摘要：本文作者介紹了城市集中供熱的優(yōu)勢(shì)，分析了影響供熱管道保溫的主要因素，提出了集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略。
關(guān)鍵詞：城市；供熱管網(wǎng)；優(yōu)化；探討
中圖分類號(hào)：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
集中供熱這種供熱模式逐漸為許多城市所接受。集中供熱是指以熱水或蒸汽作為熱媒，利用一個(gè)或多個(gè)熱源通過供熱管網(wǎng)、熱交換站等，向一個(gè)城市或城市中較大區(qū)域的各熱用戶提供熱能的方式。文章對(duì)供熱管道熱損失的影響因素作了系統(tǒng)分析，說明了保溫層厚度、保溫材料的熱導(dǎo)率、埋深等因素是影響供熱管道熱損失的主要因素，并在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化供熱網(wǎng)設(shè)計(jì)的相關(guān)策略。
1 城市集中供熱的優(yōu)勢(shì)
作為現(xiàn)代化城市的文明標(biāo)志和發(fā)展方向，城市集中供熱具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不僅能為城市提供穩(wěn)定、可靠的優(yōu)質(zhì)熱源，而且對(duì)于節(jié)約能源，改善大氣環(huán)境，減少城市大氣污染，有效利用城市空間等方面都具有重要作用。集中供熱與其他供熱方式相比，具備以下五大優(yōu)勢(shì)：
1.1 一次投資，長(zhǎng)期受益。采用集中供熱不僅可節(jié)約市區(qū)內(nèi)寶貴的土地資源，降低人力、物力資源的消耗，更重要的是，還能有效避免其他供熱方式因受設(shè)備使用年限限制，而周期性地更換供熱設(shè)施的弊端，真正讓用戶一次投資，長(zhǎng)期受益。
1.2 經(jīng)濟(jì)實(shí)用，效益明顯。據(jù)專家分析測(cè)算，綜合考慮初裝費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用，集中供熱與其他供熱方式相比，其經(jīng)濟(jì)性、舒適性和室溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于其他供熱方式。雖然煤、水、電等原材料價(jià)格不斷上揚(yáng)導(dǎo)致了供熱價(jià)格水漲船高，但是，作為低品位能源，城市集中供熱與其他高品位能源相比將長(zhǎng)期保持價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。
1.3 用途廣泛，使用方便。城市集中供熱既可冬季采暖、夏季制冷和常年提供生活熱水，又可用于工礦企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行。同時(shí)，也可用蒸汽蒸做食品，為賓館、飯店、商場(chǎng)、醫(yī)院、寫字樓等提供極其便利的服務(wù)條件。
1.4 運(yùn)行科學(xué)，安全可靠。隨著集中供熱技術(shù)上的不斷成熟、完善，越來越多的新材料、新技術(shù)、新工藝被廣泛應(yīng)用，其安全可靠性大大提高。
1.5 環(huán)保節(jié)能，凈化大氣。由于集中供熱作為國(guó)家大力倡導(dǎo)的環(huán)保型供熱方式，對(duì)控制大氣環(huán)境污染能起到積極的作用，環(huán)境效益明顯，所以，市政府近年來始終重視城市集中供熱事業(yè)的發(fā)展，在實(shí)施“藍(lán)天工程”和創(chuàng)建國(guó)家環(huán)保模范城市工作中，堅(jiān)決取締１０噸以下燃煤鍋爐，積極提倡和推行集中供熱。
2 影響供熱管道保溫的主要因素
就當(dāng)前供熱發(fā)展情況來看決定或者影響城市集中供熱管道熱效應(yīng)的因素很多，有人為的因素，也有自然的因素，但主要影響因素不是很多，主要受到如下因素的影響。
2.1 管道外徑。對(duì)于一定輸水溫度的保溫管道，管道散失的熱量隨管道外徑的增大而增加。管道外徑越大，管內(nèi)水與管壁接觸的表面積增大，相當(dāng)于增加了熱量散失的表面積，管道內(nèi)水向管外傳遞的熱量增多。
2.2 輸水溫度。當(dāng)輸水溫度較小時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨輸水溫度的降低，其差距越來越小；當(dāng)輸水溫度較大時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨輸水溫度的增大，其差距越來越大。從這個(gè)可以看出，在輸水溫度較低時(shí)，管道外徑對(duì)管道散熱損失的影響較大，反之，在輸水溫度較大時(shí)，管道輸水溫度對(duì)管道散熱損失的影響較大。
2.3 管道熱導(dǎo)率。對(duì)于一定管徑的保溫管道，管道散失的熱量隨保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率的增大而增加，且二者之間近似成線性關(guān)系。保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率越大，其傳熱熱阻越小，通過保溫層的熱量越多，傳遞到周圍土壤介質(zhì)中的熱量自然增大。
當(dāng)保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率較小時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率的降低，其差距逐漸減小，理論上當(dāng)保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率為零時(shí)，管道散失的熱量等于零。當(dāng)保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率較大時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率的增大，其差距逐漸增大，理論上當(dāng)保溫材質(zhì)熱導(dǎo)率為無限大時(shí)，管道散失的熱量也為無限大。
