同濟大學(xué)土木專業(yè)工程機電論文-中國北方集中式熱水供暖系統(tǒng)供熱效率優(yōu)化潛力與空氣污染治理

工程機電課程論文中國北方集中式熱水供暖系統(tǒng)供熱效率優(yōu)化潛力與空氣污染治理姓名：崔帥文學(xué)號：1451040任課教師：劉勻時間：2016.12 第一部分課程認(rèn)識與感悟課程初印象在剛剛踏入大學(xué)的時候，曾經(jīng)聽給我們介紹學(xué)習(xí)經(jīng)驗的學(xué)長學(xué)姐介紹到工程機電課程，那個時候因為對這門課程并沒有太多接觸，于是對這門課程的印象也就止步于自身的生活經(jīng)驗和從學(xué)長學(xué)姐那里繼承來的學(xué)科印象——與建筑工程相關(guān)并且配套的一系列水電暖設(shè)施以及相關(guān)的機械管道電子設(shè)備等。從自己的認(rèn)識與學(xué)長學(xué)姐那里繼承來的經(jīng)驗出發(fā)，對這門課程的理解就是與土木工程專業(yè)相關(guān)，作為本專業(yè)的附加產(chǎn)品，其地位似乎不太重要。然而隨著對本專業(yè)課程研究的逐步深入，對相關(guān)知識的了解越來越多，我也在一點一點修正著自己固有的認(rèn)知，漸漸地從專業(yè)的角度去認(rèn)識身邊的各種建筑工程設(shè)備，漸漸地用專業(yè)的思維去思考身邊的工程機電設(shè)備的布局?jǐn)[設(shè)，會發(fā)現(xiàn)很多有意思的問題，并且由此帶來一些有益的思考。就以自己所在的宿舍樓為例，每天我們進出宿舍的樓道，會看到走廊兩側(cè)的消防栓和滅火器，半夜幽幽發(fā)亮的安全出口指示燈，墻上掛的應(yīng)急電燈，樓梯端的常閉式防火門，每次使用電烙鐵烙電路總會擔(dān)心頭頂?shù)臒熿F報警器會笛聲大作；當(dāng)躺在宿舍床上的時候，閑來無事會看一眼宿舍的電路布局，會研究網(wǎng)線，空調(diào)，電扇和插線口的布局，想象其背后的電路模式；看好萊塢電影鋼鐵俠，看著斯塔克的專屬豪宅里可以開閉移動的地板，我會想知道怎樣的機電設(shè)備可以如此完美地與建筑融合成一個有機整體，充滿了科幻氣息；看到新聞上關(guān)于智能房屋的開發(fā)，各種機械電子技術(shù)與建筑的融合升華，極大程度上方便了人們的生活；也曾經(jīng)在各種各樣的地方看過各種建筑設(shè)備與建筑本身非常不協(xié)調(diào)的情況，比如電線桿建在出庫門口，下水井蓋被路牙石覆蓋……工程機電在對建筑功能的改進與完善上作用是如此之大，雖然其體量無法與建筑本身相比，雖然其確實是建筑的附加產(chǎn)品，但是現(xiàn)代化的土木工程建筑，如果缺少了合適工程機電設(shè)計與配置，將是致命的缺陷，合適和恰當(dāng)?shù)慕ㄖO(shè)備設(shè)計與配置對建筑而言就是畫龍點睛的作用。帶著這種逐步修正的認(rèn)識與思考，我開始在這個學(xué)期接觸和學(xué)習(xí)工程機電這門課程，我也終于有時間和機會來印證自己的思考和拓展自己的學(xué)科視野。建筑設(shè)備與土木工程關(guān)系隨著新課程的開始，從老師的講解中，我漸漸的了解到工程機電的魅力。從古老人類的依樹而居、依穴而居到茅草屋、土坯屋、磚木屋再到今天的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，隨著人類需求的發(fā)展，人類的建筑技藝也在發(fā)展，而今天的建筑越來越強調(diào)其綜合使用性能，而這綜合使用性能大部分恰恰是由建筑設(shè)備實現(xiàn)的。工程機電已經(jīng)成為了現(xiàn)代化建筑的重要組成部分，其設(shè)置的完善程度與技術(shù)水平已經(jīng)成為當(dāng)今社會衡量房屋建筑物質(zhì)生活水平的重要標(biāo)志。現(xiàn)代化的建筑是建筑、結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)備的有機結(jié)合體，無論是在建筑的規(guī)劃、設(shè)計還是施工、使用過程當(dāng)中，所有的這些元素都是在一起考慮和發(fā)揮作用的。它們之間缺一不可，相互協(xié)調(diào)，共同實現(xiàn)人類所需要的建筑功能。因此在建筑規(guī)劃設(shè)計施工使用過程當(dāng)中，對于工程機電的合理考慮和設(shè)置，是建筑能夠協(xié)調(diào)工作、消除矛盾、高效地發(fā)揮建筑物應(yīng)該有的功能的必要前提。