嚴寒地區(qū)集中供熱系統節(jié)能控制研究

李明柱 李華鑫

吉林建筑大學

1 引言

長春地區(qū)屬于嚴寒地區(qū)，室外最冷月平均溫度低于-10℃。嚴寒地區(qū)建筑物必須充分滿足冬季防寒、保溫、防凍等要求，夏季可不考慮防熱。集中供熱系統是嚴寒地區(qū)供熱應用最廣泛的供熱方式，但集中供熱系統能源消耗大，污染大。因為采取有效有段實現集中供熱系統節(jié)能，對我國建筑節(jié)能有重要意義。

2 項目概況

長春某賓館擁有3棟建筑物，包括貴賓樓、迎賓樓、辦公樓。供熱面積是2.3萬平方米。熱源由熱泵機組自行供熱，供熱期為10 月20 日～次年4 月10 日，共170 天。長春室外溫度10℃～20.1℃、室外風速3.9m/s、室外相對濕度64%、室外大氣壓99653Pa。該賓館原來依靠燃煤鍋爐進行供暖，主要調節(jié)方式是人工燒煤調節(jié)。但是由于管理水平低下，在運行過程中主要依靠室外天氣情況和工人的經驗進行燃煤。水溫和水量的調節(jié)，也完全依靠人力進行調節(jié)。由于沒有智能控制系統，人員的素質不高，導致經常出現水力失調、工作量大、能源浪費嚴重。

對原有鍋爐房供熱系統進行改造。新供熱系統采用自動控制系統，室內外安裝了感溫探測器、供熱鍋爐改成熱泵機組、熱力站新建了控制系統和監(jiān)控系統、引進污水源熱泵機組，為熱泵機組提供熱量。

3 系統原理

智能供熱系統原理:根據室內外的感溫探頭獲得的溫度數據，數據通過無線傳輸技術傳輸到控制室，控制室內經過科學計算自動調整螺桿機組的功率，螺桿機組內含變頻器。螺桿機組采用的方式是低溫常供模式。螺桿機組供應的水溫會隨著智能控制進行變溫，大體的溫度應該在39°左右，低溫熱水通過分水器，分水器通過智能分配到各個房間進行供暖。低溫熱水會在室內釋放大約3℃左右的熱量，供熱回水通過管線回到集水器。此時集水器內的水溫通常在36℃左右。因為螺桿機組制熱的時候，機組里面會產生一定的冷量。要把這些冷量變成熱量，需要消耗一定的能源。此套供熱系統采用的是提取污水里面的熱量，以此實現廢物利用。污水來自市政的污水管道，經過污水池的沉淀，通過污水提升泵進入污水換熱器。污水換熱器內的污水溫度在冬季時候進水能達到9℃到16℃，出水能達到6到12℃，可利用的溫度在3℃～4℃之間。污水的熱量是由中介水帶到熱泵機組的，中介水來源于自來水。中介水一般出水13.6℃，回水13.8℃。

4 數據分析

智能控制系統通過2臺熱泵機組產生熱量，維持整個供熱系統的能量供應。2臺供熱機組一臺是300RT機組、一臺150RT機組。它們產生的熱量，通過熱水傳遞到供熱房間，以維持室內的正常溫度。我記錄了2018年10月19日～2018年10月31日內的機組數據。

圖1 機組總供熱量

通過對供熱量的檢測和曲線擬合，得到機組供熱量隨日期的變化函數。這組函數可以用來預測和決定未來機組供熱量。

圖2 賓館使用電量

通過對賓館電量表的實時監(jiān)控記錄每組數據，通過數學方法做曲線擬合，得到賓館用電量的函數表達式，通過電腦的智能控制可以計算出最佳用電時間和預測用電方案。

圖3 熱泵主機產水量

供熱系統需要消耗大量的水量，水量的多少也影響系統的費用支出。通過記錄水量的多少，做曲線擬合，得到相應的熱泵機組產水量函數。

5 能耗對比

智能供熱系統和原來燃煤鍋爐系統相比。每年能節(jié)約費用約150萬元，節(jié)約能源約29%。燃煤鍋爐原來需要燒煤工人8人左右，24小時三班倒工作制，每人每月2500元工資，管理人員一名，每個月3000元。智能供熱管理人員只需2人，每人每月5000元即可。節(jié)約燃煤100萬噸，每噸煤大約600元。燃煤鍋爐維修費用大約每年30 萬元，智能供熱系統每年僅需8 萬元即可。智能供熱系統常年低溫常供，即節(jié)約能源、又環(huán)保低碳。

6 結束語

嚴寒地區(qū)集中供熱系統節(jié)能控制的研究主要方法是智能控制技術和污水的二次利用。筆者從系統改造、原理講述、數據分析、能耗對比等多角度講解了節(jié)能模式，在實踐中取得了良好的節(jié)能效果。隨著人工智能和大數據時代的飛速發(fā)展，本文所述的節(jié)能措施希望能在科技發(fā)展中得到廣泛應用。