智能建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能控制探討

趙夢(mèng)醒

摘 要：信息技術(shù)為建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了新的技術(shù)支持，在建筑工程建設(shè)過程中開始融入智能化技術(shù)，智能建筑成為了建筑行業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)，增加了建筑功能，為人們提供了智能化的功能。在智能建筑中供熱系統(tǒng)是重要的系統(tǒng)之一，需要消耗大量的能源，不符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展政策要求?；诖耍槍?duì)智能建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，以期可以優(yōu)化供熱系統(tǒng)提供參考。

關(guān)鍵詞：智能建筑;供熱系統(tǒng);節(jié)能控制

中圖分類號(hào)：TU8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）09-0091-03

0 引言

建筑行業(yè)發(fā)展速度不斷加快，為了滿足人們對(duì)于優(yōu)質(zhì)環(huán)境的居住需求，在進(jìn)行建筑工程建設(shè)時(shí)開始重視發(fā)展智能建筑和綠色建筑，力求可以落實(shí)綠色發(fā)展理念，減少建筑在建設(shè)和運(yùn)行時(shí)的碳排放量。供熱系統(tǒng)是控制能源消耗和碳排放量的關(guān)鍵，特別是智能建筑在運(yùn)行時(shí)供熱需求較大，其能源消耗量也會(huì)持續(xù)增加。在綠色發(fā)展理念的影響下，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)針對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，做好節(jié)能控制，提升供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率。作為建筑建設(shè)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到供熱系統(tǒng)在節(jié)能方面所具有的潛力，結(jié)合現(xiàn)階段智能建筑能源消耗多、節(jié)能潛力大的特點(diǎn)形成系統(tǒng)性的節(jié)能控制體系，加快自動(dòng)化供熱管理模式的構(gòu)建，提高供熱管理效果。

1 智能建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)

在社會(huì)發(fā)展過程中我國(guó)已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系，只有確保生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性才能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)形成持續(xù)發(fā)展模式，否則無法為經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開展提供各類資源。因此在智能建筑建設(shè)中開始形成了節(jié)能控制理念，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。通常會(huì)選擇遠(yuǎn)距離長(zhǎng)輸供熱模式，該種控制系統(tǒng)具有先進(jìn)性的特點(diǎn)，在該系統(tǒng)中通過使用多種不同的技術(shù)對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行控制，自動(dòng)化程度高，以隔壓站和中繼泵站作為中樞站點(diǎn)，進(jìn)行距離較長(zhǎng)、海拔落差較大的供熱傳輸[1]。遠(yuǎn)距離長(zhǎng)輸供熱可以對(duì)熱網(wǎng)和熱源進(jìn)行參數(shù)匹配優(yōu)化，利用降低回水溫度的方式對(duì)熱源余熱進(jìn)行充分利用，提高熱能利用效率，避免出現(xiàn)能源浪費(fèi)的問題。在供熱設(shè)計(jì)方面采取了低能耗熱網(wǎng)設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了供熱范圍，同時(shí)應(yīng)用了自動(dòng)控制系統(tǒng)，可針對(duì)水利特性實(shí)施調(diào)整，會(huì)結(jié)合復(fù)雜的供熱需求采取因地制宜的理念，替代了原有的供熱模式，可以避免出現(xiàn)熱污染的現(xiàn)象，符合可持續(xù)發(fā)展理念。大溫差換熱機(jī)組控制了管網(wǎng)建設(shè)時(shí)成本投入，具有經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。