從我們告別遠古洪荒和茹毛飲血的時代開始，我們對于建筑的需求越來越高，我們待在建筑空間之內(nèi)的時間越來越長，我們對于建筑能夠?qū)崿F(xiàn)的功能的想象也越來越廣，一棟建筑哪怕外觀再漂亮，你能想象它不同水電暖，沒有網(wǎng)絡(luò)沒有燈光嗎？各方面的進步讓我們自然而然地對建筑的功能提出了新的要求：除了要滿足我們?nèi)粘５纳罹幼⌒枨螅覀円查_始追求建筑環(huán)境的舒適優(yōu)雅、明亮通透、我們甚至于在建筑的防御性、私密性、耐久性、便利性、舒適性、美觀性等等方面提出不同程度的要求，然而這些要求除了建筑本身的設(shè)計，更需要建筑工程設(shè)備的密切合理配合，否則是斷難實現(xiàn)這些要求的。所謂的建筑設(shè)備就是指垃圾處理、避雷、消防滅火、排煙、制冷、通風(fēng)、采暖、給排水、燃氣、供電等建筑設(shè)備，還有電梯、通信、網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控等等，建筑設(shè)備在今天簡直不勝枚舉。一幢沒有建筑設(shè)備的建筑就是一具沒有血肉的骷髏而已，而各色各樣的建筑設(shè)備使得建筑充滿生機和活力。查閱相關(guān)資料，再加上自己的一點心得，我們可以把建筑設(shè)備大體劃分為以下幾類：能夠為建筑創(chuàng)造適當(dāng)?shù)氖覂?nèi)環(huán)境，使得建筑內(nèi)環(huán)境適宜人的生活工作：暖通空調(diào)設(shè)備、燈光、音響等等。能夠為建筑使用者提供工作生活便利的設(shè)備：電梯、給排水系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)等。能夠使得建筑本身的安全性得到提升的設(shè)備：防排煙設(shè)備、消防設(shè)備、避雷設(shè)備、監(jiān)控報警裝置、緊急照明燈等。能夠提高建筑的自動控制能力的設(shè)備：自動空調(diào)、消火栓消防泵自動滅火系統(tǒng)等。對于一定的建筑，建筑機電設(shè)備的選擇就有一定的要求：充分考慮建筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。建筑設(shè)備質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)要同建筑本身質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相匹配和協(xié)調(diào)。滿足設(shè)備自身的技術(shù)要求和建筑的使用需要。比如高層建筑的供水，其供水管就必須能夠承受足夠高的水壓，其供水布局形式就必須要考慮到供水的需求量，不能出現(xiàn)水壓不穩(wěn)，間斷出水的情況。應(yīng)該滿足經(jīng)濟合理安全方便的原則。滿足建筑空間布局和外觀布局的需求。不要出現(xiàn)彼此之間信息不對稱而使得建筑設(shè)備與建筑整體之間不協(xié)調(diào)的情況。收獲與總結(jié)在這個學(xué)期的課程當(dāng)中，我們學(xué)習(xí)了工程機電的幾個方向：給排水建筑排水供暖工程通風(fēng)與空調(diào)工程電氣工程供配電與照明系統(tǒng)電氣安全與建筑防雷建筑智能化消防工程舉幾個我有深刻印象的片段，比如供水系統(tǒng)，在老師的講解中提到了高層建筑的供水模式，講解了集中供水和分區(qū)段供水等等，最深刻的是其中供水水壓不足，出水流量不穩(wěn)定的問題，老師就集中水箱，分樓層區(qū)段水箱的模式給予了詳細的講解，以前我都從來沒有考慮過這樣的問題，不過當(dāng)?shù)谝淮慰紤]這個問題的時候，我發(fā)現(xiàn)工程機電這門課程大有學(xué)問，還有旅店的供水循環(huán)加熱系統(tǒng)；甚至于對于自己熟視無睹的空調(diào)都有各種各樣的模式，老師細致的講解了空調(diào)的性能，工作模式，風(fēng)的循環(huán)形式，這都對我大有啟發(fā)。在老師講解的眾多設(shè)計失誤的案例中，我意識到工程機電的元素在建筑設(shè)計的過程當(dāng)中是必須加以考慮而且必須是細致和恰當(dāng)考慮的。