袁銀生

（太原熱力設(shè)計(jì)院（有限公司），山西 太原030006）

1 城鎮(zhèn)集中供熱發(fā)展概況

城鎮(zhèn)集中供熱從20世紀(jì)50年代起就開始發(fā)展，經(jīng)歷了從無到有、從小到大、從粗獷到精細(xì)的發(fā)展。時(shí)至今日，中國北方城鎮(zhèn)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了集中供熱，城鎮(zhèn)集中供熱覆蓋面積逐年增加完善，集中供熱在惠及民生、采暖便利的同時(shí)，也在為我們賴以生存的這片藍(lán)天而努力。

集中供熱的發(fā)展經(jīng)歷了這么多年，真正的普及、全面發(fā)展是最近的20多年，各地的熱力公司都如雨后春筍般地出現(xiàn)，城鎮(zhèn)供熱的管網(wǎng)延伸也如夏天的藤蔓爬向高處、伸向遠(yuǎn)方、觸到城鎮(zhèn)的邊緣。一些經(jīng)濟(jì)條件好的城鎮(zhèn)集中供熱的范圍已經(jīng)覆蓋到了城鎮(zhèn)周邊的村鎮(zhèn)。為響應(yīng)國家環(huán)保政策，各地都在為積極發(fā)展和倡導(dǎo)集中供熱，減少污染物煙氣排放、減少熱能損耗努力著。當(dāng)前集中供熱的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，發(fā)展到豐富完善階段，一些綠色供熱、智慧供熱等供熱調(diào)節(jié)方式發(fā)展迅速。而城鎮(zhèn)集中供熱發(fā)展初始，供熱方式、供熱思路，以及供熱管網(wǎng)等的設(shè)置、供熱控制調(diào)節(jié)等各方面都比較滯后。在后期運(yùn)行管理和熱效管理上許多的熱力公司都沒有跟上。供熱調(diào)節(jié)控制方面還屬于管網(wǎng)調(diào)節(jié)靠人工，供熱效果靠感覺，用戶室內(nèi)溫度調(diào)控靠窗戶的供熱模式?，F(xiàn)如今，這樣高能耗的供熱方式仍有大批量存在，尤其在一些發(fā)展滯后的偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2 城鎮(zhèn)集中供熱運(yùn)行現(xiàn)狀概況

根據(jù)國家建設(shè)部2005年第76次部常務(wù)會議討論通過，自2006-01-01起施行的《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》第八條鼓勵(lì)發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的第四項(xiàng)：供熱采暖系統(tǒng)溫度調(diào)控和分戶計(jì)量技術(shù)與裝置。自2008-04-01起施行的《中華人民共和國節(jié)能能源法》第三十八條：國家采取措施，對實(shí)行集中供熱的建筑分步驟實(shí)行供熱分戶計(jì)量、按照用熱量收費(fèi)的制度。新建建筑或者對既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定安裝用熱計(jì)量裝置、室內(nèi)溫度調(diào)控裝置和供熱系統(tǒng)調(diào)控裝置。

國家的鼓勵(lì)政策已經(jīng)實(shí)施了10多年，但是用戶的分戶計(jì)量和收費(fèi)卻一直沒有推行開來，其原因如下：①經(jīng)濟(jì)成本高。經(jīng)濟(jì)回收期不確定。集中供熱屬于國家藍(lán)天環(huán)保策略指導(dǎo)下的惠民政策，供熱范圍盡量擴(kuò)大，以減少居民自己采暖的煙氣排放。目前的供熱收費(fèi)是在按府指導(dǎo)價(jià)收費(fèi)，基本上所有的熱力公司都依靠政府補(bǔ)貼生存，供熱距離越長，建設(shè)成本和運(yùn)行成本都越高，自我生存能力差。②供熱控制系統(tǒng)不支持。集中供熱控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了很多年，按照分類，目前的控制系統(tǒng)一級調(diào)節(jié)都能實(shí)現(xiàn)，二級調(diào)節(jié)少部分能實(shí)現(xiàn)，三級調(diào)節(jié)基本沒有實(shí)施。完善的集中供熱控制系統(tǒng)包含一級調(diào)節(jié)系統(tǒng)、二級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和三級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)容量和復(fù)雜程度成倍增加，但沒有一個(gè)優(yōu)化的管理運(yùn)行理念無法形成一套可行的控制系統(tǒng)。③居民用熱理念不科學(xué)、供熱管理不成熟。不同人群對于居住供熱溫度需求不同，對于健康的認(rèn)識不同。據(jù)國內(nèi)外有關(guān)衛(wèi)生部門的研究結(jié)果，當(dāng)人體衣著適宜、保暖量充分且處于安靜狀態(tài)時(shí)，室內(nèi)溫度18℃時(shí)無冷感，15℃是產(chǎn)生明顯冷感的溫度界限，本著提高生活質(zhì)量，滿足室溫可調(diào)的要求，并按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求，把民用建筑主要房間的室內(nèi)溫度定在16℃以上作為合格溫度，18℃為標(biāo)準(zhǔn)室溫。

