嚴寒地區集中供熱系統節能控制研究

李明柱 李華鑫

吉林建筑大學

1 引言

長春地區屬于嚴寒地區，室外最冷月平均溫度低于-10℃。嚴寒地區建筑物必須充分滿足冬季防寒、保溫、防凍等要求，夏季可不考慮防熱。集中供熱系統是嚴寒地區供熱應用最廣泛的供熱方式，但集中供熱系統能源消耗大，污染大。因為采取有效有段實現集中供熱系統節能，對我國建筑節能有重要意義。

2 項目概況

長春某賓館擁有3棟建筑物，包括貴賓樓、迎賓樓、辦公樓。供熱面積是2.3萬平方米。熱源由熱泵機組自行供熱，供熱期為10 月20 日～次年4 月10 日，共170 天。長春室外溫度10℃～20.1℃、室外風速3.9m/s、室外相對濕度64%、室外大氣壓99653Pa。該賓館原來依靠燃煤鍋爐進行供暖，主要調節方式是人工燒煤調節。但是由于管理水平低下，在運行過程中主要依靠室外天氣情況和工人的經驗進行燃煤。水溫和水量的調節，也完全依靠人力進行調節。由于沒有智能控制系統，人員的素質不高，導致經常出現水力失調、工作量大、能源浪費嚴重。

對原有鍋爐房供熱系統進行改造。新供熱系統采用自動控制系統，室內外安裝了感溫探測器、供熱鍋爐改成熱泵機組、熱力站新建了控制系統和監控系統、引進污水源熱泵機組，為熱泵機組提供熱量。

3 系統原理

智能供熱系統原理:根據室內外的感溫探頭獲得的溫度數據，數據通過無線傳輸技術傳輸到控制室，控制室內經過科學計算自動調整螺桿機組的功率，螺桿機組內含變頻器。螺桿機組采用的方式是低溫常供模式。螺桿機組供應的水溫會隨著智能控制進行變溫，大體的溫度應該在39°左右，低溫熱水通過分水器，分水器通過智能分配到各個房間進行供暖。低溫熱水會在室內釋放大約3℃左右的熱量，供熱回水通過管線回到集水器。此時集水器內的水溫通常在36℃左右。因為螺桿機組制熱的時候，機組里面會產生一定的冷量。要把這些冷量變成熱量，需要消耗一定的能源。此套供熱系統采用的是提取污水里面的熱量，以此實現廢物利用。污水來自市政的污水管道，經過污水池的沉淀，通過污水提升泵進入污水換熱器。污水換熱器內的污水溫度在冬季時候進水能達到9℃到16℃，出水能達到6到12℃，可利用的溫度在3℃～4℃之間。污水的熱量是由中介水帶到熱泵機組的，中介水來源于自來水。中介水一般出水13.6℃，回水13.8℃。

4 數據分析

智能控制系統通過2臺熱泵機組產生熱量，維持整個供熱系統的能量供應。2臺供熱機組一臺是300RT機組、一臺150RT機組。它們產生的熱量，通過熱水傳遞到供熱房間，以維持室內的正常溫度。我記錄了2018年10月19日～2018年10月31日內的機組數據。

圖1 機組總供熱量

通過對供熱量的檢測和曲線擬合，得到機組供熱量隨日期的變化函數。這組函數可以用來預測和決定未來機組供熱量。

圖2 賓館使用電量

通過對賓館電量表的實時監控記錄每組數據，通過數學方法做曲線擬合，得到賓館用電量的函數表達式，通過電腦的智能控制可以計算出最佳用電時間和預測用電方案。

圖3 熱泵主機產水量

供熱系統需要消耗大量的水量，水量的多少也影響系統的費用支出。通過記錄水量的多少，做曲線擬合，得到相應的熱泵機組產水量函數。

5 能耗對比

智能供熱系統和原來燃煤鍋爐系統相比。每年能節約費用約150萬元，節約能源約29%。燃煤鍋爐原來需要燒煤工人8人左右，24小時三班倒工作制，每人每月2500元工資，管理人員一名，每個月3000元。智能供熱管理人員只需2人，每人每月5000元即可。節約燃煤100萬噸，每噸煤大約600元。燃煤鍋爐維修費用大約每年30 萬元，智能供熱系統每年僅需8 萬元即可。智能供熱系統常年低溫常供，即節約能源、又環保低碳。

6 結束語

嚴寒地區集中供熱系統節能控制的研究主要方法是智能控制技術和污水的二次利用。筆者從系統改造、原理講述、數據分析、能耗對比等多角度講解了節能模式，在實踐中取得了良好的節能效果。隨著人工智能和大數據時代的飛速發展，本文所述的節能措施希望能在科技發展中得到廣泛應用。