集中供暖系統(tǒng)的控制與調(diào)度探討

任曉東

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

引言

長(zhǎng)期以來，我國(guó)建筑能耗約占社會(huì)總能耗的20～25%，僅次于工業(yè)能耗，而采暖能耗約占建筑能耗的65%。伴隨中國(guó)城鎮(zhèn)化的急速增長(zhǎng)，集中供熱迅猛發(fā)展，城市集中供熱面積快速增加，建筑能耗和采暖能耗也越來越大。我國(guó)供熱領(lǐng)域十幾年來發(fā)展較好，供熱技術(shù)不斷革新，供熱系統(tǒng)日益完善，但仍存在能耗過高的現(xiàn)象。面對(duì)日益惡化的大氣環(huán)境——北方冬季“霧霾”，國(guó)家相關(guān)部門提出并實(shí)施了拆除小鍋爐、關(guān)停小電廠等政策，這對(duì)供暖企業(yè)提出了更高的要求。如何能利用有限的資源，既滿足用戶的用熱需求，又能做好節(jié)能減排工作，改善冬季環(huán)境，這就對(duì)企業(yè)在能耗控制與精細(xì)化管理提出了更高的要求。

1 概況

以太原市某熱力公司為例，該公司經(jīng)過十八年的建設(shè)發(fā)展，至今總供熱面積已達(dá)到3 000多萬m2，系統(tǒng)中最主要的熱源來源為某熱電廠，該熱電廠分六期、七期共有4臺(tái)供熱機(jī)組。一次管網(wǎng)的設(shè)計(jì)溫度在130℃/70℃，設(shè)計(jì)壓力為1.6 MPa/0.25 MPa。該熱力公司所屬換熱站均為間供換熱，即電廠與熱用戶間用換熱站隔開，熱源廠與換熱站之間通過一次網(wǎng)連接，換熱站與熱用戶間利用二次網(wǎng)連接。該熱力公司于2013年采用合同能源管理的模式[1]，通過原有系統(tǒng)的改造、升級(jí)，建立了一套集中供熱計(jì)算機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)的“均勻性調(diào)節(jié)”。該熱力公司熱網(wǎng)屬于大型集中供熱系統(tǒng)，采用的是熱電聯(lián)產(chǎn)形式，目前通過人工調(diào)控的方式來完成系統(tǒng)的調(diào)度與管理，同時(shí)結(jié)合天氣預(yù)報(bào)，將熱源需求發(fā)送至電廠調(diào)度人員手中，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)的“熱源調(diào)度”。

2 均勻性調(diào)節(jié)

2.1 同一時(shí)段全網(wǎng)的均勻性調(diào)節(jié)

分散采暖可以通過建筑保溫來實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，但是對(duì)于集中供熱，僅僅建筑本身的節(jié)能是不夠的，必須關(guān)注供熱系統(tǒng)的節(jié)能[2]。熱網(wǎng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是保證用戶的用熱需求，因此在熱網(wǎng)運(yùn)行時(shí)如果不做任何調(diào)節(jié)，必然的結(jié)果是熱源最利（一般為前端）熱力站溫度過高，最不利（一般為末端）熱力站溫度過低，水力失調(diào)度極大。最終反映在采暖用戶上的現(xiàn)象是前端換熱站所帶用戶熱的“開窗散熱”，末端換熱站所帶用戶室溫不達(dá)標(biāo)，即一些用戶過熱一些用戶偏冷[3]。為保證末端用戶供熱質(zhì)量，只能一味的升高熱源溫度或提高總的循環(huán)流量，導(dǎo)致的結(jié)果是“冷熱不均”現(xiàn)象更加嚴(yán)重。為此該熱力公司采用北京某節(jié)能公司自主研發(fā)的“全網(wǎng)平衡軟件[4]”，以實(shí)際采集到的各熱力站二次網(wǎng)供回水平均溫度作為目標(biāo)值，通過自動(dòng)計(jì)算，每隔25 min（自行設(shè)定）對(duì)一次網(wǎng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行一次調(diào)節(jié)，使該站二次網(wǎng)供回水平均溫度趨于目標(biāo)值，從而達(dá)到均勻性調(diào)節(jié)的目的，大大減少了“冷熱不均”的現(xiàn)象。

各熱力站二次網(wǎng)平均溫度均勻與否，基本反映了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的好壞?；诖耍覀儾捎脽峋W(wǎng)的水力失調(diào)度作為定量評(píng)價(jià)的指標(biāo)，水力失調(diào)度綜合反映了全網(wǎng)熱力工況均勻程度，其值越小，說明系統(tǒng)調(diào)節(jié)越均勻，控制效果越好。消除水力失調(diào)的最終目的就是為了消除系統(tǒng)的水平熱力失調(diào)，因此二者是一致的。由于消除了系統(tǒng)的水平熱力失調(diào)，保證了整個(gè)系統(tǒng)供熱的均勻性，從而避免了部分用戶出現(xiàn)過熱而部分用戶室溫卻不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，因此在同樣滿足用戶的基本供熱需求的條件下，可以節(jié)省大量的熱量。

2.2 不同時(shí)段的全網(wǎng)均勻性調(diào)節(jié)

