暖通供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方法探究

梁欣

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西太原 030001）

0 引言

現(xiàn)階段，城市化建設(shè)的速度逐步加快，人們的生活品質(zhì)也顯著提升，對于供熱質(zhì)量也有了全新的要求[1]。目前來看，城市供熱效果與居民的供熱質(zhì)量要求還存在一定的差距，這主要是由于集中供暖過程中存在一定的弊端，主要表現(xiàn)在熱力失調(diào)和水力失調(diào)等方面，此類問題的產(chǎn)生必定會影響供暖效果，致使出現(xiàn)室溫高低不等的問題[2]。同時(shí)，熱力失調(diào)與水力失調(diào)也會造成一定的資源浪費(fèi)。此外，當(dāng)前的集中供熱系統(tǒng)中，能源消耗率較大，不僅與當(dāng)前時(shí)期的節(jié)能減排目標(biāo)不符，還會給供熱企業(yè)帶來更多的成本投入，為能達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)，有必要針對暖通供熱管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方法展開研究。

1 集中供熱系統(tǒng)主要的控制模式

一種為質(zhì)調(diào)節(jié)控制。主要指的是，為使室內(nèi)供熱溫度得到保障，對供熱二次管網(wǎng)中的循環(huán)水流量進(jìn)行有效控制，同時(shí)在一次管網(wǎng)的水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過對開關(guān)的調(diào)節(jié)可使供水溫度和回水溫度差在集中供熱的設(shè)定值之間，以滿足集中供熱的基本需求。該種控制模式的優(yōu)點(diǎn)和弊端共存，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為對于供熱管網(wǎng)中的硬件設(shè)施要求較低，且在二次管網(wǎng)中的循環(huán)水量始終處于不變狀態(tài)，其水力工況十分穩(wěn)定，可以有效降低水力失調(diào)的問題。其弊端表現(xiàn)為，當(dāng)供熱系統(tǒng)中的熱負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，會由于二次管網(wǎng)中的循環(huán)水量無法進(jìn)行調(diào)整而出現(xiàn)熱能損耗現(xiàn)象，造成一定的能源損失。

另一種為分階段變流量質(zhì)調(diào)節(jié)控制。此種調(diào)節(jié)控制手段集成了質(zhì)調(diào)和量調(diào)的優(yōu)勢，在具體應(yīng)用中是根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖馓攸c(diǎn)和其產(chǎn)生的熱負(fù)荷變化規(guī)律對集中供熱系統(tǒng)進(jìn)行分段控制的過程。對于供熱控制階段的劃分是將熱負(fù)荷的變化狀況作為主要依據(jù)，但需要特別注意的是為了降低水力失調(diào)的概率，需確保每個(gè)階段中二次管網(wǎng)循環(huán)水量的一致性，僅需根據(jù)特定時(shí)期的供熱需求對供水溫度做出調(diào)整。該控制模式的優(yōu)勢在于能夠有效降低供熱能耗，相對來說成本投入較低，但其仍舊存在節(jié)能控制的空間[1]。

2 暖通供熱系統(tǒng)組成

暖通供熱系統(tǒng)由5個(gè)部分組成，包括熱源、一次供熱管網(wǎng)、換熱站、二次供熱管網(wǎng)和熱用戶。其中，一次供熱管網(wǎng)和二次供熱管網(wǎng)主要承擔(dān)著連接熱源與換熱站，連接換熱站和熱用戶的重要作用。換熱站設(shè)置的控制柜、壓力調(diào)節(jié)閥、溫度調(diào)節(jié)閥和泄水調(diào)節(jié)閥等設(shè)備為供熱管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)和控制提供了有利的支持。換熱站在整個(gè)供熱系統(tǒng)中的作用為，對熱力進(jìn)行有效交換與分配，是保證供熱穩(wěn)定和供熱質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。

3 暖通供熱管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)

3.1 完成初調(diào)節(jié)

初調(diào)節(jié)的主要目的是先明確用戶的供熱需求，并在此基礎(chǔ)上對于供熱管網(wǎng)的運(yùn)行流量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，使其滿足用戶的熱負(fù)荷需求，即明確好理想狀態(tài)下的流量值。需要注意的是，由于供熱系統(tǒng)的規(guī)模較大，供熱管線長度較大，在供熱過程中極易出現(xiàn)熱量損失的問題，這意味著，熱用戶與循環(huán)泵的距離會影響到供熱溫度。采取初調(diào)節(jié)的方式，能夠盡量縮小熱用戶的供熱差距，降低流量失調(diào)度。經(jīng)過初調(diào)節(jié)后，可對流量值進(jìn)行合理控制，使其小于設(shè)計(jì)值，起到降低能源損耗的作用。在供熱之前進(jìn)行初調(diào)節(jié)可將熱用戶的供熱溫差控制在小范圍內(nèi)，也可改善水力失調(diào)的問題，為接下來的供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)奠定良好的基礎(chǔ)。