2 智能建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能控制方案

2.1 選擇供熱系統(tǒng)節(jié)能控制策略

在功能系統(tǒng)中主要包括3種不同的控制模式：①質(zhì)調(diào)，通過對(duì)供水溫度進(jìn)行調(diào)整達(dá)到控制供熱的目的;②量調(diào)，通過對(duì)供流量進(jìn)行調(diào)整達(dá)到控制供熱的目的;③綜合調(diào)節(jié)，通過對(duì)供水溫度、供水流程進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到控制供熱的目的。質(zhì)調(diào)應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，因此是當(dāng)前經(jīng)常使用的一種控制方式，但是隨著對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率的要求不斷提升，現(xiàn)階段開始應(yīng)用綜合調(diào)節(jié)方式，將負(fù)荷預(yù)報(bào)作為控制基礎(chǔ)。如圖1所示，即為基于負(fù)荷預(yù)報(bào)的供熱節(jié)能控制策略原理。將負(fù)荷作為節(jié)能控制過程中所關(guān)注的重要因素，將其分解為質(zhì)調(diào)回路和量調(diào)回路，針對(duì)不同回路實(shí)施單獨(dú)調(diào)節(jié)，可以形成均衡供熱的效果。

2.2 搭建供熱系統(tǒng)節(jié)能控制平臺(tái)

在節(jié)能控制系統(tǒng)中需要重點(diǎn)針對(duì)節(jié)能控制裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)具體的供熱需求可以將PLC技術(shù)平臺(tái)作為控制系統(tǒng)，利用GPRS技術(shù)完成通信，利用觸摸屏技術(shù)保證人機(jī)能夠形成有效互動(dòng)。通過該種節(jié)能控制方式能夠提升操作的便利性，減輕后續(xù)維護(hù)難度，確保數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)間斷，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，投入成本較低。

2.3 形成供熱系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)控設(shè)計(jì)方案

第一，明確監(jiān)控方案的設(shè)計(jì)路線。在對(duì)節(jié)能監(jiān)控方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)需求、系統(tǒng)功能以及軟硬件開發(fā)等環(huán)節(jié)實(shí)施重點(diǎn)考慮，利用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)監(jiān)控裝置進(jìn)行開發(fā)和優(yōu)化。同時(shí)制定節(jié)能控制算法，能夠針對(duì)供熱負(fù)荷實(shí)施預(yù)報(bào)，并結(jié)和預(yù)報(bào)的結(jié)果下發(fā)相應(yīng)的調(diào)節(jié)指令。使用組態(tài)軟件對(duì)監(jiān)控中心的軟件實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成以無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)的監(jiān)控中心，在安裝軟件和硬件后對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，檢驗(yàn)監(jiān)控中心的應(yīng)用功能。

第二，形成節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。在對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)按照實(shí)用性原則、可靠性原則、先進(jìn)性原則以及擴(kuò)展性原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保能夠強(qiáng)化供熱系統(tǒng)的管理效率，落實(shí)模塊化設(shè)計(jì)理念，為后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)維護(hù)提供重要幫助和參考。節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)主要包括3層，分別為現(xiàn)場(chǎng)、上位機(jī)以及遠(yuǎn)程3個(gè)方面，3層負(fù)責(zé)的功能分別為控制功能、管理功能和監(jiān)控功能?，F(xiàn)場(chǎng)控制主要針對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行人工干預(yù)和調(diào)節(jié)，上位機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)收集到的工作數(shù)據(jù)實(shí)施計(jì)算，在完成計(jì)算后下達(dá)控制指令，監(jiān)控中心則向客戶端發(fā)布數(shù)據(jù)，對(duì)遠(yuǎn)程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[2]。

3 智能建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能控制裝置設(shè)計(jì)

