基于末端控制的供暖系統(tǒng)節(jié)能研究

崔永祥 李鵬

（河南省機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，河南鄭州 450000）

基于末端控制的供暖系統(tǒng)節(jié)能研究

崔永祥 李鵬

（河南省機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司，河南鄭州 450000）

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用在線控制，提高了供熱源端的能源利用率。但是，在終端用戶環(huán)節(jié)，居民用戶受成本和樓層空間的限制，不便安裝商業(yè)用戶使用的空調(diào)系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)供暖的自主控制。在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，本文提出一種用戶端供暖溫度自主控制系統(tǒng)的方案，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)供暖開關(guān)量和溫度量的控制。實(shí)踐證明，其能獲得更好的節(jié)能效果，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的市場(chǎng)前景。

供暖溫度；自主控制；物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能

1 背景介紹

鍋爐廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，其作為重要的動(dòng)力或熱力來源，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。按照鍋爐燃料的不同，可以簡單的將其分為燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐和電加熱鍋爐等［1，2］。由于我國有豐富的煤炭資源，因此，大量采用燃煤鍋爐。而隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和國家政策的指引，越來越多的鍋爐使用天然氣、燃油和電力等清潔能源作為燃料。同時(shí)，隨著鍋爐控制系統(tǒng)的不斷優(yōu)化升級(jí)，鍋爐燃燒效率不斷提高。在供暖系統(tǒng)中，采用清潔能源和先進(jìn)控制技術(shù)的供熱源端的節(jié)能減排措施已日臻完善。然而，在居民用戶端，暖氣設(shè)備還不能實(shí)現(xiàn)如空調(diào)一樣的用戶自主控制，造成巨大的能源浪費(fèi)。如果能在居民用戶端安裝一套暖氣自主控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)暖氣開、關(guān)、定時(shí)及溫度調(diào)節(jié)的控制，就能避免浪費(fèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生。近年來，出現(xiàn)了一種以熱計(jì)量來收取供暖費(fèi)用的方式，其原理是在房間的暖氣片進(jìn)水管上安裝恒溫閥，通過調(diào)節(jié)閥門可以控制暖氣片水流量，從而調(diào)整房間溫度。根據(jù)“首都之窗”的統(tǒng)計(jì)，2014年，北京市熱計(jì)量面積突破1.37億m2，居民供熱面積達(dá)到6 700萬m2，占居民總供熱面積的10%。據(jù)該網(wǎng)站的報(bào)道，某用戶一套60m2的房間按用熱收費(fèi)，供暖費(fèi)年均能省200余元，取得了一定的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。但是，該系統(tǒng)需要通過手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開關(guān)量，且室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)過程比較復(fù)雜，這在技術(shù)層面限制了節(jié)能效果。針對(duì)這些不足，本文提出一種以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的供暖用戶自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)溫度的智能控制，使節(jié)能效果更加顯著。

2 供暖溫度用戶自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

2.1 供熱源溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，供熱系統(tǒng)中的供熱源端溫度調(diào)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。其中，鍋爐出水溫度的調(diào)節(jié)是通過控制爐膛火焰大小來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)通過對(duì)比采集到的管網(wǎng)中水溫與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值的差值來調(diào)節(jié)火焰，差值大則自動(dòng)開啟大火模式，差值小則自動(dòng)開啟小火模式，差值為零則自動(dòng)停爐。板式熱交換機(jī)出水溫度是通過控制水流量大小來調(diào)節(jié)，其原理是調(diào)節(jié)板式熱交換機(jī)一次側(cè)電磁閥的開度大小，進(jìn)而控制一次側(cè)水流量大小，從而控制熱交換的能量。

2.2 供暖溫度用戶自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供暖溫度用戶自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成如圖1所示，其主要由溫度傳感器、電磁閥、控制器、服務(wù)器等組成。其中，溫度傳感器的作用是采集室內(nèi)溫度；電磁閥的作用通過執(zhí)行控制器的啟/閉命令來控制水流；控制器的作用是發(fā)出各項(xiàng)命令來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；服務(wù)器的作用主要是供用戶修改、訪問、存儲(chǔ)信息等。

圖1 供暖溫度自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)

