集中供熱系統的監測與控制

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設施，在節約能源，減少環境污染，改善人民生活質量等方面的優點早已成為社會的共識。

隨著社會經濟的發展，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展，在城市環境可持續發展的戰略中，集中供熱的優越性越發地突顯出來。但熱網不平衡使網內近端用戶室內溫度過高，而遠端用戶室內溫度達不到標準。如何更方便達到用戶需求，設計得更加科學、合理，鑒于此種情況，本論文針對暖氣集中供熱系統的監測和控制問題，力圖解決熱用戶室內調溫、熱量調節、定時延時自動關閉、選時段供熱、聲光報警等問題，使用戶在節能方面使用一些關于暖氣集中供熱系統監測與控制的調節設備，以便于用戶進行有效的節能。

1.1 我國集中供熱現狀

據1992年統計，我國有517個城市，其中158個城市有集中供熱設施，集中供熱面積為3億m2。據2003年統計，全國設市668個城市，已有286個城市建立了集中供熱設施。全年集中供熱能力，蒸汽生產 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、芬蘭等發達國家的2倍～3倍。近幾年來隨著我國經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展，而供熱系統的監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的監測和控制沒有實行智能化控制。因此，采暖集中供熱系統的改革刻不容緩。本論文研究的重點放在節能的控制上。

1.2 集中供熱的發展趨勢

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

2 暖氣集中供熱系統的監測與控制的設計

暖氣集中供熱系統的監測與控制設計是根據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，使集中供熱的設計更加科學、合理，使用有效的集中供熱的調節設備，并能在節約和充分利用能源，保護環境方面起到良好的作用。

2.1 暖氣集中供熱系統的整體設計

暖氣集中控制系統由控制器、關氣預報電路、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。該系統具備以下幾種功能:

1)采暖系統預熱運行模式:在室內無人，需要采暖系統提前運行時，系統自動控制閥門開啟，采暖系統開始預熱運行。

2)采暖系統節能模式:系統監測到室內無人或有人離開時，系統控制閥門半小時后關閉。

3)采暖系統可調式自動運行模式:系統監測到室內有人，采暖系統與溫控閥聯動恒溫運行，且系統室內采暖溫度可根據用戶需求調節。暖氣集中供熱系統的監測與控制系統電路圖如圖1所示。

工作原理:暖氣集中控制系統開始運行時，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。由于初始室內溫度低，溫控電路輸出高電位，并控制TWH8751，使采暖系統閥門開啟，采暖系統開始運行，室內溫度升高;若系統監測到半小時內室內無人，則系統計數結束，CD4060輸出高電位(并自鎖)，選通端為高電位，采暖系統閥門自動關閉。若一定的時間內有人來，則聲控電路輸出正電壓，使CD4060清零，并輸出低電位。由于室內的人或動物能經常、持續性的發出聲音，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，使室內采暖系統持續運行保持恒溫。如果系統監測到半小時內無聲響發出，則在采暖系統閥門關閉前某一時段發出系統閥門關閉預報(音樂、閃光報警信號)。由于壓電陶瓷片發出的聲音極輕微，故不會觸發聲控電路而導致失控。當室內的人看到或是聽到聲光信號時，可制造一些聲響，使計數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閥門自動關閉。冬天，為防止熱量散失，室內門窗都是關閉的，有的還掛上門簾，故室外的聲音對室內影響很小，一般不會使聲控電路誤動作。聲控電路可以根據室內聲音分貝的大小即聲音的高低，而自動調節供熱電路的運作，既節約了資源，又方便了使用者，從而滿足人們日常緊張的需求，使用戶不會因為沒有關閉系統，而出現焦慮、擔心等癥狀。

圖1 暖氣集中供熱系統的監測與控制

系統電路中各部分實際所需的是6 V的直流電壓，而我們設計的直流穩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的穩壓二極管進行穩壓，以保證供電的穩定性;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置的。

2.2 小結

在本節中，主要講了暖氣集中供熱系統的監測與控制各組成部分的設計過程和暖氣供熱系統整體的設計規劃，可根據自己的要求確定參數以便得到期望的控制效果。

3 結語

暖氣集中供熱系統的監測與控制是根據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、用戶沒有節能的調節手段，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能調節手段而編寫，希望本論文能夠為社會帶來好的經濟狀況，適應市場的需求。

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