張凱

(哈爾濱熱電有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046)

集中供熱系統(tǒng)變壓差優(yōu)化控制方法研究

張凱

(哈爾濱熱電有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046)

集中供熱具有提高能源利用率,減輕環(huán)境污染,易于管理等優(yōu)點(diǎn),因而獲得了快速的發(fā)展。介紹了集中供熱系統(tǒng)仿真模型,集中供熱系統(tǒng)無(wú)控工況下的運(yùn)行特性與集中供熱系統(tǒng)變壓差設(shè)定值優(yōu)化控制策略。

集中供熱系統(tǒng) 熱特性

隨著我國(guó)城市建設(shè)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)逐漸凸顯出來，節(jié)能控制已經(jīng)刻不容緩。能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而，從總體來看，我國(guó)的建筑節(jié)能正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，為了提高集中供熱系統(tǒng)的能源利用率，要對(duì)其進(jìn)行合理控制，使得全網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)、供熱質(zhì)量最好。

1 集中供熱系統(tǒng)仿真模型

1.1 系統(tǒng)的水力特性模型

對(duì)于系統(tǒng)的水利特性模型的建立中，主要是指對(duì)水泵模型和水管模型的建立。而對(duì)于現(xiàn)代的供熱系統(tǒng)來說，一般是采用熱水的循環(huán)對(duì)其進(jìn)行循環(huán)供熱。所以說在供熱系統(tǒng)中，熱力特性和水利特性是相互依存的關(guān)系。而水利特性更是作為熱力特性研究的前提。在現(xiàn)代供熱系統(tǒng)中，通產(chǎn)采用的是熱水循環(huán)的變流量泵。為了使模型的建立更能實(shí)際的反映出真實(shí)的水泵運(yùn)行狀況，研究人員采用五次多項(xiàng)式的特性曲線，這樣不僅包含了穩(wěn)定和不穩(wěn)定工況下的水泵運(yùn)行狀況，并且也更能符合實(shí)際的室內(nèi)溫度負(fù)荷。而對(duì)于水管模型來說，水管模型的建立也是十分重要的。在實(shí)際的供熱系統(tǒng)中，水管則作為構(gòu)成供暖循環(huán)回路的主要組成部分。并且在實(shí)際的供熱系統(tǒng)中，水管內(nèi)的流體也會(huì)出現(xiàn)局部損失和沿程損失這兩種損失，所以對(duì)于水管模型的建立，要將這兩種損失情況計(jì)算進(jìn)去。

1.2 系統(tǒng)的熱力特性模型

對(duì)于供熱系統(tǒng)來說，熱力特性模型的建立也是十分重要的。而在對(duì)于熱力特性的模型建立時(shí)，應(yīng)該考慮到當(dāng)前的室外溫度以及在供熱過程中是否采用散熱器散熱，并將需要進(jìn)行供熱操作的房屋內(nèi)的溫度負(fù)荷進(jìn)行大致的估算，盡可能的符合實(shí)際的情況，然后將三種情況的表達(dá)式進(jìn)行整理，即為所求的熱力特性模型。

2 集中供熱系統(tǒng)無(wú)控工況下的運(yùn)行特性

2.1 散熱器熱力工況分析

隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，隨著新式的供熱方式的出現(xiàn)，其中的問題也日益明顯，在新型的供熱系統(tǒng)中，供熱管道的不斷延伸，并且客戶的不斷增加。但是，這種新型的供熱方式并不能滿足現(xiàn)在社會(huì)對(duì)于供熱的需求，其中一方面，各個(gè)建筑物之間距離熱源的距離有很大的不同，正因?yàn)槿绱?，可能其中距離熱源近或者其他方面條件比較好的建筑物供熱效果會(huì)比較明顯，而其他距離熱源遠(yuǎn)，各方面條件比較差的建筑物的供熱效果可能就會(huì)不是很理想；而另一方面，即使是同一個(gè)建筑物或者是同一群建筑的的效果比較好，但是其中還是會(huì)有個(gè)別的用戶出現(xiàn)供熱不理想的狀況。所以，正是由于這兩種情況的出現(xiàn)，工作人員就必須要在供熱系統(tǒng)在不同的工況下進(jìn)行工作的室溫變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)或歸納。其中，對(duì)于散熱器的分析主要可以分為從散熱器的散熱量公式、熱特性曲線、熱特性這三點(diǎn)進(jìn)行必要的分析。其中散熱量公式和熱特性曲線可以結(jié)合著來看待，并根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料等進(jìn)行查閱即可，而其中的熱特性分析主要是根據(jù)熱特性曲線圖的一些基本數(shù)據(jù)，對(duì)不同工況下的一些供熱規(guī)律進(jìn)行總結(jié)即可。由此可以知道，對(duì)于散熱器的熱特性的詳細(xì)了解是研究供熱系統(tǒng)熱特性的關(guān)鍵部分，同時(shí)也是撞我供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的重要基礎(chǔ)。

