北方工業(yè)大學 李 琳
北京碩人時代節(jié)能技術(shù)有限公司 馬東亮 史登峰
石家莊鐵道學院總供暖面積約33萬m2,其中辦公樓約10萬m2,學生公寓約7萬m2,其余為住宅。院內(nèi)設(shè)置蒸汽供熱站,蒸汽為熱電廠提供,壓力0.6Mpa,溫度220℃?,F(xiàn)有換熱器2組,高區(qū)換熱系統(tǒng),只供學院辦公樓高層供熱,供熱面積小;低區(qū)換熱系統(tǒng),給學院內(nèi)所有多層建筑(包括學生公寓、教學樓、實驗樓和住宅等)和辦公樓低區(qū)供熱。低區(qū)換熱系統(tǒng),帶供熱面積大且用戶用熱時間不一致,因此改造的重點是低區(qū)供熱系統(tǒng)。
系統(tǒng)現(xiàn)狀如下:辦公樓和學生公寓的系統(tǒng)與住宅混合在一起,因此其運行模式只能是同步供熱,不能對辦公樓、學生公寓實行分時分區(qū)的供熱,造成了熱量浪費;蒸汽換熱系統(tǒng)供熱量不能精細調(diào)節(jié);用戶室內(nèi)溫度差別較大。采用下列三項節(jié)能改造。
供熱系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)控中心是掌控整個供熱系統(tǒng)調(diào)度的樞紐。本項目采用HOMS供熱系統(tǒng)節(jié)能管理平臺,實現(xiàn)遠程無線訪問,用戶只要有一臺能上網(wǎng)的計算機或手機通過IE訪問監(jiān)控中心服務器即可掌控全網(wǎng)運行。同時可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、實時調(diào)度、實時報警、并且提供多樣化的數(shù)據(jù)報表和曲線棒圖分析。
氣候補償器通俗地講是指供熱系統(tǒng)的供水溫度應該隨著室外的氣候而改變,進而使系統(tǒng)的供熱量與室外氣候相匹配,達到按需供熱的目的。由于在供熱系統(tǒng)的負荷計算時,太陽輻射得熱被當作富裕度考慮的。因此當室外天氣是晴天時,陽光充足,系統(tǒng)的供水溫度在原來通過負荷計算的溫度基礎(chǔ)上可以適當降低一點,這樣就因為出水溫度降低而少用蒸汽,從而節(jié)約能源。
考慮到石家莊鐵道學院供熱系統(tǒng)的實際情況,選擇能遠程監(jiān)控的氣候補償器QHOMS-5型一套,用戶可以隨時在上網(wǎng)通過電腦或手機查看氣候補償器的工作,得到供熱運行參數(shù);通過手機短信也能得到供熱運行參數(shù),以及某些故障報警情況,為后期的數(shù)據(jù)分析提供大量的運行數(shù)據(jù)。
監(jiān)測參數(shù):一次網(wǎng)蒸汽溫度、蒸汽壓力、一次凝結(jié)水溫度、二次網(wǎng)供水溫度、二次網(wǎng)回水溫度、二次回水壓力、電動閥開度、室外溫度。
工作原理:氣候補償器通過公共通訊網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場實時得到室外溫度,依據(jù)室外溫度,通過優(yōu)化分析計算得到二次網(wǎng)系統(tǒng)供水溫度的最佳值,調(diào)節(jié)一次網(wǎng)蒸汽電動閥,調(diào)整進入換熱器的蒸汽流量,使二次網(wǎng)供水溫度達到最佳值,實現(xiàn)按需供熱的目的,從而節(jié)約能源。
控制方法:有三種氣候補償控制方法,根據(jù)需要自行選擇:帶室外氣候補償?shù)亩尉W(wǎng)供水溫度或回水溫度或二次網(wǎng)的供回水平均溫度經(jīng)驗法、帶室外氣候補償?shù)亩尉W(wǎng)供水溫度或回水溫度或二次網(wǎng)的供回水平均溫度公式法、分時段修正法。
氣候補償器的分時段控制,大致分為三個階段。1)早晨,用戶剛起床,供水溫度設(shè)定較高;2)中午,根據(jù)日照的情況調(diào)節(jié);3)晚上,用戶入睡后,可適當降低供水溫度。
氣候補償器按照氣象條件控制:根據(jù)室外氣象條件,如陰天、雨天、雪天、大風天和晴天五種室外氣象情況,自動調(diào)整系統(tǒng)供水溫度。
氣候控制+公共建筑分時分區(qū)的控制,即實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的質(zhì)和量調(diào)節(jié)。
控制精度:供水溫度的實際值與設(shè)定值的偏差小于1°C,完全低于建設(shè)部±2°C的溫度控制標準,控制精度很高。
通訊方式:采用GPRS通訊,可以在任何能上網(wǎng)的計算機上登陸查看供熱狀況,同時手機也可以作為一個終端上網(wǎng)查看供熱運行情況。