所有的建筑設(shè)備設(shè)施裝置都是安裝在建筑空間的各個部位的，所以這也就要求建筑設(shè)備機電必須與建筑結(jié)構(gòu)和其生產(chǎn)過程工藝相配合協(xié)調(diào)，設(shè)計的時候也必須綜合設(shè)計施工，這也恰恰是BIM技術(shù)出現(xiàn)的初衷，只有這種密切的配合才能夠?qū)崿F(xiàn)建筑功能的高效穩(wěn)定發(fā)揮。從老師那里，我們了解到，從前有許許多多結(jié)構(gòu)工程師和機電工程師互相指責(zé)推諉的事情，其背后的原因往往是彼此之間的設(shè)計缺少溝通和協(xié)調(diào)，導(dǎo)致后期事故不斷。其實任何一幢具有現(xiàn)代設(shè)備的房屋，其設(shè)計階段施工階段維護運營階段都是需要建筑、結(jié)構(gòu)、公用設(shè)備等專業(yè)的工程技術(shù)人員在分工明確，充分交流溝通和統(tǒng)一協(xié)調(diào)配合之下共同完成的。感悟與反思最后，從自己本身專業(yè)的角度出發(fā)來看看工程機電與土木工程的關(guān)系。作為一個未來的建筑工程師，如果缺乏建筑設(shè)備方面的知識儲備，所能夠做的也就是一個能夠保證安全卻缺乏生氣的框架而已，這樣不負責(zé)任的設(shè)計會給后期的施工以及機電工程師的設(shè)計帶來極大的難度，甚至如果設(shè)計不合格會引來機電工程師的返工抗議和業(yè)主不滿，如果施工單位為了能夠安裝機電設(shè)備而損害了結(jié)構(gòu)的安全性出了安全事故，建筑設(shè)計師也難逃其咎。作為建筑工程師，設(shè)計的時候不僅要考慮外觀的美觀性，結(jié)構(gòu)的安全性、更要在設(shè)計的時候考慮到機電工程師布置設(shè)備的便利性，更要考慮業(yè)主使用時的舒適性和方便性，而為了達到這樣的專業(yè)素養(yǎng)，需要我們在學(xué)習(xí)知識的時候形成一定的知識儲備，對于管線、電路、機電的概念性認(rèn)識和大致了解、不必太深入，但是合適的了解總是能給自己將來的設(shè)計工作和別人的工作帶來極大的便利。另外一點非常重要的啟示便是在設(shè)計工作進行的同時，盡一切可能與其他方面的設(shè)計者保持深入全面的協(xié)調(diào)和溝通。第二部分中國北方散熱器供暖系統(tǒng)優(yōu)化潛力與空氣污染治理一、相關(guān)背景知識淺述【1】1）供暖工程供暖是指用人工的方法向室內(nèi)輸送熱量，保持一定的室內(nèi)溫度，以創(chuàng)造適宜的生活或工作環(huán)境的工程技術(shù)。供暖工程可分為局部供暖系統(tǒng)和集中式供暖系統(tǒng)。熱媒制備、熱媒運輸和熱媒利用三個主要部分在構(gòu)造上都在一起的供暖系統(tǒng)，稱為局部供暖系統(tǒng)。熱源和散熱設(shè)備分別設(shè)置，用熱媒管道相連接，由熱源向各個房間或建筑物供給熱量的供暖系統(tǒng)稱為集中式供暖系統(tǒng)。本文主要探討的范圍在集中式供暖系統(tǒng)當(dāng)中。根據(jù)供暖系統(tǒng)中散熱設(shè)備向室內(nèi)散發(fā)熱量的方式的不同，供暖設(shè)備可以分為對流供暖和輻射供暖。散熱設(shè)備主要以對流換熱方式向室內(nèi)供暖的稱為對流供暖，如散熱器供暖系統(tǒng)和熱風(fēng)供暖系統(tǒng)。散熱設(shè)備主要以輻射換熱方式向室內(nèi)供暖，稱為輻射供暖。本文主要探討的是散熱器供暖系統(tǒng)的熱效率問題，也會提到低溫?zé)崴匕遢椛涔┡姆绞?，因為這兩種方式在中國北方的供暖方式當(dāng)中占有絕對的主流地位，探討它們的供暖效率和熱量節(jié)約問題在現(xiàn)實當(dāng)中具有重大意義。2）集中供熱集中供熱系統(tǒng)由三打部分組成：熱源、熱力網(wǎng)（熱網(wǎng)）、和熱用戶。熱源——在熱能工程當(dāng)中，泛指能從中吸取熱量的任何物質(zhì)、裝置或天然能源。目前最廣泛應(yīng)用于供熱系統(tǒng)的熱原有區(qū)域鍋爐房和熱電廠，在此類熱源內(nèi)，使燃料燃燒產(chǎn)生熱能，用以加熱供熱熱媒（熱水和蒸汽）。此外，可利用核能、太陽能、地?zé)?、電能、工業(yè)余熱、垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能等作為集中供熱系統(tǒng)的熱源。