楊猛，王英杰

（濟南能源建設(shè)發(fā)展集團有限公司，濟南250000）

1 引言

集中供暖服務(wù)技術(shù)在我國北方地區(qū)已比較成熟，即使在嚴寒期也能夠滿足人們對供熱的需求。分布式集中供熱的對象包括居住建筑，同時還包括實驗室、辦公樓活動中心、教學(xué)樓等公共建筑。居住建筑基本每天都會有人員的流動，所以對室內(nèi)溫度要求比較高，要求一天24h的室內(nèi)溫度保持大致不變。但辦公建筑并不是每天都會有人員的流動，所以室內(nèi)溫度要求不是很高，只需要當(dāng)人們在工作的時候能夠滿足人員的舒適要求就行，在不是辦公的時間內(nèi)，僅僅保持防凍溫度，不需要溫度很高，特別是學(xué)校和辦公樓，周末與節(jié)假日基本沒人，如果此時還持續(xù)供暖的話，就會造成熱能大量浪費。因此，供熱企業(yè)和相關(guān)部門應(yīng)該大力發(fā)展和完善集中供熱技術(shù)，制定最經(jīng)濟、最節(jié)能的方案。如何更好地發(fā)展與完善集中供熱技術(shù)已經(jīng)成為供熱企業(yè)和相關(guān)部門的一項重要工作。

2 分時分區(qū)溫度自動控制系統(tǒng)

2.1 分時分區(qū)系統(tǒng)簡介

通過增設(shè)分時控制器和電動調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)供熱系統(tǒng)分時分區(qū)控制，根據(jù)供熱需求不同的區(qū)域設(shè)置分時分區(qū)，使用調(diào)節(jié)電動閥來進行供熱系統(tǒng)的自動調(diào)控。在需要分時分區(qū)控制的區(qū)域，分別選取典型房間放置室內(nèi)溫度傳感器，尤其是在夜間或節(jié)假日，應(yīng)采取分時控制段關(guān)閥，為了保護樓內(nèi)采暖管道，控制電動調(diào)節(jié)閥可以通過采集典型房間室內(nèi)溫度或者回水溫度來實現(xiàn)控制，這樣就實現(xiàn)了辦公區(qū)域的“按需供熱”和“安全供熱”，最終降低供熱的能源消耗【1】。

2.2 分時分區(qū)的控制原理

在安裝分時分溫控制系統(tǒng)前，按照傳統(tǒng)的供熱方式，若不加人工干預(yù)，一天24h之內(nèi)的室內(nèi)溫度基本不變，并且室內(nèi)平均溫度處于比較高的水平，在夜間沒有人的時段或者睡眠時段，會導(dǎo)致很大一部分熱能被浪費，如圖1中的①顯示；若加以人工干預(yù)，則室內(nèi)平均溫度呈現(xiàn)比較大的波動變化，如圖1中②顯示。不僅使用戶的舒適度降低了，而且夜間能源浪費問題也沒有很好地解決。安裝分時分溫控制系統(tǒng)后，③為建筑恒溫控制情況下室內(nèi)溫度變化曲線，④為公共建筑夜間防凍降溫曲線，圖1中④與③包圍的范圍為節(jié)能空間，可見其節(jié)能空間是比較可觀的【2】。

圖1 24h室內(nèi)溫度變化曲線圖

本系統(tǒng)的控制原理：在節(jié)假日、周末或者晚上10點以后，當(dāng)辦公的區(qū)域無人時，控制指令被監(jiān)控中心預(yù)先設(shè)定，經(jīng)過電臺的無線網(wǎng)絡(luò)，下載到電動調(diào)節(jié)閥的控制器內(nèi)，確保室內(nèi)的管網(wǎng)不凍的前提下，降低電動調(diào)節(jié)閥的閥門開度，從而使熱水介質(zhì)的流量降低，并且使該建筑物的熱量輸入得以降低；管網(wǎng)的溫度、閥門開啟度等參數(shù)將由控制箱上傳至監(jiān)控中心，利用這些監(jiān)控參數(shù)，適當(dāng)調(diào)節(jié)換熱站的換熱量和循環(huán)泵的運行頻率，適當(dāng)調(diào)節(jié)其他設(shè)備的工作狀態(tài)，從而使得供應(yīng)熱量與熱負荷需求相匹配，這樣不僅保證了供熱的質(zhì)量，又節(jié)約了熱能以及電能，控制原理示意圖如圖2所示。

