供熱監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)能措施研究

汪曉兵

摘要：隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，供熱系統(tǒng)已經(jīng)成為北方建筑工程中的重要組成部分。供熱系統(tǒng)會(huì)消耗大量的煤炭資源，如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能對(duì)于供熱系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用具有重要意義。文章對(duì)供熱系統(tǒng)中存在的能源浪費(fèi)問題進(jìn)行了分析，然后重點(diǎn)探討了供熱監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分及其在節(jié)能方面的作用。

關(guān)鍵詞：供熱監(jiān)控系統(tǒng)；節(jié)能措施；PLC主控系統(tǒng)；監(jiān)控中心

中圖分類號(hào)：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）25-0114-02

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的消耗也在不斷的增加。沒有節(jié)制地消耗能源不僅是資源的白白浪費(fèi)，而且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。最近我國存在比較嚴(yán)重的霧霾天氣，而能源消耗產(chǎn)生的污染是其中的一個(gè)主要原因。在我國北方大部分區(qū)域，因?yàn)檎麄€(gè)冬天都比較寒冷，所以需要用到供熱系統(tǒng)進(jìn)行取暖。供熱系統(tǒng)能量的來源主要是煤炭燃燒，處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，浪費(fèi)大量的能源。在供熱環(huán)節(jié)中，由于用戶、設(shè)備以及網(wǎng)路等原因存在著很多的能源浪費(fèi)問題，為了實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能目的，可以引進(jìn)供熱監(jiān)控系統(tǒng)。供熱監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)供熱環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，從而找出能源的浪費(fèi)環(huán)節(jié)，然后對(duì)供熱參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本文將先對(duì)供熱環(huán)節(jié)中存在的問題進(jìn)行簡單的介紹，然后分析供熱監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分，重點(diǎn)探討供熱監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能的措施。

1 供熱系統(tǒng)中存在的問題

城市的集中供熱系統(tǒng)主要由熱源、熱網(wǎng)以及用戶三個(gè)部分組成，這三部分是緊密相連而又相互制約的。集中供熱系統(tǒng)雖然降低了單個(gè)用戶的取暖成本，提高了能量的利用率，但是在供熱系統(tǒng)的每個(gè)組成部分中都存在著一定的能源浪費(fèi)問題。在熱源環(huán)節(jié)中，一方面是煤炭資源的利用率較低，產(chǎn)生的環(huán)境污染較重，需要提高煤炭利用率；另一方面，熱源的總值是需要按照實(shí)際使用量而不斷變化的，當(dāng)總量選取不合適時(shí)，有可能產(chǎn)生能源浪費(fèi)或供熱不足的問題。在熱網(wǎng)環(huán)節(jié)，因?yàn)闊崃吭谳斔偷倪^程中會(huì)存在一定的浪費(fèi)，所以需要合理規(guī)劃一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)。當(dāng)熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理時(shí)，會(huì)造成大量的能源浪費(fèi)。在用戶方面，因?yàn)槭褂糜脩魧?duì)象不同，每個(gè)用戶使用熱氣的時(shí)間、時(shí)長以及用量都會(huì)存在一定的區(qū)別。如果在熱量輸送中按照統(tǒng)一的規(guī)模、時(shí)間及用量進(jìn)行輸送的話，肯定會(huì)造成能源的浪費(fèi)或者供熱不足。對(duì)于上述供熱系統(tǒng)中存在的能源浪費(fèi)問題，利用供熱監(jiān)控系統(tǒng)可以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 供熱監(jiān)控系統(tǒng)的組成及節(jié)能

供熱監(jiān)控系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)監(jiān)控技術(shù)和數(shù)據(jù)處理軟件，從而實(shí)現(xiàn)供熱實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。傳統(tǒng)的供熱監(jiān)控需要工作人員到供熱系統(tǒng)的眾多測(cè)量點(diǎn)中，記錄各個(gè)儀器的讀數(shù)，從而分析出供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。這不僅加大了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且系統(tǒng)狀態(tài)的分析比較緩慢，結(jié)果也存在很大的誤差。這不便于實(shí)時(shí)控制，對(duì)于能源的節(jié)約作用不大。而利用供熱監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高程度的自動(dòng)化監(jiān)控，測(cè)量結(jié)果比較精準(zhǔn)和迅速，數(shù)據(jù)分析比較及時(shí)，便于實(shí)時(shí)控制。