3.1 供熱系統(tǒng)節(jié)能控制裝置功能

節(jié)能控制裝置主要包括5點(diǎn)功能：第一，監(jiān)測(cè)供熱工況。針對(duì)一級(jí)和二級(jí)網(wǎng)的供回水溫度參數(shù)、壓力參數(shù)、流量參數(shù)、溫度參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解具體的工作環(huán)境情況。第二，控制供熱負(fù)荷。結(jié)合監(jiān)控中心下達(dá)的負(fù)荷控制參數(shù)，針對(duì)二級(jí)網(wǎng)實(shí)施熱負(fù)荷的管控。第三，數(shù)據(jù)通訊。利用信息技術(shù)將所收集數(shù)據(jù)信息傳遞給監(jiān)控中心，接收監(jiān)控中心質(zhì)量，形成數(shù)據(jù)通訊模式，可以及時(shí)對(duì)供熱情況進(jìn)行調(diào)整。第四，故障報(bào)警和故障處理。對(duì)供熱過程中的參數(shù)進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)異常問題應(yīng)當(dāng)及時(shí)報(bào)警，對(duì)報(bào)警信息處理，確?？梢约皶r(shí)處理供熱系統(tǒng)內(nèi)的故障問題，保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。第五，控制補(bǔ)水泵。根據(jù)壓力闕值時(shí)補(bǔ)水，當(dāng)壓力確實(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后關(guān)閉設(shè)備。

3.2 供熱系統(tǒng)節(jié)能控制裝置硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)中PLC硬件設(shè)計(jì)是極其關(guān)鍵的，具有較好的穩(wěn)定性，出現(xiàn)故障的幾率也較低，是工業(yè)活動(dòng)中較為常用的控制器類型。在PLC硬件中模擬量輸入包括一級(jí)網(wǎng)以及二級(jí)網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，如供回水溫度參數(shù)、壓力參數(shù)等，PLC模塊數(shù)量為2塊，模擬量輸出包括閥門開度循環(huán)水泵、變頻器頻率等，PLC模塊數(shù)量為1塊。開關(guān)量輸入為自動(dòng)控制以及手動(dòng)控制切換，輸出為補(bǔ)水泵啟停，PLC模塊數(shù)量為1塊。GPRS硬件設(shè)計(jì)是一種以GSM系統(tǒng)為基礎(chǔ)的無線分組交換技術(shù)，能夠在遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸過程中進(jìn)行應(yīng)用，讓熱力站以及供熱系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)得到有效傳遞。

3.3 供熱系統(tǒng)節(jié)能控制裝置軟件設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)PLC軟件對(duì)循環(huán)流程進(jìn)行優(yōu)化，先對(duì)寄存器進(jìn)行初始化處理，啟動(dòng)報(bào)警功能，如果發(fā)現(xiàn)異常問題可以及時(shí)對(duì)報(bào)警問題進(jìn)行處理，采集供熱參數(shù)，利用通訊技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，結(jié)合負(fù)荷預(yù)報(bào)的結(jié)果對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施管控。GPRS軟件應(yīng)當(dāng)先建立數(shù)據(jù)服務(wù)中心，架設(shè)在計(jì)算機(jī)上，之后設(shè)置相關(guān)參數(shù)，包括移動(dòng)服務(wù)中心、數(shù)據(jù)服務(wù)中心以及數(shù)據(jù)終端單元設(shè)置等。對(duì)GPRS DTU進(jìn)行重啟，在其和DSC之間形成連接，即可完成通訊。

