降低40） 楼宇式吸收式换热器需要投资1520元/供热平米 热力站西嗾使换热器需要投资710元/供热平米（能把回水温度降到25） 目前热源与热网的热量结算方式是：Q=流量比热（供水温度-回水温度），热力公司 无法从中获得任何受益 改为：Q=流量比热（供水温度-协议温度约40） 政策机制 高于40，热力公司多交钱，弥补热源余热 回收改造投入的损失 低于40，热力公司获得受益，回收其降低 回水温度的投入 谢谢！ 清华大学建筑节能研究中心