基于末端控制的供暖系統節能研究

崔永祥 李鵬

（河南省機場集團有限公司，河南鄭州 450000）

基于末端控制的供暖系統節能研究

崔永祥 李鵬

（河南省機場集團有限公司，河南鄭州 450000）

隨著計算機控制技術的發展，鍋爐控制系統已經廣泛采用在線控制，提高了供熱源端的能源利用率。但是，在終端用戶環節，居民用戶受成本和樓層空間的限制，不便安裝商業用戶使用的空調系統，不能實現對供暖的自主控制。在當前物聯網技術迅速發展的背景下，本文提出一種用戶端供暖溫度自主控制系統的方案，實現用戶對供暖開關量和溫度量的控制。實踐證明，其能獲得更好的節能效果，具有良好的經濟效益和廣泛的市場前景。

供暖溫度；自主控制；物聯網；節能

1 背景介紹

鍋爐廣泛應用于生活生產的各個領域，其作為重要的動力或熱力來源，在國民經濟中占有重要地位。按照鍋爐燃料的不同，可以簡單的將其分為燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐和電加熱鍋爐等［1，2］。由于我國有豐富的煤炭資源，因此，大量采用燃煤鍋爐。而隨著人們環保意識的提高和國家政策的指引，越來越多的鍋爐使用天然氣、燃油和電力等清潔能源作為燃料。同時，隨著鍋爐控制系統的不斷優化升級，鍋爐燃燒效率不斷提高。在供暖系統中，采用清潔能源和先進控制技術的供熱源端的節能減排措施已日臻完善。然而，在居民用戶端，暖氣設備還不能實現如空調一樣的用戶自主控制，造成巨大的能源浪費。如果能在居民用戶端安裝一套暖氣自主控制設備，實現暖氣開、關、定時及溫度調節的控制，就能避免浪費現象的產生。近年來，出現了一種以熱計量來收取供暖費用的方式，其原理是在房間的暖氣片進水管上安裝恒溫閥，通過調節閥門可以控制暖氣片水流量，從而調整房間溫度。根據“首都之窗”的統計，2014年，北京市熱計量面積突破1.37億m2，居民供熱面積達到6 700萬m2，占居民總供熱面積的10%。據該網站的報道，某用戶一套60m2的房間按用熱收費，供暖費年均能省200余元，取得了一定的節能效果和經濟效益。但是，該系統需要通過手動調節閥門開關量，且室內溫度調節過程比較復雜，這在技術層面限制了節能效果。針對這些不足，本文提出一種以物聯網為基礎的供暖用戶自主調節系統的方案，實現了室內溫度的智能控制，使節能效果更加顯著。

2 供暖溫度用戶自主調節系統原理

2.1 供熱源溫度調節系統原理

隨著信息技術的發展，供熱系統中的供熱源端溫度調節已經實現了自動化控制。其中，鍋爐出水溫度的調節是通過控制爐膛火焰大小來實現的，系統通過對比采集到的管網中水溫與設定的標準值的差值來調節火焰，差值大則自動開啟大火模式，差值小則自動開啟小火模式，差值為零則自動停爐。板式熱交換機出水溫度是通過控制水流量大小來調節，其原理是調節板式熱交換機一次側電磁閥的開度大小，進而控制一次側水流量大小，從而控制熱交換的能量。

2.2 供暖溫度用戶自主調節系統設計

供暖溫度用戶自主調節系統組成如圖1所示，其主要由溫度傳感器、電磁閥、控制器、服務器等組成。其中，溫度傳感器的作用是采集室內溫度；電磁閥的作用通過執行控制器的啟/閉命令來控制水流；控制器的作用是發出各項命令來調節室內溫度；服務器的作用主要是供用戶修改、訪問、存儲信息等。

圖1 供暖溫度自主調節系統

用戶可以通過手動調節控制器參數實現對室內溫度的控制（手動控制），也可以通過終端訪問服務器調節控制器參數實現對室內溫度的控制（遠程控制）。手動控制時的室內溫度調節流程如圖2所示。首先，手動設置控制器參數（如室內溫度上下限），控制器將溫度傳感器反饋的室內溫度信息與設定值進行比較，當室內溫度低于設定的溫度下限值時，電磁閥開啟，室內溫度上升；當室內溫度升到超過設定的溫度上限值時，控制器收到溫度傳感器采集到的溫度信息，發出信號關閉電磁閥，室內溫度下降。如此，室內溫度穩定在設定的上下限之內。

圖2 手動控制流程

連接遠程服務器的供暖溫度用戶自主調節系統可由用戶通過終端APP或訪問服務器網站設置用戶的控制器參數，其后的溫度調節機制與上述一致，其工作流程如圖3所示。除調節室內溫度外，該系統還能實現供暖的定時設置，系統控制器內置計時器，能記錄供暖用時，并將供暖時長等信息傳回服務器，為采取供暖收費制度按使用時長計費提供可靠依據。

圖3 遠程控制流程

3 居民供暖溫度控制系統節能效果分析

通過電磁閥不僅能實現暖氣的定時啟閉，而且其開啟的時間可通過互聯網在服務器累加，用戶和管理人員都可以登錄服務器查看，從而實現供暖用戶計時收費的模式，根據用戶用暖氣的時長來收取費用，從而促進用戶的節能意識。

對于普通上班族，其上班時間家中處于無人狀態，以往在此時間仍然持續供暖。但如果關閉電磁閥，則能夠節約大量能源，如果按平均每天累計關閉8小時計算，則其所需采暖時間僅為目前采暖時長的2/3。如果按供暖計時收費，仍以北京市某小區60m2的住戶為例，以北京市熱力集團供暖網絡居民用暖價格計價，在應用上述節能系統時，該用戶理論上可以節約供暖費用480元/采暖季。可見，供暖溫度自主調節系統具有很好的節能減排效果，能更好地降低用暖成本。

4 結語

基于物聯網的供暖溫度自主調節系統實現了供暖溫度的自主控制和遠程控制，是供暖控制系統發展的方向，其能節約大量的資源，具有良好的經濟效益。

［1］王善武.我國工業鍋爐節能潛力分析與建議［J］.工業鍋爐，2005（1）：1-16.

［2］張衛華.鍋爐控制系統的設計與實現［D］.西安：電子科技大學，2015.

Study on Energy Saving of Heating SystemBased on Terminal Control

Cui YongxiangLi Peng
（Henan Airport Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

With the development of computer control technology,the on-line control has been widely adopted in boil?er control system,so as to improve the utilization rate of energy in heating source.However,in the end user sectors, residential users due to the air conditioning system by the cost and floor space limit inconvenient to install business users,to achieve independent control of heating system in recent years.With the rapid development of the Internet technology background,this paper proposes a user temperature control system to realize the control of heating switch and temperature.Practice has proved that it can achieve better energy saving effect,and has good economic benefits and broad market prospects.

heating temperature；autonomous control；internet of things；energy saving

TU832

A

1003-5168（2017）08-0157-02

2017-07-02

崔永祥（1989-），男，碩士，研究方向：設備在線監測與故障診斷。