3 實際案例分析

圖2控制原理示意圖

對熱網(wǎng)實行監(jiān)控的區(qū)域化管理和集中控制是分時分區(qū)控制系統(tǒng)的重要過程，這樣不僅使資源得到了合理的配置，而且把采暖初始階段和最終階段能耗過大的問題解決了，使電能的消耗和供暖所需的運行成本得以降低，使供暖環(huán)境更加節(jié)能、更加有效率。以下以實際項目為例分析分時分區(qū)的優(yōu)勢【3】。

3.1 項目簡介

某校區(qū)供暖建筑面積為399 359.4m2，主要熱源形式為燃氣鍋爐+空氣源熱泵，具體建筑類型如表1所示。根據(jù)教職員工的工作時間以及學(xué)生學(xué)習(xí)時間的冬季作息時間的規(guī)律，本文將所有的供暖建筑物分為3大類。即：I類為教職工的住宅、學(xué)生的宿舍、學(xué)校的醫(yī)院，像這種建筑，室內(nèi)的供暖溫度必須全天保證；Ⅱ類為教學(xué)樓、圖書館，像這種建筑在不是教學(xué)的時間內(nèi)，在夜間只需要保持室內(nèi)值班供暖溫度就行；第Ⅲ類為辦公樓、實驗室、食堂，像這種建筑只需要保持設(shè)計溫度在工作時間內(nèi)即可，而在夜間不是工作的時間內(nèi)僅僅維持值班的供暖溫度就行。I類建筑供暖時間與其他類建筑相比供暖時間最長，需要全天供暖，Ⅲ類建筑相比其他2類建筑供暖時間是最短的。因為Ⅱ類、Ⅲ類建筑在晚上人員比較少，只需要在所用的房間內(nèi)局部采暖，保證舒適的房間溫度即可，不需要全部房間都供暖，這樣可以很好地降低能耗，節(jié)約能源。表1給出了上述各類建筑物的分類、建筑面積以及每天所需的正常供暖時間。

由表1可以看出，Ⅱ類和Ⅲ類建筑在供暖期正常工作日，全天對用戶供暖系統(tǒng)實施分兩個階段改變流向的量調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)供暖要求的同時，還能有效地節(jié)能，最重要的是節(jié)能效果非常大。

3.2 假期熱負荷的分析

在寒冷的冬季，每一所高校在供暖的季節(jié)都有一個共同的特點，他們在供暖季都會有寒假，時間差不多為30～40d。在寒假期間，上述3類建筑只需要保證室內(nèi)的值班所需溫度即可，不僅上述3類建筑甚至可以把所有的建筑都僅僅保持在值班溫度就行【4】。

表1建筑物分類建筑面積及正常供暖時間

3.3 節(jié)能量預(yù)估

節(jié)能預(yù)估可以采用建筑物供暖面積指標(biāo)法，通過對上述3類建筑進行能耗計算，包括按現(xiàn)行的供暖方法計算全年能耗和采用分時分區(qū)供暖時的能耗計算，從而得出這一年的節(jié)約能源的總量。

3.3.1 現(xiàn)行傳統(tǒng)供暖方法全年采暖期能耗計算

現(xiàn)行供暖方法年度能耗計算可用公式（1）計算【5】，即：

式中，Q′n為建筑物全年供暖總能耗，GJ；qf為建筑物供暖面積熱指標(biāo)，W/m2，取60W/m2；F為供暖建筑物的建筑面積，m2；N為供暖期天數(shù)，濟南地區(qū)120d；24為工作時間，h；3 600為1h時間，s。

3.3.2 采用分時供暖建筑物能耗計算

1）建筑物采用分時供暖能耗計算公式

假期Ⅱ類、Ⅲ類建筑值班供暖年能耗計算公式為【6】：

式中，Qnf為建筑物非寒假值班供暖年能耗，GJ；φ為溫差修正系數(shù)，濟南地區(qū)為0.7124；h為非工作日每日工作小時數(shù)，h；30為寒假時間，d；其他符號意義同式（1）。

2）建筑采用分時供暖建筑物能耗計算

寒假期間Ⅰ類學(xué)生宿舍及Ⅱ類、Ⅲ類的全部建筑可采用全天值班采暖，其計算公式為：

式中，Qnh為寒假期間建筑物值班供暖能耗，GJ；其他符號意義同前。

3）分時供暖各建筑物年能耗計算結(jié)果

將表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別代入相應(yīng)的式（1）、式（2）、式（3）進行計算，最終可以得到學(xué)校教學(xué)樓分時供暖的年能耗量（見表2）。

