居住小區(qū)智慧供熱改造及節(jié)能效果分析

1 概述

我國(guó)建筑供暖能耗占建筑總能耗的60%以上

。在全面推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，智慧供熱成為中國(guó)城鎮(zhèn)供熱領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)

。對(duì)于智慧供熱解決方案的研究，主要面向特定區(qū)域、特定供熱環(huán)境，實(shí)現(xiàn)從熱源、熱網(wǎng)、熱力站到戶內(nèi)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通與共享

。因此，建立智慧供熱監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)室內(nèi)溫度以及熱網(wǎng)壓力、流量、溫度等參數(shù)實(shí)施集中監(jiān)測(cè)與管理，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控和智慧化運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)智慧供熱的途徑

。本文以北京市某小區(qū)為例，介紹智慧供熱改造與主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容，分析改造效果。

2 項(xiàng)目概況

某居住小區(qū)位于北京市豐臺(tái)區(qū)，建設(shè)年代為2012年，2013年投入使用。小區(qū)共有9棟樓，除5號(hào)樓(公共建筑)、8號(hào)樓(配電室)外，其他樓均為居住建筑。智慧供熱改造僅涉及居住建筑。

小區(qū)總供熱面積為138 972 m

，1 600戶住戶，采用市政集中供熱，設(shè)計(jì)供、回水溫度為85、60 ℃。供熱系統(tǒng)分高區(qū)、低區(qū)系統(tǒng)，分別配備循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、換熱器。改造前熱力站根據(jù)氣候補(bǔ)償器監(jiān)測(cè)的室外溫度，采用PID方式調(diào)節(jié)供水溫度，循環(huán)泵采用定壓差變頻控制。各樓熱力入口安裝靜態(tài)壓差平衡閥，通過測(cè)溫槍、便攜式流量計(jì)等裝置輔助人工調(diào)節(jié)。

3 智慧供熱改造與主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

3.1 智慧供熱改造內(nèi)容

于2019年9月11日開始智慧供熱改造，2019年11月20日進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)智慧供熱，項(xiàng)目組利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，設(shè)計(jì)了一種熱負(fù)荷動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，進(jìn)行中短期熱負(fù)荷預(yù)測(cè)。實(shí)現(xiàn)了熱負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與負(fù)荷評(píng)估，可針對(duì)安全、環(huán)保、能效、成本、熱舒適度等多項(xiàng)指標(biāo)實(shí)施優(yōu)化。

220 Salsalate alleviates hyperglycemia by inhibiting endoplasmic reticulum stress in high fat diet induced obese mice

智慧供熱系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：調(diào)控過程不需要人工參與，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際室內(nèi)溫度與設(shè)定室內(nèi)溫度偏差在±1 ℃以內(nèi)，確保用戶室內(nèi)溫度平穩(wěn)，提升熱舒適度。熱力站及熱力入口平衡度、溫度、壓力、流量，用戶室內(nèi)溫度等數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)展示并連續(xù)記錄。具備數(shù)據(jù)報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)供熱服務(wù)從被動(dòng)處置向主動(dòng)干預(yù)轉(zhuǎn)變。

(3)二疊系。測(cè)區(qū)二疊系發(fā)育齊全，出露較好，分布于東部鷓鴣江湘桂鐵路以南—三門江林場(chǎng)、六座—大塘口—河表—通天巖一帶及北部柳城鳳山一帶，面積約52.93 km2，約占測(cè)區(qū)面積的6.2%。二疊系除馬平組上部屬下統(tǒng)外，以上的地層劃分為中統(tǒng)、上統(tǒng)，五個(gè)組，八個(gè)段。

在裝置改造的基礎(chǔ)上建立監(jiān)控平臺(tái)，根據(jù)建筑物儲(chǔ)散熱特征、天氣因素、用戶用熱特征等預(yù)測(cè)用熱量。主要調(diào)控步驟：第1步：根據(jù)建筑物特性、歷史數(shù)據(jù)，以及熱力入口流量、回水溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥初調(diào)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)熱網(wǎng)的初步平衡以及設(shè)定循環(huán)泵為定壓差運(yùn)行。第2步：綜合考慮用戶設(shè)定溫度、短期熱負(fù)荷預(yù)測(cè)等因素測(cè)算換熱器一級(jí)側(cè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度，并下發(fā)相對(duì)開度指令。第3步：熱力入口動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)設(shè)定壓差和用熱需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，循環(huán)泵根據(jù)壓差進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。第4步：監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)熱力入口動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開度、壓差、室內(nèi)溫度等進(jìn)行基于樓間平衡的優(yōu)化調(diào)節(jié)。

在裝置改造方面，在現(xiàn)有熱計(jì)量裝置基礎(chǔ)上，增設(shè)500個(gè)物聯(lián)網(wǎng)室溫傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度。物聯(lián)網(wǎng)室溫傳感器的安裝兼顧管網(wǎng)近端、中端、遠(yuǎn)端用戶，同一樓棟中分別選取頂、邊、中間、底層等代表位置。增設(shè)16套熱力入口動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，與循環(huán)泵進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。增設(shè)64個(gè)壓力傳感器與原熱力入口熱量表連接，從而實(shí)現(xiàn)熱力入口溫度、壓差精確控制。

3.2 主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

7號(hào)樓運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面見圖2。由7號(hào)樓運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面，可獲得7號(hào)樓3個(gè)單元高、低區(qū)系統(tǒng)的具體運(yùn)行情況。以7號(hào)樓1單元高區(qū)為例，可獲得本單元供回水溫度、供回水壓力、熱力入口動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥相對(duì)開度、瞬時(shí)流量、瞬時(shí)用熱量、累計(jì)流量、累計(jì)用熱量、室內(nèi)溫度等。

