集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制

谷 盛

(大同市旭峰建筑安裝工程有限公司，山西大同 037006)

1 概述

近年來，集中供熱作為城市基礎(chǔ)設(shè)施，在節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，改善人民生活質(zhì)量等方面的優(yōu)點早已成為社會的共識。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對熱能的需求量也越來越大，集中供熱也隨之蓬勃發(fā)展，在城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略中，集中供熱的優(yōu)越性越發(fā)地突顯出來。但熱網(wǎng)不平衡使網(wǎng)內(nèi)近端用戶室內(nèi)溫度過高，而遠端用戶室內(nèi)溫度達不到標準。如何更方便達到用戶需求，設(shè)計得更加科學、合理，鑒于此種情況，本論文針對暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測和控制問題，力圖解決熱用戶室內(nèi)調(diào)溫、熱量調(diào)節(jié)、定時延時自動關(guān)閉、選時段供熱、聲光報警等問題，使用戶在節(jié)能方面使用一些關(guān)于暖氣集中供熱系統(tǒng)監(jiān)測與控制的調(diào)節(jié)設(shè)備，以便于用戶進行有效的節(jié)能。

1.1 我國集中供熱現(xiàn)狀

據(jù)1992年統(tǒng)計，我國有517個城市，其中158個城市有集中供熱設(shè)施，集中供熱面積為3億m2。據(jù)2003年統(tǒng)計，全國設(shè)市668個城市，已有286個城市建立了集中供熱設(shè)施。全年集中供熱能力，蒸汽生產(chǎn) 7.3億 t，熱水126 249 MW/h，供熱量蒸汽3.8億t，熱水100 192 MW/h。供熱管道長度為9 183 km，熱水管道4.4萬km。供熱面積已達18.7億m2(其中住宅供熱面積達到15.5億m2)。2010年供熱設(shè)備的能力為13 000萬kW，新建住宅33.5億m2。目前，我國集中供暖能源利用率不高，熱效率一般。通過與北歐瑞典、丹麥、芬蘭等發(fā)達國家相比，我國平均住宅供暖能耗是北歐瑞典、丹麥、芬蘭等發(fā)達國家的2倍～3倍。近幾年來隨著我國經(jīng)濟總量和實力不斷增長，城市建筑急劇增加，供熱面積得到迅猛的發(fā)展，而供熱系統(tǒng)的監(jiān)測和控制仍然沿用二十世紀八九十年代的方式，效率低下，耗能較大，使能源大量地被浪費，而造成這種巨大浪費的主要原因是集中供暖供熱系統(tǒng)的監(jiān)測和控制沒有實行智能化控制。因此，采暖集中供熱系統(tǒng)的改革刻不容緩。本論文研究的重點放在節(jié)能的控制上。

1.2 集中供熱的發(fā)展趨勢

集中供熱發(fā)展大致分為4個階段:單純管理階段—基礎(chǔ)建設(shè)階段—綜合發(fā)展階段—自動化控制階段。目前我國集中供熱系統(tǒng)的能效只有30%左右。而集中供熱系統(tǒng)熱量的損失主要由熱源鍋爐房及換熱站熱損失、熱網(wǎng)熱損失和熱用戶熱損失組成。而熱源的熱損失可通過在集中供熱發(fā)展綜合發(fā)展階段投入實時監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，通過人工調(diào)整配合，最后發(fā)展遠程控制、無人值守熱力站，最終實現(xiàn)自動化控制(如內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市的集中供熱換熱站)。熱網(wǎng)的熱損失可通過大型多個熱源并網(wǎng)運行，綜合利用熱源使熱網(wǎng)輸配更均勻合理(如山西省大同市集中供熱面積約5 200萬m2，目前由5個熱源并網(wǎng)運行)。集中換熱熱用戶的熱損失調(diào)控即為今后集中供熱的發(fā)展趨勢，也就是現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)實行熱用戶分戶熱計量監(jiān)測和控制，從而將熱用戶的熱損失由30%～40%降至最低。集中供熱系統(tǒng)的智能監(jiān)測和控制，從節(jié)能的角度考慮，主要是合理調(diào)節(jié)熱用戶室內(nèi)的供熱量，從而達到節(jié)能的目的。集中供熱系統(tǒng)的智能監(jiān)測和控制通過對熱用戶室內(nèi)調(diào)溫、用熱量調(diào)節(jié)、定時延時自動關(guān)閉供熱閥、選時段供熱、聲光報警等手段，使熱用戶進行有效的節(jié)能控制。

2 暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制的設(shè)計

暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制設(shè)計是根據(jù)目前集中熱存在的多方面的問題而提出來的，它將更好地滿足用戶的需求，使集中供熱的設(shè)計更加科學、合理，使用有效的集中供熱的調(diào)節(jié)設(shè)備，并能在節(jié)約和充分利用能源，保護環(huán)境方面起到良好的作用。

