淺析城市供暖系統(tǒng)的自動化控制與節(jié)能減排

王乾宇 關志鐸

摘要：上世紀90年代以來，隨著我國經濟社會高速發(fā)展，城市化進程不斷加快，我國社會人們的物質生活水準得到了極大改善和提升。城市供暖系統(tǒng)作為建筑工程重要的基礎工程系統(tǒng)，能夠給人們提供溫暖舒適的居住環(huán)境。然而，隨著人們環(huán)保節(jié)能意識的增強，關于城市供暖系統(tǒng)的自動化控制與節(jié)能減排問題逐漸受到人們的關注。本文中，筆者就自動化控制系統(tǒng)在城市供暖系統(tǒng)中的應用展開深入分析。

關鍵詞：供熱;自動化控制;節(jié)能

當前，隨著智能化、自動化控制技術的普及與應用，城市供暖系統(tǒng)也實現了自動控制，這對于高效供暖、節(jié)能供暖、穩(wěn)定供暖都起到很好的作用。特別是隨著城市建設步伐的加快，城市集中供熱越來越普遍。智能化控制對于分布區(qū)域廣泛、供熱用戶數量多、勞動強度大等復雜的供熱環(huán)境作用較大。特別是在如今能源日趨緊缺的狀況下，在供暖系統(tǒng)中推進并應用先進的自動化控制技術，對于實現穩(wěn)定供熱、均衡供熱等都具有重要意義。

一、供熱系統(tǒng)智能控制技術

（一）技術原理

熱力管網在供熱系統(tǒng)中完成熱的傳遞，熱水經過熱力管網將熱量傳送到熱用戶，熱用戶的性質不同，需要的熱量也會不同，另外，由于距離熱源的遠近不同，輸送熱能的管徑大小不同等因素，會造成系統(tǒng)中個別用戶的實際流量與設計要求流量之間的不一致現象，被稱之為水力失調。該技術主要針對目前供熱領域中普通存在的水力失調問題，設計一套智能閥門，解決復雜的供熱網管系統(tǒng)的熱量平衡問題，某個閥門的調節(jié)不會影響其它閥門，使得每個閥門控制的支路按用戶需求輸送合適的熱量，通過確保管路的熱量平衡達到節(jié)能的目的。在確保各管路的流量按需分配之后，為進一步節(jié)能，還集成了列入智能變頻技術，保證水泵的頻率跟隨管路阻力的變化而變化，徹底擺脫傳統(tǒng)的頂壓供水變頻技術。在此基礎上，該技術還整合了物聯網和EAOC（能效分析與運行優(yōu)化控制）技術，把智能閥門打造成一個通用的物聯網結點，把閥門控制的建筑所消耗的能量數據以及管道內的流動數據發(fā)送到控制中心，幫助管理人員分析系統(tǒng)的節(jié)能量。

（二）關鍵技術

1、智能溫控平衡技術

在集中供熱系統(tǒng)中，由于供熱規(guī)模較大，管網的水力工況變得十分復雜，其水力失調問題變得十分突出，從而使其供熱質量下降，出現不能滿足用戶要求的情況。對于一個設計合理的系統(tǒng)，一般可以通過初調節(jié)，使各用戶的流量達到設計值。但對于一個規(guī)模大管網復雜的系統(tǒng)，使用目前常用的方法（如阻力系數法、正常流量法、回水溫度法和經驗試湊法），由于受到各種條件的制約，存在準確度不高，需反復調試，工作量過大等問題，其效果不是很理想。智能溫控平衡技術可利用現代控制理論和計算機模擬分析相集合，利用水力管網系統(tǒng)實際運行工況動態(tài)檢測數據對系統(tǒng)的水力工況進行模擬分析，進而使用分析的數據對系統(tǒng)運行工況進行遠程自動控制，這不僅可以提高調節(jié)的精度，避免人工調節(jié)的工作量，而且可以實現系統(tǒng)水力工況的動態(tài)。

2、智能變頻技術

智能變頻節(jié)電技術，指在供熱系統(tǒng)中加裝一套智能變頻節(jié)電裝置，利用水泵的原有電機系統(tǒng)控制，將閥門的開度控制變?yōu)樗玫霓D速控制，兩者相結合實現調節(jié)熱平衡目的。其中，智能變頻節(jié)電裝置具備以下兩項功能：

1）通過合理改變水泵的轉速（頻率）節(jié)約電能，如設備需對流量進行控制，適當降低轉速、調整流量即可達到節(jié)能的目的;