4 智能建筑供熱系統(tǒng)節(jié)能控制措施

4.1 提高操作技術(shù)性

4.1.1 回收冷凝水熱量，調(diào)節(jié)鍋爐風(fēng)量

在對(duì)能源進(jìn)行控制時(shí)應(yīng)當(dāng)確保燃料能夠得到充分燃燒，發(fā)揮能源自身的價(jià)值和效益，可以有效避免出現(xiàn)能源浪費(fèi)的問題。第一，回收冷凝水熱量，這是保證燃料可以充分燃燒的重要方式，提升熱能的利用效率，形成回收再利用的模式。智能建筑在供熱系統(tǒng)建設(shè)過程中鍋爐是主要的裝置，在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過程中燃?xì)鈱儆谥饕娜剂项愋停?dāng)燃?xì)庠谌紵髸?huì)形成水和二氧化碳，這些物質(zhì)會(huì)通過排煙系統(tǒng)排放到外界空氣中，其中水蒸氣內(nèi)含有較多的熱能也會(huì)排放出去，沒有對(duì)熱量進(jìn)行合理利用， 出現(xiàn)了能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇使用燃?xì)忮仩t冷凝式換熱器，對(duì)高溫水蒸氣實(shí)施冷凝處理，對(duì)其中所含有的熱量進(jìn)行回收，能夠形成熱循環(huán)模式，還可以控制煙氣的排放規(guī)模，有利于提高環(huán)境保護(hù)效果和質(zhì)量[3]。第二，調(diào)節(jié)風(fēng)量。在燃料燃燒時(shí)應(yīng)利用氧氣進(jìn)行助燃，燃料和氧氣接觸面積大則能夠提升燃料燃燒的充分率，反之則會(huì)影響到燃料燃燒效益。為了能夠加快燃料燃燒，應(yīng)當(dāng)增加送風(fēng)量，能夠有效提升燃燒的效率水平，讓供熱系統(tǒng)可以做到持續(xù)供熱，在滿足供熱需求的同時(shí)減少能源浪費(fèi)。

4.1.2 軟化水質(zhì)

在水中含有較多的鈣離子以及鎂離子，當(dāng)鍋爐在進(jìn)行循環(huán)加熱時(shí)會(huì)出現(xiàn)碳酸鈣或者碳酸鎂這一類物質(zhì)，鍋爐長(zhǎng)期應(yīng)用會(huì)在鍋桶以及管道壁燈位置附著大量的水垢，使得管道以及鍋爐內(nèi)的容積出現(xiàn)被占用的現(xiàn)象，影響傳熱效果，使得常用熱阻有所增加，鍋爐發(fā)熱量下降。研究數(shù)據(jù)表明，如果水垢厚度為1 mm，熱量損耗會(huì)上升3%，為了能夠避免熱量損耗問題的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)對(duì)水垢問題進(jìn)行處理。其中軟化水質(zhì)是避免大量水垢出現(xiàn)的有效方式，可以選擇鈉離子逆流再生交換器，或者向鍋爐水內(nèi)放置合適的藥物，均能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行軟化處理，避免大量水垢附著在鍋爐壁內(nèi)。如果鍋爐的規(guī)模屬于大中型，在進(jìn)行處理時(shí)可以選擇真空除氧法，能夠減少燃料的使用，還能夠控制煙霧排放量。在軟化中先在生水內(nèi)加入氯化鈉形成鹽水，通過鹽泵進(jìn)入交換器，之后進(jìn)入軟化箱，通過軟化泵進(jìn)入脫氧器，最終利用上水泵進(jìn)入鍋爐。在對(duì)回水實(shí)施處理以后也可以將其加入到軟水系統(tǒng)內(nèi)。

4.2 完善供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制機(jī)制

在智能建筑在供熱時(shí)需要使用到鍋爐裝置，是供熱系統(tǒng)應(yīng)用的過程中最為主要的裝置之一。隨著自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，在鍋爐運(yùn)行過程中也開始融入了自動(dòng)化技術(shù)，提升了運(yùn)行效率，能夠達(dá)到微機(jī)控制的目標(biāo)，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即可針對(duì)燃?xì)忮仩t進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，保證燃?xì)忮仩t可以處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)還能夠?qū)嵯到y(tǒng)中的其他數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，包括溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)等。通過對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集能夠評(píng)估出鍋爐的運(yùn)行情況，了解鍋爐熱負(fù)荷水平，及時(shí)針對(duì)負(fù)荷實(shí)施調(diào)整，確保能夠滿足具體的供熱需求，達(dá)到集中管控?zé)嵩吹哪康?。自?dòng)化技術(shù)讓供熱系統(tǒng)運(yùn)行變得更加合理和科學(xué)，不僅可以減少能源的浪費(fèi)，同時(shí)也能夠避免鍋爐出現(xiàn)使用負(fù)載過大的現(xiàn)象，延長(zhǎng)了鍋爐的使用壽命。

