分布式供熱系統節能優化控制路徑分析

聶濤

摘 要：當前我國的經濟建設和社會發展中，節能減排已經成為了重要的發展趨勢，很多行業在生產和發展的過程中都將節能環保作為一項重要的指標，供熱系統研究人員也對供熱系統進行了更為全面的研究，以有效降低系統運行過程中的能源消耗，保證系統運行的質量。

關鍵詞：供熱系統；能源；節能；

建筑能耗在社會發展總能耗當中占有較大的比重，建筑采暖、通風和家電使用的過程中會消耗大量的能源，所以應加大新能源和新技術的研究，減少建筑建設和運行過程中的能源消耗。我國建筑能耗中接近4成應用在了建筑采暖上，因此建筑采暖過程中的能源消耗不斷增大。

1分布式供熱系統工作原理

變頻技術的應用推動了供熱系統的完善，分布式供熱系統變流量運行也成為了一個重要的發展趨勢。分布式供熱系統在日常應用中主要采用管網當中的變頻泵來維持水力工況的平穩運行，分布式供熱系統運行的過程中，熱源泵只需要克服來自于熱源內部的阻力損失。在系統運行過程中，熱源泵會將熱水輸送帶到均壓罐當中，水泵的流量即為供熱泵的總流量，再結合用戶的實際需求選擇用戶側水泵的揚程和流量。

該供熱系統在運行的過程中，均壓罐是非常關鍵的設備，其主要起到連接水力與熱力環路的作用。經鍋爐處理后的熱流體在流入到均壓罐后會逐漸混合，在冷熱交換之后，冷流體會經過熱源泵送到鍋爐當中進行加熱處理。而在用戶側的熱媒從均壓罐會輸送到客戶端。熱媒的熱量經過釋放后會重新輸送至均壓罐當中。且分布式供熱系統在運行的過程中應用變頻泵，有效控制了無功消耗，同時熱源泵只需承受來自于熱源側的阻力損失，用戶泵則應充分按照用戶的基本需要來自動完成變頻調節的功能。

2分布式供熱系統數值模擬及結果分析

搭建分布式供熱系統模型，同時采取不同的控制模式，可達到數值控制的目的。并且模擬時，確保其他參數的數值不發生變化，也可保證模擬結果的科學性及可靠性。

2.1居住建筑仿真分析

選擇某地的氣象參數并將其作為分布式供熱系統的天氣參數，對不同控制模式的能耗及供熱效果進行分析，從而選擇最為科學和完備的供熱方式。

2.1.1不同供水溫度控制方法供熱效果分析

對供水溫度分別為70℃、75℃、80℃、85℃、90℃時的室內供熱效果展開科學分析可知，供水溫度為70℃時，室內的供熱效果最佳，舒適率近60%，在2120小時當中，有接近90天住戶均處于舒適環境中。室內平均溫度和偏離程度最低的數值為19.2℃，過熱率較低是出現這一現象的主要原因，但是在這一水文條件下，欠熱率達到了13%左右，這里供熱量不足主要是由于室內溫度過低造成的。針對這一問題，應適度提高供水的溫度，所以，在系統運行過程中可充分結合室外的溫度來調整供水的溫度。

2.1.2不同供水溫度的能耗分析

相關人員進行了為期150天模擬，計算五種供水溫度下鍋爐的能耗。供水溫度的升高和鍋爐運行消耗的增大是由多方面的原因造成的，供水溫度過高的室內平均溫度較高，且熱率較大都會增加鍋爐運行中的能源消耗。相同的熱力控制系統當中，供水溫度降低5℃，鍋爐運行的過程中就會減少300GJ的能量。而五種供水溫度下，室內供熱效果差異明顯，所以在此情況下分析鍋爐能耗并無實際意義，但是調整供水溫度可有效減少建筑運行中的能源消耗。

2.2變供水溫度調節

Trnsys軟件構建了變供水溫度控制系統圖，并對天氣參數的數據進行了全面的處理，將室外溫度變化分成五個不同的區間，每個區間的二次網供水溫度都存在著明顯的差異，分布泵主要用來調整二次網的流量，確保回水在標準的溫差下平穩運行。

