論集中供熱系統(tǒng)變流量的運行調(diào)節(jié)策略

在我國北方地區(qū)，集中供熱系統(tǒng)的能耗占整個建筑能耗的65%，在某些地區(qū)甚至高達90%，因此，如何控制集中供熱系統(tǒng)的高效節(jié)能運行是建筑集中供熱系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢之一。作為集中供熱系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，熱網(wǎng)流量的運行調(diào)節(jié)及分配優(yōu)劣關(guān)系著建筑采暖工作的質(zhì)量，傳統(tǒng)變流量控制較為粗放，主要是依循天氣、地域等要求保障用戶室內(nèi)溫度維持在一定范圍內(nèi)，值得注意的是，集中供熱系統(tǒng)具有多變量、時變性、強耦合、大滯后等典型特征，很難建立一個精準的數(shù)學模型，這導致傳統(tǒng)變流量控制效果不甚理想，因此，有必要針對集中供熱系統(tǒng)變流量運行調(diào)節(jié)策略展開研究。

一、 集中供熱系統(tǒng)變流量控制原理

集中供熱系統(tǒng)是依循熱網(wǎng)工況、管網(wǎng)條件等，利用換熱站實現(xiàn)熱量由一次網(wǎng)向二次網(wǎng)的交換，并通過調(diào)節(jié)熱媒向用戶分配熱量，以滿足不同用戶的供熱需求。在該系統(tǒng)中，熱水管網(wǎng)包括一次網(wǎng)、二次網(wǎng)，前者負責將經(jīng)熱源加熱后的高溫水利用換熱器將熱量傳給二次網(wǎng)，熱傳遞結(jié)束后重新返回熱源進行加熱；而二次網(wǎng)主要負責將換熱器所獲取的熱量在用戶端釋放并重新返回換熱器。

為了兼顧室內(nèi)熱舒適性與節(jié)能兩大要求，用戶可自主調(diào)節(jié)入戶流量，并利用溫控閥調(diào)節(jié)室溫，為滿足變流量控制要求，集中供熱系統(tǒng)被劃分為三個子系統(tǒng)，一是二次管網(wǎng)供水溫度控制子系統(tǒng)，二是二次管網(wǎng)回水溫度控制子系統(tǒng)，三是二次管網(wǎng)壓力控制子系統(tǒng)。其中，二次管網(wǎng)供水溫度控制子系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥開度而控制進入換熱器的高溫水的量，繼而達到控制二次網(wǎng)供水溫度的目的，屬于質(zhì)調(diào)節(jié)；而二次管網(wǎng)流量主要是通過調(diào)節(jié)循環(huán)泵的頻率改變二次網(wǎng)流量，繼而控制進入用戶的熱量、實現(xiàn)分戶計量，屬于量調(diào)節(jié)；二次管網(wǎng)壓力控制子系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)補給水泵保持二次管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性[1]。

二、 集中供熱系統(tǒng)變流量的運行調(diào)節(jié)策略

集中供熱系統(tǒng)變流量控制的終極目標是實現(xiàn)“按需供熱”，即熱用戶需要多少熱系統(tǒng)就供給多少熱，但常見溫差式、壓差式調(diào)節(jié)策略存在一定的缺陷，無法精準滿足各末端用戶的熱舒適性需求，因此，必須結(jié)合現(xiàn)行變流量控制方法探討更有效的變流量調(diào)節(jié)策略，以提升系統(tǒng)的供熱效率。