而根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50736—2012《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定設(shè)計(jì)集中采暖時(shí)，對民用建筑主要房間的室內(nèi)計(jì)算溫度宜采用16～24℃之間，具有一定的波動量。這就否定了一大部分人群以往的認(rèn)知，不是室內(nèi)溫度越高越好，室外穿棉襖、室內(nèi)穿背心的供熱是不健康的環(huán)境溫度和高能耗的供熱方式。也不是以往文件規(guī)定的18℃就是標(biāo)準(zhǔn)，國家推行分戶供熱的目標(biāo)就是用戶可以根據(jù)不同的需要，確定不同的室內(nèi)溫度。用戶可以根據(jù)自己的需要將室內(nèi)溫度設(shè)定在一個(gè)健康的范圍，18～24℃才是健康合理的范圍。調(diào)節(jié)的杠桿就是按熱量收費(fèi)。一次量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 一次量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

3 城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)控制構(gòu)架搭建

根據(jù)對集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的需要和控制系統(tǒng)運(yùn)行情況的調(diào)查分析，將集中供熱控制系統(tǒng)搭建總結(jié)如下。可以把集中供熱系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)分為三級：一級調(diào)節(jié)為熱力公司一次管網(wǎng)的流量和溫度調(diào)節(jié)，二級調(diào)節(jié)為熱力站二次管網(wǎng)流量和溫度的調(diào)節(jié)，三級調(diào)節(jié)為熱用戶端的熱量（流量）調(diào)節(jié)。

3.1 一級調(diào)節(jié)

一級調(diào)節(jié)系統(tǒng)為一次管網(wǎng)流量和溫度的調(diào)節(jié)，包括熱力站一次流量調(diào)節(jié)。在供熱系統(tǒng)質(zhì)與量的調(diào)節(jié)理論中，流量調(diào)節(jié)為量調(diào)節(jié)，溫度調(diào)節(jié)為質(zhì)調(diào)節(jié)。熱力站一次系統(tǒng)根據(jù)熱力站的供熱面積和供熱指標(biāo)計(jì)算一次流量值，一次管網(wǎng)根據(jù)總的供熱面積和網(wǎng)管外徑、管網(wǎng)長度，管網(wǎng)阻力等因素確定一次管網(wǎng)最小流量和運(yùn)行流量值。由于熱力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的滯后性，一次系統(tǒng)量調(diào)節(jié)一般采用分時(shí)段間端調(diào)節(jié)，間斷時(shí)間根據(jù)一次系統(tǒng)管線的長度決定，一次系統(tǒng)管線的長度越長，間斷時(shí)間越長，調(diào)節(jié)效果的表現(xiàn)越慢。所以，越大的供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)越慢，也會越復(fù)雜，那么調(diào)節(jié)間斷時(shí)間就會越長。而理論上講調(diào)節(jié)間斷時(shí)間越短，節(jié)能節(jié)耗的效果才能越好。供熱應(yīng)先保障供熱效果，所以，供熱系統(tǒng)保障供熱效果、減少能耗將是一個(gè)長久的過程。

一次量調(diào)節(jié)根據(jù)需要模擬計(jì)算循環(huán)泵的運(yùn)行頻率。原則上循環(huán)泵出水量大于熱網(wǎng)需要流量，循環(huán)泵揚(yáng)程一定要大于熱網(wǎng)供熱最不利端阻力值，目前各類的控制系統(tǒng)均能做到一級調(diào)節(jié)。

3.2 二級調(diào)節(jié)

二級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在北方一線城市的熱力系統(tǒng)中有局部應(yīng)用，應(yīng)用效果顯著。理論上二級調(diào)節(jié)和一級調(diào)節(jié)相似，調(diào)節(jié)的主要內(nèi)容也是流量與溫度的調(diào)節(jié)（質(zhì)與量的調(diào)節(jié)），區(qū)別是二次系統(tǒng)面對更多的用戶，二次控制系統(tǒng)比一次系統(tǒng)要小，但是更復(fù)雜。一次系統(tǒng)面對幾十、幾百個(gè)熱力站用戶，幾十千米管線長度，一個(gè)二次系統(tǒng)面對幾百米長的管線，卻有幾千個(gè)熱用戶。二次系統(tǒng)更需要注重水流量的平衡。

目前二級調(diào)節(jié)使用調(diào)節(jié)范圍能做到建筑樓宇單元之間的調(diào)節(jié)，根據(jù)單元用戶的數(shù)量和供熱面積、建筑保溫等情況綜合評估建筑能耗，進(jìn)行供熱分析系后確定單元流量。這樣已經(jīng)極大滿足了調(diào)節(jié)功能，樓宇單元處設(shè)置的流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)屬于穩(wěn)定流量類型?；旧鲜歉鶕?jù)用戶數(shù)量一個(gè)采暖季調(diào)節(jié)一次，基本能滿足供熱調(diào)節(jié)要求。

