集中供熱系統(tǒng)變壓差優(yōu)化控制方法研究

張凱

(哈爾濱熱電有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046)

集中供熱系統(tǒng)變壓差優(yōu)化控制方法研究

張凱

(哈爾濱熱電有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046)

集中供熱具有提高能源利用率,減輕環(huán)境污染,易于管理等優(yōu)點(diǎn),因而獲得了快速的發(fā)展。介紹了集中供熱系統(tǒng)仿真模型,集中供熱系統(tǒng)無控工況下的運(yùn)行特性與集中供熱系統(tǒng)變壓差設(shè)定值優(yōu)化控制策略。

集中供熱系統(tǒng) 熱特性

隨著我國城市建設(shè)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)逐漸凸顯出來，節(jié)能控制已經(jīng)刻不容緩。能源是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而，從總體來看，我國的建筑節(jié)能正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，為了提高集中供熱系統(tǒng)的能源利用率，要對其進(jìn)行合理控制，使得全網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)、供熱質(zhì)量最好。

1 集中供熱系統(tǒng)仿真模型

1.1 系統(tǒng)的水力特性模型

對于系統(tǒng)的水利特性模型的建立中，主要是指對水泵模型和水管模型的建立。而對于現(xiàn)代的供熱系統(tǒng)來說，一般是采用熱水的循環(huán)對其進(jìn)行循環(huán)供熱。所以說在供熱系統(tǒng)中，熱力特性和水利特性是相互依存的關(guān)系。而水利特性更是作為熱力特性研究的前提。在現(xiàn)代供熱系統(tǒng)中，通產(chǎn)采用的是熱水循環(huán)的變流量泵。為了使模型的建立更能實(shí)際的反映出真實(shí)的水泵運(yùn)行狀況，研究人員采用五次多項(xiàng)式的特性曲線，這樣不僅包含了穩(wěn)定和不穩(wěn)定工況下的水泵運(yùn)行狀況，并且也更能符合實(shí)際的室內(nèi)溫度負(fù)荷。而對于水管模型來說，水管模型的建立也是十分重要的。在實(shí)際的供熱系統(tǒng)中，水管則作為構(gòu)成供暖循環(huán)回路的主要組成部分。并且在實(shí)際的供熱系統(tǒng)中，水管內(nèi)的流體也會出現(xiàn)局部損失和沿程損失這兩種損失，所以對于水管模型的建立，要將這兩種損失情況計(jì)算進(jìn)去。

1.2 系統(tǒng)的熱力特性模型

對于供熱系統(tǒng)來說，熱力特性模型的建立也是十分重要的。而在對于熱力特性的模型建立時(shí)，應(yīng)該考慮到當(dāng)前的室外溫度以及在供熱過程中是否采用散熱器散熱，并將需要進(jìn)行供熱操作的房屋內(nèi)的溫度負(fù)荷進(jìn)行大致的估算，盡可能的符合實(shí)際的情況，然后將三種情況的表達(dá)式進(jìn)行整理，即為所求的熱力特性模型。

2 集中供熱系統(tǒng)無控工況下的運(yùn)行特性

2.1 散熱器熱力工況分析

隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，隨著新式的供熱方式的出現(xiàn)，其中的問題也日益明顯，在新型的供熱系統(tǒng)中，供熱管道的不斷延伸，并且客戶的不斷增加。但是，這種新型的供熱方式并不能滿足現(xiàn)在社會對于供熱的需求，其中一方面，各個(gè)建筑物之間距離熱源的距離有很大的不同，正因?yàn)槿绱?，可能其中距離熱源近或者其他方面條件比較好的建筑物供熱效果會比較明顯，而其他距離熱源遠(yuǎn)，各方面條件比較差的建筑物的供熱效果可能就會不是很理想；而另一方面，即使是同一個(gè)建筑物或者是同一群建筑的的效果比較好，但是其中還是會有個(gè)別的用戶出現(xiàn)供熱不理想的狀況。所以，正是由于這兩種情況的出現(xiàn)，工作人員就必須要在供熱系統(tǒng)在不同的工況下進(jìn)行工作的室溫變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)或歸納。其中，對于散熱器的分析主要可以分為從散熱器的散熱量公式、熱特性曲線、熱特性這三點(diǎn)進(jìn)行必要的分析。其中散熱量公式和熱特性曲線可以結(jié)合著來看待，并根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料等進(jìn)行查閱即可，而其中的熱特性分析主要是根據(jù)熱特性曲線圖的一些基本數(shù)據(jù)，對不同工況下的一些供熱規(guī)律進(jìn)行總結(jié)即可。由此可以知道，對于散熱器的熱特性的詳細(xì)了解是研究供熱系統(tǒng)熱特性的關(guān)鍵部分，同時(shí)也是撞我供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的重要基礎(chǔ)。