3.2 明確運(yùn)行調(diào)節(jié)的依據(jù)

運(yùn)行調(diào)節(jié)指的是，在供熱管網(wǎng)投入運(yùn)行后，根據(jù)熱用戶的供熱需求以及熱負(fù)荷的變化，對于供熱進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的過程。主要目的是，使供熱質(zhì)量得到保證，為熱用戶營造舒適的生活環(huán)境。由于熱負(fù)荷會隨著室外溫度的變化而產(chǎn)生變化，因此熱負(fù)荷呈現(xiàn)出時(shí)時(shí)變化的特征。為了保證供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)工作的可靠性，需要首先明確熱負(fù)荷與室外溫度之間的關(guān)系，研究顯示，當(dāng)室外溫度升高時(shí)，熱負(fù)荷值會降低，反之，室外溫度降低時(shí)，熱負(fù)荷值則升高。因此，二者存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，在進(jìn)行供熱管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可以將室外溫度的變化作為主要參考依據(jù)。

3.3 選擇合理的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式

運(yùn)行調(diào)節(jié)方式主要包括兩種，一種是針對一次供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)成質(zhì)調(diào)節(jié)的目標(biāo)。一種為針對二次供熱管網(wǎng)的循環(huán)水量進(jìn)行量調(diào)節(jié)的手段。其中，質(zhì)調(diào)節(jié)的運(yùn)行調(diào)節(jié)原理為保持二次管網(wǎng)中的循環(huán)水量不變，通過對管網(wǎng)中供水溫度和回水溫度的調(diào)節(jié)使其滿足熱負(fù)荷要求。該種調(diào)節(jié)方式存在操作簡便，對供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)有效和水力工況穩(wěn)定的優(yōu)勢。而當(dāng)室外溫度發(fā)生改變時(shí)，即當(dāng)室外溫度升高的情況下，熱負(fù)荷會隨之降低，此時(shí)由于供熱管網(wǎng)中的循環(huán)水流量處于固定狀態(tài)，且供水溫度和回水溫度被調(diào)節(jié)后明顯升高，已經(jīng)超出熱負(fù)荷的需求，此時(shí)便會產(chǎn)生一定的能源浪費(fèi)。而量調(diào)節(jié)的運(yùn)行調(diào)節(jié)原理為使二次管網(wǎng)中的供水水溫保持不變，通過對管網(wǎng)中循環(huán)水流量的控制來滿足熱負(fù)荷需求。即當(dāng)熱負(fù)荷需求增大時(shí)，加大循環(huán)水流量，而當(dāng)熱負(fù)荷需求降低時(shí)，減少循環(huán)水流量。但當(dāng)室外溫度升高致使熱負(fù)荷需求降低時(shí)，會導(dǎo)致管網(wǎng)內(nèi)部的循環(huán)水大量減少，很可能會引發(fā)熱力失調(diào)的現(xiàn)象。因此，需要根據(jù)實(shí)際供熱需求選擇合理的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式。

3.3.1 分階段質(zhì)量流量調(diào)節(jié)方式

針對供熱管網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)的主要目的是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供熱目標(biāo)，并保證均勻供熱和按需供熱。為達(dá)成上述供熱管網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)目標(biāo)，需采取多種運(yùn)行調(diào)節(jié)方法組合應(yīng)用的方式。這里的一次供熱管網(wǎng)采取質(zhì)調(diào)節(jié)措施，而二次供熱管網(wǎng)則是采取質(zhì)和量相結(jié)合的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式。根據(jù)供熱管網(wǎng)整個(gè)供暖期間的供熱需求來看，可以將供熱過程分為3個(gè)時(shí)期，即初期、中期和末期，考慮到供熱初期和供熱末期的供暖需求差異較小，可以作為一個(gè)供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)階段，采取質(zhì)調(diào)節(jié)的手段進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)，使供水循環(huán)水流量保持恒定狀態(tài)，對供水和回水溫度進(jìn)行控制既可。而供暖中期的供熱需求相對復(fù)雜，需求受到室外溫度的直接影響，此時(shí)，則可采取量調(diào)節(jié)的控制方式，根據(jù)室外溫度變化和熱負(fù)荷需求對循環(huán)水流量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。這種組合調(diào)節(jié)控制的方式可最大程度上控制能源消耗，并保障供熱質(zhì)量。

采取量調(diào)手段時(shí)，要對階段內(nèi)的最小流量加以明確，實(shí)際運(yùn)行中主要是通過調(diào)速泵的變頻器實(shí)現(xiàn)對循環(huán)水流量的調(diào)節(jié)。在供熱流量調(diào)節(jié)的過程中，還需認(rèn)識到流量對系統(tǒng)運(yùn)行的直接影響，在流量較小的情況下很容易導(dǎo)致系統(tǒng)中的設(shè)備不能正常運(yùn)行。因此，需要對其最小流量加以明確，在不影響設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行流量調(diào)節(jié)和控制。通常來講，電機(jī)效率與調(diào)速比是0-0.4，其轉(zhuǎn)速會直接影響調(diào)速比，當(dāng)調(diào)速超出0.5時(shí)，其變化頻率較小可以直接忽略。相對比而言，變頻器效率十分穩(wěn)定，在其調(diào)速比接近0時(shí)，效率仍舊可達(dá)到50%左右。可以明確的是，當(dāng)循環(huán)水流量和定額流量的比為70%時(shí)，可以保證供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行[2]。