熱源是直接消耗能源、實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換的部分，是供熱系統(tǒng)能源效率最重要的組成部分。限于筆者是土木工程專業(yè)本科三年級的能力水平，本文當(dāng)中只討論熱電廠集中供熱的供暖方式當(dāng)中主要部分的熱能效率問題。熱網(wǎng)——由熱源向熱用戶輸送和分配供熱介質(zhì)的管線系統(tǒng)，成為熱網(wǎng)。在熱媒輸送過程當(dāng)中，還會由于水泵運行、管道散熱、水力和熱力工況分配不均等原因，造成能量消耗，因此，熱網(wǎng)運行工況也是供熱系統(tǒng)能源效率的重要組成部分。熱用戶——集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用熱能的用戶，成為熱用戶，如建筑內(nèi)供暖、通風(fēng)、空調(diào)、熱水供應(yīng)以及工藝用熱系統(tǒng)等。熱用戶的建筑類型及用途，直接影響著供熱負荷的大小及系統(tǒng)和設(shè)備投資。供熱供暖系統(tǒng)及其設(shè)備形式和運行調(diào)節(jié)方式，不僅影響使用效果，同樣影響著供熱系統(tǒng)能源效率。3）能源結(jié)構(gòu)與效率概況我國是能源消耗大國，在能源消耗結(jié)構(gòu)中，煤炭約占總能耗的75%。供熱，通風(fēng)是能源消耗大戶。供熱事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展意味著資源的持續(xù)利用，也意味著不可再生資源消耗的增長。目前我國大型火力發(fā)電廠平均發(fā)電效率約33%，熱電廠供熱時的發(fā)電效率可達20%，剩下的熱能70%以上可用于供熱。區(qū)域鍋爐房集中供熱方式的熱能利用率低于熱電聯(lián)產(chǎn)，但是其鍋爐熱效率也能達到80%左右，遠高于分散鍋爐房的鍋爐熱效率（50%~60%）。熱電廠供熱，具有明顯的節(jié)約能源、改善環(huán)境和提高人民生活水平以及保證生產(chǎn)用熱等主要優(yōu)點，成為城鎮(zhèn)最主要的熱源形式。管網(wǎng)造價與輸送能耗高，調(diào)節(jié)控制不當(dāng)會造成能源的浪費，這些都成為了供熱效率的關(guān)鍵問題。4）中國霧霾問題與燃煤供暖一年前，柴靜的《穹頂之下》引起巨大轟動，矛頭直指中國的霧霾問題，不談背后的經(jīng)濟利益關(guān)系，不難看出，中國的煤炭燃燒，汽車尾氣排放等等都是元兇，在講求環(huán)保的今天，在國家大力推動新能源建設(shè)的今天，減少煤炭的燃燒是一個非常緊迫而且有意義的話題，對于中國環(huán)境質(zhì)量的提升和生態(tài)環(huán)境的保護以及中國北方廣大人民的呼吸健康有重大意義?；谥袊?dāng)前這樣一個背景，筆者將以一個土木工程專業(yè)本科生的視角淺析供暖系統(tǒng)當(dāng)中熱能轉(zhuǎn)化使用效率的提升潛力和環(huán)境保護效益。二、北方空氣污染現(xiàn)狀與燃煤供暖之間的關(guān)系聚焦1）相關(guān)數(shù)據(jù)在這里引用中國2015年空氣質(zhì)量報告當(dāng)中的數(shù)據(jù)來說明中國目前的空氣污染狀況。在全國省市排名中，PM2.5年平均濃度最高的前五名省市為河南省、北京市、河北省、天津市、山東省。最低的為海南省、西藏自治區(qū)、云南省、福建省、貴州省。華北地區(qū)的空氣污染形勢依舊嚴(yán)峻。京津冀區(qū)域13個城市平均達標(biāo)天數(shù)比例為52.4%，同比提高9.6個百分點。PM2.5、PM10、SO2和NO2濃度同比明顯下降，CO同比上升，O3同比持平。京津冀區(qū)域進入冬季采暖期，受污染物排放量大和不利氣象條件影響，發(fā)生多次污染程度重、影響范圍廣、持續(xù)時間長的空氣重污染過程，連續(xù)的空氣重污染過程大幅拉升了全年顆粒物濃度，京津冀地區(qū)冬季采暖季期間PM2.5濃度同比上升了9.6%。2）分析可以看出，在全國空氣污染形勢嚴(yán)峻的狀況下，中國北方尤其是華北地區(qū)的空氣污染形式尤為嚴(yán)峻。分析其中原因有以下幾點：1.重工業(yè)發(fā)達，污染排放嚴(yán)重2.冬季采暖期，燃燒煤炭發(fā)電占相當(dāng)大的比重，導(dǎo)致空氣污染嚴(yán)重3.