4.3 做好供熱系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)

供熱系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)較多的問題，如果沒有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，很有可能會(huì)使供熱系統(tǒng)出現(xiàn)突發(fā)故障，從而影響智能建筑的供熱效果，影響人們的居住體驗(yàn)。因此應(yīng)當(dāng)制定合適的維護(hù)和保養(yǎng)策略，為供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

4.3.1 清理積灰

在供暖時(shí)鍋爐需要使用大量的燃料，在燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生積灰，長(zhǎng)期沒有對(duì)積灰進(jìn)行清理，會(huì)影響產(chǎn)熱效率。為了避免積灰給鍋爐運(yùn)行帶來影響，應(yīng)當(dāng)定期對(duì)積灰進(jìn)行清理，選擇合適的清灰劑即可完成積灰清理工作。在清理積灰的過程中可以使用噴槍作為工具，通過壓縮空氣的方式讓清灰劑可以進(jìn)入到鍋爐的內(nèi)部位置。清灰劑燃燒20 min即可完成積灰清理，增加鍋爐的受熱面積，避免出現(xiàn)熱損耗過多的現(xiàn)象。

4.3.2 做好保養(yǎng)措施

鍋爐作業(yè)環(huán)境較為特殊，始終處于溫度較高的環(huán)境下，使得鍋爐以及供熱系統(tǒng)會(huì)散發(fā)熱量，使得熱損失量有所增加。應(yīng)當(dāng)重視針對(duì)這一部分熱能進(jìn)行收集，對(duì)其實(shí)施合理利用，相關(guān)人員可以選擇針對(duì)鍋爐以及管道實(shí)施保溫處理，形成保溫層，避免熱能流失。定期檢查鍋爐管道網(wǎng)絡(luò)，觀察是否出現(xiàn)了閥門漏水的現(xiàn)象，及時(shí)對(duì)漏水問題實(shí)施處理，確保熱力管網(wǎng)能夠具有較好的絕熱性能。在集氣罐排氣的過程中應(yīng)當(dāng)選擇自動(dòng)排氣閥門，能夠有效避免出現(xiàn)放水問題。定期檢查供熱系統(tǒng)內(nèi)的接頭裝置或者閥門裝置，避免出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

4.4 加強(qiáng)節(jié)能管理質(zhì)量

在技術(shù)管理過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行完善，重點(diǎn)對(duì)取樣裝置以及水質(zhì)化驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)施規(guī)范，保證可以及時(shí)了解鍋爐內(nèi)的水質(zhì)情況。除去技術(shù)方面外，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)職工形成節(jié)能意識(shí)，提升節(jié)能管理效果，為供熱系統(tǒng)后續(xù)的優(yōu)化提供重要幫助。

5 結(jié)語

建筑行業(yè)一直以來是能源消耗量較大的行業(yè)，在新環(huán)境下建筑行業(yè)內(nèi)形成了綠色建筑模式，提升建筑智能化水平的同時(shí)落實(shí)節(jié)能減排政策，確保能夠建設(shè)符合環(huán)保要求的建筑。供熱系統(tǒng)是智能建筑建設(shè)過程中的關(guān)鍵系統(tǒng)，可以對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是相應(yīng)的也會(huì)出現(xiàn)能源浪費(fèi)和消耗量大的問題，因此應(yīng)當(dāng)形成良好的節(jié)能意識(shí)，重點(diǎn)針對(duì)供熱系統(tǒng)實(shí)施節(jié)能控制。在節(jié)能控制中應(yīng)打造節(jié)能控制平臺(tái)和合理的控制方案，優(yōu)化節(jié)能控制裝置設(shè)計(jì)，在具體的節(jié)能控制中及時(shí)回收冷凝水熱量，調(diào)節(jié)鍋爐風(fēng)量，完善供熱系統(tǒng)自動(dòng)化控制機(jī)制，做好供熱系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)，確保供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，落實(shí)節(jié)能減排要求。

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