3.3.2 量調(diào)變頻調(diào)節(jié)控制方法

現(xiàn)階段，節(jié)能減排政策的實(shí)行，使得供熱管網(wǎng)運(yùn)行需要面臨較大的挑戰(zhàn)，為了能夠達(dá)成節(jié)能減排需求，變頻控制技術(shù)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用頻率也在逐步增大。根據(jù)控制內(nèi)容的不同可以將其區(qū)分為壓差控制和溫差控制，且當(dāng)需要對恒定壓差信號或者恒定溫差信號進(jìn)行控制時(shí)，又可被細(xì)分為對定壓差和定溫差的控制。

（1）變溫差控制。變溫差控制流程如圖1所示。

圖1 變溫差控制流程

變溫差控制實(shí)際上指的是對回水溫度的控制，根據(jù)上圖控制流程來看，主要是依靠溫度傳感器對各個(gè)周期內(nèi)的供水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)中的供回水溫度進(jìn)行檢驗(yàn)，并且將檢驗(yàn)所得的溫度值同步給變頻控制柜，在控制柜中設(shè)置的可編程控制器會對比檢測值和系統(tǒng)設(shè)定值，并做出對應(yīng)的控制動(dòng)作。當(dāng)設(shè)定值小于實(shí)際值時(shí)系統(tǒng)會控制加大循環(huán)泵的頻率以此增加循環(huán)水流量，達(dá)成調(diào)控供熱溫度的目標(biāo)。當(dāng)設(shè)定值大于實(shí)際值時(shí)，則會降低循環(huán)泵的頻率，減少循環(huán)水流量。而當(dāng)溫度設(shè)置值與實(shí)際值相等時(shí)，系統(tǒng)將不會做出控制動(dòng)作，使其維持當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）定溫差控制。定溫控制法中要求供熱管網(wǎng)運(yùn)行過程中的溫度差應(yīng)處于恒定狀態(tài)下，當(dāng)室外溫度發(fā)生變化時(shí)，需同時(shí)對供水溫度和供熱管網(wǎng)中的循環(huán)水流量做出調(diào)整，同時(shí)由溫度傳感器獲取供熱管網(wǎng)的溫度，并由控制系統(tǒng)判斷溫度差是否處于恒定狀態(tài)下，如其恒溫狀態(tài)被打破，則需進(jìn)行變頻控制，通過對循環(huán)泵的變頻控制來維持供熱系統(tǒng)中供水和回水的恒定溫度差。采取該種控制方式時(shí)，供熱管網(wǎng)的性能也將保持恒定狀態(tài)，很少受到其他阻力影響，且基于循環(huán)水泵的運(yùn)行特點(diǎn)，可將其循環(huán)泵的軸功率控制在流量的3次方，相對來說循環(huán)泵的節(jié)能效果顯著，但同時(shí)會對壓力造成不利影響，可能出現(xiàn)影響用戶利益的問題。定溫差控制流程如圖2所示。

圖2 定溫差控制流程

（3）定壓差控制。主要控制原理為借助變頻器和壓差變送器來調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，通過對循環(huán)泵出口壓力差的控制，使其壓差始終保持恒定不變的狀態(tài)。此種控制方法的優(yōu)點(diǎn)在于不會受到回水壓力的影響。但為了確保循環(huán)泵出口壓差的恒定狀態(tài)，循環(huán)泵運(yùn)行中的節(jié)能效果不明顯。

（4）變壓差控制。為了確保全部熱用戶的供熱質(zhì)量，在進(jìn)行變壓差控制時(shí)，會將最末端熱用戶的供熱質(zhì)量作為主要參考數(shù)據(jù)，通過保證最末端熱用戶的供熱質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供熱目標(biāo)。即將末端熱用戶的進(jìn)出口壓差作為主要控制壓差，此種控制方法既能保證末端熱用戶的供熱質(zhì)量，也可在一定程度上降低供熱過程中的能源損害。

4 結(jié)語

從上文分析中可以發(fā)現(xiàn)，每一種供熱管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方法都存在特定的優(yōu)勢，同時(shí)也表現(xiàn)出一定的弊端，或是增大能源消耗，或是影響用戶利益。為了保障供熱管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，并達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)，需要結(jié)合供熱管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)以及用戶的實(shí)際供熱需求合理選擇運(yùn)行調(diào)節(jié)方法，特定的情況下可以采取組合調(diào)節(jié)的手段，充分發(fā)揮各類運(yùn)行調(diào)節(jié)方法的優(yōu)勢，保證供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供熱質(zhì)量。