近年來厄爾尼諾現(xiàn)象嚴(yán)重，非正常天氣頻發(fā)，靜穩(wěn)天氣與嚴(yán)重污染相疊加，導(dǎo)致霧霾不散。出生成長在北方的我對北方的霧霾有極為深刻的體驗，曾經(jīng)在高中備戰(zhàn)高考的時候，每天早上六點起床趕往學(xué)校，學(xué)校都會籠罩在一片白色的霧霾當(dāng)中，而且氣味刺鼻，大家只能躲在教室里緊閉門窗，這樣的環(huán)境使得人人自危，時刻擔(dān)心自己的呼吸健康問題。當(dāng)自己學(xué)習(xí)到工程機電當(dāng)中的供暖問題的時候，會報著這種改善空氣質(zhì)量的急切心態(tài)來研究供暖方式與空氣污染的關(guān)系，并希望從供暖方式的優(yōu)化潛力中尋找空氣改善的解決途徑。三、散熱器供暖方式與低溫?zé)崴椛涫焦┡绞教骄繉W(xué)習(xí)筆者將會從熱源、管網(wǎng)、散熱設(shè)備的供熱效率三方面來研究總體的供暖系統(tǒng)熱能效率，重點放在散熱設(shè)備的供熱效率研究改進上。1）城市集中供熱熱源與效率目前，城市集中供暖的主要熱源有熱電廠、集中鍋爐房、工業(yè)余熱、地?zé)岷偷蜏睾四軒追N。熱電廠和幾種鍋爐房主要以煤、重油和天然氣為燃料，甚至于經(jīng)濟技術(shù)發(fā)達的地區(qū)也利用可燃燒的垃圾作為燃料；工業(yè)余熱是生產(chǎn)過程當(dāng)中排出的高溫?zé)煔?、冷卻水、高溫熔渣等所帶有的物理熱，這部分熱能在一定條件下回收利用，作為城市集中供熱的能源；蘊藏在地下的地?zé)崴部梢宰鳛槌鞘屑泄岬臒嵩?；低溫核能是指在低參?shù)下核裂變產(chǎn)生的能量，產(chǎn)生低溫核能的反應(yīng)堆只供熱、不發(fā)電，而且充分考慮了安全措施，是為適應(yīng)城市集中供熱需要專門設(shè)計的一種熱源，可以在距離城市較近的地方建設(shè)。像其中的地?zé)岷四芏紝儆谇鍧嵞茉?，目前在中國現(xiàn)有的北方供暖格局當(dāng)中占的比重相對較小，當(dāng)然如果我們的國家發(fā)電和供暖都能使用清潔能源，那么污染問題就一舉解決了，但是這個過程時相當(dāng)漫長的，以時下中國的經(jīng)濟實力和技術(shù)水平還沒法實現(xiàn)全面使用清潔能源，比較現(xiàn)實的想法是在當(dāng)前大的格局上進行局部改善以求降低污染物排放量。從研究的角度出發(fā)，我們這里只研究熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房的產(chǎn)熱效率的提升問題。我國集中供熱的一次能源消耗為20公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米，高出歐洲維度甚至更高緯度國家一倍。很多老舊建筑供熱能耗更是高于25公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米。我們國家的一次能源消耗比歐洲高這么多，原因有很多方面。首先是燃料不同，歐洲的集中供熱，燃料通常以天然氣為主，而在我國主要以煤炭為主。另外一個原因是熱源，目前我國熱電聯(lián)產(chǎn)在城市集中供熱的比重只占到三分之一左右，而區(qū)域鍋爐房的供熱卻占到三分之二。數(shù)據(jù)顯示，熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的能源利用效率在百分之八十左右，供熱煤消耗約為40公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/吉焦，而區(qū)域鍋爐房集中供熱方式的能源利用效率在百分之六十左右，供熱煤消耗在55公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/吉焦左右。由此可見，熱電聯(lián)產(chǎn)與區(qū)域鍋爐房供熱方式相比，優(yōu)勢明顯，但是我國當(dāng)前集中供熱方式所占到的比重還是較低的。通過簡單的計算可以發(fā)現(xiàn)，對于同樣的供熱需求，如果中國在可以實現(xiàn)的時間內(nèi)把所有區(qū)鍋爐房用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，那么對于煤炭的消耗量僅為當(dāng)前格局的0.7倍。在中國當(dāng)前多煤缺油少氣的資源格局之下，這種暫時性的方案能起到的效果也是非常明顯的。