城市供熱網的智能化管理與控制的創新

摘 要：城市供熱一直與人民的生活、社會的穩定息息相關，做好城市供熱工作是保障人們生活舒適和工作正常運行的一件大事。因此，城市供熱系統是實現社會經濟持續發展的不可或缺項目。傳統供熱存在的缺點是熱量分配不均勻、近端太熱、遠端又不夠熱、人工控制水平低、嚴重浪費能源，因此，為了響應“走可持續發展道路”的號召，城市供熱系統面臨著節省運行費用，節省能源的要求，致使可調控的智能化供熱成為城市熱力行業改變傳統供熱方式而發展的目標。該研究通過對城市供熱網的控制及智能化管理現狀進行分析，并提出了管理與控制的創新形式和目標，同時介紹了智能化控制的方式及原理，而且還對供熱網智能化管理系統的構成及常用的管理形式進行了簡介。

關鍵詞：城市供熱網 智能化管理 集中控制 熱量平衡

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（b）-0214-02

近年來隨著科技的進步，城市供熱網的控制也在逐步趨向智能化，改善了傳統供熱系統中經常存在的缺點，提高了供熱網的供熱效果。雖然城市供熱大部分已經進入了智能化管理和控制階段，可是無論在控制方式的具體選取上，還是對整個供熱網的管理上，均出現了參差不齊的狀況[1]。為了研究城市供熱網智能化的管理及控制方式，該文在多年設計并組建供熱網控制系統的經驗基礎上，對目前長春市供熱網智能化的管理及控制方式進行深入探討，并提出自己的一些相關創新思路，希望對城市供熱網的設計、建造提供有價值的參考建議。

1 城市供熱系統

從整體上看，城市供熱主要由供熱源、熱源網、需熱用戶等構成的一個系統，呈現網絡狀結構，系統封閉且龐大，具有復雜性強的特點。近年來隨著城市供熱網絡的不斷改建，供熱方式已從單一熱源向多種熱源轉變，且供熱網絡面也在逐年擴大，供熱設備和需熱用戶也在呈倍數增長。因此，城市供熱是關乎民生的一大事業，所以尋找一種對城市供熱系統進行科學有效的管理和控制方式顯得相當重要，也是目前城市供熱網智能化管理和控制中亟待解決的問題。

1.1 城市供熱網管理及控制的現狀

從城市供熱網的網絡結構上主要劃分為兩次供熱，即一次水直接供熱和二次水間接供熱；從熱源上還可分為鍋爐高溫熱水和電廠蒸汽兩種供熱方式。而在很多城市的早期供熱方式主要采用二次水間接供熱，少數城市也直接采用一次水供熱，尤其是直接使用一次蒸汽供熱。雖然一次供熱投入成本較低，且供熱結構也相對簡單，但因其在能源使用、供熱效率、安全性等方面存在著性質較嚴重的問題，從而隨著科技的發展而逐漸被取代[2]。目前大多數城市都取締了一次水直接供熱方式，同時對一些早期已建的一次水直接供熱網也進行了調整修改，開始向其他供熱方式轉變。二次水間接供熱與一次水直接供熱相比，雖然資金成本投入高，但其供熱系統相對穩定，供熱效率高，且安全性較強。

1.2 城市供熱網在管理和控制上存在的問題

由于二次間接供熱方式較一次水直接供熱具有很多優點，因此，在大多數城市已經采用二次間接供熱網進行城市用戶供熱。雖然二次間接供熱目前應用普及，且能源利用率和使用安全性均較高，但其供熱系統在具體的管理和控制方面仍存在著不同程度的問題，致使供熱系統在整體上不完善。例如：作為二次水間接供熱核心的熱換站，在城市供熱系統中發揮著重要的作用，它是將電廠運輸過來的一次蒸汽或鍋爐中傳遞過來的一次高溫熱水中產生的較高熱能轉變成二次間接供熱中的中、低溫熱水再直接傳遞給熱用戶的樞紐站。但是，由于相關的操作工技術不熟練，或者是全自動操控的熱換站內無人看守，致使一旦換熱站出現任何突發狀況都不能進行及時有效的解決，不僅存在著極大的安全隱患，還對熱用戶的生產生活帶來不便。