（一）溫差式控制策略

在室外溫度發(fā)生變化時，變流量調(diào)節(jié)并不能完全適應室內(nèi)熱負荷的變化，如戶外溫度上升，用戶關(guān)小散熱器流量閥，雖散熱器流量減少，但供水溫度仍較高，實際系統(tǒng)供熱量仍超過用戶所需熱負荷，此時室溫仍處在較高水平，溫控閥的調(diào)節(jié)作用不大；若戶外溫度下降，熱用戶室溫較低，即使全開溫控閥仍難以滿足要求，需要在系統(tǒng)供水溫度不變的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)一次側(cè)二級泵轉(zhuǎn)數(shù)控制流經(jīng)換熱器的循環(huán)水流量，使換熱站二次側(cè)系統(tǒng)供水溫度等于設定供水溫度，這種變流量調(diào)節(jié)模式即溫差式控制策略。

通常而言，系統(tǒng)需要監(jiān)測戶外溫度變化或系統(tǒng)供回水溫差變化調(diào)節(jié)熱源、換熱站出力，通過溫差控制策略明確系統(tǒng)負荷比變化，繼而調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的流量，用以適應熱負荷變化。值得注意的是，這是一種穩(wěn)態(tài)情況下計算所得的負荷，在系統(tǒng)實際運行中，熱負荷會受到戶外溫度、太陽輻射強度、圍護結(jié)果導熱蓄熱性能等多重因素的影響，與理論值存在較大差距，加上溫控閥控制精度不高，一旦末端負荷變化，將導致室溫改變，只有當室溫變化超出溫度延遲，后閥門閥芯方啟動開關(guān)閥動作，但此時室溫可能早已偏離控制值，這種大滯后性導致溫差式控制策略精度不高。為了精確末端變流量控制，必須采用一種高控制精度的閥門——電動比例控制閥，該閥門是通過以線性電阻值反饋給控制單元，由系統(tǒng)控制單元依循測量值、電動調(diào)節(jié)閥反饋電阻加以比對與判斷，繼而發(fā)出指令，使其在某一位置停止動作[2]。

（二）壓差式控制策略

該調(diào)節(jié)方式常見于流量隨時可變的計量供熱系統(tǒng)中，其以供熱系統(tǒng)中某一點壓差或壓力作為控制參數(shù)，當系統(tǒng)水力工況出現(xiàn)變化時，在維持控制點壓力或壓差不變的情況下，通過改變水泵頻率使流量產(chǎn)生變化。壓差控制主要包括恒定水泵揚程控制、恒定最不利環(huán)路壓差控制兩種方式，前者是在水泵出口處設置壓差控制點，將出口壓力控制值設定為滿足系統(tǒng)最不利用戶熱需求的水泵對應揚程，該控制方式較易實現(xiàn)，但不利于節(jié)能，為了克服能耗大這一弊端，最不利壓差控制策略誕生，其通過在最不利用戶的入口處安設差壓變送器，通過對比最不利用戶的實際壓力與資用壓力，使水泵頻率與資用壓力相等，因而較恒定水泵揚程控制模式更節(jié)能，但由于末端用戶存在不規(guī)律調(diào)節(jié)，因而極有可能改變最不利壓差點，導致控制不準，加上壓力傳感器安裝位置距離水泵較遠，因而使用中受到諸多限制，工程中很少采用。

為了解決恒定水泵揚程控制能耗大等問題，可采取出口變壓控制策略，即在水泵的出口設置壓力傳感器，但設置多個壓力給定值，并根據(jù)室外溫度計算出二次網(wǎng)流量，繼而得出水泵所需出口壓力，實現(xiàn)戶外溫度不變時的恒壓控制，此方式有效改善了恒定水泵揚程控制策略的高能耗性，且所設置的水泵出口壓力與實際情況越相符，則能耗越低。選擇變頻泵控制方式時，要考慮熱用戶的自主調(diào)節(jié)功能與系統(tǒng)節(jié)能目標，為了適應二次網(wǎng)熱用戶調(diào)節(jié)行為可能引發(fā)的流量變化，要利用出口變壓控制策略，無論二次網(wǎng)流量如何變化，確保戶外溫度不變時水泵出口壓力恒定，當戶外溫度變化，則要隨著其變化改變出口壓力給定值。