2012年我國一次能源消費量為36.2億噸標(biāo)煤，消耗了全世界20%的能源，單位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，美國的3.3倍，日本的7倍，在我國能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占68.5%，石油占比為17.7%，水能7.1%，天然氣4.7%，核能占0.8%，其他占1.2%。也就是說，2012年，我國消耗了占全世界近一半的煤炭，火電則燃燒了全國一半的電煤，在這種改進模式下，能夠省下數(shù)以億噸的標(biāo)準(zhǔn)煤。2）供熱管網(wǎng)的供熱效率首先，室外供熱管網(wǎng)的假設(shè)方式分為地上敷設(shè)和地下敷設(shè)，地下敷設(shè)又分為地溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)。熱水管道本身采用的常常是無縫鋼管，螺旋縫鋼管或直縫鋼管。架空管常用巖棉保溫，地埋管常用聚氨酯輕聚塑保溫材料。那么我們來研究一下室外管網(wǎng)的熱損失。供熱管網(wǎng)熱損失是指在管網(wǎng)中損失的熱量占管網(wǎng)輸入熱量的比值，室外管網(wǎng)的熱損失是由室外管網(wǎng)漏水熱損失和室外管網(wǎng)保溫?zé)釗p失組成的。對于這兩部分都有相應(yīng)的計算公式，限于筆者知識水平，這里只做定性分析并引用結(jié)論?！?】經(jīng)過查閱資料，我發(fā)現(xiàn)全國各地的熱水管網(wǎng)熱損失率各有不同，而且差距較大，這種情況的直接原因是供熱管網(wǎng)的形式和材料以及保溫工藝還有工程預(yù)算的不同，較高的保溫率需要極高的工程預(yù)算投入，不是很富裕的地區(qū)供熱損失率較高，能夠達到30%左右這里結(jié)合吉林地區(qū)的某個測試項目進行分析從數(shù)據(jù)當(dāng)中可以很顯然的看出保溫結(jié)構(gòu)的熱損失率要遠遠大于失水率帶來的熱損失，當(dāng)然這建立在不出現(xiàn)意外情況大量失水的前提下。因此，對于集中供熱管網(wǎng)，做好管道保溫是減少在輸送過程當(dāng)中熱量損失、節(jié)約能源、提高供熱系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟性的關(guān)鍵。從引用的文獻中可以發(fā)現(xiàn)，管網(wǎng)失水率對整個供熱管網(wǎng)的損害較大，但是對熱損失影響很小，給出的案例當(dāng)中因為失水率造成的熱損失只占到整個供熱管網(wǎng)供熱的0.13%。供熱管網(wǎng)熱損失主要集中在保溫結(jié)構(gòu)熱損失上，保溫結(jié)構(gòu)熱損失占到了供熱量的34.35%，這個數(shù)字觸目驚心，當(dāng)然其他地區(qū)如果技術(shù)發(fā)達很比這個數(shù)字低不少。所以說做好管道保溫是減少熱損失的關(guān)鍵，在筆者查閱的另外一個文獻當(dāng)中，北京地區(qū)的新式供熱管網(wǎng)熱損失率在10%左右，有非常大的提升。如果我們能推廣應(yīng)用新式技術(shù)，那么又能節(jié)約大概20%的供暖煤炭燃燒量。3）散熱器供暖系統(tǒng)室內(nèi)工熱效率和低溫?zé)崴匕遢椛涔┡绞竭@里的研究我們做一個合理假設(shè)，忽略從建筑與外部供暖接入口到室內(nèi)之間管道的散熱，因為其路程較短，相比較整個系統(tǒng)熱損失微不足道，這里我們將重點探討室內(nèi)的熱損失形式和量值。除此以外，在接下來兩種研究當(dāng)中，我們假定人的需求是以體感溫度為標(biāo)準(zhǔn)的，比如低溫地板輻射供熱方式的實際供熱方式比散熱器供熱方式低2-3攝氏度時，人的體感溫度卻是相同的。在中國過去幾十年建設(shè)的房子中，大部分樓房采用的都是散熱器供暖的形式，在最近十幾年的時間里開始出現(xiàn)低溫?zé)崴匕遢椛涔┡绞?，所以對于北方我們重點研究這兩種方式的熱效率。從效果來看，地板供暖形式要遠優(yōu)于對流式散熱器供暖形式，節(jié)約能源體感舒適（1）對流式散熱器供暖系統(tǒng)室內(nèi)工熱效率I.散熱器形式：目前，中國北方的散熱器形式最老最傳統(tǒng)的有鑄鐵形式、板式，目前已經(jīng)不再大規(guī)模使用。