在教學樓、辦公樓和學生公寓的熱入口設(shè)置公共建筑供熱節(jié)能器PBHOMS,實現(xiàn)了公共建筑的分時分區(qū)供熱。公共建筑在無人使用時關(guān)閉或關(guān)小閥門,保證值班溫度5~8℃;上班前提前打開閥門,保證教職工上班時室內(nèi)溫度達到國家標準要求的18℃±2;學生公寓在學院放假期間關(guān)閉或關(guān)小閥門,保證值班溫度5~8℃,其余時間保證18℃±2。
供熱節(jié)能改造后,低區(qū)蒸汽換熱機組上采用氣候補償調(diào)節(jié),并在教學樓、辦公樓和學生公寓實施的分時分區(qū)調(diào)節(jié)。
圖1 2009年2月27日石家莊鐵院瞬時室外溫度
(1)氣候補償調(diào)節(jié)
取2009年2月27日低區(qū)供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù),氣象參數(shù):白天晴間多云,偏北風2—3級,最高氣溫8℃;夜間晴間多云,偏北風1—2級,最低氣溫:0℃。室外溫度和供水溫度的記錄數(shù)據(jù)如圖1、圖2。
從圖1、圖2可以看出:
1)隨著室外溫度的升高,二次供水溫度隨之降低,說明實現(xiàn)了供水溫度的按室外溫度補償調(diào)節(jié)。
2)分時段修正:早晨,雖然室外溫度升高,但供水溫度反而適當提高幾度,保持較高的室內(nèi)溫度;中午,太陽輻射較強,因此適當降低供水溫度;晚上,供水溫度適當提高。
3)供水溫度在設(shè)定值±1℃范圍內(nèi),達到了設(shè)計控制精度。
(2)2月份蒸汽耗量趨勢
取2009年2月份的運行數(shù)據(jù),形成圖表如圖3、圖4。
由圖3、4可以看到,2月份蒸汽耗量隨著室外溫度的升高而降低,反之亦然,充分說明了氣候補償調(diào)節(jié)控制的作用。
(3)不同室外氣象條件下蒸汽耗量比較
2009年2月22日、2月25日和3月1日室外氣候條件見表1。
可以看到3月1日與2月22日相比,室外溫度相近,但風較??;2月25日與2月22日相比,風力相近,但室外溫度有所降低。
2月22日、25日和3月1日全天蒸汽耗量對比,見圖5。
由圖5可以看到,2月25日室外溫度較低,蒸汽耗量較高;2月22日和3月1日,室外溫度較高,蒸汽耗量也較低。
根據(jù)實時采集的這三天的室外溫度形成曲線如下,見圖6。
整理這三天的各時段的蒸汽消耗量形成圖表如圖7。
綜合分析圖6和圖7,可以看到:
1)14點~18點這段時間,太陽輻射較多,供水溫度根據(jù)分時段修正控制策略適當降低幾度,導致耗蒸汽量下降;
2)2月22日晴間多云,風力3~4級轉(zhuǎn)2~3級,隨著太陽輻射的增強,室外溫度也隨之上升,各時段蒸汽耗量基本隨室外溫度的升高而降低。
3)2月25日多云,風力3~4級轉(zhuǎn)2~3級,太陽輻射較弱,室外溫度曲線也較平緩,沒有了太陽輻射在午休時間適當提高供水溫度,因此蒸汽耗量與晴天相比略有上升,但蒸汽耗量還是隨著室外溫度的升高而降低。
4)3月1日晴間多云,風力2~3級轉(zhuǎn)1~2級,太陽輻射較強,可以看到室外溫度呈波浪裝起伏。
經(jīng)過一年的節(jié)能管理和數(shù)據(jù)分析,得出如下結(jié)論:
圖2 2009年2月27日石家莊鐵院瞬時供水溫度設(shè)定值與實際值
圖3 2009年2月份石家莊鐵院平均室外氣溫
圖4 2009年2月份石家莊鐵院每天蒸汽耗量
圖5 近似氣候條件下石家莊鐵院的蒸汽耗量
圖6 2月22日、2月25日和3月1日瞬時室外溫度趨勢
圖7 2月22日、2月25日和3月1日各時段耗蒸汽量柱狀圖
表(1) 詳細氣象記錄表
1)氣候補償和分時分區(qū)節(jié)能技術(shù)的節(jié)能潛力很大,經(jīng)過一個冬天的運行,與上三個采暖季的平均數(shù)據(jù)相比,節(jié)省蒸汽量達到了16.7%。
2)在高校供熱系統(tǒng)中,氣候補償調(diào)節(jié)和分時分區(qū)節(jié)能結(jié)合的運行調(diào)節(jié)是非常有效的管理手段。
3)不足之處,由于節(jié)能改造時間緊,沒有安裝平衡閥,系統(tǒng)沒有進行管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié),系統(tǒng)存在一定的水力失調(diào)現(xiàn)象。
[1]石兆玉.供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制[M].清華大學出版社.
[2]史登峰,李琳.公共建筑供熱節(jié)能控制[J].區(qū)域供熱,2008(6).