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商業建筑中蒸汽系統現狀和節能分析

時間：2023-02-20 22:38:44 土建水利論文我要投稿

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商業建筑中蒸汽系統現狀和節能分析

摘要：本文介紹了目前北京市商業建筑中的蒸汽系統的運行現狀，并在調查和測量了大量蒸汽系統的基礎上，對現有的蒸汽系統中存在的問題進行了分析，并提出了一定的改造意見，同時著重介紹了一種適用于蒸汽系統的新設備。

1 中國商業建筑蒸汽能耗現狀

隨著中國的改革開放和經濟發展，商業建筑的面積日趨增大，建設規模和建設速度逐漸加大。據統計，目前中國已經建成大約2000多幢高級賓館和寫字樓，800多家大型商場，其中絕大部分的高級賓館、飯店都設有蒸汽系統。根據我們對二十多幢商業建筑的能耗調查統計，設有蒸汽系統的商業建筑每年僅鍋爐的燃料費用就接近60元/平方米，現有商業建筑的每年的能源消耗費用就高達225億元人民幣。

賓館類建筑的蒸汽系統主要由蒸汽源、蒸汽輸配系統、蒸汽用戶三部分組成。蒸汽源一般為蒸汽鍋爐。使用燃料各有不同，包括：燃氣、燃油和煤。蒸汽輸配與回收系統包括蒸汽由蒸汽源輸送至用戶和部分蒸汽凝水由用戶處回收至蒸汽源兩部分。蒸汽用戶一般有以下四個：第一個是建筑內所需生活熱水，通過與蒸汽換熱的方式提供；第二個是是空調和供暖系統在冬季時使用的熱水通過與蒸汽換熱提供；第三個是洗衣房，使用蒸汽熨洗衣服；最后是廚房，使用蒸汽蒸煮食品和消毒餐具。此外對于一些采用吸收式冷機的商場、飯店，蒸汽系統還提供溴化鋰吸收式冷機運行所需的高壓蒸汽。對于醫院，蒸汽系統還提供蒸汽供大部分醫療室消毒器械使用。表1 顯示了北京市幾種不同的商業建筑的蒸汽消耗各成份比例。

表1 ：北京市幾種不同的商業建筑的蒸汽消耗各成份比例（％）

生活熱水空調采暖洗衣房、廚房消毒用備注賓館1 21 58 21 -- 夏季用吸收式冷機賓館2 48 30 22 -- 醫院 40 32 20 8

2 蒸汽系統存在的問題和節能潛力

通過對北京市商業建筑中蒸汽系統的調查和分析發現，目前蒸汽系統的應用中還存在著很大的問題，這同時也反應了蒸汽系統具有巨大的節能潛力。主要表現在以下幾方面：

* 中國商業建筑的能耗高于國外發達國家的商業建筑能耗。從我們對北京市近10棟賓館、飯店和醫院的全面測試和統計可知，這些商業建筑的全年運行能耗平均大約是188 kwh/m2.a，而氣候條件大致相當的日本的同類建筑的平均全年能耗大約是135 kwh/m2.a，也就是說北京市的賓館的能耗要比日本高出將近40％。這其中，空調能耗占到50～60％，而其中設計到蒸汽系統的建筑結構冷、熱能耗又占到空調能耗的40～50％（如果夏季采用吸收式制冷，冬季采用蒸汽換熱采暖和空調）。

* 同類型的的商業建筑之間的能耗也有較大差別。圖1顯示了北京4家四星級以上賓館的全年每平方米耗燃料量，從圖中可看出耗燃料量最高的商場比耗電量最低的商場能耗高出將近2倍。

圖1 北京市4家四星級以上賓館的全年每平方米耗燃料量比較

從蒸汽系統的凝水回收系統運行情況看，各個賓館之間也存在著很大的差異。由于蒸汽凝水中含有大量的水的顯熱，因此凝水回收率越低，系統的能耗損失就約大。圖2顯示的是我們調查的北京市幾個賓館、醫院的蒸汽凝水回收情況。從圖2中可以看出，一些賓館蒸汽凝水回收率達到80％以上，凝水回收效果較好，而還有一些系統的凝水回收率低于20％，且大部分蒸汽系統的凝水回收率較低。

圖2 北京市賓館蒸汽凝水回收率

* 近年來已有不少的節能改造項目竣工，這些改造項目都顯示出較大的經濟效益，說明商業建筑有巨大的節能潛力。例如在亮馬河大廈，提高蒸汽凝水的回收率和減少二次蒸汽的產生等技術手段，一年可以節約運行費用80多萬，所需的投資不到一年的時間即可回收。