新型散熱器按照材質(zhì)劃分：鋼制散熱器、鋁制散熱器、銅制散熱器、銅鋁復(fù)合散熱器。鋼制散熱器外形美觀，但是采暖效果并不理想。鋁制散熱器容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，但是價格低廉，同時容易出現(xiàn)被堿性腐蝕的現(xiàn)象。銅制散熱器價格較高，但是各方面質(zhì)量都非常不錯。銅鋁復(fù)合散熱器，能夠提高散熱效率，散熱效率更為理想。按照散熱器的外形分類：散熱器可以分為柱形，排管形，翼片形，翅片形散熱器。不同的形式其根據(jù)需要組合成需要供熱量的體量也不同。目前中國大量的70.80.90年代的建筑采用的是對流式散熱器的形式，家里改裝地暖不是很方便，對于這一類的用戶，我們可以推薦從散熱器形式上改變，將原有的散熱效率低下的鑄鐵鋼制散熱片換成新式散熱器。II.散熱器位置：通常情況下，對流式散熱器的位置都是選擇在窗口下，這樣的布置形式可以改善屋內(nèi)冷空氣的循環(huán)，并且窗外的冷空氣對流形成阻斷作用，但是對流式熱空氣上升，上部的無效熱空氣較多，下部冷空氣下沉，人的體感溫度還是較低。分房間按需配置，根據(jù)人們在不同房間呆的時間長短，房屋大小配置不同的散熱器體量，來達到合理的配置按時段間歇供暖：白天上班出門可以停止供暖，晚上回家開始供暖，夜間睡眠時可以降低供暖，這都是減少熱使用量的方式。減少無效時間和無效位置的供暖也是提高熱效率的重要方式。（2）低溫?zé)崴匕遢椛涔┡绞焦嵝蔬@種方式供暖優(yōu)點眾多，在今年開始推廣。首先是可以節(jié)省暖氣片的使用面積約3%，只是使得屋內(nèi)地面抬高十公分左右。其使用壽命在50年左右，遠超過暖氣片8-15年的使用壽命。與暖氣片相比，地板采暖的節(jié)能效果明顯，根據(jù)情況不同約為20%-40%。而其節(jié)約的使用面積和優(yōu)越的體感體驗以及室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善也不是簡單的可以金錢來衡量的。地板輻射采暖，可以使人感受到和溫度和空氣溫度的雙重效應(yīng)，其實感溫度比室內(nèi)實際溫度高出2-4℃，而室內(nèi)溫度每降低一度，可以節(jié)省燃料約10%，即18℃的設(shè)計溫度可以達到22攝氏度的采暖效果。而且其供暖的穩(wěn)定性好，減少空氣對流，使得室內(nèi)原來讓人口感舌燥的感覺減弱，同時可以較好地實現(xiàn)分房間控制溫度，進一步提高舒適性和節(jié)能性。四、對中國北方現(xiàn)有供暖方式的建議（1）對于熱源，在能夠使用清潔能源的地區(qū)大力推廣清潔能源，如風(fēng)力發(fā)電，地?zé)峁┡τ诮?jīng)濟技術(shù)不是特別發(fā)達地區(qū)，短期內(nèi)無法實現(xiàn)使用清潔能源的地區(qū)，大力推廣熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱供電方式，減小區(qū)域鍋爐房供暖占比。（2）對于供熱管網(wǎng)，要采用保溫的敷設(shè)方式，減少架空設(shè)置。對于管道材料，應(yīng)該盡量選用耐熱耐腐蝕的材料，管控節(jié)點的連接質(zhì)量，減小失水率，對于外部保溫材料，選用經(jīng)濟且保溫性能較好地新型材料，減少保溫結(jié)構(gòu)熱損失。（3）對于舊式住房，家中的鑄鐵散熱器建議換成新式的散熱器，對于單元內(nèi)采用統(tǒng)一供暖的方式的樓宇，改裝成分戶控制計量，減少因為無人居住而造成的暖氣浪費現(xiàn)象。對戶內(nèi)的不同房間的散熱片按照需求配置，不要出現(xiàn)浪費現(xiàn)象，另外有條件的情況下，可以給送熱管網(wǎng)安裝按時段調(diào)控的裝置，減少閑置時間的供熱浪費。對于新樓房，強烈推薦低溫?zé)崴椛涫焦┡绞?，長期使用成本低，壽命長，供熱效率高，體驗舒適，且更為節(jié)能環(huán)保。五、中國北方集中式供暖改善潛力與空氣污染改善潛力這里我們建立一個簡單的數(shù)學(xué)模型：假設(shè)在理想情況下，人的供熱需求量是Q。（1）首先考察供熱管網(wǎng)按照室內(nèi)需求熱量是Q的情況，考慮入戶損失，綜合各種情況假設(shè)為3%，即通過管網(wǎng)輸出端熱量為1.03Q，按照熱電管網(wǎng)30%的熱損失率，輸入熱電管網(wǎng)的熱量在1.4717Q，而如果熱電管網(wǎng)的熱損失率在10%，那么輸入只需要1.144Q。