用戶可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)控制器參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的控制（手動(dòng)控制），也可以通過終端訪問服務(wù)器調(diào)節(jié)控制器參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的控制（遠(yuǎn)程控制）。手動(dòng)控制時(shí)的室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)流程如圖2所示。首先，手動(dòng)設(shè)置控制器參數(shù)（如室內(nèi)溫度上下限），控制器將溫度傳感器反饋的室內(nèi)溫度信息與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定的溫度下限值時(shí)，電磁閥開啟，室內(nèi)溫度上升；當(dāng)室內(nèi)溫度升到超過設(shè)定的溫度上限值時(shí)，控制器收到溫度傳感器采集到的溫度信息，發(fā)出信號(hào)關(guān)閉電磁閥，室內(nèi)溫度下降。如此，室內(nèi)溫度穩(wěn)定在設(shè)定的上下限之內(nèi)。

圖2 手動(dòng)控制流程

連接遠(yuǎn)程服務(wù)器的供暖溫度用戶自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)可由用戶通過終端APP或訪問服務(wù)器網(wǎng)站設(shè)置用戶的控制器參數(shù)，其后的溫度調(diào)節(jié)機(jī)制與上述一致，其工作流程如圖3所示。除調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度外，該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)供暖的定時(shí)設(shè)置，系統(tǒng)控制器內(nèi)置計(jì)時(shí)器，能記錄供暖用時(shí)，并將供暖時(shí)長等信息傳回服務(wù)器，為采取供暖收費(fèi)制度按使用時(shí)長計(jì)費(fèi)提供可靠依據(jù)。

圖3 遠(yuǎn)程控制流程

3 居民供暖溫度控制系統(tǒng)節(jié)能效果分析

通過電磁閥不僅能實(shí)現(xiàn)暖氣的定時(shí)啟閉，而且其開啟的時(shí)間可通過互聯(lián)網(wǎng)在服務(wù)器累加，用戶和管理人員都可以登錄服務(wù)器查看，從而實(shí)現(xiàn)供暖用戶計(jì)時(shí)收費(fèi)的模式，根據(jù)用戶用暖氣的時(shí)長來收取費(fèi)用，從而促進(jìn)用戶的節(jié)能意識(shí)。

對(duì)于普通上班族，其上班時(shí)間家中處于無人狀態(tài)，以往在此時(shí)間仍然持續(xù)供暖。但如果關(guān)閉電磁閥，則能夠節(jié)約大量能源，如果按平均每天累計(jì)關(guān)閉8小時(shí)計(jì)算，則其所需采暖時(shí)間僅為目前采暖時(shí)長的2/3。如果按供暖計(jì)時(shí)收費(fèi)，仍以北京市某小區(qū)60m2的住戶為例，以北京市熱力集團(tuán)供暖網(wǎng)絡(luò)居民用暖價(jià)格計(jì)價(jià)，在應(yīng)用上述節(jié)能系統(tǒng)時(shí)，該用戶理論上可以節(jié)約供暖費(fèi)用480元/采暖季。可見，供暖溫度自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有很好的節(jié)能減排效果，能更好地降低用暖成本。

4 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)的供暖溫度自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供暖溫度的自主控制和遠(yuǎn)程控制，是供暖控制系統(tǒng)發(fā)展的方向，其能節(jié)約大量的資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王善武.我國工業(yè)鍋爐節(jié)能潛力分析與建議［J］.工業(yè)鍋爐，2005（1）：1-16.

［2］張衛(wèi)華.鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.西安：電子科技大學(xué)，2015.

Study on Energy Saving of Heating SystemBased on Terminal Control

Cui YongxiangLi Peng
（Henan Airport Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

With the development of computer control technology,the on-line control has been widely adopted in boil?er control system,so as to improve the utilization rate of energy in heating source.However,in the end user sectors, residential users due to the air conditioning system by the cost and floor space limit inconvenient to install business users,to achieve independent control of heating system in recent years.With the rapid development of the Internet technology background,this paper proposes a user temperature control system to realize the control of heating switch and temperature.Practice has proved that it can achieve better energy saving effect,and has good economic benefits and broad market prospects.

heating temperature；autonomous control；internet of things；energy saving

TU832

A

1003-5168（2017）08-0157-02

2017-07-02

崔永祥（1989-），男，碩士，研究方向：設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷。