利用物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥實現(xiàn)二網(wǎng)自動平衡的應(yīng)用

李智勇， 于 桐

（承德熱力集團有限責(zé)任公司， 河北 承德 067000）

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的飛速發(fā)展，人們對于生活質(zhì)量和舒適性的要求不斷提高，供熱行業(yè)也不斷提高供熱質(zhì)量，以滿足人們對舒適性和節(jié)能性的要求。供熱行業(yè)雖然在鍋爐、換熱器設(shè)備的熱效率和樓體、管道保溫等方面顯著提升了節(jié)能效果，但在二網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)方面，仍有較大的節(jié)能空間。當(dāng)前供熱系統(tǒng)大多采用人工手動調(diào)節(jié)方式，導(dǎo)致我國目前集中供熱系統(tǒng)中水力平衡調(diào)整耗時長、難度大，造成某些用戶室溫過熱、某些用戶室溫不達標(biāo)。為了解決以上問題，熱力站不得不增大二次網(wǎng)循環(huán)泵流量或提高整個二次網(wǎng)供熱溫度，從而導(dǎo)致熱能和輸配電耗的浪費。與人工調(diào)節(jié)及加裝自力式平衡閥相比，利用物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥實現(xiàn)二次網(wǎng)自動平衡，可極大地減少管網(wǎng)調(diào)平工作量，并取得更加理想的效果[1-2]。

1 二次網(wǎng)水力平衡現(xiàn)狀分析

目前，供熱系統(tǒng)普遍存在不同程度的水力失調(diào)現(xiàn)象，再加上水泵選型偏大造成水泵運行偏離工作點等原因，導(dǎo)致水系統(tǒng)處于大流量、小溫差的運行工況，不同遠近的用戶，室溫冷熱不均現(xiàn)象嚴(yán)重，水泵運行效率低、耗電高。

二網(wǎng)水力失衡的原因很多，主要原因有：系統(tǒng)設(shè)計理論計算偏離實際工況、安裝過程中未按設(shè)計要求施工以及運行人員維護不當(dāng)、未及時調(diào)整各分支閥門等。

目前，供熱系統(tǒng)主要采取以下方法調(diào)整二次網(wǎng)水力平衡。

1）手動閥門調(diào)節(jié)。這是目前換熱站運營人員常用的調(diào)節(jié)方法。按照供回水溫差平衡法，對每個分支、單元的供回水溫度進行測量，手動調(diào)節(jié)各分支閥門開度，直至各分支回水溫度一致。僅使用溫槍對管道測溫，人工調(diào)節(jié)閥門。由于需要大量人力，多次反復(fù)調(diào)節(jié)，不同人和溫槍造成的溫差較大，因此，需要幾天甚至幾周才能全部調(diào)整一次，所用時間較長，調(diào)平效果也有限。

2）加裝自力式平衡閥。通過使用自力式流量平衡閥、自力式壓差平衡閥保持系統(tǒng)流量或閥門兩端壓差不變，以實現(xiàn)管網(wǎng)調(diào)平的目的。但自力式平衡閥存在阻力大、循環(huán)泵電耗高、易堵塞損壞等問題。

3）自動調(diào)節(jié)。利用上位機平臺軟件，制定調(diào)控策略，通過加裝電動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)對分支、單元入口閥門的遠程調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動調(diào)整管網(wǎng)水力平衡。

2 利用物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥實現(xiàn)二網(wǎng)自動平衡調(diào)整解決方案

物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥具有流通能力大、低阻力、測溫精準(zhǔn)、調(diào)節(jié)精度高、可通過遠程控制調(diào)節(jié)等特點[3]，不僅能降低人工成本，解決了自力式平衡閥存在的種種問題，而且實現(xiàn)了整個供熱系統(tǒng)的過程管理和運行管理，提高了供熱系統(tǒng)的管理效率，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的整體節(jié)能，為熱力公司徹底解決室溫冷熱不均問題提供了切實可行的物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥技術(shù)方案，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥技術(shù)方案

