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摘要：我国北方冬季较目前已经形成了以集中供热为主，区域锅炉房为辅的供热模式。在供热的初末期，集中供热的输配能耗较高，很多专家学者提出在供热期采用分时分区间歇控制，减少水泵的运行时间，降低电能的消耗。但目前国内外对热网的分时分区控制并不全面，技术仍不成熟。
关键词：供热管网；分时分区；控制方法
1分时分区供热的内涵
分时分区供热，即换热站的分时供热和热网的分区域供热相结合。换热站的分时供热，在保证二次网回水温度不变和流量不变的同时，提高二次网的供水温度，短时间提高供热参数，减少水泵的运行时间，降低能耗。与目前热力公司的间歇供热方式相同在于，两种间歇运行方式均减少了水泵的运行时间，降低了运行电耗。不同之处在于换热站的分时供热短时间提高换热站的二次网供水温度到高值，而热力公司的间歇供热只是略微提高供热参数或者同参数运行，并没有统一的参数要求。换热站的分时运行，更加的系统和规范。对于整个热网换热站的分时控制，运行时间相同的换热站可以划分为统一的供热区，供热区可以单个或者多个共同运行。热网的控制中心可以根据热网负荷的多少，决定供热区的运行搭配和运行次序，从而实现对热网的分区控制。
2热网的分时分区控制
2.1供热区的确立
换热站最佳运行时间和启泵方案的确立，可以实现对单个换热站的智能化间歇控制，能够有效地减少电能的消耗。供热管线错综复杂，所带换热站众多。将单个换热站的分时间歇控制用于整个供热管网中，不仅能实现节约能源，同时使热网资源合理化利用与管理。供热管线冗长，加之供热站彼此相互分散且数目众多。在保证一次网换热主管道热量不被浪费的同时，整个热网的换热站分别各自实现实时的分时段的间歇控制，将使控制策略过于复杂。为了能够很好利用间歇控制的方法以实现节能，需建立不同的供热分区。在进行供热的过程中，不同供热分区可以单个运行，也可以多个共同运行。
供热分区的划分对于分时分区控制尤为重要，为了能够更好的进行统一管理，将整个热网中换热站停泵时间相同的划分为一个供热分区。采用这种方法划分可能存在同一个供热分区内的换热站，并不在同一片区域，但这并不对控制产生影响。同一个供热分区内可能出现新建小区和老旧小区共存的现象，老旧小区由于建筑物年代久远，墙体保温性能较差，供热负荷相比于新建建筑负荷较大。而随着我国城镇化的快速发展，城市新建建筑不断增加，新建换热站所带供热面积较大，其供热负荷相对也较高，从而便出现了新旧小区位于同一供热分区的情况。热惯性相似的换热站，可以实现泵的同步启停，方便控制与调整。这样的分区方法，只是粗略的进行划分。停泵时间相同的换热站可能存在着数目相对较多或者较少的问题。
分时分区控制的目的主要是以节约能源为主。在换热站分区运行的同时，所运行的换热站必须能够消耗一次网所提供的热量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆假设一次网单位时间所供热量为Qz，一个热力分区所带的换热站数目为n，则有
（1）
Qz为单位时间热网所提供的热量，Q1、Q2、Q3、……Qn为各换热站热负荷；当n较小时，在一个小时内无法消耗本应使用的热量，此时，应两个或者多个供热分区共同运行。当n较大时，由于能量消耗过快，此时需将现有的供热分区进行拆分，分为多个新的供热分区。建立供热分区可以实现整个热网的分时分区控制，对热网的管理与控制更加便捷。
由上述的分析我们可以看出，供热分区内换热站的数量不能太少，同时也不能太多。当T>1时，此时需要增加供热分区；当T<1时，此时需减少供热分区。由于每个换热站所带的建筑面积，供热负荷不同，不能准确的判断供热分区的数量，进而结合实际管网的启停时间进行划分。在分时供热的过程中，为了保证供热量不变，需要提高供热分区的整体温度，需提高一次网的供水温度，此时供热锅炉的出力增加，但对于当天的锅炉整体负荷不变，即当天锅炉的耗煤量，整体出力不变。即在保证一次网稳定运行的前提下，供热区轮换运行节约电能。
2.2分时分区控制策略的拟定
室内的温度和室外的温度不是恒定不变的，其变化较为复杂，影响因素很多，例如建筑物的围护结构的传热能力、室内物品的保温能力等都对室内温度具有一定的影响，这种情况下，很难建立相对应的数学模型，而传统的控制是基于数学模型的建立，本系统如果采用传统控制，控制策略过于复杂，无法实现控制效果，且成本高，控制能力与应变能力差。模糊控制是一种无需精确数学的智能控制方法，它具有一定的信息不确定性。能够将操作者的控制经验转化为计算机语言，通过模拟人的学习功能，建立模糊的控制规则，根据测量元件输入信号对被控对象进行控制。