為保證用戶室溫的舒適性要求，不僅要做到同一時(shí)段全網(wǎng)的均勻性調(diào)節(jié)，還要做到整個(gè)采暖季不同時(shí)段的全網(wǎng)均勻性調(diào)節(jié)，這就要求采用同一基準(zhǔn)熱指標(biāo)（不同外溫下保證室溫18℃進(jìn)行折算）供熱，以保證用戶室內(nèi)溫度不做大范圍的波動(dòng)，避免出現(xiàn)“忽高忽低”的現(xiàn)象。所以室外溫度是影響供熱需求的最大因素，熱源供應(yīng)要根據(jù)當(dāng)?shù)厥彝鉁囟鹊淖兓鴮?shí)時(shí)調(diào)節(jié)。以所在熱力公司為例，通過一系列的優(yōu)化措施后，我們整理之前采暖季的室外溫度數(shù)據(jù)以及單位面積耗熱量的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。這樣我們通過天氣預(yù)報(bào)及天氣后報(bào)系統(tǒng)將氣溫?cái)?shù)據(jù)代入函數(shù)計(jì)算，得到對(duì)應(yīng)的單位面積耗熱量。再配合全網(wǎng)平衡軟件自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前的目標(biāo)溫度值，并由電腦自動(dòng)調(diào)控各站的電動(dòng)閥門開度值，從而保證熱電廠的熱源能夠均勻地分配給各個(gè)熱力站。結(jié)合以往集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)的調(diào)度數(shù)據(jù)。這樣既滿足正常的供熱效果，又盡可能地節(jié)約能源。

圖1 2016—2017采暖季日調(diào)度熱負(fù)荷曲線

2016-2017采暖季實(shí)際數(shù)據(jù)得出實(shí)際單位面積耗熱量393.34 MJ/m2采暖季，將溫度折到同一基準(zhǔn)線（0℃），去除溫度影響后，實(shí)際單位面積熱負(fù)荷為31.5 W/m2。通過單位面積耗熱量31.5 W/m2（室外平均溫度0℃對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)熱單耗），結(jié)合本采暖季的天氣預(yù)報(bào)以及天氣后報(bào)數(shù)據(jù)，按用戶室內(nèi)溫度18℃折算就可得出圖1中的曲線，調(diào)度人員根據(jù)天氣預(yù)報(bào)計(jì)算相應(yīng)的熱單耗來控制室溫維持在同一標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以有效地提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及經(jīng)濟(jì)性，保證整個(gè)采暖季不同時(shí)段的全網(wǎng)均勻性調(diào)節(jié)。

3 熱源調(diào)度效果分析

3.1 不同采暖季單耗對(duì)比

不同的采暖季，室外溫度變化與日耗熱量、日供暖面積均不相同，因此，由日耗熱量、日供暖面積計(jì)算日單耗，再根據(jù)室外溫度和室溫18℃的要求，去除溫度影響折算至同一標(biāo)準(zhǔn)0℃，繪制圖2對(duì)比兩個(gè)采暖季的同一天的日單耗，從圖中可以看出在采暖季初寒期及末寒期折合后的單耗均比較大。

圖2 2017-2018與2016-2017采暖季實(shí)際熱單耗對(duì)比

3.2 調(diào)度運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度并不像實(shí)際計(jì)算那么簡(jiǎn)單，用戶供熱質(zhì)量很多時(shí)候還是依靠投訴情況和室溫抽查來判斷，無法精確到每一戶。二網(wǎng)的失調(diào)同樣會(huì)影響用戶室溫的均勻性，在一網(wǎng)達(dá)到平衡后，換熱站相關(guān)工作人員需要把重點(diǎn)放在二次網(wǎng)調(diào)節(jié)工作中。天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性也決定了熱源調(diào)度的準(zhǔn)確程度，太陽(yáng)輻射的多少也同樣影響室溫，對(duì)比陽(yáng)面和陰面的住戶會(huì)更加明顯。電廠和熱力公司分屬兩家企業(yè)的情況比較多，采暖初寒期、末寒期室外溫度較高，電廠熱源無法按照熱力公司要求降低溫度或流量，嚴(yán)寒期室外溫度較低，又存在熱源不夠的情況，所以在同一基準(zhǔn)下，必然出現(xiàn)“兩頭高中間低”的實(shí)際情況，圖3是2017——2018采暖季實(shí)際熱單耗（折合0℃）與計(jì)劃調(diào)度熱單耗曲線，2017——2018采暖季計(jì)劃調(diào)度熱單耗31.5 W/m2（0℃對(duì)應(yīng)的），對(duì)應(yīng)的是圖3中的水平直線，在嚴(yán)寒期室外溫度較低時(shí)，實(shí)際熱單耗與計(jì)劃熱單耗基本吻合，在初寒期、末寒期室外溫度較高的時(shí)間段，實(shí)際熱單耗會(huì)高于計(jì)劃熱單耗，并且偏差很大，主要?dú)w根于這段時(shí)間調(diào)度無法與室外溫度相符，如果這段時(shí)間能實(shí)現(xiàn)合理的熱源調(diào)度，節(jié)能量更會(huì)大大地提高。

圖3 2017—2018采暖季實(shí)際熱單耗（折合0℃）與計(jì)劃調(diào)度熱單耗曲線

4 結(jié)論

節(jié)能降耗不僅是熱力企業(yè)的生存之本，更是環(huán)境保護(hù)的必然要求?！熬鶆蛐哉{(diào)節(jié)”是確保集中供熱降低熱耗的前提，熱源調(diào)度是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的根本措施。

[1]孫玉寶，張玉中.智能熱網(wǎng)采用合同能源管理模式在集中供熱行業(yè)的應(yīng)用[J].智能建筑，2015（2）：49-50.

[2]韓偉國(guó)，江億，郭非.多種供熱供暖方式的能耗分析[J].暖通空調(diào)，2005，35（11）：106-110.

[3]江億，楊旭東.集中供熱熱網(wǎng)水平失調(diào)度的整體判別與評(píng)價(jià)[J].區(qū)域供熱，1993（3）：28-33.

[4]崔耀華.城市集中供熱全網(wǎng)平衡軟件介紹[J].區(qū)域供熱，2006（3）：24-28.