探究城市供熱網(wǎng)的智能化控制與管理

張起民

摘要：城市供熱網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜性和封閉性的特點(diǎn)，其管理一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，特別是在用戶數(shù)量快速增長的情況下，供熱設(shè)備也隨之改進(jìn)和更新，為城市供熱管理、建立供熱網(wǎng)絡(luò)帶來了許多困難。為保證最佳管理效果，必須積極采用智能控制方式。這是新時(shí)期城市熱網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的必然選擇，可以減少投資，提高人力資源管理的效率，使城市熱網(wǎng)的服務(wù)水平也大大提高，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很大的幫助。因此，智能控制城市熱網(wǎng)的研究、推廣和應(yīng)用至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：城市供熱網(wǎng);智能化控制

引言

城市熱網(wǎng)運(yùn)行階段消耗的能源量非常大，采用不科學(xué)的管理方法，勢必造成大量的能源損失和浪費(fèi)，導(dǎo)致成能源消耗量的增加。不論從城市熱網(wǎng)運(yùn)營成本還是城市可持續(xù)發(fā)展角度來看，均不利于城市經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。本文討論和分析了城市熱網(wǎng)管理現(xiàn)狀和存在的問題，探討了智能控制的有效應(yīng)用策略，以全面提高城市熱網(wǎng)管理水平實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，促進(jìn)城市供熱網(wǎng)更好地服務(wù)于城市居民。

1城市熱網(wǎng)管控現(xiàn)狀

如今，城市供熱網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上主要分為一次水直接供熱和二次水間接供熱。散熱器有兩種：暖氣和鍋爐。最初，單一蒸汽用于城市的直接供暖，但由于安全漏洞和高能量損失，新的熱網(wǎng)絡(luò)不再使用。直接熱水供暖具有投資少、熱結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在安全性差、穩(wěn)定性差、維護(hù)率高和長期利用率低等缺點(diǎn)。目前，新的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通常不僅僅在某些情況下使用，大多數(shù)現(xiàn)有的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)正在重建或計(jì)劃重建。熱交換站是間接二次加熱方法的核心。它用于通過熱交換器將蒸汽或鍋爐熱水的熱量直接傳遞給用戶的二次/低水。冷熱設(shè)備的控制管理由原來員工現(xiàn)場手動(dòng)控制切換為自動(dòng)控制，不占用冷熱設(shè)備，換熱器一體化、集中、遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2城市集中供熱智能系統(tǒng)背景分析

2.1熱負(fù)荷預(yù)測

城市集中供熱系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行通常取決于幾個(gè)因素，如建筑物的類型、豎井/結(jié)構(gòu)、二次熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、室內(nèi)空間的供暖方式等。如果這些因素控制不當(dāng)，將會(huì)影響供熱系統(tǒng)的實(shí)際承載能力，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂七@些因素。首先，熱負(fù)荷預(yù)測保證了集中導(dǎo)熱的順利進(jìn)行，該方法比傳統(tǒng)方法取得了更好的效果。到目前為止，已經(jīng)使用了以下方法來估計(jì)熱負(fù)荷，即指數(shù)平滑法、時(shí)間序列分析法等。二是城市供熱系統(tǒng)本身是一個(gè)內(nèi)容較多、不確定性和非線性并存的系統(tǒng)，應(yīng)采取措施保證預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)治理。

2.2供暖系統(tǒng)問題

目前，城市熱智能集中化存在一些問題。重點(diǎn)是內(nèi)部人員不足，缺乏專業(yè)培訓(xùn)，缺乏技術(shù)技能、扎實(shí)的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，不能及時(shí)解決系統(tǒng)中的問題，直接影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。如果換臺(tái)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，會(huì)給人們的生活和工作帶來巨大的不便。此外，很難改善對(duì)城市供暖系統(tǒng)的控制，因?yàn)椴僮鲉T沒有及時(shí)采取措施有效解決問題，這導(dǎo)致所述設(shè)備錯(cuò)過最佳維護(hù)時(shí)間。為了解決城市供熱系統(tǒng)控制和管理中存在的問題，必須采取科學(xué)的、可操作的措施。

3直供熱管網(wǎng)供熱站設(shè)計(jì)

3.1無高層建筑的熱用戶

對(duì)于沒有高層建筑的熱力用戶，應(yīng)保持30m以上的恒壓，以保證熱力用戶的最低要求，滿足整棟建筑的供熱需求。當(dāng)城市地區(qū)有許多老社區(qū)時(shí)，終端散熱器通常是傳統(tǒng)的鑄鐵散熱器。另外，計(jì)算鑄鐵暖氣片的耐壓能力時(shí)，要考慮到老小區(qū)內(nèi)部供暖管網(wǎng)的老化。為了確保管網(wǎng)的安全，用戶建筑物后墻上的管道壓力應(yīng)保持在30～38m，以防止排空。根據(jù)高溫用戶壓降假設(shè)，配水站二次管網(wǎng)熱水管壓力設(shè)定為45m，回水管壓力設(shè)定為33m。此設(shè)置旨在能夠滿足所有熱用戶的需求。通常，熱力站是由一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)通過換熱器進(jìn)行熱交換，以達(dá)到用戶所需的溫度。其中，一次供水管網(wǎng)通過調(diào)節(jié)閥流入換熱器，在換熱器內(nèi)發(fā)生熱交換后流入一次管網(wǎng)。二次循環(huán)水管網(wǎng)經(jīng)過濾器流入循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)循環(huán)泵輸送至換熱器，提高水溫，以滿足用戶需求。在設(shè)計(jì)過程中還需要考慮管道的管徑，管道直徑是根據(jù)每個(gè)用戶計(jì)算出的流量的總和來確定的。在熱水管網(wǎng)的主干線及其沿程的比摩阻中，主干線是管網(wǎng)中平均比摩阻最小。根據(jù)熱水管網(wǎng)干線各管段的計(jì)算流量和從相關(guān)表中選取比摩阻數(shù)值，可以得出干線各管段管徑及對(duì)應(yīng)的實(shí)際比摩阻數(shù)值[1]。