2）在不改變水泵轉速（頻率）的情況下，通過檢測、跟蹤負載變化，根據其功率因數和負載率的變化，優(yōu)化功率輸出，使電機的輸出功率接近軸功率，從而實現節(jié)能。

3、無線傳感技術

該技術為智能變頻和能效分析提供了基礎，保障各項數據的傳輸與共享。遠傳式智能控制器，具有各種輸入形式選擇，實現各種不同的調節(jié)功能。也可配室外溫度傳感器，起到隨室外溫度的變化而自動調整供水溫度，也就是通常所說的室外溫度補償的作用。根據控制需要，可組成智能化網絡控制系統(tǒng)，優(yōu)化控制，實現遠程監(jiān)控。

二、具體控制措施

（一）氣候補償

氣候補償器安裝在鍋爐房或換熱站，它能夠使熱源出力根據室外溫度和供暖系統(tǒng)回水溫度的變化動態(tài)調節(jié)，實現按需求供熱。

氣候補償器可以根據室外氣候溫度變化，和用戶設定的不同時間的室內溫度要求，按照設定曲線自動調節(jié)供水溫度，實現供熱系統(tǒng)的供水溫度的氣候補償，也可以通過室內溫度傳感器根據室溫調節(jié)供水溫度實現室溫補償，還有限定最低回水溫度的功能。

（二）樓棟分時段控制

1、分時段控制

樓棟分時段控制采用分時段控制系統(tǒng)實現，系統(tǒng)是基于整個樓棟的控制，主要適用于用熱時間較集中，使用時間分階段的建筑物。采用整體管理控制，通過加裝自控裝置實行分時段供暖，將大大減低能耗。樓棟分時段控制系統(tǒng)由現場溫度變送器、樓棟控制電磁閥、樓棟控制箱和監(jiān)控中心組成。

具體控制方案，每個樓棟設置1臺電動調節(jié)閥，1臺樓棟熱表（具有RS485通訊接口）?，F場控制器采集樓棟熱量相關數據，通過監(jiān)控中心操作站和現場LCD觸摸屏預先設定的運行模式，控制電動調節(jié)閥達到設定要求，并可以提供通訊接口實現將數據通過GPRS模塊傳遞到監(jiān)控中心，實現同一監(jiān)測管理和遠程控制。采用此方案實現自轉熱站到熱用戶整個熱網的數據監(jiān)測，實現遠程/就地自控化監(jiān)控。

（三）水力平衡

水平水力平衡技術主要應用在全區(qū)供熱的總管網上，在管網截斷井、進戶井內配置先進的調節(jié)設備以解決管網水力平衡問題。目前國內供熱行業(yè)在管網上應用的主要有自力式流量控制器、自力式差壓控制器、自力式流量/差壓控制器三種調節(jié)裝置。目前國內采用管網定流量系統(tǒng)的較多，可按需設定流量，并將通過閥門的流量保持恒定。使管網的流量調節(jié)一次完成，免除了熱源切換時的流量分配工作，有效地解決管網的水力失調。

（四）單戶熱計量

將集中供熱系統(tǒng)中的熱源、熱力站、樓棟或用熱單戶作為各供、用熱方的熱量結算點，安裝超聲波熱量表，進行熱計量。對住宅，以戶為單位，直接計量或分攤計量其每戶的供熱量。對直接計量的住宅、公共建筑的熱用戶，以熱量結算點的熱表值進行結算。而對以分攤方式計量的住宅戶，則按其各戶內所安裝的測量記錄裝置，確定每戶的用熱量占熱量結算點（樓棟或熱力站）所安熱表總值的比例，算出各熱用戶所應分攤的熱量，實現分戶熱計量。通過單戶熱計量技術應用可實現按需供熱大大減少熱源的消耗，實現節(jié)能減排。

三、結語

在我國北方的一些高寒地區(qū)，全年采暖期長達180d左右，近幾年，隨著熱電聯產集中供熱技術的推廣應用，取締了原來的煤鍋爐供熱狀況，人們的居住環(huán)境得到了徹底改善。但隨著城市的建設，供熱面積不斷增加，熱電廠的能源消耗也在逐漸增大。由于現有供熱系統(tǒng)的調節(jié)能力有限，導致熱用戶出現近端過熱、遠端過冷的不平衡現象，并浪費了大量的能源。

如果將自動化控制技術與供熱系統(tǒng)緊密結合，不但可以實現按需供熱，合理降低供熱能耗，節(jié)約原煤的消耗。而且可以為我們帶來直觀的經濟效益，而且能夠起到環(huán)保節(jié)能的效果。

參考文獻

[1]石兆玉.供熱系統(tǒng)運行調節(jié)與控制[M].北京：清華大學出版社，1994.