（三）換熱站變流量控制策略

換熱站變流量控制是建立在集中供熱系統(tǒng)網(wǎng)控平臺換熱站控制系統(tǒng)提出的，該系統(tǒng)主要通過對熱用戶端進行熱負荷動態(tài)預測，獲取各用戶負荷預測值，再將所得預測值累加求和，獲取整個換熱站控制系統(tǒng)的動態(tài)負荷預測值。值得注意的是，由于集中供熱系統(tǒng)無法對熱損失、公攤供熱面積等進行詳細計量，這導致計算所得的負荷預測值與實際存在一定的差異，因此，必須對總負荷進行誤差修正。具體而言，需要使集中供熱系統(tǒng)穩(wěn)定試運行24h，對此過程中換熱站的實際輸出熱量及用戶側(cè)獲得的總熱量進行積分，獲取該時間段內(nèi)輸送的總熱量與末端用戶所得總熱量，二者相除獲取一個比值，將該值作為換熱站輸出熱量到用戶側(cè)接收熱量的放大值，當然，該值僅僅代表24小時內(nèi)的放大系數(shù)，也可能存在較大誤差，因而可重復多次，分別獲取0-24h、6-30h、12-36h、18-42h內(nèi)的放大值，通過四個時段內(nèi)的均值得到修正后的放大系數(shù)A，當集中供熱系統(tǒng)正式運行時，可默認輸出端熱量比用戶側(cè)接收熱量放大了A倍，這樣在變流量調(diào)節(jié)時既可計算出修正后的換熱站輸出熱量值。在換熱器二次網(wǎng)出口溫度不變的前提下，換熱站供回水溫度的峰值存在一定的時間差，即滯后時間，為了確定滯后時間，必須對換熱站二次出口溫度、用戶末端入口溫度進行監(jiān)測，得到二次網(wǎng)回水溫度及用戶端供水溫度曲線圖，找出相同變化趨勢下的波峰或波谷，二者的時間差即滯后時間。

為了實現(xiàn)換熱站變流量控制，需要調(diào)節(jié)一次網(wǎng)二級循環(huán)泵的頻率，確保二次網(wǎng)供水溫度為設定供水溫度，在熱用戶側(cè)通過動態(tài)預測獲取下一時刻末端熱負荷預測值，利用網(wǎng)控平臺對動態(tài)預測值進行求和，獲取換熱站總負荷動態(tài)預測值并加以修正，通過上述條件利用網(wǎng)控平臺計算出二次網(wǎng)回水溫度、循環(huán)水泵流量，同時采集換熱站實時回水溫度，根據(jù)二者溫差調(diào)節(jié)循環(huán)水泵頻率。當計算溫度<實際回水溫度，需增加系統(tǒng)總熱量，但要延遲滯后時間后增大循環(huán)水泵的頻率，當計算溫度>實際回水溫度，則要延遲滯后時間后將水泵頻率降低，直至二者溫度趨近，實現(xiàn)供需平衡[3]。

三、結(jié)語

綜上，當前多數(shù)基于數(shù)值方法、系統(tǒng)辨識方法、簡化模型方法等研究集中供熱系統(tǒng)動態(tài)特性的研究方法過于復雜，并不適用于工程實際應用。因此，文章結(jié)合傳統(tǒng)變流量控制策略存在的問題，提出在質(zhì)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上進行量調(diào)節(jié)的控制方法，其中，質(zhì)調(diào)節(jié)主要以供水溫度為控制參數(shù)，依循室外溫度與供水溫度的關(guān)系式得出集中供熱系統(tǒng)的溫度目標值，而量調(diào)節(jié)依循供水壓力這一參數(shù)，保障水泵出口壓力維持不變，使頻率變化隨著用戶流量進行變化，最終得出流量目標值，作為量調(diào)節(jié)的依據(jù)。

本文來源：《魅力中國》：http://m.k2057.cn/w/wy/25805.html