間連熱力站系統(tǒng)控制策略研究

摘 要：間連熱力站是目前供熱系統(tǒng)最常采用的熱力站形式，針對(duì)現(xiàn)階段主要的間連熱力站的系統(tǒng)形式，總結(jié)了目前常采用的控制策略及其適用對(duì)象。根據(jù)不同的二次網(wǎng)及熱用戶供暖形式提出了針對(duì)性的控制策略。

關(guān)鍵詞：控制策略；變流量系統(tǒng)；定流量系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0281-01

目前集中供熱系統(tǒng)中往往由熱源、一級(jí)管網(wǎng)、熱力站、二級(jí)管網(wǎng)、熱用戶做組成。其中，間連熱力站作為一級(jí)管網(wǎng)和二級(jí)管網(wǎng)的連接處，既承擔(dān)著換熱的作用，又承擔(dān)著二級(jí)管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)的作用。作為集中供熱系統(tǒng)中重要的組成，目前大多數(shù)的熱力站都是以住宅小區(qū)或者某公共建筑作為控制對(duì)象，根據(jù)末端用戶的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于其所對(duì)應(yīng)位置的特殊性，間連換熱站已經(jīng)成為控制系統(tǒng)中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其運(yùn)行調(diào)節(jié)的水平直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

1 間連熱力站系統(tǒng)的系統(tǒng)形式及現(xiàn)狀

如圖1所示，間連熱力站系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)換熱和二次網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)功能，需要在系統(tǒng)中增加大量的運(yùn)行控制儀表和設(shè)備。基于計(jì)量的需要，會(huì)在一級(jí)網(wǎng)或者二級(jí)網(wǎng)按照計(jì)量裝置。為了調(diào)控二次網(wǎng)的換熱量，往往在一級(jí)網(wǎng)的供水干管安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，根據(jù)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。二次網(wǎng)的補(bǔ)水泵，目前絕大多數(shù)都安裝了變頻器可以實(shí)現(xiàn)變頻控制。二級(jí)網(wǎng)的循環(huán)水泵一部分安裝了變頻設(shè)備還有大部分沒有，定流量運(yùn)行。即使安裝了變頻器的循環(huán)水泵，現(xiàn)在仍有一大部分循環(huán)水泵的運(yùn)行采用定頻運(yùn)行，變頻的作用用來抵消設(shè)計(jì)不合理造成的水泵選型過大的問題。

2 供熱調(diào)節(jié)方式

集中供熱調(diào)節(jié)按照調(diào)節(jié)方式來區(qū)分，目前可分為質(zhì)調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、間歇調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)、質(zhì)-量調(diào)節(jié)等五大類。

在傳統(tǒng)缺乏控制手段的情況下，系統(tǒng)為了整體系統(tǒng)平衡往往采用定流量運(yùn)行模式。因此常采用質(zhì)調(diào)節(jié)、分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)、間歇調(diào)節(jié)這三種方式。其特點(diǎn)是控制邏輯和自控系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以節(jié)約用熱量，但是對(duì)應(yīng)的水泵電耗節(jié)能有限。

隨著供暖系統(tǒng)自控設(shè)備的不斷應(yīng)用，特別是水泵變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得更好的節(jié)約輸送能耗成為可能。特別是很多老舊小區(qū)系統(tǒng)水泵設(shè)計(jì)明顯偏大的情況下，出現(xiàn)“大馬拉小車”的局面是，通過降低水泵的頻率來調(diào)節(jié)，能夠有效地降低系統(tǒng)的輸配能耗。水泵的頻率現(xiàn)階段多根據(jù)二次網(wǎng)的壓差來進(jìn)行控制，另一方面根據(jù)室外溫度計(jì)算二次供水溫度，利用安裝在一次供水管道上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)二次供水溫度，所以實(shí)現(xiàn)質(zhì)-量調(diào)節(jié)，能夠有效的控制系統(tǒng)的整體能耗。

