基于分時(shí)分區(qū)的供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)研究

摘 要：文章通過(guò)對(duì)某建筑群冬季供熱系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出分時(shí)分區(qū)控制方式，通過(guò)測(cè)驗(yàn)刮析該系統(tǒng)的溫度變化情況沉、流量變化情況以及節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：供熱系統(tǒng);分時(shí)分區(qū)控制;溫度：流量;節(jié)能

中圖法分類(lèi)號(hào)：TU995文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

１ 引言

現(xiàn)階段，隨著綠色環(huán)保理念的不斷推行，節(jié)能降耗改造已成為各行業(yè)發(fā)展的必然路徑。供熱作為北方地區(qū)冬季民生保障，其需要耗費(fèi)大量能源，對(duì)此研究一種低能耗綠色供熱系統(tǒng)對(duì)我國(guó)可持續(xù)社會(huì)的發(fā)展有著重要意義［１］ 。分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)是當(dāng)前一種新型供熱調(diào)節(jié)方式，該系統(tǒng)的應(yīng)用雖然能夠降低能耗，但對(duì)室內(nèi)溫度有較大影響，因此根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行深入剖析并建立合理的分時(shí)分區(qū)供熱方案也是降低供熱能源消耗的關(guān)鍵［２］ 。

２ 工程概況

本文對(duì)某地區(qū)建筑群進(jìn)行分析，而分時(shí)分區(qū)控制對(duì)象主要針對(duì)建筑群中的８＃辦公樓進(jìn)行研究。該辦公樓共８ 層， 層高為３ ｍ， 建筑總面積為１３ ２６５ｍ２，窗墻比約２２％，在白天辦公時(shí)，１ ～７ 層辦公室內(nèi)溫度需要控制在１８℃ 以上，８ 層作為資料儲(chǔ)藏室溫度需要控制在８℃ 以上，整個(gè)辦公樓工作時(shí)間為９：００到１７：００。整個(gè)建筑供暖周期以某地區(qū)常規(guī)供暖時(shí)間為準(zhǔn)，具體為當(dāng)年１１ 月１ 日～次年３ 月３１ 日，具體供暖時(shí)間可根據(jù)天氣進(jìn)行適當(dāng)更改。該建筑群冬季供暖主要以區(qū)域內(nèi)鍋爐房集中供熱系統(tǒng)為主，并且在每棟樓熱力入口處均裝有熱量計(jì)量表，以記錄建筑熱力供應(yīng)情況。

３ 分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及測(cè)試方案

本次分時(shí)分區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要針對(duì)該建筑，整個(gè)系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)區(qū)域熱負(fù)荷情況進(jìn)行分時(shí)分區(qū)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑各區(qū)末端的人工調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)主要由集中監(jiān)控中心、分時(shí)分區(qū)控制箱、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與其執(zhí)行器、壓力傳感器、溫度傳感器以及流量計(jì)構(gòu)成。

系統(tǒng)具體的設(shè)置方案為在樓前熱力入口回水管以及８ 樓熱力入口回水管處裝有溫度傳感器，并在后邊接入電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。之后根據(jù)建筑的需求設(shè)置電動(dòng)閥的開(kāi)閉時(shí)間，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置保護(hù)溫度，在電動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)段，若回水管上溫度傳感器所傳回的溫度大于設(shè)定的保護(hù)溫度值，則閥門(mén)不動(dòng)作，否則閥門(mén)開(kāi)啟，達(dá)到設(shè)定開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)后自動(dòng)關(guān)閉。