供熱監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、換熱站現(xiàn)場控制設(shè)備以及各種監(jiān)控傳感器組成。下面對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分進(jìn)行介紹，并探討其在監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能的作用。

2.1 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心是整個(gè)供熱監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，它相當(dāng)于人類的大腦，能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析并提出最優(yōu)的控制建議。它在實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的上起著最主要的作用，經(jīng)過監(jiān)控中心的分析和控制之后，能夠獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。具體來說，監(jiān)控中心具有以下主要功能：

2.1.1 數(shù)據(jù)采集、顯示以及存儲(chǔ)功能。監(jiān)控中心能夠?qū)嵯到y(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并能夠根據(jù)實(shí)際需要建立數(shù)據(jù)的歷史記錄曲線。收集到的數(shù)據(jù)能夠儲(chǔ)存在系統(tǒng)中，以供數(shù)據(jù)分析和后期查看使用。通過顯示屏等設(shè)備，工作人員還能夠直觀地觀看數(shù)據(jù)的變動(dòng)趨勢(shì)。

2.1.2 故障診斷和報(bào)警功能。當(dāng)供熱系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控中心可以通過檢測(cè)到的數(shù)據(jù)得出故障的具體原因以及故障地點(diǎn)和解決辦法，并通過警報(bào)將此狀況報(bào)告給工作人員。因?yàn)楸O(jiān)控的及時(shí)性，還能夠提前預(yù)防故障的發(fā)生。

2.1.3 水力、熱力工況及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析功能。在整個(gè)的供熱系統(tǒng)中，水力和熱力工況決定著各個(gè)換熱站的控制狀態(tài)。通過監(jiān)控中心，可以直觀地觀看管網(wǎng)的水壓圖和熱力圖等，由此可以指導(dǎo)工作人員對(duì)換熱站進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.1.4 自動(dòng)控制功能。根據(jù)實(shí)際需要可以在軟件中進(jìn)行設(shè)置，使監(jiān)控中心具有高程度的自動(dòng)控制功能。當(dāng)監(jiān)控中心對(duì)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析后，可以將分析后的最佳控制指令發(fā)送到各個(gè)換熱站，無需工作人員的幫助，各個(gè)換熱站在接受指令時(shí)，可以自動(dòng)修改控制參數(shù)。

2.2 換熱站現(xiàn)場控制設(shè)備

換熱站現(xiàn)場控制設(shè)備主要是以現(xiàn)場控制器為中心，對(duì)一、二次熱網(wǎng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)，它主要分布在各個(gè)換熱站。換熱站現(xiàn)場控制設(shè)備既可以接受監(jiān)控中心的指令進(jìn)行運(yùn)行，也可以根據(jù)自身狀況進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。

換熱站采用的是間接供熱，用一次網(wǎng)的熱水來加熱二次網(wǎng)的水，然后將水送往用戶。一次網(wǎng)供熱流量和溫度主要根據(jù)室外的溫度、網(wǎng)管的長度以及二次網(wǎng)所需溫度、流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)室外寒冷的程度不同，溫度發(fā)生變化時(shí)，就需要對(duì)一次網(wǎng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。而二次網(wǎng)供熱的流量和溫度需要根據(jù)具體用戶的使用情況進(jìn)行設(shè)定。如果用戶是事業(yè)單位，由于事業(yè)單位一般是工作日的白天上班，所以換熱站在工作時(shí)間段內(nèi)可以根據(jù)用戶的使用情況控制最佳流量，而當(dāng)用戶休息時(shí)，可以大大調(diào)小供應(yīng)量，以供個(gè)別加班用戶使用。具體的控制可以由PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋控制。當(dāng)用戶是住宅用戶時(shí)，可以在用戶入戶網(wǎng)管前安裝一個(gè)溫控閥，用戶可以自己根據(jù)需求來改變溫度的大小。當(dāng)住宅沒有人或夜間時(shí)，調(diào)低溫度或關(guān)閉閥門可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。所以，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，把握參數(shù)的變化趨勢(shì)，按照實(shí)際需要對(duì)供熱進(jìn)行合理的分階段調(diào)節(jié)和變流量調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