2.2 集中供熱系統(tǒng)無(wú)控工況下的熱特性

對(duì)于供熱系統(tǒng)來說，主要的客戶就是在室內(nèi)的客戶，只有保證了室內(nèi)供暖的質(zhì)量良好才是最終的目標(biāo)。所以，對(duì)于供暖來說，工作人員主要研究的目標(biāo)就是室內(nèi)供暖。但是要想知道室內(nèi)供暖的效果是不死符合工作人員對(duì)于其需要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，最直接有效的辦法就是對(duì)每一個(gè)進(jìn)行供暖的屋子進(jìn)行溫度檢測(cè)，但是，由于這樣的工作量過大，且耗費(fèi)的時(shí)間人力等資源都比較大，是很不符合實(shí)際的，也很難做到；然而，如果采用抽樣式的調(diào)查又很難將實(shí)際的情況反映出來，也是不可行的，所以，最好的辦法就是對(duì)室內(nèi)供熱的溫度作出相關(guān)分析并得到其有效的規(guī)律。其中，工作人員可以從未進(jìn)行初調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的熱特性和運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)的熱特性這兩方面進(jìn)行討論研究。而通過一些討論研究后，可以得出幾點(diǎn)結(jié)論：當(dāng)供回水溫差不同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散熱量變化率的不同，其中水溫溫差大散熱量也相應(yīng)變大，反之當(dāng)水溫溫差小時(shí)，散熱量也會(huì)相應(yīng)減??；當(dāng)供水溫度不同時(shí)，供水溫度的高低也與散熱器的調(diào)節(jié)性能的好壞成正比。

3 集中供熱系統(tǒng)變壓差設(shè)定值優(yōu)化控制策略

3.1 最不利熱力環(huán)路的辨識(shí)

對(duì)于最不利熱力環(huán)路的定義是：在具有N條支路的連續(xù)調(diào)節(jié)型供熱系統(tǒng)中，在供熱工況的某一個(gè)時(shí)間段里，若其中有一條支路保持在閥位達(dá)到全開或接近全開或者這條支路能量的需求量和供應(yīng)量之差達(dá)到最大或能量變化率達(dá)到最大時(shí)的熱力環(huán)路。但是僅僅是給出一個(gè)定義，很難使工作人員找到相應(yīng)的最不利熱力環(huán)路，所以，其中對(duì)于最不利熱力環(huán)路是有一定的辨識(shí)方法的，辨識(shí)方法如下：系統(tǒng)中的最不利熱力環(huán)路只有一條，且該支路即為管網(wǎng)中的最不利水力環(huán)路；系統(tǒng)中的最不利熱力環(huán)路依然只有一條，但該支路與最不利水力環(huán)路不同，而系統(tǒng)中間的某個(gè)支路；系統(tǒng)中存在多條最不利熱力環(huán)路。此時(shí)應(yīng)該比較在該時(shí)段內(nèi)，這幾條環(huán)路中哪條環(huán)路的最不利程度大，選擇這幾條環(huán)路中最不利程度最大的環(huán)路作為水泵壓差控制的參考環(huán)路，能滿足所有用戶的要求。

3.2 集中供熱系統(tǒng)變壓差設(shè)定值優(yōu)化控制策略

在上述問題中，工作人員已經(jīng)給出了關(guān)于最不利熱力環(huán)路的基本定義以及對(duì)于最不利熱力環(huán)路的辨識(shí)方法。而在采暖系統(tǒng)的控制回路主要包括兩方面的內(nèi)容：房間溫度控制回路、壓差控制回路。其中對(duì)于室內(nèi)溫度控制回路可以通過最不利環(huán)路與實(shí)際溫度與設(shè)定值的偏差進(jìn)行計(jì)算從而得到調(diào)節(jié)閥開度信號(hào)，實(shí)現(xiàn)熱量的調(diào)節(jié)；而對(duì)于壓差控制回路的作用為克服系統(tǒng)阻抗變化對(duì)參考?jí)翰畹挠绊?，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。算法也與溫度控制回路的算法相同。

3.3 集中供熱系統(tǒng)優(yōu)化控制策略仿真

根據(jù)之前對(duì)于相關(guān)問題的討論及分析，工作人員可以對(duì)供熱系統(tǒng)的一些結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的仿真，相關(guān)研究人員得到了兩種仿真策略。其中第一條策略就是根據(jù)本研究提出的一些優(yōu)化設(shè)置策略，即為參考最不利熱力環(huán)路的閥位并調(diào)整壓差的范圍來進(jìn)行設(shè)定，使閥位處于最佳閥位域；第二條策略即為參考最不利水利環(huán)路閥位并調(diào)整壓差范圍，其余的與策略一相同。

4 結(jié)語(yǔ)

集中供熱對(duì)于節(jié)約一次能源，改善環(huán)境有著極其重要的意義。在科技經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的今天，我們更應(yīng)該認(rèn)識(shí)到資源的可貴性。而對(duì)于集中供熱來說，正是可以將節(jié)約能源與人類的日常生活巧妙的結(jié)合在一起的好方法。所以，研究人員還會(huì)不斷的努力，力求可以找到更好的方法為用戶更好的服務(wù)。

[1]江億,彭琛,燕達(dá),等.中國(guó)建筑節(jié)能的技術(shù)路線圖[J].建設(shè)科技, 2012(17).

[2]陳鵬.集中供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)[J].山西建筑,2010(20).