2.1 建立上位機自動調(diào)控系統(tǒng)

建立基于物聯(lián)網(wǎng)、云平臺大數(shù)據(jù)分析計算和AI自學(xué)習(xí)等技術(shù)的智慧供熱管理平臺，依托互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)各環(huán)節(jié)信息共享，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)全面透徹的信息化管理。通過智能融合回水溫度、室內(nèi)溫度和氣象參數(shù)變化等，實現(xiàn)二次網(wǎng)供需平衡，達到按需供熱、按需用熱、節(jié)能減排的效果。平臺內(nèi)置回溫平衡、室溫平衡兩種平衡調(diào)控策略?；販仄胶饣诨厮疁囟绕胶夥叭W(wǎng)平衡控制的理念，調(diào)整各分支閥門開度，直至各分支回水溫度趨于一致。室溫平衡策略基于各室溫采集點數(shù)據(jù)，通過對比各點室溫偏差，云平臺智能計算分析下發(fā)閥門開度調(diào)節(jié)指令，使各室溫監(jiān)測點溫度趨于一致。最終實現(xiàn)二次網(wǎng)樓與樓之間、單元與單元之間的溫度平衡，徹底解決二次網(wǎng)溫度失調(diào)問題。

2.2 以單元為單位裝閥

在集中供熱二次網(wǎng)系統(tǒng)中，以單元為單位安裝物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥，根據(jù)閥門的供電方式，可選擇居民電源供電或電池供電的單元物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥，安裝于各單元回水管?？勺詣诱{(diào)節(jié)二次網(wǎng)溫度平衡，閥門內(nèi)置高精度溫度傳感器，可對回水溫度進行實時監(jiān)控。此外，閥門還可以連接供回水雙溫雙壓傳感，適用于二網(wǎng)系統(tǒng)的末端，通過監(jiān)測系統(tǒng)末端的資用壓頭和供回水溫差，直觀了解到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對換熱站運行提供了有力的數(shù)據(jù)參考依據(jù)，而不再局限于供熱管理人員的經(jīng)驗判斷。

2.3 建立室溫采集系統(tǒng)

設(shè)置室溫采集點，室溫測控終端作為監(jiān)測端，負責(zé)采集熱用戶的室內(nèi)溫度，可以通過智慧供熱管理平臺結(jié)合室溫數(shù)據(jù)對末端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行統(tǒng)一調(diào)控，通過加入室溫數(shù)據(jù)可以對二網(wǎng)平衡做出更精細化的調(diào)節(jié)[4]。同時，可對用戶室溫歷史數(shù)據(jù)曲線進行分析，確定室溫是否存在問題。

3 物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥應(yīng)用實例

2021 年，承德熱力集團選取2 座換熱站在二次網(wǎng)中安裝了物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥，同時，建立了配套的智能調(diào)控系統(tǒng)和室溫采集系統(tǒng)。其中，紫塞桃園站低環(huán)涉及面積5.18 萬m2，建筑節(jié)能等級均為四步節(jié)能建筑，均采用散熱器供熱。物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥安裝于各樓樓道立管回水主管道，安裝5 套DN40、3 套DN50 和20 套DN65 物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥。設(shè)置室溫采集點168 個。

3.1 應(yīng)用效果

3.1.1 各單元之間回溫趨于一致

如圖2 所示，平衡閥使用前，各單元回溫偏差較大，存在部分單元回溫較低或過高，管網(wǎng)平衡性較差，各單元最高相差10.22 ℃。

圖2 紫塞桃園站使用平衡閥前各單元回溫

如圖3 所示，平衡閥使用后，各單元回溫趨于平衡，各單元最大回溫偏差降至1.36 ℃，管網(wǎng)平衡度得到大幅提升。

圖3 紫塞桃園站使用平衡閥后各單元回溫

使用平衡閥后，無需頻繁地對各分支閥門進行手動調(diào)整開度來控制回水溫度。如個別單元出現(xiàn)調(diào)節(jié)超限情況，調(diào)整單元閥開度后，物聯(lián)網(wǎng)平衡閥恢復(fù)正常工作狀態(tài)。使用平衡閥后，各單元回水溫度均趨近于設(shè)定回溫[5-8]。

