张瑞岭
山东工艺美术学院 山东省济南市 250300
摘要：集中供热系统作为城市重要基础设施之一，相关数据表明我国建筑能耗占社会总能耗的30%，单位面积的供热能耗是其他发达国家的数倍，集中供热系统每年要消耗巨大的煤炭和电能，因此集中供热系统节能控制研究有着重大的意义。
关键词：集中供热系统；控制研究
一、集中供热系统控制的目的和意义
随着我国城市化的不断进展，我国能源消费也在逐年增加，成为了能源消耗大国。建筑能耗大约占我国能源消耗的1/3，其中大部分是供热能耗。中国城镇化过程还在进行，未来还会建设大量的城市住宅与公共建筑，相应的供热能耗也必然会随之增长，然而所耗能源毕竟是有限的、不可再生的，不能无节制的浪费，同时能源消耗会造成环境污染，危害人类健康。因此建筑节能既是形势所迫，也是众望所归。
集中供热系统与分散供热相比具有污染小，效率高等优点，已经在我国推行多年，得到了很大的发展，但是与其他发达国家相比供热效率还是很低，单位面积的供热能耗是它们的数倍，能源浪费严重，节能空间很大。因此供热节能是我国建筑节能工作中潜力最大的途径之一，应该作为当前开展建筑节能工作的重点问题。
二、集中供热系统发展
我国城市集中供热从第一个五年计划中开始实施，以1956年北京第一次实现热电联产为起始标志。尤其是改革开放后，发展集中供热成为了促进经济增长，改善人民生活水平，改善环境，节约能源的重要措施，集中供热事业进入了第二次迅速发展时期。城市中许多小区都拆掉小型锅炉房转为采用集中供热。
集中供热的形式主要有热电联产，区域锅炉房和工业余热几种。我国的集中供热系统虽然在几十年的迅速发展中取得了很大进步，规模上已较之前有了很大提升，但是仍旧存在一些不如人意的地方。比如在热源上，锅炉房采用煤炭为燃料，分散，利用率低，浪费能源，污染环境。我国目前的供热设备还比较落后，难以进行精确的调节。
三、集中供热系统的运行调节
集中供热系统的优化控制包括供热系统总热量的生产，以及热源热量到各热力站的热量分配两个方面的内容。集中供热系统的运行调节包含集中调节和局部调节两个部分。集中调节是在热源处进行调节，解决总热量的按需生产问题；局部调节是在热力站进行调节，旨在解决热量分配问题。
供热系统调节方式分为质调节、量调节和质量并调几种方式。质调节是在流量不变的情况下调节供水温度，量调节是在供水温度不变的情况下调节流量，质量并调是同时改变供水温度和供水流量。质调节通过水泵维持热源流量不变，具有操作简单，水里工况稳定等优点，担当热负荷小时，电能消耗较大。量调节可以随热负荷变化调整热源流量，当热负荷下降时节电效果明显，但调整不当容易出现水力工况失调。质量并调结合以上两种方式优点，并根据运行工况和热负荷变化同时调整供水流量和供水温度，将供热系统运行优化控制问题转化为供水流量和供水温度的设定值优化问题。
四、优化控制方案
1、集中供热系统的运行机理
集中供热系统分为热源部分，热力站部分以及热用户部分，各部分之间由供热管网相连接，其间安装循环泵，电动阀以及各类测量仪表，形成一个结构复杂的非线性控制系统。热源是热量生产的地方，根据热源的不同，一般常见的有热电联产形式和区域锅炉房供暖形式。热力站是分布式的，由于集中供热系统的供热对象的规模大小不一，远近不同，热力站则根据具体情况分布开，设置在城市各个位置。热用户是消耗热量的，供热的目的就是满足热用户的需求。集中供热系统分为直接和间接两种连接形式。在我国，供暖系统一般采用间接的连接方式，即在热力站或者热源处采用水-水换热器设备，这样，热水流经的管网被换热器隔离开，形成独立的系统，使得不同级网络之间的水力工况不会相互影响。
集中供热系统按照调节位置的不同可以分为全局调节和局部调节。全局调节主要是针对热源部分，对总热量的生产问题进行研究。热源供给的热量一般要带动多个热力站的热量需求，各个热力站之间，由于供热面积的不同，远近等条件的不同，将面临一个热量如何分配的问题。局部调节就是在热力站中进行的调节，重点在解决热量分配的问题。为了达到满足热用户对热负荷的需求的要求，主要是在热源处进行调节。
集中供热系统按照调节方式可以分为质调节，量调节和质量并调三种基本调节方式。质调节是我国目前主要采用的一种调节形式，它的调节原则是保持供热系统的循环水流量不变，对供水温度进行调节。其被广泛的应用，究其原因主要是因为质调节的调节方式操作简单，有利于水利工况保持稳定。但是由于热负荷是随着外界温度的变化而变化的，当热负荷需求量较小的时候，质调节依旧要求保持流量的恒定，则会使得电耗较大，从而造成能源浪费。这时量调节就起到了非常重要的作用，量调节的调节方式是改变循环水流量，这样就降低了泵的电耗量，节约了能源，但是量调节容易造成水利失调的现象。根据集中供热系统的运行特点，不管外界温度如何，总会对应一个较好的循环水量和供回水温度差的最佳值，因此，一种好的供热系统的调节方式应该是质与量的结合。为了更好地对集中供热系统进行调节，应采用质调节与量调节相结合，即质量并调的调节方式。同时改变供水温度和循环水的流量，将质调节与量调节的优点结合起来调节供热系统，实现既能满足用户热负荷的需求，又能节能降耗的效果。
通过上述对集中供热系统的目前运行及控制情况的分析，虽然现阶段的控制考虑以及比较全面，各种测量仪表及控制设备也更为精准，但控制方案仍较粗放，多是按照经验对供热系统进行调控，对热负荷的变化情况考虑不够，也没有很好地考虑节约能源的问题，因此，为集中供热系统控制方式进行优化将能更好地满足用户的热量需求，又能避免能源浪费。
2、控制方案
结合以上对集中供热系统的运行机理，调节方式以及传统控制方法的分析，我们已经得到质量并调是效果较好的调节方式，本文就是依据质量并调的调节方式设计了一种HDP控制器，即同时将供水温度和流量作为控制量，对集中供热系统进行优化控制。控制算法计算出的最优控制量作用到Flowmaster软件建立的动态仿真模型上，验证控制效果，整体控制方案如图1所示。
图1整体控制方案
五、结语
集中供热工程的建设，不仅提高了供热的安全可靠性，减少了空气污染，节约了能源，降低了供热成本，稳定了社会，还可以帮助社会安置劳动力，有利于企业开辟新的经济增长点，对构建“资源节约型、环境友好型”和谐城镇有着巨大的推动作用。集中供热热网控制系统在整个供热体系中起着检测、调度和调节的作用。
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论文作者:张瑞岭
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/25
标签：集中供热论文; 系统论文; 热源论文; 热量论文; 方式论文; 热力论文; 负荷论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;