為了防止各個(gè)換熱站發(fā)生搶熱的現(xiàn)象，可以在一次網(wǎng)的溫控閥前面安裝一臺(tái)自立式控制閥。然后根據(jù)各個(gè)換熱站的供應(yīng)量大小，設(shè)定相應(yīng)的流量范圍值，使該換熱站只能夠在設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)控制。這樣可以防止熱網(wǎng)事故，避免搶熱現(xiàn)象發(fā)生。endprint

2.3 PLC主控系統(tǒng)

在換熱站中實(shí)現(xiàn)上述節(jié)能控制的主要是PLC主控系統(tǒng)，它能夠?qū)\(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、顯示、控制以及上傳等。具體來說，PLC主控系統(tǒng)具有以下功能：

2.3.1 檢查功能。通過PLC主控系統(tǒng)，可以收集換熱站的運(yùn)行狀態(tài)，得知供熱的壓力、流量以及水位等，能夠根據(jù)設(shè)定的參數(shù)范圍對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，保證供熱運(yùn)行在最佳節(jié)能狀態(tài)。

2.3.2 控制功能。以PLC控制為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的調(diào)節(jié)方式。對(duì)于換熱網(wǎng)中的溫度、壓力、流量以及各個(gè)泵的啟停狀態(tài)能夠進(jìn)行全面有效的控制，PLC系統(tǒng)可以隨時(shí)根據(jù)參數(shù)的變化來修改參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.3.3 輔助顯示功能。在監(jiān)控中心中可以通過顯示器，直觀地觀察換熱站的運(yùn)行狀態(tài)。而圖表后面的主要數(shù)據(jù)依靠就是通過PLC系統(tǒng)的收集和上傳。

2.3.4 報(bào)警和保護(hù)功能。當(dāng)供熱網(wǎng)中的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生異常，此時(shí)極有可能是發(fā)生了故障，PLC控制系統(tǒng)可以根據(jù)異常數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)行故障級(jí)別的警報(bào)。對(duì)于一些參數(shù)控制故障，PLC控制系統(tǒng)能夠進(jìn)行自我校驗(yàn)和糾錯(cuò)保護(hù)。

以換熱站的中區(qū)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的工作壓力一般是在0.4～0.6MPa之間。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于0.4MPa時(shí)，水壓過低，可能會(huì)產(chǎn)生供熱不足現(xiàn)象。當(dāng)壓力傳感器收集該信息時(shí)，會(huì)將其傳遞給PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)分析后，會(huì)給補(bǔ)水管道上的電控閥發(fā)出指令，使其打開進(jìn)行補(bǔ)水加壓。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于0.6MPa時(shí)，水壓過高，會(huì)造成能源浪費(fèi)。PLC控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析后，會(huì)將系統(tǒng)的安全閥打開進(jìn)行降壓處理。當(dāng)室外溫度變化時(shí)，溫度傳感器會(huì)將數(shù)據(jù)傳送到PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)過處理后，會(huì)將此數(shù)據(jù)再傳給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心會(huì)對(duì)一次網(wǎng)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足供熱的實(shí)際需要。當(dāng)用戶使用的溫度變化時(shí)，用戶安裝的溫控閥會(huì)及時(shí)地將變化參數(shù)送到PLC控制系統(tǒng)，然后對(duì)輸送和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 結(jié)語

集中供熱系統(tǒng)在北方的建筑中具有廣泛的應(yīng)用，但是由于應(yīng)用的規(guī)模比較大，環(huán)境比較復(fù)雜，所以存在著很大的能源浪費(fèi)問題。而借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的供熱監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)岬母鱾€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握供熱參數(shù)的變動(dòng)狀況，能夠根據(jù)用戶的使用情況進(jìn)行分階段調(diào)節(jié)和變流量調(diào)節(jié)，提高了能源的利用率，避免了能源的浪費(fèi)，對(duì)于企業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境都具有重要的作用。當(dāng)然，科學(xué)技術(shù)在不斷的發(fā)展，如何將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到供熱系統(tǒng)的節(jié)能中仍是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 孔慶君.城市集中供熱監(jiān)控系統(tǒng)的組成及應(yīng)用[J].區(qū)域供熱，2004，（5）.

[2] 崔恩恒.集中供暖監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用與節(jié)能[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2007，（34）.

[3] 張興璞.計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程測(cè)控在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].建筑科學(xué)，2009，（10）.endprint