3.1.2 用戶端室溫更加均衡

紫塞桃園站用戶端平均室溫21.2 ℃，較去年同期持平。使用平衡閥前，對最不利環(huán)路用戶測溫，平均室溫為19.2 ℃。使用平衡閥后，單元回溫趨近平均回溫，對用戶測溫，平均室溫為20.6 ℃，較之前提升1.4 ℃。距站較近的單元回水溫度較高，用戶端平均室溫為22.4 ℃。使用平衡閥后，單元回溫趨近平均回溫，用戶端室溫為21.3 ℃，接近平均室溫。使用平衡閥前后室溫對比如表1、表2 所示。

表1 最不利環(huán)路用戶使用平衡閥前后室溫對比單位：℃

表2 距站較近用戶使用平衡閥前后室溫對比 單位：℃

3.1.3 實現(xiàn)了節(jié)能降耗

通過調(diào)整運行工況，紫塞桃園低環(huán)單位流量由33 m3/萬m2降至28 m3/萬m2，耗電指標(biāo)由108.8 kW·h/萬m2降至96.4 kW·h/萬m2，降幅為11.39%，綜合熱指標(biāo)由35 W/m2降至30.8 W/m2。在改善室溫不達標(biāo)用戶室溫情況的同時，也消除了過熱戶，不利點管網(wǎng)平衡度較之前大大提升。

3.1.4 存在的問題及改進措施

1）通訊問題。溫度平衡閥安裝于山根、部分井室和管道井內(nèi)，信號較弱，無法保證通訊暢通。建議增加信號傳輸放大器或引線等裝置，避免安裝位置造成信號無法傳輸。

2）供電問題。綜合考慮小區(qū)實際情況，可選擇有線和電池兩種安裝方案。在管道井內(nèi)安裝，可采用有線供電保證工作狀態(tài)。在樓外井室內(nèi)安裝，可采用電池供電保證安裝位置靈活。

3）選型問題。選型階段僅考慮各單元的在網(wǎng)面積，并未考慮實供面積，導(dǎo)致入住率偏低單元出現(xiàn)平衡閥調(diào)節(jié)超限，回水溫度較高等情況。針對此類問題，建議在夏季給該單元加裝手動平衡閥或更換合理大小平衡閥。

4）室溫采集點代表性問題。由于室溫測控終端可以不依附物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥，能夠直接獨立與管理平臺通訊，因此，室溫測控終端可以選擇在邊戶、中戶和低戶等典型用戶安裝使用，但安裝數(shù)量必須覆蓋調(diào)控區(qū)域內(nèi)10%以上的用戶。

3.2 項目投資及回收

項目共計投資189 553 元，根據(jù)能耗計算，使用物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥后，日耗電費降低33.4 元，日耗熱費降低7.91 元，日節(jié)省人工成本110 元，預(yù)計1 252 d可收回投資。由此可見，此方法投資較高，且投資回收年限較長。

4 結(jié)論

通過理論分析及實踐檢驗，利用物聯(lián)網(wǎng)溫度平衡閥并建立配套的智能化調(diào)控系統(tǒng)實現(xiàn)二網(wǎng)自動平衡是可行的。人工手動調(diào)整耗時長、效果差、自力式平衡閥易堵塞、阻力大。采用本方案，達到了各單元回溫趨于一致、用戶室溫更加均衡、能耗進一步降低的效果。但此種方法也存在投資較高，現(xiàn)場安裝難度大，室溫采集數(shù)據(jù)要有代表性等問題。具體應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況對技術(shù)方案進行優(yōu)化調(diào)整。