3 基于傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的間連熱力站的控制策略

傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)是指熱用戶的供暖系統(tǒng)仍然采用上供下回等垂直式系統(tǒng)的系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)是沒有實(shí)現(xiàn)分戶熱計(jì)量。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)均為垂直式系統(tǒng)，因此垂直失調(diào)在系統(tǒng)中容易產(chǎn)生。其中，雙管系統(tǒng)的垂直失調(diào)是因?yàn)椴煌崞鳟a(chǎn)生的重力壓頭不同做造成的，而單管系統(tǒng)的垂直失調(diào)是由于設(shè)計(jì)工況下的散熱器的傳熱能力和實(shí)際工況下的傳熱能力之間的差異造成的。由于垂直失調(diào)問題的存在，若大幅減少整個(gè)循環(huán)的循環(huán)流量，會(huì)加劇垂直失調(diào)的成都，因此對(duì)于這類系統(tǒng)，熱力站的調(diào)節(jié)策略上一般采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式。根據(jù)《供熱工程》，整體流量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)流量的60%，所以采用分階段質(zhì)調(diào)節(jié)的話系統(tǒng)應(yīng)保證60%設(shè)計(jì)流量的最小循環(huán)流量[2]。因此若采用量調(diào)節(jié)或者質(zhì)-量調(diào)節(jié)方式，也應(yīng)該考慮相同的問題，應(yīng)控制最低循環(huán)流量的要求。

但是伴隨著供暖系統(tǒng)的溫控閥的大量使用，系統(tǒng)的垂直失調(diào)已經(jīng)得到了很大的緩解，當(dāng)出現(xiàn)垂直失調(diào)問題時(shí)，溫控閥可以根據(jù)設(shè)定緩解甚至解決垂直失調(diào)的問題。因此在已經(jīng)使用溫控閥的傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)，理論上可以不再受到最小60%設(shè)計(jì)循環(huán)流量的限制。但考慮到實(shí)際溫控效果和變頻器控制等因素，仍然建議設(shè)定最低流量。通常最低轉(zhuǎn)速不應(yīng)小于額定轉(zhuǎn)速的50%，一般在70～100%之間，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的40～50%時(shí)，泵本身的效率明顯下降，是不經(jīng)濟(jì)的[1]。但是在實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)，有項(xiàng)目變頻至20%，主要原因是水泵設(shè)計(jì)超過實(shí)際需求過大導(dǎo)致，這也是當(dāng)前供熱設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)解決的問題。

4 基于分戶熱計(jì)量系統(tǒng)的間連熱力站的控制策略

現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范對(duì)住宅建筑有強(qiáng)制要求，必須安裝單戶計(jì)量裝置[3]。由于熱計(jì)量系統(tǒng)末端都會(huì)根據(jù)用戶的需求進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，所以均屬于變流量系統(tǒng)。由于末端是變流量系統(tǒng)，因此二次網(wǎng)為了避免二次網(wǎng)的水力失調(diào)，最常采用的辦法就是經(jīng)過壓力計(jì)算后在各個(gè)熱用戶的熱力入口安裝自力式壓差控制閥。既可以保證整個(gè)系統(tǒng)的水力平衡又可以緩解室內(nèi)供暖系統(tǒng)出現(xiàn)的垂直失調(diào)現(xiàn)象。由于末端變流量系統(tǒng)，而二次網(wǎng)仍然采用定流量控制模式明顯是不合適的。會(huì)使得很大的一部分水泵提升的能量消耗在熱力入口的自力式壓差控制閥上，明顯是一種能源浪費(fèi)。

因此目前針對(duì)分戶熱計(jì)量系統(tǒng)的二次網(wǎng)系統(tǒng)，最優(yōu)的調(diào)節(jié)模式應(yīng)該是采用質(zhì)-量調(diào)節(jié)，即根據(jù)室外溫度計(jì)算二次供水溫度，利用安裝在一次供水管道上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)二次供水溫度，同時(shí)根據(jù)二次供回水壓差控制水泵頻率。理論和實(shí)踐都證明，該調(diào)節(jié)模式節(jié)能效果明顯[4][5]。

5 結(jié) 語

如何有效的利用現(xiàn)有的自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體的系統(tǒng)節(jié)能是目前熱力系統(tǒng)重點(diǎn)解決的問題。熱力站的運(yùn)行節(jié)能只是供暖系統(tǒng)整體節(jié)能的一個(gè)組成部分，但是熱力站的節(jié)能運(yùn)行關(guān)系到整體運(yùn)行節(jié)能效果。間連換熱站作為目前供熱系統(tǒng)最常采用的一種熱力站形式，事實(shí)證明，針對(duì)不同的二次網(wǎng)及熱用戶的系統(tǒng)樣式采用不同的控制模式可以大大的提高節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-4