2.4 土壤熱導(dǎo)率。對(duì)于一定管徑的保溫管道，管道散失的熱量隨土壤熱導(dǎo)率的增大而增加。土壤熱導(dǎo)率越大，其傳熱熱阻減小，通過土壤層的熱量增多，熱量從土壤層散失得越多。當(dāng)土壤熱導(dǎo)率較小時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨土壤熱導(dǎo)率的降低，其差距逐漸減小，但減小的幅度不大。理論上當(dāng)土壤熱導(dǎo)率為零時(shí)，管道散失的熱量等于零；當(dāng)土壤熱導(dǎo)率較大時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨土壤熱導(dǎo)率的增大，其差距逐漸增大，但增大的幅度亦不大。不同地區(qū)，土壤熱導(dǎo)率由于受到當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊懚煌词雇坏貐^(qū)，隨著季節(jié)的不同，其土壤熱導(dǎo)率也不同。從這個(gè)可以看出，靠增大或者減小土壤熱導(dǎo)率來改變管道散失的熱量，其意義不大，要靠改變管道外徑才能使管道散熱損失大幅度改變。
2.5 保溫層厚度。管道散失的熱量隨保溫層厚度的增大而減小，且二者之間近似成反比例關(guān)系。保溫層越厚，其傳熱熱阻越大，通過保溫層的熱量越小，傳遞到土壤的熱量就越少。當(dāng)保溫層厚度較小時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨保溫層厚度的降低，其差距越來越大。理論上當(dāng)保溫層厚度為零時(shí)，管道散失的熱量為無限大。當(dāng)保溫層厚度較大時(shí)，管道散失的熱量在不同管徑處隨保溫層厚度的增大，其差距越來越小。理論上當(dāng)保溫層厚度為無限大時(shí)，管道散失的熱量為零。
3 集中供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略
供熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)需考慮它的技術(shù)性、初投資和運(yùn)行中的能量輸送損失這三個(gè)方面，對(duì)于一個(gè)布局已定的供熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)，存在著尋求這三個(gè)目標(biāo)綜合起來的優(yōu)化問題，然而技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和能量這三個(gè)目標(biāo)之間是矛盾的。追求高的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，將導(dǎo)致降低熱網(wǎng)運(yùn)行的能量目標(biāo)，如何將這三個(gè)目標(biāo)統(tǒng)一起來，形成一個(gè)綜合的目標(biāo)，是解決布局已定的樹狀熱網(wǎng)設(shè)計(jì)最優(yōu)化的關(guān)鍵問題。因此有必要對(duì)供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析，逐步引申和發(fā)展，以解決熱網(wǎng)系統(tǒng)問題。在具體的設(shè)計(jì)供熱管網(wǎng)過程中可以從以下方面出發(fā)來優(yōu)化供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)。
3.1 優(yōu)化供熱網(wǎng)網(wǎng)路。室外供熱管網(wǎng)是供熱系統(tǒng)中投資最多、施工最繁重的部分，供熱外網(wǎng)的網(wǎng)路形式對(duì)于供熱的可靠性、系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、運(yùn)行是否方便以及經(jīng)濟(jì)效益有著很大的影響。合理地確定供熱管網(wǎng)平面的定線工作，對(duì)節(jié)省投資、保證熱網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行和施工維修方便等，都具有重要的意義。供熱管網(wǎng)布置原則是應(yīng)在城市建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)下，考慮熱負(fù)荷分布、熱源位置、與各種地上、地下管道及構(gòu)筑物、園林綠地的關(guān)系和水文、地質(zhì)條件等多種因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。供熱管線平面位置的確定應(yīng)遵守如下基本原則：經(jīng)濟(jì)上合理；技術(shù)上可靠；管線應(yīng)少穿主要交通線。地上鋪設(shè)的管道，不影響城市環(huán)境美觀，不妨礙交通。供熱管道與各種管道、構(gòu)筑物應(yīng)協(xié)調(diào)安排，相互之間的距離，應(yīng)能保證運(yùn)行安全、施工及檢修方便。
3.2 采用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行供熱設(shè)計(jì)。節(jié)約能源已經(jīng)成為當(dāng)前的社會(huì)性主題之一，與此同時(shí)有很多公司都生產(chǎn)節(jié)能產(chǎn)品，可以在施工過程中有選擇的采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，例如：偉業(yè)供熱管道節(jié)能設(shè)備有限公司的直埋預(yù)制保溫管，該產(chǎn)品能做到防水，防腐，防老化，抗沖擊等，同時(shí)也具有高強(qiáng)度，高韌性，易焊接等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的采用。
4 結(jié)束語
實(shí)行集中供熱后，由于燃料用量的減少，可以大量減少城市煤炭和灰渣的運(yùn)輸量。同時(shí)還可減少燃燒的灰渣在運(yùn)輸中散落所造成的空氣、道路和土地的污染，有利于改善城市環(huán)境和衛(wèi)生狀況。城市集中供熱是節(jié)能、環(huán)保的重要途徑，是城市現(xiàn)代化的主要基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人民群眾物質(zhì)生活的重要標(biāo)志之一。當(dāng)前供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視，進(jìn)行集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究不但對(duì)節(jié)約工程投資、降低供熱能耗、提高效益等有著重要的意義，而且也是實(shí)現(xiàn)供熱可靠和安全運(yùn)行的重要保證。
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