熱源

熱源，熱力學指的是具有很大熱容量的物系。它既可以作為取出熱量的熱源，又可以作為投入熱量的熱阱，並且向它放熱或取熱時溫度不變，因此熱源里進行的過程可視為可逆過程。安全工程認為凡是一定熱能的物系或能夠產生一定熱能的過程都可以認為是熱源。熱源往往使系統或物系溫度升高、壓力升高，或直接引起燃燒爆炸。

基本介紹

• 中文名：熱源
• 外文名：heat reservoir
• 定義：供熱之源
• 產生：鍋爐房供熱和熱電廠供熱等
• 種類：熱電廠、區域鍋爐房、核能供熱等
• 套用學科：建築科學

概述

城市供熱可分為分散供熱和集中供熱兩種。分散供熱包括單戶、單幢樓房和小單位自供等形式；集中供熱根據負荷性質、數量、供應對象和範圍、地形和地勢以及周圍條件等分區分片，集中數個、數十個單位和居民區實行區域供熱。

在熱能供應範疇中，凡是將天然或人造的含能形態轉化為符合供熱系統要求參數的熱能設備與裝置，統稱為熱源。熱源分為集中供熱熱源和建築物獨立熱源。

集中供熱的熱源主要有如下幾種：熱電廠、區域鍋爐房、工業與城市餘熱、核能、地熱等。建築物獨立熱源主要有如下幾種：燃氣爐、燃油爐、熱泵、太陽能等。由於集中供熱具有熱源容量大、熱效率高、燃料消耗少、有利於環保、節約勞動力和占地面積小等優點，因此在城市供熱中，普遍以集中供熱為主。

在現代建築中，需要大量的熱水或蒸汽，以便為用戶提供供熱採暖、生活熱水的熱源。就一個供熱系統而言，通常是利用鍋爐及鍋爐房設備生產出蒸汽（或熱水），爾後通過熱力管道，將蒸汽（或熱水）輸送至用戶，以滿足生產工藝或生活採暖等方面的需要。因此，鍋爐是供熱之源。鍋爐及鍋爐房設備的任務，在於安全可靠、經濟有效地把燃料的化學能轉化為熱能，進而將熱能傳遞給水，以生產熱水或蒸汽。

通常，我們把用於動力、發電方面的鍋爐，叫做動力鍋爐；把用於工業及採暖方面的鍋爐，稱為供熱鍋爐，又稱工業鍋爐。

根據鍋爐製取的熱媒形式，鍋爐可分為蒸汽鍋爐和熱水鍋爐兩大類。在蒸汽鍋爐中，蒸汽壓力小於或等於70kPa的，稱為“低壓鍋爐”；大於70kPa的，稱為“高壓鍋爐”。

按鍋爐燃用的燃料不同，又分為燃氣鍋爐、燃油鍋爐、汽油兩用鍋爐以及燃煤鍋爐等。隨著我國經濟建設的迅速發展，城市高層民用建築的快速崛起，油氣資源的大力開發，以及國家對環保工作提出了更高要求，燃油燃氣鍋爐套用逐年上升，燃油燃氣鍋爐房建設進入一個新的發展時期。

鍋爐本體的最主要設備是汽鍋與爐子。汽鍋的基本構造包括鍋筒、管束、水冷壁、集箱和下降管等組成的汽水系統。爐子包括煤斗、爐排、爐膛、除渣板、送風裝置等組成的燃燒設備。燃料在爐子中燃燒，放出大量的熱量，這些熱量以輻射和對流兩種方式傳給汽鍋里的水，使水汽化。為了提高鍋爐運行的經濟性，設定了蒸汽過熱器、省煤器與空氣預熱器。這些也都是鍋爐本體的組成部分。除此之外，為了使鍋爐能安全可靠地工作，還必須配備水位表、壓力表、溫度計、安全閥、給水閥、止回閥、主汽閥和排污閥等配件。