2 城市供熱網的智能化控制

2.1 智能化的供熱原理

首先，在知曉智能化供熱原理之前先了解一下什么是智能化控制和管理。用物理學中的理論來解釋智能化控制管理的主要目的就是在運動過程中保持熱量的收支平衡。它是指各換熱站和各個熱源提供的熱量在1個周期內保持總體平衡。用物理學上的熱量平衡方程式表示為：

∑Q=∑H出-∑H入

公式中，ΣH出為換熱站提供給用戶的總熱量；ΣH入為供熱源提供給換熱站的總熱量；ΣQ為環境與整個系統的熱量交換和。

雖然供熱網的智能化管理和控制遵循物理學上的熱平衡原理，但熱平衡式在物理學上屬于能量平衡的特例，而在實際的供熱過程中，熱源供給的熱量與換熱站提供的總熱量往往達不成一致。

其次，是無人值守模式，即換熱站和熱源之間的熱量在無人操作的情況下盡可能地保持相對平衡，從而使城市供熱系統保持正常運行。

2.2 智能化管理和控制

（1）氣候補償。通過調節換熱站二次間接供水的溫度來降低換熱站供給的熱量，這樣不僅可顯著降低投入成本，還可使用戶的舒適度在接受供熱過程中得到提高，是城市供熱智能化控制中最常見的方式[3]。氣候補償的供熱過程中最好的操作方法是先建立室外溫度和二次供熱溫度對應曲線，再根據實際情況在換熱站的轉換中進行具體調整。

（2）無人值守操作。通過在換熱站內安裝自控設備來自動調節補水、水溫、故障檢查等作業，取締了人員值班管理，是智能化控制和管理的第二種常見模式。該操作模式具有較多優勢，如減少了人力資源的使用成本，降低了實際操作的工作強度，增加了供熱網的安全性和穩定性，還加強了整個系統的可靠性和精確性。

（3）換熱站控制。對換熱站的控制主要包括控制蒸汽壓力、調節二次供水溫度及對換熱器熱水位進行管理等[4]。換熱站作為整個城市供熱系統的核心環節，其主要作用是使電廠提供的蒸汽或鍋爐提供的高溫熱水降低熱量轉變成用戶直接可使用的二次中、低溫水。

3 智能化控制和管理的創新

3.1 管理系統的調度

調度管理系統主要包括通訊網和調度中心，是針對大型項目建設工程而研究出來的一套管理體系。其主要目的是將相關信息通過以太網提供給用戶，用來管理資源、顯示數據及發布內容等。而通訊網的主要任務是負責傳輸數據。如，在城市供熱過程中，將電廠、換熱站及鍋爐房等熱源的有關資料通過通訊網傳輸到調度中心，在調度中心對數據進行分析，最后將數據信息等資料發布給用戶。

3.2 智能化管理和控制方式

在對城市供熱進行智能化管理和控制的過程中，調度管理系統發揮著重要作用，也是最好的管理方式之一。但我們應考慮用戶及城市的具體情況，結合其他因素來研究最佳的智能化控制和管理模式。除了要對相關操作員進行必要的指導和技術培養外，還應縱觀整個供熱系統而進行科學全面的分析，通過對換熱站和各熱源之間的供熱量調整，可提高運行效率，減少投入成本，使整個城市供熱系統得到更有效地控制。

4 結論

綜上所述，我們對城市供熱網的智能化管理及控制有了較全面的了解，通過觀察多個供熱項目采用上述方法后的使用效果得出，采用科學合理的管理及控制方式能夠顯著提高城市供熱網及熱用戶的供熱效果。由于該文研究的方法對當今所有先進技術未進行周到全面的涵蓋，因此，城市供熱網的智能化控制及管理需在實踐探索中進一步深化研究。

參考文獻

[1]國海龍，白焰，周淑一.基于FDCS技術的城市智能熱網控制系統應用設計與功能研究[J].化工自動化及儀表，2013，40（6）：710.

[2]郝維來，金磊.城鎮智能熱網的監控系統[J].機械制造與自動化，2012，41（3）：174.

[3]徐軍.濟南熱力有限公司“智能熱網”系統建設與發展方案[J].區域供熱，2013（5）：85.

[4]葉運旺.熱網監控系統在集中供熱中的設計與應用[J].區域供熱，2013（3）：77.