2.1 暖氣集中供熱系統(tǒng)的整體設(shè)計

暖氣集中控制系統(tǒng)由控制器、關(guān)氣預報電路、電磁閥門、溫控電路、聲控電路、熱控電路、延時電路和電源電路等組成。該系統(tǒng)具備以下幾種功能:

1)采暖系統(tǒng)預熱運行模式:在室內(nèi)無人，需要采暖系統(tǒng)提前運行時，系統(tǒng)自動控制閥門開啟，采暖系統(tǒng)開始預熱運行。

2)采暖系統(tǒng)節(jié)能模式:系統(tǒng)監(jiān)測到室內(nèi)無人或有人離開時，系統(tǒng)控制閥門半小時后關(guān)閉。

3)采暖系統(tǒng)可調(diào)式自動運行模式:系統(tǒng)監(jiān)測到室內(nèi)有人，采暖系統(tǒng)與溫控閥聯(lián)動恒溫運行，且系統(tǒng)室內(nèi)采暖溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)。暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制系統(tǒng)電路圖如圖1所示。

工作原理:暖氣集中控制系統(tǒng)開始運行時，延時電路清零且計時電路開始工作，輸出低電壓。控制器TWH8751的選通腳為低電位，故輸出由①腳控制。由于初始室內(nèi)溫度低，溫控電路輸出高電位，并控制TWH8751，使采暖系統(tǒng)閥門開啟，采暖系統(tǒng)開始運行，室內(nèi)溫度升高;若系統(tǒng)監(jiān)測到半小時內(nèi)室內(nèi)無人，則系統(tǒng)計數(shù)結(jié)束，CD4060輸出高電位(并自鎖)，選通端為高電位，采暖系統(tǒng)閥門自動關(guān)閉。若一定的時間內(nèi)有人來，則聲控電路輸出正電壓，使CD4060清零，并輸出低電位。由于室內(nèi)的人或動物能經(jīng)常、持續(xù)性的發(fā)出聲音，如接打電話聲、電視音響聲、談話聲、咳嗽聲、腳步聲等，使CD4060經(jīng)常被清零而保持低電位輸出，這時，控制器受低電位控制，使室內(nèi)采暖系統(tǒng)持續(xù)運行保持恒溫。如果系統(tǒng)監(jiān)測到半小時內(nèi)無聲響發(fā)出，則在采暖系統(tǒng)閥門關(guān)閉前某一時段發(fā)出系統(tǒng)閥門關(guān)閉預報(音樂、閃光報警信號)。由于壓電陶瓷片發(fā)出的聲音極輕微，故不會觸發(fā)聲控電路而導致失控。當室內(nèi)的人看到或是聽到聲光信號時，可制造一些聲響，使計數(shù)電路清零而重新開始計時。若人離開房間，則半小時后采暖系統(tǒng)閥門自動關(guān)閉。冬天，為防止熱量散失，室內(nèi)門窗都是關(guān)閉的，有的還掛上門簾，故室外的聲音對室內(nèi)影響很小，一般不會使聲控電路誤動作。聲控電路可以根據(jù)室內(nèi)聲音分貝的大小即聲音的高低，而自動調(diào)節(jié)供熱電路的運作，既節(jié)約了資源，又方便了使用者，從而滿足人們?nèi)粘＞o張的需求，使用戶不會因為沒有關(guān)閉系統(tǒng)，而出現(xiàn)焦慮、擔心等癥狀。

圖1 暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制

系統(tǒng)電路中各部分實際所需的是6 V的直流電壓，而我們設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓是12 V，因此，電阻R62主要起限流和降壓的作用。同時，溫控電路中還使用了兩個3 V的穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓，以保證供電的穩(wěn)定性;D51在延時電路中起鎖定作用，當CD4060D的③腳輸出高電平時導通，振蕩器停振，保持③腳高電平不變;二極管D52，D53用于防止聲控電路與熱控電路兩電路的相互影響而設(shè)置的。

2.2 小結(jié)

在本節(jié)中，主要講了暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制各組成部分的設(shè)計過程和暖氣供熱系統(tǒng)整體的設(shè)計規(guī)劃，可根據(jù)自己的要求確定參數(shù)以便得到期望的控制效果。

3 結(jié)語

暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測與控制是根據(jù)目前集中供熱存在弊端，尤其是像太原、大同等這樣大的城市缺乏管理機能、用戶沒有節(jié)能的調(diào)節(jié)手段，導致能源嚴重浪費。本論文就是針對目前集中供熱存在的這些弊端中的用戶沒有節(jié)能調(diào)節(jié)手段而編寫，希望本論文能夠為社會帶來好的經(jīng)濟狀況，適應市場的需求。

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