由於供暖系統不使用過熱蒸汽，因此供暖鍋爐通常不裝蒸汽過熱器。

我們常用鍋爐蒸發量（或產熱量）、蒸汽（或熱水）參數、受熱面蒸發率（或發熱率）以及鍋爐效率來表示鍋爐的基本特性。

鍋爐蒸發量即蒸汽鍋爐每小時的蒸汽產量，單位是t/h。但有時不用蒸發量而用產熱量來表示鍋爐的容量，產熱量是指鍋爐每小時生產的熱量，單位是kW。

蒸汽（或熱水）參數是指蒸汽（或熱水）的壓力及溫度。對於生產飽和蒸汽的鍋爐，由於飽和壓力和飽和溫度之間有固定的對應關係，因此通常只標明蒸汽的壓力就可以了。對於生產熱水的鍋爐，則壓力與溫度都要標明。

受熱面蒸發率(或發熱率)是指每平方米受熱面每小時生產的蒸汽量(或熱量)，單位是 （或 )。

鍋爐效率是指鍋爐中被蒸汽或熱水接受的熱量與燃料在爐子中應放出的全部熱量的比值。

根據鍋爐監督機構的規定：低壓鍋爐可裝置在供暖建築物內的專用房間或地下室中；而高壓鍋爐則必須裝置在供暖建築物以外的獨立鍋爐房中。

供熱熱源種類

熱電廠

熱電廠是聯合生產電能和熱能的發電廠。熱電廠供熱系統是以利用汽輪機同時生產電能和熱能的熱電合供系統作為熱源。聯合生產電能和熱能的方式，取決於供熱汽輪機的型式。

供熱汽輪機主要分為兩大類型：

背壓式汽輪機：排汽壓力高於大氣壓力的供熱汽輪機稱為背壓式汽輪機。利用背壓式汽輪機的排汽進行供熱，熱電廠的熱能利用效率高，但由於熱、電負荷相互制約，它只適用承擔帶基本熱負荷的供熱量。

抽汽式汽輪機：從汽輪機中間抽汽供熱的汽輪機稱為抽汽式汽輪機。它又可分為兩大類。第一類是抽汽量大小都不影響額定發電功率的機組，即熱、電負荷不相互制約，這種類型的機組，有帶低壓可調節抽汽口的機組，和帶高、低壓可調節抽汽口的機組兩種。第二類是熱電負荷相互受一定製約的抽汽式機組。當機組按純冷凝工況運行時，電功率達到最大值。但隨著抽汽量增加時，電負荷下降，當供熱抽汽量達到最大時，電功率減小到僅為純凝汽工況的75%左右。

以熱電廠作為熱源，實現熱電聯產，不僅熱能利用效率高，同時利於環保。它是目前發展城鎮集中供熱，節約能源的主要推廣方式和最有效措施。但建設熱電廠的投資高，建設周期長；同時，還必須注意應根據外部熱負荷的大小和特徵，合理地選擇供熱汽輪機的型式和容量，或採用凝汽式電廠改造為熱電廠的方案，才能充分發揮其優點。

區域鍋爐房

區域鍋爐房是城鎮集中供應熱能的熱源。雖然區域鍋爐房的熱效率低於熱電廠的熱能利用效率，但區域鍋爐房中使用燃煤鍋爐的熱效率一般都在80%以上，比分散的小型鍋爐房的熱效率（50%—60%）高得多。此外，區域鍋爐房與熱電廠相比，其投資低，建設周期短，廠址選擇容易。因此，區域鍋爐房也是城鎮集中供熱的主要熱源形式之一。區域鍋爐房根據其製備熱媒的種類不同，分為蒸汽鍋爐房和熱水鍋爐房。

（1）蒸汽鍋爐房

工礦企業中，通常為滿足生產工藝需要，以蒸汽作為熱媒。因此，在鍋爐房內設定蒸汽鍋爐作為熱源，同時滿足工藝和供熱所需熱負荷。目前最常用的有以下幾種型式：向集中供熱系統的所有熱用戶供應蒸汽；採用並行的蒸汽和熱水供熱系統。廠區生產工藝和熱水供應等常年性熱負荷由蒸汽系統供熱，而供暖、通風等季節性熱負荷則由熱水系統供熱。

根據在蒸汽鍋爐房集中製備熱水的方式不同，有採用集中熱交換站的形式；採用蒸汽噴射裝置的形式；採用淋水式換熱器等三種主要形式。

（2）熱水鍋爐

在鍋爐房內裝設熱水鍋爐及其附屬設備，直接製備熱水，特別是以高溫水作為熱媒的集中供熱系統，近年來在國內發展較快，它多用於城市區域或街區的供暖或用於工礦企業中供暖通風熱負荷較大的場合。

