分布式供熱系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制路徑分析

聶濤

摘 要：當(dāng)前我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中，節(jié)能減排已經(jīng)成為了重要的發(fā)展趨勢，很多行業(yè)在生產(chǎn)和發(fā)展的過程中都將節(jié)能環(huán)保作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)，供熱系統(tǒng)研究人員也對供熱系統(tǒng)進(jìn)行了更為全面的研究，以有效降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中的能源消耗，保證系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng)；能源；節(jié)能；

建筑能耗在社會(huì)發(fā)展總能耗當(dāng)中占有較大的比重，建筑采暖、通風(fēng)和家電使用的過程中會(huì)消耗大量的能源，所以應(yīng)加大新能源和新技術(shù)的研究，減少建筑建設(shè)和運(yùn)行過程中的能源消耗。我國建筑能耗中接近4成應(yīng)用在了建筑采暖上，因此建筑采暖過程中的能源消耗不斷增大。

1分布式供熱系統(tǒng)工作原理

變頻技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了供熱系統(tǒng)的完善，分布式供熱系統(tǒng)變流量運(yùn)行也成為了一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。分布式供熱系統(tǒng)在日常應(yīng)用中主要采用管網(wǎng)當(dāng)中的變頻泵來維持水力工況的平穩(wěn)運(yùn)行，分布式供熱系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，熱源泵只需要克服來自于熱源內(nèi)部的阻力損失。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，熱源泵會(huì)將熱水輸送帶到均壓罐當(dāng)中，水泵的流量即為供熱泵的總流量，再結(jié)合用戶的實(shí)際需求選擇用戶側(cè)水泵的揚(yáng)程和流量。

該供熱系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，均壓罐是非常關(guān)鍵的設(shè)備，其主要起到連接水力與熱力環(huán)路的作用。經(jīng)鍋爐處理后的熱流體在流入到均壓罐后會(huì)逐漸混合，在冷熱交換之后，冷流體會(huì)經(jīng)過熱源泵送到鍋爐當(dāng)中進(jìn)行加熱處理。而在用戶側(cè)的熱媒從均壓罐會(huì)輸送到客戶端。熱媒的熱量經(jīng)過釋放后會(huì)重新輸送至均壓罐當(dāng)中。且分布式供熱系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中應(yīng)用變頻泵，有效控制了無功消耗，同時(shí)熱源泵只需承受來自于熱源側(cè)的阻力損失，用戶泵則應(yīng)充分按照用戶的基本需要來自動(dòng)完成變頻調(diào)節(jié)的功能。

2分布式供熱系統(tǒng)數(shù)值模擬及結(jié)果分析

搭建分布式供熱系統(tǒng)模型，同時(shí)采取不同的控制模式，可達(dá)到數(shù)值控制的目的。并且模擬時(shí)，確保其他參數(shù)的數(shù)值不發(fā)生變化，也可保證模擬結(jié)果的科學(xué)性及可靠性。

2.1居住建筑仿真分析

選擇某地的氣象參數(shù)并將其作為分布式供熱系統(tǒng)的天氣參數(shù)，對不同控制模式的能耗及供熱效果進(jìn)行分析，從而選擇最為科學(xué)和完備的供熱方式。

2.1.1不同供水溫度控制方法供熱效果分析

對供水溫度分別為70℃、75℃、80℃、85℃、90℃時(shí)的室內(nèi)供熱效果展開科學(xué)分析可知，供水溫度為70℃時(shí)，室內(nèi)的供熱效果最佳，舒適率近60%，在2120小時(shí)當(dāng)中，有接近90天住戶均處于舒適環(huán)境中。室內(nèi)平均溫度和偏離程度最低的數(shù)值為19.2℃，過熱率較低是出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因，但是在這一水文條件下，欠熱率達(dá)到了13%左右，這里供熱量不足主要是由于室內(nèi)溫度過低造成的。針對這一問題，應(yīng)適度提高供水的溫度，所以，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可充分結(jié)合室外的溫度來調(diào)整供水的溫度。

2.1.2不同供水溫度的能耗分析

相關(guān)人員進(jìn)行了為期150天模擬，計(jì)算五種供水溫度下鍋爐的能耗。供水溫度的升高和鍋爐運(yùn)行消耗的增大是由多方面的原因造成的，供水溫度過高的室內(nèi)平均溫度較高，且熱率較大都會(huì)增加鍋爐運(yùn)行中的能源消耗。相同的熱力控制系統(tǒng)當(dāng)中，供水溫度降低5℃，鍋爐運(yùn)行的過程中就會(huì)減少300GJ的能量。而五種供水溫度下，室內(nèi)供熱效果差異明顯，所以在此情況下分析鍋爐能耗并無實(shí)際意義，但是調(diào)整供水溫度可有效減少建筑運(yùn)行中的能源消耗。

2.2變供水溫度調(diào)節(jié)

Trnsys軟件構(gòu)建了變供水溫度控制系統(tǒng)圖，并對天氣參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的處理，將室外溫度變化分成五個(gè)不同的區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的二次網(wǎng)供水溫度都存在著明顯的差異，分布泵主要用來調(diào)整二次網(wǎng)的流量，確?；厮跇?biāo)準(zhǔn)的溫差下平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2.1變供水溫度供熱效果分析