根據(jù)某地區(qū)建筑群８＃辦公樓的供暖需求，本次設(shè)計(jì)分時(shí)分區(qū)控制系統(tǒng)主要分為４ 個(gè)工況，具體如下：Ａ工況設(shè)置在２０２２ 年１１ 月１５ 日～２０２２ 年１１ 月２７ 日，該工況下整棟樓供熱閥門(mén)全部開(kāi)啟；Ｂ 工況設(shè)置在２０２２ 年１１ 月２８ 日～ ２０２２ 年１２ 月１０ 日，該工況下１～７ 樓供熱閥門(mén)在每日２０：００～次日４：００ 時(shí)段關(guān)閉，８ 樓閥門(mén)在１８：００ 到次日６：００ 時(shí)段關(guān)閉，保護(hù)溫度設(shè)置為３０℃；Ｃ 工況設(shè)置在２０２２ 年１ 月１０ 日～２０２３ 年１ 月３０ 日，該工況下１～７ 樓供熱閥門(mén)在每日２１：００ 到次日３：００ 時(shí)段關(guān)閉，８ 樓閥門(mén)在１９：００ 到次日５：００時(shí)段關(guān)閉，保護(hù)溫度設(shè)置為３０℃；Ｄ 工況設(shè)置在２０２３年３ 月１１ 日～２０２３ 年３ 月１３ 日，該工況下１～７ 樓供熱閥門(mén)在每日２０：００～次日４：００ 時(shí)段關(guān)閉，８ 樓閥門(mén)在１８：００～次日６：００ 時(shí)段關(guān)閉，４：００～８：３０ 時(shí)段系統(tǒng)循環(huán)調(diào)節(jié)其他樓供熱流量，分別記錄每個(gè)工況下的室內(nèi)溫度以及消耗熱量和辦公樓供熱流量。

４ 分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)下室內(nèi)溫度變化規(guī)律

分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)主要通過(guò)控制供熱閥門(mén)實(shí)現(xiàn)的，此方式會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度出現(xiàn)較大的波動(dòng)，進(jìn)而可能影響人們?cè)谑覂?nèi)的居住、辦公質(zhì)量。因此，對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行分析是極其有必要的。供暖中期室外溫度相對(duì)較低，因此本次研究主要在供暖中期對(duì)某個(gè)房間溫度進(jìn)行分析，由于７ 樓最邊的大會(huì)議室日常溫度較低，將該房間作為本次分析的典型房間。

在分時(shí)段控制下，溫度測(cè)驗(yàn)時(shí)間主要選用２０２３年１ 月８ 日１７：００～２０２３ 年１ 月９ 日１７：００ 以及２０２３年１ 月２７ 日１７：００～２０２３ 年１ 月２８ 日１７：００ 時(shí)段，具體室內(nèi)溫度變化情況如圖１ 所示。

由圖１ 可知，在辦公樓應(yīng)用分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)時(shí)，室內(nèi)溫度會(huì)由于夜間閥門(mén)的關(guān)閉而逐漸下降，在早上供熱閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，室內(nèi)溫度會(huì)逐步上升。由圖可知，在測(cè)試時(shí)段內(nèi)，２ 個(gè)典型日室內(nèi)溫度在夜間平均降低３．９℃，其中在２０２３ 年１ 月２７ 日１７：００～２０２３ 年１月２８ 日１７：００ 時(shí)段最大下降溫度為４．４℃。２ 個(gè)典型日在４：００～９：００ 溫度平均升高３．８℃，９：００ 測(cè)試溫度最低在１ 月２８ 日，此時(shí)溫度為１８．３℃，滿(mǎn)足室內(nèi)１８℃的要求。由此可見(jiàn)，分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)的應(yīng)用能夠使建筑在正常使用時(shí)段保持足夠的溫度。

５ 分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)下流量變化情況分析

本次研究從Ａ，Ｂ，Ｃ ３ 個(gè)工況下各選取一個(gè)典型日，對(duì)該日的流量變化進(jìn)行分析，具體結(jié)果如圖２所示。

由圖２ 可知，在Ａ 工況下，典型日１１ 月２１ 日的２４ ｈ 流量相對(duì)較為穩(wěn)定，這主要是由于該工況主要采用連續(xù)供熱方式進(jìn)行供熱；在Ｂ，Ｃ 工況下，辦公樓內(nèi)白天辦公樓內(nèi)流量變化較為穩(wěn)定，而夜間流量基本為０，由于Ｂ，Ｃ 工況下主要在白天時(shí)段進(jìn)行供暖，夜間關(guān)閉閥門(mén)停止供暖，其中Ｂ 工況相較Ｃ 工況流量較低，這主要是由于Ｃ 工況處于嚴(yán)寒期，此段時(shí)間室外溫度相對(duì)較低，為了保障白天室內(nèi)溫度能夠達(dá)到辦公需求，同時(shí)還要避免管路凍結(jié)，需要提高供熱流量。Ｂ，Ｃ工況下在閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，管路內(nèi)流量瞬間增大后再下降，這主要是由于夜間室內(nèi)溫度相對(duì)較低，室內(nèi)溫度與供水溫度相差較大，進(jìn)而導(dǎo)致此時(shí)流量比正常時(shí)段大，這也和建筑熱負(fù)荷變化情況相吻合。由此可見(jiàn)，在分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)應(yīng)用下，整個(gè)建筑供熱流量也相對(duì)穩(wěn)定，能夠保證供熱設(shè)備的健康穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