本文所研究的分时分区控制系统以平均室内温度传感器所收集的信息为水泵运行的基础，水泵的启停受设定温度高低的制约，却没有统一的对应数学关系式。热网的分区控制，需满足单个供热区换热站水泵的运行时间要求，在使热网供热能力不发生明显变化的前提下，多个或单个供热区能够消耗一次网所提供热量。热网供热区运行的数量、搭配和先后次序并没有统一的规定，只需满足能够消耗热网的供热量和达到换热站水泵计算的运行时间。通过分析，模糊控制的自主学习能力与不明确的对应关系，较适合本文所研究的对热网的分时分区控制。
在分时分区控制系统中，每户有一个室温传感器、阀门，对应有面积、用户实测温度。在分时分区控制过程中，每户有一个采用温度（一般情况下为用户的实测温度），当无法获取用户的温度或者因房屋位置、安装位置等问题，导致温度有偏移时，“采用温度”一般采用类似相邻房型的其他用户温度、实测温度±偏移值、实测温度x温度系数等途径获取。
分时分区温度设置两个上限，两个下限（标准温度±温度浮动区间）。分时分区过程：根据温度上下限，判断有多少个供热区的室内平均温度低于下限，多少个温度高于上限，获取每个供热区对应的面积。温度低的水泵启动，同时将温度高的相应面积水泵停止。整体控制水泵的启停，看室内平均温度，若室内平均温度低于标准值，水泵开始工作；若平均温度高于标准温度，水泵停止工作。控制过程中可能会有灰色区域，即温度在标准值±温度浮动区间值区域内的换热站，不做水泵的控制处理。用户温度数据定时上传换热站，供换热站调节供热参数使用。
3分时分区控制系统节能经济性分析
3.1换热站分时控制分析
通过以上的分析可知，热力公司在供热初末期采用分时分区控制策略是完全有必要的。不仅可以满足供热质量的要求，同时减少了能源的消耗，降低了运行费用。某热力公司主线共有 6 条，所供换热站水泵数量众多，具体参数如下：
某热力公司对其负责的换热站均已实现了实时监控，实时数据每十分钟保存一次。对这些实时运行数据进行分析可得：管网一换热站 8 一次网的供水平均温度为 62.88℃，一次网的回水平均温度为 39.45℃。二次网的供水平均温度为37.98℃，回水平均温度为 30.73℃。管网二换热站 8 一次网供水温度的平均值为75.7℃，一次网回水平均温度为 42.15℃。二次网的供水平均温度为 39.33℃，回水平均温度为 26.82℃。通过长春某热力公司的日报表可知，3 月 21 日管网一换热站8 的日耗热量为 163GJ，耗电量为 405 k Wh；管网二换热站 8 的日耗热量 153GJ，耗电量为 947 k Wh。
根据公式 ?tcm Q ?，c=4.2 103J/（kg）可得管网一换热站 8 的质量流量 my和管网二换热站 8 的质量流量 me：
由于管网材料受热胀冷缩的影响以及散热器供热和地热辐射采暖的温度要求不同，二次网供水温度不能超过 60，因此，我们将二次网的供水温度设定在 60。采用分时分区控制，保证管网一换热站 8 二次网的回水温度为 30.73℃，其流量为 223t/h 不变；同时保证管网二换热站 8 二次网的回水温度为 26.82℃，流量为121t/h。使两个换热站二次网的供水温度均升高到 60℃，则此时热网每小时的供热量为 Qyx 和 Qex：
因为管网一换热站 8 和管网二换热站 8 的日耗热量分别为 163GJ 和 153GJ，则每小时的耗热量为 Qyj 和 Qej：
又因为 Qyx 与 Qyj 的比值约为 4：1，则管网一换热站 8 的运行时间为 6 个小时，水泵的停止时间为 18 小时；Qex 与 Qej 的比值约为 3：1，则管网二换热站 8 的运行时间为 8 小时，水泵的停止时间为 16 小时。管网一换热站 8 的日耗电量为 405 k Wh，换热站内用电设备相对较多，其中包括控制柜、传感器、水泵等。但其主要的耗电设备为水泵的运行，换热站的二次网补水泵工作运行时间较短且运行时间不规律，这里排除补水泵的使用，其余水泵的耗电量取总耗电量的 80%计算。
结论
在供热的初末期，保证用户用热需求，对换热站的水泵进行间歇运行，在回水温度和流量不变的前提下，减少水泵的运行时间，降低电耗。将此单个换热站的分时控制，应用于整个热网。对水泵运行时间相同的换热站划分为一个供热区。一个热网可存在多个供热区，对热网进行分时分区的控制，可以实现资源的合理分配和管理。
参考文献
[1]马长明.供热系统分时、分区控制技术经济分析[D].北京市：北京建筑大学，2014.
[2]崔民选.能源蓝皮书：中国能源发展报告[M].社会科学文献出版社，2012，07.
论文作者:王鹏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/27
标签：分区论文; 温度论文; 换热站论文; 水泵论文; 管网论文; 回水论文; 时间论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;