3.2有高層建筑的熱用戶

對(duì)于有高層建筑的熱力用戶，如果維持30m以上的恒定壓力，來滿足整個(gè)建筑居住者的采暖需求，則無法保證熱力用戶的最低要求。因此，遇到此類建筑時(shí)，必須采取對(duì)策，劃分高層建筑的區(qū)域，防止供暖管道排空。當(dāng)面對(duì)建筑物內(nèi)部的防空措施時(shí)，供熱站不需要考慮這個(gè)問題，但是當(dāng)面對(duì)沒有設(shè)置防倒空措施時(shí)，供熱站通常需要考慮這個(gè)問題。為解決這一問題，供熱站通常采用閥門前壓力調(diào)節(jié)，防止放空。假設(shè)建筑物高度為54m，為達(dá)到閥前調(diào)壓閥的最小值，保證閥前調(diào)壓閥正常工作，調(diào)節(jié)彈簧的顯影壓力應(yīng)調(diào)至57m。另一方面，還必須考慮閥前壓力調(diào)節(jié)的意外情況并關(guān)閉閥。為保證高層建筑的回流壓力在60m以上，根據(jù)要求，二次熱配站回流必須關(guān)閉，水管壓力設(shè)置為67m。對(duì)于靠近或靠近一次管網(wǎng)的熱用戶，應(yīng)在供水管線上加裝減壓閥，以防止供水管線因壓力過大而破裂。高位熱用戶，需在后管區(qū)加裝前置閥調(diào)壓閥[2]。

4城市供熱系統(tǒng)智能控制措施

4.1智能化供熱原理

智能供熱的原理體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)供暖行業(yè)的要求越來越高，必須采取相應(yīng)的措施來實(shí)現(xiàn)智能化控制和管理?！爸悄芑薄肮芸亍钡年P(guān)鍵是平衡系統(tǒng)運(yùn)行過程中的熱平衡，進(jìn)一步減少資源浪費(fèi)問題，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)然，要使供暖系統(tǒng)的智能化管理順利進(jìn)行，還必須對(duì)熱平衡進(jìn)行調(diào)整控制。系統(tǒng)與環(huán)境之間的熱交換總和等于熱量總和，等于換熱站提供給用戶的熱量總量減去熱源提供給換熱站的熱量，也是物理學(xué)中的熱平衡方程。其次，在實(shí)際工作過程中，公式可能存在一定的差異。簡單的說，供熱站提供的熱量和建筑物實(shí)際使用的熱量是不一樣的，尤其是無人值守的，需要檢查兩者的相對(duì)平衡，保證城市集中供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行[3]。

4.2量調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用

量調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用是城市集中供熱管網(wǎng)控制協(xié)調(diào)的重要技術(shù)，主要涵蓋集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)階段。因?yàn)樵诔鞘姓郊泄釙r(shí)，集中供暖的質(zhì)量和效果也隨著外界溫度的變化而變化，所以需要通過量調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用來控制各個(gè)供暖階段的供暖溫度，使供暖效果最大化。集中供熱系統(tǒng)在建設(shè)和運(yùn)行過程中，成本投入和消耗都比較大，所以為了最大限度地發(fā)揮工作效果，降低成本，集中供熱企業(yè)不可避免地需要調(diào)整供暖溫度。主要分為兩個(gè)階段。第一階段為初冷期，此時(shí)外界溫度相對(duì)適宜，居住者的取暖要求不高，因此公司必須在此階段進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。另一個(gè)階段是冬末春初，氣溫開始回升，但人們的取暖需求還是比較高的，天氣變化也比較頻繁。此時(shí)，相關(guān)人員必須調(diào)整加熱溫度和時(shí)間，注意外部溫度的變化[4]。

結(jié)束語

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長，人民群眾的供熱需求也在逐年增加，對(duì)供熱企業(yè)提出了新的要求，為此，必須利用高新技術(shù)手段。供暖系統(tǒng)的智能化管控不僅提高了供暖效果，而且彌補(bǔ)了傳統(tǒng)管理工作的不足，切實(shí)為廣大用戶的工作和生活帶來了方便，最終加快了城市化進(jìn)程的步伐

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參考文獻(xiàn)：

[1]方芳，許令順，方廷勇.城市供熱智能化監(jiān)管系統(tǒng)的研究及其應(yīng)用[J].區(qū)域供熱，2019（3）：137-139.

[2]王家元.供熱站系統(tǒng)智能化控制實(shí)現(xiàn)供熱節(jié)能[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（7）：66.

[3]李光明，趙立強(qiáng)，高遠(yuǎn)謀.城市供熱監(jiān)控與智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信，2016（9）：58-60.

[4]呂傳玉.DRN節(jié)能閥在公共建筑集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2008（19）：46-47.

[5]葉運(yùn)旺，裴曉遲.熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在集中供熱中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].區(qū)域供熱，2013（3）：77-83.