熱水鍋爐與蒸汽鍋爐相比較具有如下優點：熱損失少，節約能量、便於調節；因壓力、溫度較低，所以安全性較高；對水處理的要求較低；鍋爐結構簡單，製造方便，不需要特殊鋼材，同時鋼材耗量少。

工業與城市餘熱

（1）工業餘熱熱源

所謂工業餘熱，通常是指生產工藝過程中所產生的工業本身不能直接再利用的熱量。其餘熱熱源可分為；高溫排煙餘熱，可燃廢氣、廢液、廢料的餘熱，高溫產品和爐渣的餘熱。冷卻介質的餘熱，化學反應餘熱，廢汽、廢水的餘熱。

工業餘熱大多具有如下幾個特點：

①大多數生產工藝過程的餘熱，它的數量和參數直接受生產工藝影響，波動較大，與外界的熱負荷無直接關係。所以，利用工業餘熱應首先考慮用於自身的生產工藝流程上，用以提高工藝流程或設備的熱能利用效率，然後再考慮向外供熱或轉換為電能外送。

②大多數工業餘熱的載能體(如可燃氣體、高溫煙氣、乏汽、工藝產品的物理熱等)，都屬於高溫和非潔淨的載能體，利用這些熱能時，往往需要加添熱能轉換裝置，或直接利用時，應考慮對載能體適當潔淨的問題。

③工業餘熱在較大工礦企業中較大量地存在、多種多樣，因此，要針對載能體的特點，設定合適的餘熱利用裝置。

（2）城市餘熱熱源

城市餘熱熱源是城市公共設施中所回收的熱量。比如城市垃圾處理場、地下鐵路、污水處理場、地下變電所及地下送電線路等所產生的餘熱。如何利用這些城市餘熱作為城市集中供熱的熱源，是現代城市中的很大的課題。如能有效地利用這些餘熱，不僅能達到節能的目的。而且解決了城市的廢棄物處理問題和環境污染問題。目前國外城市垃圾焚燒供熱，污水熱泵供熱等已較普遍。

地熱水供熱

地熱通常是指陸地地表以下5000m深度內的熱能。這是目前技術條件可能利用的一部分地熱能。地熱能按其在地下的貯存形式，一般分為五種類型：蒸汽、熱水、乾熱岩體、地壓和岩漿。目前開採和利用最多的地熱能是地熱水。利用地熱水供熱與其他熱源供熱相比，它具有節省礦物燃料和不造成城市大氣污染的特殊優點。作為一種可供選擇的新能源，其開發和利用日益受到重視。

根據地熱水溫度的不同。地熱水可分為；低溫水（t<40℃）、中溫水（t=40-60℃）和高溫水（t=60-100℃）、過熱水（t>100℃）。根據化學成分不同，可分為鹼性水和酸性水；根據礦物質含量，地熱水又可分為從超淡水（含鹽量低於0.01g/L）至鹽水（含鹽量大於35g/L）的系列。

作為供熱的熱源，地熱水具有如下的一些特點：

（1）在不同條件下，地熱水的參數(溫度、壓力)及成分會有很大的差別。地熱水往往是有腐蝕性的，因而必須注意預防在傳熱表面和管路上發生腐蝕或沉積。

（2）地熱水的參數與熱負荷無關。對於一個具體的地熱井，其井水溫度幾乎是全年不變的，地熱水的參數不能適應熱負荷變化的特性，使得利用地熱能的供熱系統變得複雜。

（3）一次性利用。地熱水熱能被利用後，通常就要被廢棄。為了最大限度地利用其能位，就要採用分級利用地熱水熱能的方式，使系統複雜和費用增大。

目前地熱水利用主要採用直接利用和間接利用兩種方式。

核能供熱

核能供熱是以核裂變產生的能量為熱源的城市集中供熱方式。它是解決城市能源供應，減輕運輸壓力和消除燒煤造成環境污染的一種新途徑。

核能供熱目前有核熱電站供熱和低溫供熱堆供熱兩種方式，核熱電站與火力熱電站工作原理相似，只是用核反應堆代替礦物燃料鍋爐。核熱電站反應堆工作參數高，必須按照核電廠選址規程建在遠離居民區的地點，從而使其供熱條件在一定程度上受到限制。另一種專為城市集中供熱的低溫供熱堆，它的壓力參數較低，一般為1—2MPa，從安全形度，它有可能建造在城市近郊，因而，低溫核供熱堆，用作城市集中供熱的熱源，今後在我國將得到發展套用。