采用專業(yè)軟件對室內(nèi)平均溫度、二次網(wǎng)供、回水溫度進(jìn)行了模擬，對模擬結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，供暖剛剛開始和即將結(jié)束時(shí)，供水溫度不是很高，在中期的部分時(shí)間段溫度升高較為明顯，其與室外溫度的變化規(guī)律具有較高的貼合度，因此這種控制方式實(shí)現(xiàn)了較好的控制效果。至于二次網(wǎng)回水溫度，則會(huì)受到供水溫度的影響而發(fā)生變化，所以供回水溫差始終保持不變。在計(jì)算中發(fā)現(xiàn)室內(nèi)的舒適率較高，無欠熱現(xiàn)象，過熱率較以往也有了十分顯著的改善。

加之，在供熱系統(tǒng)循環(huán)流量分析中得出，供水溫度為70度時(shí)，分布泵的流量運(yùn)行程度為60%，達(dá)到了最小流量的要求，而這也是室內(nèi)溫度偏高的主要原因。對此采取了有效措施加以改善，降低了二次網(wǎng)的供水溫度，在供暖中期還有一部分時(shí)間出現(xiàn)了供熱溫度不足16℃的問題，這些問題非常少見，因此我們可以忽略不計(jì)。

在供熱期間，將水泵的設(shè)計(jì)流量設(shè)為上限，將設(shè)計(jì)流量的6成設(shè)置為下限值。供暖初期和末期的循環(huán)水量相對較小，中期的循環(huán)水量有所增大，在理解這一問題時(shí)，我們可以借助了Q=cM（tg-tk）這一公式來理解，通過這一公式我們不難發(fā)現(xiàn)，熱負(fù)荷與循環(huán)流量呈正相關(guān)關(guān)系，供熱中期的循環(huán)流量達(dá)到最大值，因此中期的熱負(fù)荷也最大。此外，水泵的功率與流量的三次方存在函數(shù)關(guān)系，因此供熱中期分布泵的能耗也是供熱過程中最大的階段。

2.2.2變供水溫度能耗分析

在模擬中對供暖期內(nèi)分布泵和鍋爐運(yùn)行中的能源消耗進(jìn)行了分析，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，供暖中初期和中期供水溫度的鍋爐能耗基本與供水溫度為70℃的鍋爐能耗一致，與以往相比，變供水溫度的供熱效果得到了有效的改善，同時(shí)也降低了鍋爐運(yùn)行中的能源消耗，在保證正常供熱的同時(shí)，也保證了熱網(wǎng)的低能耗運(yùn)行。且變供水溫度控制策略分布泵在供暖初期和末期能耗達(dá)到相對較低的狀態(tài)，而供暖的中期是整個(gè)供暖期能耗最大的階段，其與室外的溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系。

2.3變供水溫度策略改進(jìn)

在系統(tǒng)運(yùn)行中已經(jīng)將二次方供水溫度降至70℃，但是室內(nèi)溫度依然偏高，在經(jīng)過數(shù)次模擬之后對供熱方式進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，供水溫度由70℃降至45℃。并用策略一和策略二來表示。對改進(jìn)后的策略進(jìn)行了模擬分析，分析結(jié)果顯示。初期與末期的室內(nèi)溫度較以往明顯降低，室內(nèi)溫度得到控制，室內(nèi)的舒適度大大提高。

2.3.1改進(jìn)策略供熱效果分析

對策略二展開模擬分析，同時(shí)對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，如表1所示。

表1不同控制策略相關(guān)參數(shù)

從表1中我們不難看出，與策略一相比，策略二優(yōu)勢十分明顯，使用策略二后，舒適率得到了顯著的提升，過熱率沒有明顯的變化，所以我們也可以得出策略二能夠改善室內(nèi)的過熱情況，同時(shí)提高室內(nèi)的舒適度，此外，策略二的方差降低了50%左右，也充分證明，室內(nèi)溫度離散程度不是很高，室內(nèi)溫度基本維持在18度左右。

2.3.2改進(jìn)策略能耗分析

策略一和策略二鍋爐能耗的差異主要體現(xiàn)在供暖的初期和末期，供暖期中，二者的控制界限為室外溫度8℃，這一溫度在供暖的初期和末期相對較多。因此兩個(gè)策略的供暖差異也主要集中在上述兩個(gè)時(shí)期。在計(jì)算和研究后發(fā)現(xiàn)，策略二可比策略一更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，策略二的供熱效果也明顯優(yōu)于策略一，所以策略二具備十分優(yōu)良的節(jié)能效果。最終得出，在供熱初期和末期適度降低二次網(wǎng)的供水溫度，可十分有效地提高室內(nèi)的舒適度，并減少供熱過程中的能源消耗。

3結(jié)語

建筑供熱系統(tǒng)在建筑能源消耗中占有較大的比重，因此若要減少建筑運(yùn)行中的能源消耗，應(yīng)首先做好供熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證其節(jié)能效果。當(dāng)前，分布式供熱系統(tǒng)在建筑室內(nèi)供暖中得以廣泛應(yīng)用，且該系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，上文對系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制進(jìn)行了簡要分析，希望能夠?yàn)榉植际焦嵯到y(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作人員提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]薛林.分布式供熱系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制策略研究[D].蘭州交通大學(xué)，2017

[2]石兆玉.正確應(yīng)用分布式輸配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念[J].區(qū)域供熱.2016（02）

（作者單位：寧夏華電供熱有限公司）