通過上述計算可以得到，采用現(xiàn)行供暖方法時，該校區(qū)全年供暖總能耗達到2.48×105GJ，而采用分時分區(qū)供暖方法時，該校區(qū)全年供暖總能耗達到1.19×105GJ，可以節(jié)省的能耗高達1.29×105GJ，約等于年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4 401.5t，然而標(biāo)準(zhǔn)煤應(yīng)用基低位發(fā)熱量可達到29 308kJ/kg。最終我們可以看出，如果采用分時分區(qū)供暖，可以很好地節(jié)約能源，因此，采用分時分區(qū)供暖是非常有發(fā)展前景的【7】。

表2分時供暖各類建筑年能耗量對比分析表

4 分時分區(qū)供暖的調(diào)節(jié)方法

在寒假期間，Ⅰ類建筑中的學(xué)生宿舍，Ⅱ類、Ⅲ類所有的建筑都采用全天供暖，從而可以減少所需的供熱量，采用分時分區(qū)供暖的建筑物并且采用質(zhì)調(diào)節(jié)方式改變流量能減少熱媒流量，因為水泵的電功率與流量的立方成正比，所以該方式節(jié)約電能的效果非常顯著，能夠降低所需能耗。通過以上所述，對本項目的熱源以及熱用戶提出了改造措施，改造的措施如下【8】。

4.1 熱源改造

該校區(qū)一共3個換熱站，循環(huán)水泵一共有9臺，其總?cè)萘靠蛇_到1 033m3/h。每個換熱站有2臺或者3臺循環(huán)水泵。通過研究，針對該供熱系統(tǒng)的實際情況，應(yīng)該在換熱站上再加入1套小流量的循環(huán)水泵，通過加入小流量的循環(huán)水泵，不僅可以降低水泵的耗電量，而且此改造可以節(jié)約能耗。

4.2 熱用戶改造

分區(qū)分時供暖建筑物中，在熱用戶入口處設(shè)置調(diào)節(jié)閥，此調(diào)節(jié)閥必須設(shè)有時間繼電功能，流量的大小需要根據(jù)熱用戶的需求來調(diào)節(jié)，這樣可以降低能耗，最終可以達到節(jié)約能源的目的。

5 結(jié)論

通過對供熱分時分區(qū)控制系統(tǒng)的研究以及連續(xù)對3個供暖季的跟蹤監(jiān)測，得到了一些監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此，應(yīng)對分時分區(qū)供暖控制系統(tǒng)在辦公建筑物以及整個供熱系統(tǒng)中節(jié)約能耗的潛力進行了深入的分析，得到了以下幾個結(jié)論：

1）在保證供熱質(zhì)量的基礎(chǔ)上，分時分區(qū)供暖的建筑物比全天運行供暖的建筑物更加節(jié)能，甚至可以達到節(jié)能13.6%～23.5%，提高了鍋爐房總節(jié)能率4.5%～8.8%。

2）建筑物耗熱量受到很多因素的影響，建筑物的圍護結(jié)構(gòu)和室內(nèi)外溫度等因素都會影響到建筑物的耗熱量，因此，應(yīng)該根據(jù)供熱系統(tǒng)自身特點并且結(jié)合實際運行工況來確定分時分區(qū)供暖建筑物的控制時間段。

3）在分時分區(qū)供暖控制系統(tǒng)中，為了能夠有效地調(diào)控辦公樓室內(nèi)溫度并確保在辦公時間前達到室內(nèi)溫度的要求，應(yīng)該采用質(zhì)調(diào)節(jié)和量調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式。因此，提倡使用分時分區(qū)供暖監(jiān)控系統(tǒng)，尤其在供熱系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，不僅可以大大提高供熱單位的用能管理水平，還可以實現(xiàn)供熱系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定的運行，最終可以實現(xiàn)供熱系統(tǒng)多方面的節(jié)能，這是一種比較好的供熱方式。

總之，采用分時分區(qū)供暖控制方式時，設(shè)備的利用率大大提高，能源的消耗得到降低，節(jié)約電能，可以保證室內(nèi)所需的溫度，提高了社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益，是一種科學(xué)合理、前途光明的有效供暖方式。