互補供熱系統(tǒng)控制策略的研究

摘?要：隨著社會發(fā)展，環(huán)保越來越受到人們的重視，而采用更加合理更加先進的調控模式和控制策略可以更有效的提高供熱系統(tǒng)的熱量利用效率，對實現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。本文在制定整個供暖季互補供熱系統(tǒng)的調控模式后又確定了熱網系統(tǒng)、太陽能-燃氣熱泵系統(tǒng)調節(jié)的方式。再通過模擬得出上述兩種系統(tǒng)的最佳能源配比，進而制定出該互補供熱系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略以提高其熱量利用效率。

關鍵詞：互補供熱;熱效率;調控模式;控制策略

1 緒論

在技術不斷革新的今天互補供熱技術應用越來越多，其在控制策略方面存在的問題也逐漸暴露了出來。同時由于我國的供熱系統(tǒng)與國外并不相同，我國是以燃煤鍋爐為主，因此國外較為先進的供熱調控技術并不適用于我國[1]。在此背景下本文以太陽能-燃氣熱泵與熱網互補供熱系統(tǒng)為切入點，對供熱系統(tǒng)的調控模式和控制策略進行研究，以提高其熱量利用效率。

2 互補供熱系統(tǒng)的調控模式

太陽能-燃氣熱泵與熱網互補供熱系統(tǒng)可根據(jù)熱負荷與氣候條件的實時變化來進行調控，其系統(tǒng)形式如下圖所示。該系統(tǒng)的運行模式可根據(jù)是否加入熱網分為兩種。當太陽能-燃氣熱泵供熱系統(tǒng)在滿足用戶采暖需求的前提下又能保持較高效運行時，可以不加入熱網供熱系統(tǒng)。此時的互補供熱系統(tǒng)調控模式為通過調節(jié)燃氣機的轉速來調節(jié)供熱量。而當太陽能-燃氣熱泵供熱系統(tǒng)達不到用戶采暖需求或運行效率較低時，可加入熱網供熱系統(tǒng)進行補熱。此時的互補供熱系統(tǒng)調控模式為通過對熱網供熱系統(tǒng)進行分階段質調節(jié)。

3 互補供熱系統(tǒng)的調節(jié)方式

3.1 熱網供熱系統(tǒng)的調節(jié)方式

現(xiàn)今運用較多的集中調節(jié)方法主要有以下五種[2]：質調節(jié);量調節(jié);分階段變流量質調節(jié);間歇調節(jié);質-量調節(jié)。本文針對太陽能-燃氣熱泵與熱網互補供熱系統(tǒng)的特性，采用分階段變流量質調節(jié)的方式對其進行調控。同時為防止水力失調，本文設定的質量流量比大于等于0.6，即60%、80%、100%。將上述三種比例帶入到模擬建筑中可知，將分階段變流量質調節(jié)分為三個階段帶入到供暖中期會更加合理高效。首先為供暖初期與供暖中期間的過渡段，可將質量流量設定為0.8kg/s。其次為供暖中期，可將質量流量設定為1.0kg/s。最后為供暖中期與供暖末期間的過渡段，也可將質量流量設定為0.8kg/s。

3.2 燃氣熱泵供熱系統(tǒng)的調節(jié)方式

燃氣熱泵的運行是依靠燃氣機對壓縮機的驅動。同時燃氣熱泵系統(tǒng)還可以在最大負荷下運行，但從用戶熱負荷及機組運行效率兩方面考慮，一般情況下燃氣熱泵均處于部分負荷運行狀態(tài)[3]。本文所采用的燃氣熱泵系統(tǒng)由電子膨脹閥來進行流量調節(jié)。而電子膨脹閥的優(yōu)點主要有以下兩個方面。首先電子膨脹閥具有傳遞速度較快的優(yōu)點，可減小供熱系統(tǒng)的滯后性所帶來的不利影響。其次電子膨脹閥未來在控制精度提升方面有更大的發(fā)展空間，例如可針對無級調速燃氣熱泵供熱系統(tǒng)進行全電子轉速控制等。

4 互補供熱系統(tǒng)的最佳能源配比計算

由于太陽能為不穩(wěn)定熱源，因此本文的最佳能源配比計算只包括燃氣熱泵系統(tǒng)與熱網系統(tǒng)這兩部分。而二者中燃氣熱泵相對來說，其特點包括節(jié)能效果好、初投資高、受建筑方案制約等。因此在燃氣熱泵與熱網互補供熱系統(tǒng)中大部分的設計熱負荷可由燃氣熱泵系統(tǒng)來承擔，燃氣熱泵承擔熱負荷的模擬占比設為40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。通過模擬可得，當該比例逐漸增加時，燃氣熱泵與熱網互補供熱系統(tǒng)的標煤耗量在逐漸較少。當該比例從70%增加到100%時，該系統(tǒng)的標煤耗量降低幅度較小。因此最終燃氣熱泵供熱系統(tǒng)所承擔的設計熱負荷設定為70%，熱網供熱系統(tǒng)承擔設的計熱負荷確定為30%即是最合理的能源配比方案。

5 系統(tǒng)控制策略的制定

互補供熱系統(tǒng)是根據(jù)熱負荷來調節(jié)的，其中燃氣熱泵供熱系統(tǒng)通過改變燃氣機的轉速來進行調節(jié)，而熱網供熱系統(tǒng)的調節(jié)方式則為分階段變化流量的質調節(jié)。同時在供暖初期與末期可不必加入熱網，只運行太陽能-燃氣熱泵系統(tǒng)。僅在供暖中期加入熱網并分擔約30%熱負荷，且變化流量的質調節(jié)是由熱網分階段進行的。首先在供暖初期與供暖中期間的過渡段，可將質量流量設定為0.8kg/s。其次在供暖中期，可將質量流量設定為1.0kg/s。最后在供暖中期與供暖末期間的過渡段，也可將質量流量設定為0.8kg/s。通過模擬可知以上控制策略確可提高供熱系統(tǒng)的熱量利用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

參考文獻：

[1]李聯(lián)友.分戶計量供熱系統(tǒng)應用的分析[J].煤氣與熱力，2008，28（4）：14-15.

[2]溫化霆.太陽能-燃氣熱泵與熱網互補供熱仿真研究[D].沈陽建筑大學，2013.

[3]Strand R L，Uhrich D T.Thermostat for a variable capacity HVAC and method for providing a ramping set point on a setback thermostat：U.S.Patent 5，314，004[P].1994-5-24.

作者簡介：薛翔遠（1989-），男，遼寧沈陽人，碩士，研究方向：建筑環(huán)境與設備工程。