間連熱力站系統控制策略研究

摘 要：間連熱力站是目前供熱系統最常采用的熱力站形式，針對現階段主要的間連熱力站的系統形式，總結了目前常采用的控制策略及其適用對象。根據不同的二次網及熱用戶供暖形式提出了針對性的控制策略。

關鍵詞：控制策略；變流量系統；定流量系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0281-01

目前集中供熱系統中往往由熱源、一級管網、熱力站、二級管網、熱用戶做組成。其中，間連熱力站作為一級管網和二級管網的連接處，既承擔著換熱的作用，又承擔著二級管網的運行調節的作用。作為集中供熱系統中重要的組成，目前大多數的熱力站都是以住宅小區或者某公共建筑作為控制對象，根據末端用戶的需求進行調節。由于其所對應位置的特殊性，間連換熱站已經成為控制系統中極其重要的一個環節，其運行調節的水平直接影響到整個系統的能耗。

1 間連熱力站系統的系統形式及現狀

如圖1所示，間連熱力站系統為了實現換熱和二次網的運行調節功能，需要在系統中增加大量的運行控制儀表和設備。基于計量的需要，會在一級網或者二級網按照計量裝置。為了調控二次網的換熱量，往往在一級網的供水干管安裝電動調節閥門，根據設定參數進行調節。二次網的補水泵，目前絕大多數都安裝了變頻器可以實現變頻控制。二級網的循環水泵一部分安裝了變頻設備還有大部分沒有，定流量運行。即使安裝了變頻器的循環水泵，現在仍有一大部分循環水泵的運行采用定頻運行，變頻的作用用來抵消設計不合理造成的水泵選型過大的問題。

2 供熱調節方式

集中供熱調節按照調節方式來區分，目前可分為質調節、分階段改變流量的質調節、間歇調節、量調節、質-量調節等五大類。

在傳統缺乏控制手段的情況下，系統為了整體系統平衡往往采用定流量運行模式。因此常采用質調節、分階段改變流量的質調節、間歇調節這三種方式。其特點是控制邏輯和自控系統相對簡單，可以節約用熱量，但是對應的水泵電耗節能有限。

隨著供暖系統自控設備的不斷應用，特別是水泵變頻技術的廣泛應用，使得更好的節約輸送能耗成為可能。特別是很多老舊小區系統水泵設計明顯偏大的情況下，出現“大馬拉小車”的局面是，通過降低水泵的頻率來調節，能夠有效地降低系統的輸配能耗。水泵的頻率現階段多根據二次網的壓差來進行控制，另一方面根據室外溫度計算二次供水溫度，利用安裝在一次供水管道上的電動調節閥來調節二次供水溫度，所以實現質-量調節，能夠有效的控制系統的整體能耗。

3 基于傳統供暖系統的間連熱力站的控制策略

傳統供暖系統是指熱用戶的供暖系統仍然采用上供下回等垂直式系統的系統，其最大的特點是沒有實現分戶熱計量。由于傳統系統均為垂直式系統，因此垂直失調在系統中容易產生。其中，雙管系統的垂直失調是因為不同散熱器產生的重力壓頭不同做造成的，而單管系統的垂直失調是由于設計工況下的散熱器的傳熱能力和實際工況下的傳熱能力之間的差異造成的。由于垂直失調問題的存在，若大幅減少整個循環的循環流量，會加劇垂直失調的成都，因此對于這類系統，熱力站的調節策略上一般采用質調節方式。根據《供熱工程》，整體流量不應小于設計流量的60%，所以采用分階段質調節的話系統應保證60%設計流量的最小循環流量[2]。因此若采用量調節或者質-量調節方式，也應該考慮相同的問題，應控制最低循環流量的要求。

但是伴隨著供暖系統的溫控閥的大量使用，系統的垂直失調已經得到了很大的緩解，當出現垂直失調問題時，溫控閥可以根據設定緩解甚至解決垂直失調的問題。因此在已經使用溫控閥的傳統供暖系統，理論上可以不再受到最小60%設計循環流量的限制。但考慮到實際溫控效果和變頻器控制等因素，仍然建議設定最低流量。通常最低轉速不應小于額定轉速的50%，一般在70～100%之間，當轉速低于額定轉速的40～50%時，泵本身的效率明顯下降，是不經濟的[1]。但是在實際工程中發現，有項目變頻至20%，主要原因是水泵設計超過實際需求過大導致，這也是當前供熱設計中應該重點解決的問題。

4 基于分戶熱計量系統的間連熱力站的控制策略

現行國家規范對住宅建筑有強制要求，必須安裝單戶計量裝置[3]。由于熱計量系統末端都會根據用戶的需求進行流量調節，所以均屬于變流量系統。由于末端是變流量系統，因此二次網為了避免二次網的水力失調，最常采用的辦法就是經過壓力計算后在各個熱用戶的熱力入口安裝自力式壓差控制閥。既可以保證整個系統的水力平衡又可以緩解室內供暖系統出現的垂直失調現象。由于末端變流量系統，而二次網仍然采用定流量控制模式明顯是不合適的。會使得很大的一部分水泵提升的能量消耗在熱力入口的自力式壓差控制閥上，明顯是一種能源浪費。

因此目前針對分戶熱計量系統的二次網系統，最優的調節模式應該是采用質-量調節，即根據室外溫度計算二次供水溫度，利用安裝在一次供水管道上的電動調節閥來調節二次供水溫度，同時根據二次供回水壓差控制水泵頻率。理論和實踐都證明，該調節模式節能效果明顯[4][5]。

5 結 語

如何有效的利用現有的自控系統實現整體的系統節能是目前熱力系統重點解決的問題。熱力站的運行節能只是供暖系統整體節能的一個組成部分，但是熱力站的節能運行關系到整體運行節能效果。間連換熱站作為目前供熱系統最常采用的一種熱力站形式，事實證明，針對不同的二次網及熱用戶的系統樣式采用不同的控制模式可以大大的提高節能效果。

參考文獻

[1]馬亞俊.供熱和空調系統定壓方式與設備選型分析[J].科技情報開發與經濟，2011，21（12）：193～196.

[2]賀 平，孫 剛，編著.供熱工程（第四版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3]《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》編制組，住房和城鄉建設部標準定額司，編寫.民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范宣貫輔導教材[M].中國建筑工業出版社，2012.

[4]李建剛.間接連接供熱系統質-量調節規律研究[J].太原理工大學學報，2008（06）：606～608.

[5]曹 福，雷 波.二次網供熱系統分時分區質-量調節的研究[J].制冷與空調（四川），2015，29（03）：257～260.

收稿日期：2018-8-4