６ 分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)下耗能情況分析

在實(shí)際耗能情況測(cè)試過(guò)程中，不同時(shí)間點(diǎn)的室內(nèi)溫度和室外溫度有著較大的不同，因此測(cè)試結(jié)果會(huì)受到較大的影響，此情況下，為了更好地分析分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)的耗能情況，需要消除天氣溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，因此本次研究對(duì)４ 種工況的耗熱量數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)修正，以確保４ 種工況下耗能數(shù)值具有可比性。本次研究中室內(nèi)溫度是按照１８℃條件設(shè)計(jì)的，室外溫度以該地區(qū)某工況時(shí)段下的平均溫度為主，依據(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》ＪＧＪ?２０１８［３］ ，某地區(qū)采暖期室外平均溫度為０．１℃，修正后各工況下日均耗熱量以及節(jié)能結(jié)果如表１ 所列，Ａ 工況下不同時(shí)段能耗占比情況如圖３ 所示。

由圖３ 可知，Ａ 工況下２０：００～４：００ 時(shí)段內(nèi)供熱系統(tǒng)耗熱量占據(jù)正耗熱量的３２％，這也表明該辦公建設(shè)具有較大的節(jié)能潛力。

由表１ 可知，相比較Ａ 工況而言，Ｂ，Ｃ，Ｄ ３ 種工況下所耗費(fèi)的能量都相對(duì)較低，因此將分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)應(yīng)用在該辦公樓中，具有良好的節(jié)能效果。其中，在Ｂ 工況下節(jié)能效果最佳，Ｃ 工況耗能相比較Ｂ工況高主要是由于所有調(diào)節(jié)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)間少了２ 個(gè)小時(shí)。Ｄ 工況耗能相比較Ｂ 工況高主要是由于在４：００～８：３０ 時(shí)段系統(tǒng)循環(huán)調(diào)節(jié)其他樓供熱流量，這也使辦公樓在此階段獲取更大的供熱流量，進(jìn)而有助于提高辦公室溫度。

因此，利用分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)能夠有效降低供熱能耗，對(duì)降低供熱成本有著重要的作用。

７ 結(jié)論

（１）對(duì)分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)應(yīng)用建筑進(jìn)行分析，其中１～７ 層為辦公區(qū)域，每日９：００～１７：００ 溫度控制在１８℃以上，８ 層溫度控制在８℃以上。

（２）根據(jù)某地區(qū)建筑群辦公樓的實(shí)際情況，建立分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)，并根據(jù)不同需求提出不同的供暖方式，進(jìn)而形成４ 種工況。

（３）在分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)應(yīng)用下對(duì)建筑室內(nèi)溫度進(jìn)行分析，研究表明風(fēng)濕分區(qū)供熱系統(tǒng)下建筑在白天使用時(shí)段室內(nèi)溫度能夠保持在１８℃以上，滿(mǎn)足工作溫度需求。

（４）在分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)應(yīng)用下，供熱流量相對(duì)穩(wěn)定，這也表明分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)并不會(huì)對(duì)供熱設(shè)備和管路造成較大沖擊，進(jìn)而能夠確保系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間使用。

（５）分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)應(yīng)用能夠有效降低能耗，其中在Ｂ 工況下節(jié)能率達(dá)到３１．０６％，在最冷時(shí)段Ｃ工況下也能達(dá)到２０．６３％，這也表明分時(shí)分區(qū)供熱系統(tǒng)具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

劉奧博（ １９９４—）， 本科， 助理工程師， 研究方向： 供熱自控。