探討供熱系統的自動化節能控制技術

李毓英

摘要：供熱系統由熱源、供熱管網和熱用戶三部分構成，其能源消耗主要由燃料能量轉換損失、輸送過程損失和建筑散熱構成。隨著建筑節能的不斷發展，供熱系統各環節的節能研究更加深入，節能措施也更加有效。本文將主要探討供熱系統的自動化節能控制技術及其應用。

關鍵詞：供熱系統；自動化；節能；控制技術

我國的供熱方式主要是城市集中供熱和區域鍋爐房供熱，在熱力供熱發展的進程中伴隨著技術進步。如過去因存在運行管理水平低和缺少有效的調控裝置而造成熱用戶冷熱不均，曾采用加大系統循環流量和提高供水溫度的辦法試圖加以解決，實際形成了“大流量、小溫差”的不合理運行，不僅不能從根本上解決問題，反而浪費了能源。現在普遍的問題仍是因過熱造成能源浪費，這是因為熱力供熱企業一般供到熱力站，而二次網和熱用戶終端是由單位自管，因此解決起來難度較大[1]。

1 供熱系統能耗的組成

1.1熱源部分

熱源能耗主要由兩部分組成：熱源消耗和輸配電耗，運行節能的目標就是要節約這兩部分的消耗。1）熱源消耗主要用于燃燒燃料（煤或天然氣），提高燃燒效率、增加熱量回收可以節能。2）電耗主要是用于循環水泵及鍋爐房鼓風機、引風機，其中以水泵耗電為主。如果系統處于大流量、小溫差的運行狀態下，其水泵電耗勢必大量增加并且浪費；如果系統阻力分配存在不合理，能量也會白白浪費在克服阻力上；如果系統阻力或流量因為末端調節而發生變化，水泵不能相應地調節揚程或流量來改變出力，也會浪費能量。新標準規定，耗電輸熱比EHR值（設計條件下輸送單位熱量的耗電量）應在規定范圍內[2]。

1.2建筑物部分

建筑耗熱量指標Qw是單位建筑面積在整個采暖季的平均能耗指標，與建筑熱負荷的大小直接相關。建筑熱負荷不是一個常量.其大小由以下幾個方面決定。

1）室外溫度變化。在采暖季里.隨著室外溫度的不斷變化，建筑熱負荷也不斷地發生變化，建筑熱負荷隨著室外溫度的升高而降低，隨著室外溫度的降低而增加。

2）室內需求溫度變化。通常的室內設計溫度是18℃，保證最低溫度是16℃，樓道、電梯和地下室等允許溫度較低，旅館和高檔建筑要求室溫較高；有些地區在夜間降低供暖出力，來降低室內溫度常能；在房間長時間無人時，應允許將室溫降低。實現經濟運行，節約能量，只要保證不將水管冰凍即可。

3）建筑圍護結構保溫。門窗密閉性等傳熱特性。4）自由熱的補充。陽光入射、人體活動、炊事、電器等熱量稱為采暖自由熱，這部分熱量由于不確定性而沒有在設計運行中予以充分考慮[3]。

2供熱系統的自動化節能控制技術

集中供暖系統包括熱源、熱網、熱用戶3個主要部分，其中熱網是熱量（流量）分配控制的中樞環節，對這個系統的節能高效運行起到了關鍵性的作用。但是，由于流量控制手段和設備不到位，熱網普遍存在由于水力失調導致的冷熱不均現象。一方面前端用戶室溫過高導致開窗散熱。造成大量浪費。另一方面末端用戶得不到所需要的流量，室溫過低，導致用戶投訴增加甚至拒交供暖費。供熱單位為了提高末端用戶的室溫，只能加大流量（供熱量），不僅大幅增加了水泵電耗。同時，由于調控不力，無法根據氣候變化和用戶需求適時改變流量（供熱量），再次增加了能源的浪費。當前供熱系統運行調節存在的主要問題具體如下。

1）熱媒溫度控制問題

在運行過程中，特別是鍋爐供熱采用質調節時，網路供回水溫度決定于鍋爐燃燒狀態和室外氣象條件。一般來說，鍋爐運行過程中瞬時供熱量經常變化，管網供水溫度也隨之改變；即使鍋爐運行狀態調節得較好，燃料供應量和風量不變，但由于室外溫度變化的影響，要求網路供、回水溫度變化來適應建筑熱負荷變化，供水溫度仍需不斷變化，所以供熱量只能大致在一個范圍[4]。

2）“間歇”運行的熱量控制問題

大部分供暖系統由于鍋爐設備容量大，用戶負荷小，運行過程中常常“間歇”運行，有的系統按3班制運行，每天停火若干次，導致網絡供回水溫度總在不斷變化。所以，按間歇調節方式來控制鍋爐運行時間和供水溫度，導致系統熱用戶時冷時熱、冷熱不均，鍋爐起火和壓火過程中供熱量無法估計，造成不必要的浪費。

3）循環水量調控問題

盡管人們普遍認為分階段改變流量的質調節方式經濟合理，即室外氣溫較低時運行大泵或多臺泵，室外氣溫較高時運行小泵或減少泵臺數，但由于多數管網失調比較嚴重，如果管網實際流量按設計流量運行，則會出現嚴重的熱力失調，導致實際上的大流量小溫差運行[5]。

上述不同供熱調節方式的目的是通過控制網路供、回水溫度、流量、運行時間來調節供熱量，以適應熱用戶負荷的變化，其條件是系統必須連續、穩定運行，且設計負荷、循環水量應與實際值一致，而系統實際運行過程與現狀卻難以實現。針對上述問題，采用熱量調節法來實現供熱負荷的調節，通過在系統中安裝流量計、供回水溫度計和熱量監測儀，在運行過程中根據室外氣象條件，可以給定每天的供熱負荷、累計供熱量和系統運行時間，實現按需調節[6]。

3 結論

綜上，自動控制技術已經應用到了集中供熱系統的各個組成部分。例如：熱源的自動運行，熱網、熱力站與中繼泵站的監控及供熱系統末端用戶的監控等等。越來越多的從事集中供熱領域的工作人員認識到：不了解用戶的“冷暖”，就不能對供熱系統的運行參數進行合理準確的預判與確定，從而不能根據用戶的需求提供經濟合理的運行參數，勢必造成系統的耗能、耗電、耗水的增加。若沒有自控設備的幫助，就無法掌握系統的水力失調、熱力失調的工作狀態，也談不上對其的消除與及時調整。

參考文獻：

[1]聶勇. 分布式水泵供熱系統的節能分析[J]. 區域供熱，2014，02：114-121.

[2]黃穎. 城市集中供熱系統自動化及其應用[J]. 能源與節能，2014，06：40-41.

[3]張良智. 供熱系統的自動化控制與節能降耗[J]. 硅谷，2014，10：185-186.

[4]李志強，劉劍. 關于供熱系統自動化控制的研究[J]. 科技與企業，2014，12：347.

[5]聶夏洪. 集中供熱系統中熱網的自動化控制[J]. 科學之友，2012，05：44-45.

[6]王謙，郭澤宇，吉恒松，成珊，張程程. 基于風機盤管熱風供熱系統的溫室熱環境研究[J]. 農業機械學報，2013，08：219-223.endprint