世界各國研究的低溫核供熱堆的堆型很多，我國推薦的堆型主要有兩種；自然循環微沸騰式低溫核供熱堆和池式低溫核低熱堆。清華大學核能技術研究所成功地試製了5MW的自然循環微沸騰式低溫核供熱試驗堆，向周圍五萬多平方米建築物連續供暖，取得了很好的運行效果。

熱泵熱源

熱泵是以低溫熱源排出的熱量作為供熱熱源。採用熱泵供熱熱源具有明顯的節能效果。與鍋爐房供熱系統相比，（對熱泵系統，設發電效率為η=0.35，熱泵效率係數COP：3.5；對鍋爐房系統，鍋爐效率η=0.9。)其節能效果約為26%，減少向城市的排熱量約為74%。總之，熱泵供熱系統不僅節能，而且能改善環境具有顯著的經濟效益和社會效益。熱泵系統已逐步地被人們接受。今後開發和利用熱泵供熱系統熱源用於集中供熱具有廣闊的前景。

太陽能熱源

太陽能與常規能源相比較，太陽能資源的優點很多，同時又都是一般常規能源所不能比擬的，概括起來有以下四個方面。

（1）數量巨大：每年到達地表面的太陽輻射能約為130萬億噸標準煤，即為目前全世界所消費的各種能量總和的 倍。

（2）時間長久：根據天文學的研究結果可知，太陽系已存在大約150億年左右。根據目前太陽輻射的總功率以及太陽上氫的總含量進行估算，尚可繼續維持1000億年之久：對於人類存在的年代來說可以認為是“取之不盡，用之不竭”的。

（3）普照大地：太陽輻射能“送貨上門”，既不需要開採和挖掘，也不需要運輸；普天之下，無論大陸或海洋，無論高山或島嶼，開發和利用都極為方便。

（4）清潔安全：太陽能素有“潔淨能源”和“安全能源”之稱。它不僅毫無污染，遠比常規能源清潔；也毫無危險，遠比原子核能安全。

雖然太陽能也存在分散性、間斷性和不穩定性以及效率低和成本高等缺點，致使目前還不能或至少是不容易與常規能源相競爭。但是由於太陽能資源具有上述諸多優點，特別是太陽能是“取之不盡，用之不竭”，而且是潔淨的優質可再生能源，如能合理的利用，必將取得巨大的社會效益和經濟效益。

國內外實踐證明，太陽能熱利用中最先實用化的是太陽能供熱水和太陽能供暖。其原因之一是它們所需的集熱溫度不太高（40-60t），另一重要原因是：近年來，隨著工農業的發展，全國總能耗量的增加十分迅速，其結果導致環境的嚴重污染和常規能源的短缺。因此，節約常規能源和開發利用可再生能源勢在必行。目前從工程實用來看，太陽能主要用於單棟建築物供暖或熱水供應上。

熱源選擇

（1）小城鎮供熱方式可分集中供熱和分散供熱，並應結合用戶分布、供熱條件和使用的燃料等相關因素確定，有條件採用集中供熱的範圍，應選擇集中供熱的方式，鎮區邊緣分散住宅可採用分散供熱方式。

（2）選擇小城鎮供熱熱源可包括熱電廠、供熱鍋爐房、工業餘熱、地熱、太陽能、風能、電力、垃圾焚化廠餘熱等。

（3）大中城市規劃區範圍的小城鎮熱源應按城市總體規劃統一考慮，城鎮密集區的小城鎮供熱熱源宜與相關區域統籌規劃，聯建共享。

（4）有一定常年工業熱負荷的城鎮密集區小城鎮和較大規模小城鎮，宜選擇熱電廠集中供熱，有條件地區的縣城鎮、中心鎮供熱規劃可採取三聯供模式。

（5）附近無熱電廠，以採暖熱負荷為主的小城鎮宜選擇區域熱水鍋爐房供熱。

（6）只有較小工業蒸汽熱負荷的小城鎮工業園區宜建蒸汽鍋爐房供汽、供熱。

（7）有條件的小城鎮應儘可能採用工業餘熱、地熱、太陽能、垃圾焚化廠等熱源。