2.2.1變供水溫度供熱效果分析

采用專業軟件對室內平均溫度、二次網供、回水溫度進行了模擬，對模擬結果進行分析后發現，供暖剛剛開始和即將結束時，供水溫度不是很高，在中期的部分時間段溫度升高較為明顯，其與室外溫度的變化規律具有較高的貼合度，因此這種控制方式實現了較好的控制效果。至于二次網回水溫度，則會受到供水溫度的影響而發生變化，所以供回水溫差始終保持不變。在計算中發現室內的舒適率較高，無欠熱現象，過熱率較以往也有了十分顯著的改善。

加之，在供熱系統循環流量分析中得出，供水溫度為70度時，分布泵的流量運行程度為60%，達到了最小流量的要求，而這也是室內溫度偏高的主要原因。對此采取了有效措施加以改善，降低了二次網的供水溫度，在供暖中期還有一部分時間出現了供熱溫度不足16℃的問題，這些問題非常少見，因此我們可以忽略不計。

在供熱期間，將水泵的設計流量設為上限，將設計流量的6成設置為下限值。供暖初期和末期的循環水量相對較小，中期的循環水量有所增大，在理解這一問題時，我們可以借助了Q=cM（tg-tk）這一公式來理解，通過這一公式我們不難發現，熱負荷與循環流量呈正相關關系，供熱中期的循環流量達到最大值，因此中期的熱負荷也最大。此外，水泵的功率與流量的三次方存在函數關系，因此供熱中期分布泵的能耗也是供熱過程中最大的階段。

2.2.2變供水溫度能耗分析

在模擬中對供暖期內分布泵和鍋爐運行中的能源消耗進行了分析，經分析發現，供暖中初期和中期供水溫度的鍋爐能耗基本與供水溫度為70℃的鍋爐能耗一致，與以往相比，變供水溫度的供熱效果得到了有效的改善，同時也降低了鍋爐運行中的能源消耗，在保證正常供熱的同時，也保證了熱網的低能耗運行。且變供水溫度控制策略分布泵在供暖初期和末期能耗達到相對較低的狀態，而供暖的中期是整個供暖期能耗最大的階段，其與室外的溫度成負相關關系。

2.3變供水溫度策略改進

在系統運行中已經將二次方供水溫度降至70℃，但是室內溫度依然偏高，在經過數次模擬之后對供熱方式進行了適當的調整，供水溫度由70℃降至45℃。并用策略一和策略二來表示。對改進后的策略進行了模擬分析，分析結果顯示。初期與末期的室內溫度較以往明顯降低，室內溫度得到控制，室內的舒適度大大提高。

2.3.1改進策略供熱效果分析

對策略二展開模擬分析，同時對有關參數進行詳細的計算，如表1所示。

表1不同控制策略相關參數

從表1中我們不難看出，與策略一相比，策略二優勢十分明顯，使用策略二后，舒適率得到了顯著的提升，過熱率沒有明顯的變化，所以我們也可以得出策略二能夠改善室內的過熱情況，同時提高室內的舒適度，此外，策略二的方差降低了50%左右，也充分證明，室內溫度離散程度不是很高，室內溫度基本維持在18度左右。

2.3.2改進策略能耗分析

策略一和策略二鍋爐能耗的差異主要體現在供暖的初期和末期，供暖期中，二者的控制界限為室外溫度8℃，這一溫度在供暖的初期和末期相對較多。因此兩個策略的供暖差異也主要集中在上述兩個時期。在計算和研究后發現，策略二可比策略一更好地實現節能的目的，策略二的供熱效果也明顯優于策略一，所以策略二具備十分優良的節能效果。最終得出，在供熱初期和末期適度降低二次網的供水溫度，可十分有效地提高室內的舒適度，并減少供熱過程中的能源消耗。

3結語

建筑供熱系統在建筑能源消耗中占有較大的比重，因此若要減少建筑運行中的能源消耗，應首先做好供熱系統的優化設計，保證其節能效果。當前，分布式供熱系統在建筑室內供暖中得以廣泛應用，且該系統的節能優化設計也成為了人們關注的焦點，上文對系統節能優化控制進行了簡要分析，希望能夠為分布式供熱系統的設計和操作人員提供一定的參考。

參考文獻

[1]薛林.分布式供熱系統節能優化控制策略研究[D].蘭州交通大學，2017

[2]石兆玉.正確應用分布式輸配系統的設計理念[J].區域供熱.2016（02）

（作者單位：寧夏華電供熱有限公司）