（2）按照當(dāng)前中國集中供熱比例占1/3，局部供熱占2/3那么在這種計算模式之下，按照當(dāng)前中國發(fā)電廠供熱效率33%計算，如果輸入送熱管網(wǎng)熱量為1.4717Q，則需要4.4597Q，如果輸入送熱管網(wǎng)熱量為1.144Q，那么需要供熱3.4667Q。（3）對于室內(nèi)供暖，如果可以實現(xiàn)控按照時間供熱，上班時間不供熱，假設(shè)一天供熱18小時，則可以節(jié)約0.25Q的室內(nèi)熱量；如果換掉散熱片，可以降低約10%的熱損失，傳統(tǒng)方式下供熱減少到0.9Q；如果對流式散熱改地板散熱，那么實際供熱在0.8Q左右即可。如果每個不同房間配置不同的溫度，則可以節(jié)約熱量0.2Q左右。熱量Q傳統(tǒng)散熱器新式散熱器地暖輻射采暖室內(nèi)需要熱量Q0.9Q0.8Q供熱管網(wǎng)輸出熱量1.03Q0.927Q0.824Q高熱損管網(wǎng)輸入1.4714Q1.3243Q1.1771Q低熱損管網(wǎng)輸入1.1444Q1.03Q0.9156Q燃煤量（按管網(wǎng)高熱損）4.46Q4.01Q3.56Q燃煤量（按管網(wǎng)低熱損）3.46Q3.12Q2.77Q熱源改善后（按管網(wǎng)高熱損）3.12Q2.8Q2.49Q熱源改善后（按管網(wǎng)低熱損）2.42Q2.18Q1.9Q可以看到經(jīng)過各種改善，轉(zhuǎn)化率的差別最大是0.22與0.52的差別，其能源的節(jié)約程度不言自明。如果按照最高的轉(zhuǎn)化率0.52去計算我們來看一下空氣污染的改善程度，我們粗略的按照霧霾當(dāng)中各類顆粒物由煤炭燃燒貢獻0.7左右來計算，其中供暖占到煤炭燃燒的0.5，那么以污染物指數(shù)500來計算，500*0.7*0.5=175，對應(yīng)0.22的轉(zhuǎn)化率，當(dāng)采用轉(zhuǎn)化率最高的供暖方式時，500*0.7*0.5*0.22/0.52=74?？梢钥吹?，污染指數(shù)可以直接減少20%，也許最終結(jié)果不盡如人意，但是就在仍然是燒煤供暖的情況下，污染指數(shù)可以減少20%是非常可觀的。六、總結(jié)供暖系統(tǒng)知識工程機電知識體系當(dāng)中的一個部分，但是在當(dāng)下中國空氣污染極其嚴(yán)重的情況下，這一部分的知識卻也可以為國家的環(huán)境污染治理提供很多的指導(dǎo)。作為一個土木工程專業(yè)的學(xué)生，沒法做到用特別專業(yè)的視角去解決工程機電中的問題，但是經(jīng)過這個學(xué)期的學(xué)習(xí)，卻給自己形成了深刻的工程機電意識，在處理工程問題實際問題的時候，要應(yīng)用這些知識。因為是分析供暖系統(tǒng)與空氣污染的關(guān)系，所以只選取了供暖當(dāng)中與空氣污染最密切相關(guān)的燃煤取暖部分，對熱源、熱力管網(wǎng)、熱用戶三處進行分析，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)和資料，進行了不是非常詳細的數(shù)學(xué)建模，并大致的給出了在供暖模式改進的情況下所能夠?qū)崿F(xiàn)的供熱效率提升情況以及空氣質(zhì)量改善情況?？梢钥吹皆诋?dāng)前中國燃煤取暖大的格局之下，空氣質(zhì)量改善極限大概在20%-30%左右，當(dāng)然這種結(jié)論是基于本文較為粗淺的假設(shè)之下的，但是有一定的指導(dǎo)意義。要想真正的突破這種模式，還需要進一步發(fā)展新的能源并大規(guī)模的推廣應(yīng)用，我相信，隨著我們國家技術(shù)經(jīng)濟實力的發(fā)展，我們一定會找回曾經(jīng)的藍天！七、參考文獻【1】《供暖工程》官燕玲化學(xué)工業(yè)出版社【2】《集中供熱管網(wǎng)熱損失實測分析》王春青等吉林建筑大學(xué)學(xué)報基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應(yīng)用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用HYPERLINK"/detail.htm?377533