上述分析表明，中外對比、同類建筑的對比和商業建筑成功的改造實例都充分說明中國的商業建筑蒸汽系統具有巨大的節能潛力，蒸汽系統節能改造有很好的經濟效益。

3 蒸汽系統節能的途徑和方法

蒸汽系統包括蒸汽輸送系統，蒸汽用戶，蒸汽凝水回收系統。因此蒸汽系統節能必須從這三個方面分別下手。從調查情況看目前高壓蒸汽輸送系統其輸送效率較高，節能潛力較少；而蒸汽用戶的節能潛力則主要體現在空調用戶如何有效的利用冷、熱源上，在這里就不詳細說明了；所以目前蒸汽系統的節能則主要體現在蒸汽凝水回收系統上，即如何提供凝水回收率和減少系統的二次蒸汽產生。

3.1 提高工作人員的管理運行水平

* 對運行管理人員、操作工人進行思想品質，培養他們的責任感和事業心，提高覺悟，盡職盡責地運行管理設備。

* 建立嚴格的管理制度，規范職員、工人行為，這是實現良好運行管理的客觀保證。

* 對職工、工人進行技術培訓，提高他們的技術水平和運行管理水平，有益于改善他們的工作，減少能耗。

末端蒸汽用戶的節能意識也對蒸汽系統的能耗有很大的影響。例如北京市某賓館的洗衣房，洗衣房的工作人員為了工作方便，大部分用汽設備（如熨燙機等）都采用無疏水閥運行，這不僅使得整個洗衣房的蒸汽凝水溫度偏高，造成了大量的二次蒸汽損失，同時還使一部分動力蒸汽也由凝水管道排到室外，造成了大量的能耗損失。

3.2 提高系統設備的管理運行水平

這主要體現在

* 對設備進行嚴格管理、合理使用，確保使之高效運轉。

* 及時對設備進行更新換代，更換低效設備，避免不必要的能源消耗。

* 建立詳細的工作計劃和節能措施，確保節能改造工程的節能效果，防止徒勞無功。

由于設備老化造成的蒸汽系統的能耗增加，在我們的測試調查中經常發現。如北京市某四星級賓館，其凝水箱內凝水長期硬度檢查不合格，被迫再度軟化或者就地排走，造成很大的能源和經濟損失。經調查發現是由于一臺生活熱水用的殼管式蒸汽熱水交換器的內管破裂，使得大量的未軟化的生活熱水直接進入蒸汽管道回到凝水箱而造成的。

此外采用合理的蒸汽凝水回收系統也是減少系統能耗的一個關鍵因素。從圖2中我們可以看到賓館B和D的凝水回收率較高，這主要是由于賓館B中對蒸汽凝水進行了多極預冷，才進入凝水箱，即蒸汽經以及換熱器換熱后，得到的溫度較高的凝水再和二級換熱換，使其溫度進一步降低。這樣避免了大量的二次蒸汽損失，而且溫度較低的凝水也更容易打回鍋爐房。賓館D中則將鍋爐補水直接打到凝水箱中和凝水混合，降低凝水箱內的凝水溫度，這樣也避免了能耗損失。

圖3 賓館B中蒸汽系統簡圖

圖4 賓館D中蒸汽系統簡圖

3.3 節能新技術的推廣

技術手段的推廣和合理利用是商業建筑節能的關鍵。適合中國商業建筑的節能的方法并不是建造一兩幢新的商業建筑來展示新技術，而是通過一些投資小見效快的技術手段對現有商業建筑的改造和提高運行管理水平來提高能源利用效率。

從蒸汽系統自身的特點來看，蒸汽系統問題最大的地方是蒸汽凝水回收系統。目前一種射流－噴射泵系統非常適合于代替蒸汽系統中蒸汽熱水換熱器。它采用的是將蒸汽直接噴到需要加熱的水中，通過混合來達到換熱的效果。由于它不存在凝水回收系統，固避免了目前蒸汽凝水回收系統中的大量問題。但由于它將處理過的軟化水直接噴到了未處理的熱水中，其增加了鍋爐房處理軟化水的費用。

如下是噴射泵系統與傳統的板式熱交換器的運行能耗費用比較：

初始條件：

1．采用燃氣鍋爐，燃料為天然氣，價錢為1.8元/m3，熱值為44175kj/m3，鍋爐效率93％

2．都提供4公斤壓力的蒸汽，溫度為143.4，蒸汽熱值為2732kj/kg

3．自來水價格為3元/噸，軟水價錢為5元/噸，自來水水溫為15℃，熱值為62.85 kj/kg

4．生活熱水供應水溫為60℃，熱值為251.4kj/kg

5．板式換熱器的凝水溫度為70℃，熱值為293.3kj/kg

計算步驟：

1、采用FTS系統生產1噸生活熱水所需耗費

(1) 耗蒸汽量

設生產1噸生活熱水的蒸汽耗量為Gsteam，由：

Gsteam×2732＋（1000－Gsteam）×62.85＝1000×251.4