2.2 集中供熱系統(tǒng)無控工況下的熱特性

對于供熱系統(tǒng)來說，主要的客戶就是在室內(nèi)的客戶，只有保證了室內(nèi)供暖的質(zhì)量良好才是最終的目標(biāo)。所以，對于供暖來說，工作人員主要研究的目標(biāo)就是室內(nèi)供暖。但是要想知道室內(nèi)供暖的效果是不死符合工作人員對于其需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，最直接有效的辦法就是對每一個(gè)進(jìn)行供暖的屋子進(jìn)行溫度檢測，但是，由于這樣的工作量過大，且耗費(fèi)的時(shí)間人力等資源都比較大，是很不符合實(shí)際的，也很難做到；然而，如果采用抽樣式的調(diào)查又很難將實(shí)際的情況反映出來，也是不可行的，所以，最好的辦法就是對室內(nèi)供熱的溫度作出相關(guān)分析并得到其有效的規(guī)律。其中，工作人員可以從未進(jìn)行初調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的熱特性和運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的熱特性這兩方面進(jìn)行討論研究。而通過一些討論研究后，可以得出幾點(diǎn)結(jié)論：當(dāng)供回水溫差不同時(shí)，會產(chǎn)生散熱量變化率的不同，其中水溫溫差大散熱量也相應(yīng)變大，反之當(dāng)水溫溫差小時(shí)，散熱量也會相應(yīng)減?。划?dāng)供水溫度不同時(shí)，供水溫度的高低也與散熱器的調(diào)節(jié)性能的好壞成正比。

3 集中供熱系統(tǒng)變壓差設(shè)定值優(yōu)化控制策略

3.1 最不利熱力環(huán)路的辨識

對于最不利熱力環(huán)路的定義是：在具有N條支路的連續(xù)調(diào)節(jié)型供熱系統(tǒng)中，在供熱工況的某一個(gè)時(shí)間段里，若其中有一條支路保持在閥位達(dá)到全開或接近全開或者這條支路能量的需求量和供應(yīng)量之差達(dá)到最大或能量變化率達(dá)到最大時(shí)的熱力環(huán)路。但是僅僅是給出一個(gè)定義，很難使工作人員找到相應(yīng)的最不利熱力環(huán)路，所以，其中對于最不利熱力環(huán)路是有一定的辨識方法的，辨識方法如下：系統(tǒng)中的最不利熱力環(huán)路只有一條，且該支路即為管網(wǎng)中的最不利水力環(huán)路；系統(tǒng)中的最不利熱力環(huán)路依然只有一條，但該支路與最不利水力環(huán)路不同，而系統(tǒng)中間的某個(gè)支路；系統(tǒng)中存在多條最不利熱力環(huán)路。此時(shí)應(yīng)該比較在該時(shí)段內(nèi)，這幾條環(huán)路中哪條環(huán)路的最不利程度大，選擇這幾條環(huán)路中最不利程度最大的環(huán)路作為水泵壓差控制的參考環(huán)路，能滿足所有用戶的要求。

3.2 集中供熱系統(tǒng)變壓差設(shè)定值優(yōu)化控制策略

在上述問題中，工作人員已經(jīng)給出了關(guān)于最不利熱力環(huán)路的基本定義以及對于最不利熱力環(huán)路的辨識方法。而在采暖系統(tǒng)的控制回路主要包括兩方面的內(nèi)容：房間溫度控制回路、壓差控制回路。其中對于室內(nèi)溫度控制回路可以通過最不利環(huán)路與實(shí)際溫度與設(shè)定值的偏差進(jìn)行計(jì)算從而得到調(diào)節(jié)閥開度信號，實(shí)現(xiàn)熱量的調(diào)節(jié)；而對于壓差控制回路的作用為克服系統(tǒng)阻抗變化對參考壓差的影響，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。算法也與溫度控制回路的算法相同。

3.3 集中供熱系統(tǒng)優(yōu)化控制策略仿真

根據(jù)之前對于相關(guān)問題的討論及分析，工作人員可以對供熱系統(tǒng)的一些結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的仿真，相關(guān)研究人員得到了兩種仿真策略。其中第一條策略就是根據(jù)本研究提出的一些優(yōu)化設(shè)置策略，即為參考最不利熱力環(huán)路的閥位并調(diào)整壓差的范圍來進(jìn)行設(shè)定，使閥位處于最佳閥位域；第二條策略即為參考最不利水利環(huán)路閥位并調(diào)整壓差范圍，其余的與策略一相同。

4 結(jié)語

集中供熱對于節(jié)約一次能源，改善環(huán)境有著極其重要的意義。在科技經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的今天，我們更應(yīng)該認(rèn)識到資源的可貴性。而對于集中供熱來說，正是可以將節(jié)約能源與人類的日常生活巧妙的結(jié)合在一起的好方法。所以，研究人員還會不斷的努力，力求可以找到更好的方法為用戶更好的服務(wù)。

[1]江億,彭琛,燕達(dá),等.中國建筑節(jié)能的技術(shù)路線圖[J].建設(shè)科技, 2012(17).

[2]陳鵬.集中供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)[J].山西建筑,2010(20).