1號(hào)樓1～3單元室內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)界面見圖3。由1號(hào)樓1～3單元各戶室內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)界面，可獲得安裝物聯(lián)網(wǎng)室溫傳感器的住戶的室內(nèi)溫度，便于根據(jù)室內(nèi)溫度分析當(dāng)前供暖效果，監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度異常。

1號(hào)樓1單元高區(qū)運(yùn)行參數(shù)曲線界面見圖1。由1號(hào)樓1單元高區(qū)運(yùn)行參數(shù)曲線界面，可獲得高區(qū)回水溫度、熱力入口動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制狀態(tài)(手動(dòng)或自動(dòng)控制)、高區(qū)供水溫度、高區(qū)供回水平均溫度、熱力入口動(dòng)態(tài)壓差電動(dòng)調(diào)節(jié)閥相對(duì)開度等隨時(shí)間的變化。

落實(shí)以氣象預(yù)警信號(hào)為先導(dǎo)的氣象災(zāi)害聯(lián)動(dòng)工作機(jī)制,制定出臺(tái)《桐廬縣強(qiáng)對(duì)流天氣部門、鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)響應(yīng)機(jī)制》,規(guī)范氣象預(yù)警信息發(fā)布與傳播的流程和方式,建立氣象災(zāi)害分區(qū)預(yù)警發(fā)布平臺(tái)和工作流程,實(shí)施推進(jìn)氣象災(zāi)害全媒體發(fā)布工作,切實(shí)加強(qiáng)突發(fā)強(qiáng)天氣的應(yīng)對(duì)工作。

監(jiān)控平臺(tái)于2019年11月20日進(jìn)行調(diào)試和自學(xué)習(xí)，12月20日開始實(shí)施自動(dòng)調(diào)節(jié)。監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)前后某單元室內(nèi)溫度均方差隨時(shí)間的變化見圖4。由圖4可知，與監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)前相比，實(shí)施監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后，室內(nèi)溫度均方差變化范圍明顯收窄且均方差變小，說明實(shí)施監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后的室內(nèi)溫度更接近設(shè)定值，監(jiān)控平臺(tái)調(diào)節(jié)能力理想。

4 改造效果

自萊比錫大學(xué)分開后，蔡元培與但采爾十多年未見，想不到會(huì)因民族學(xué)會(huì)議而在異國(guó)相逢，雙方感到分外親切，談?wù)撟疃嗟膮s是民族學(xué)研究。但采爾告訴蔡元培，漢堡民族博物館有極豐富的民族學(xué)資料，并竭力邀請(qǐng)他去該校專研民族學(xué)。蔡元培對(duì)民族學(xué)研究本身就充滿熱情，德國(guó)漢堡有很好的研究條件，又有這么一位好友邀請(qǐng)，便愉快地答應(yīng)了。

此類橋墩裸露于大氣中，必然要長(zhǎng)期受到太陽輻射和氣溫變化的影響。由于外界環(huán)境的瞬變性以及混凝土結(jié)構(gòu)本身的導(dǎo)熱性能差，使得空心墩結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面形成了比較大的溫差，當(dāng)由此溫差產(chǎn)生的溫度變形受到約束的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。這種由溫差作用引起的溫度變形和溫度應(yīng)力稱為溫差效應(yīng)?，F(xiàn)有研究結(jié)果證明[2-3]，在薄壁空心高墩結(jié)構(gòu)中，日照溫差效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力有時(shí)與恒載、活載產(chǎn)生的應(yīng)力屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至使橋墩結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，影響橋梁的正常運(yùn)行。因此為了預(yù)防工程事故的發(fā)生，很有必要對(duì)薄壁空心墩結(jié)構(gòu)的溫差效應(yīng)進(jìn)行研究。

監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)前后某單元日最高室內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化見圖5。由圖5可知，監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)前日最高室內(nèi)溫度變化范圍為22.10～30.86 ℃，監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后日最高室內(nèi)溫度保持在25 ℃左右。說明監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)不僅可提高室內(nèi)熱舒適度，還有利于供暖系統(tǒng)節(jié)能。

將改造前供暖期(2016—2017年、2017—2018年、2018—2019年供暖期)用熱量以及改造后供暖期(2020—2021供暖期)用熱量，均折算為北京地區(qū)供暖期室外平均溫度-0.7 ℃、供暖室內(nèi)溫度20 ℃條件下進(jìn)行比較。由計(jì)算結(jié)果可知，改造前3個(gè)供暖期平均單位建筑面積用熱量為229.2 MJ/m

，改造后單位建筑面積用熱量為215.7 MJ/m

。智慧供熱改造后，供熱系統(tǒng)節(jié)能率為5.89%。

5 結(jié)論

① 與監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)前相比，實(shí)施監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后，室內(nèi)溫度均方差變化范圍明顯收窄。實(shí)施監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后的室內(nèi)溫度更接近設(shè)定值，監(jiān)控平臺(tái)調(diào)節(jié)能力理想。

② 監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)前日最高室內(nèi)溫度變化范圍為22.10～30.86 ℃，監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)后日最高室內(nèi)溫度保持在25 ℃左右。監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)調(diào)節(jié)不僅可提高室內(nèi)熱舒適度，還有利于供暖系統(tǒng)節(jié)能。

③ 智慧供熱改造后，供熱系統(tǒng)節(jié)能率為5.89%。

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