3.3 三級調(diào)節(jié)

三級調(diào)節(jié)主要的調(diào)節(jié)范圍是用戶根據(jù)需要的室內(nèi)溫度進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，居民對于生活舒適度的要求會越來越高，集中供熱采暖時(shí)間占比全年40%～55%，屬于提高居住環(huán)境舒適的第一項(xiàng)改進(jìn)內(nèi)容。根據(jù)不同年齡段人群和不同的健康理念，對居住室內(nèi)的溫度要求區(qū)別很大。將社會人群大致分為四類：青少年人群、中年人群、老年人群和身患疾病人群。基本上是老年人群和一些身患疾病的人群對于居住環(huán)境要求溫度高，青少年人群和中年人群對居住環(huán)境要求溫度往往偏低。

所以，三級調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是解決不同用戶對于供熱需求不同的控制系統(tǒng)。

4 城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)控制構(gòu)架功能總結(jié)

要解決三級調(diào)節(jié)的問題，集中供熱運(yùn)行的幾個(gè)特性必須考慮：①供熱調(diào)節(jié)延遲性。供熱管網(wǎng)溫度調(diào)節(jié)到達(dá)用戶室內(nèi)溫度變化均具有一個(gè)延遲的時(shí)間段，具體和管網(wǎng)延伸長度、室外溫度變化等因素相關(guān)。②調(diào)節(jié)一致性。根據(jù)室外溫度變化，所有的用戶調(diào)節(jié)是一致的，都提高溫度或者都降低溫度。③管網(wǎng)水利平衡的重要性。用戶根據(jù)需要的溫度變化，隨意地調(diào)節(jié)管網(wǎng)流量，會打破已建立的管網(wǎng)水利平衡，會造成局部水利失衡不熱的情況，如果再有部分用戶因不熱而私自放水，那將造成整個(gè)管網(wǎng)的輸熱能力降低，供熱效果下降。所以管網(wǎng)水利平衡是一項(xiàng)非常重要的供熱控制指標(biāo)。

根據(jù)以上分析建立一個(gè)可行的三級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)的功能如下：①在一級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和二級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的前提下建立三級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)完整的控制節(jié)能模式。②實(shí)現(xiàn)分戶計(jì)量和分戶調(diào)節(jié)，在新建建筑或者改造建筑供熱二次管網(wǎng)中增加入戶熱計(jì)量表、室內(nèi)溫度采集儀表和用戶流量調(diào)節(jié)閥。用戶在采暖季前申請室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)，并按預(yù)留熱量預(yù)存熱費(fèi)。③在單元流量調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上建立單元用戶內(nèi)的流量調(diào)節(jié)控制模式，負(fù)責(zé)對單元內(nèi)用戶的流量控制。用戶采暖數(shù)據(jù)、采暖面積、室內(nèi)溫度統(tǒng)一上傳集中供熱的調(diào)度中心，調(diào)度中心根據(jù)用戶申請的熱量標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)單元流量指令。單元流量控制模塊負(fù)責(zé)對單元內(nèi)的用戶流量進(jìn)行分派、監(jiān)督和控制。在供熱初期確定用戶居住室內(nèi)溫度，熱力公司根據(jù)不同的建筑能耗電能因素配比給定供熱水流量，并以此確定供熱二級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量配比和一級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量配比，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水流量的平衡。④在供熱質(zhì)與量的調(diào)節(jié)中，量調(diào)節(jié)基本能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定動態(tài)平衡，各級調(diào)節(jié)閥門開度確定不變。這時(shí)調(diào)節(jié)的主要方式就是質(zhì)調(diào)節(jié)（溫度調(diào)節(jié)）。熱力管網(wǎng)根據(jù)各自的供熱半徑確定超前調(diào)節(jié)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)室外溫度變化進(jìn)行熱力預(yù)調(diào)節(jié)。⑤三級調(diào)節(jié)是在供熱運(yùn)行初期進(jìn)行量調(diào)節(jié)，運(yùn)行穩(wěn)定后主要是進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)。⑥三級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行特性中，一級調(diào)節(jié)系統(tǒng)小、控制點(diǎn)數(shù)少、調(diào)節(jié)頻繁度高；二級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中、控制系統(tǒng)中、調(diào)節(jié)頻繁度中；三級調(diào)節(jié)系統(tǒng)大、控制點(diǎn)多、調(diào)節(jié)頻繁度小。

5 總結(jié)

本文分析了現(xiàn)有集中供熱的控制現(xiàn)狀，提出和分析了三級控制思路，并進(jìn)行控制條理分析。基于三級控制思路，補(bǔ)充完善了一套可行的控制理論，為更進(jìn)一步降低熱能損失提供可行的路線。