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(diào)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(diào)控模式后又確定了熱網(wǎng)系統(tǒng)、太陽能-燃氣熱泵系統(tǒng)調(diào)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(guān)鍵詞：互補供熱;熱效率;調(diào)控模式;控制策略

1 緒論

在技術(shù)不斷革新的今天互補供熱技術(shù)應(yīng)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(diào)控技術(shù)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(wǎng)互補供熱系統(tǒng)為切入點，對供熱系統(tǒng)的調(diào)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(diào)控模式

太陽能-燃氣熱泵與熱網(wǎng)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(diào)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(wǎng)分為兩種。當(dāng)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(wǎng)供熱系統(tǒng)。此時的互補供熱系統(tǒng)調(diào)控模式為通過調(diào)節(jié)燃氣機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供熱量。而當(dāng)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(wǎng)供熱系統(tǒng)進行補熱。此時的互補供熱系統(tǒng)調(diào)控模式為通過對熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)進行分階段質(zhì)調(diào)節(jié)。

3 互補供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式

3.1 熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式

現(xiàn)今運用較多的集中調(diào)節(jié)方法主要有以下五種[2]：質(zhì)調(diào)節(jié);量調(diào)節(jié);分階段變流量質(zhì)調(diào)節(jié);間歇調(diào)節(jié);質(zhì)-量調(diào)節(jié)。本文針對太陽能-燃氣熱泵與熱網(wǎng)互補供熱系統(tǒng)的特性，采用分階段變流量質(zhì)調(diào)節(jié)的方式對其進行調(diào)控。同時為防止水力失調(diào)，本文設(shè)定的質(zhì)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(zhì)調(diào)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(zhì)量流量設(shè)定為0.8kg/s。其次為供暖中期，可將質(zhì)量流量設(shè)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(zhì)量流量設(shè)定為0.8kg/s。

3.2 燃氣熱泵供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式

燃氣熱泵的運行是依靠燃氣機對壓縮機的驅(qū)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(diào)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(diào)速燃氣熱泵供熱系統(tǒng)進行全電子轉(zhuǎn)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(wǎng)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(wǎng)互補供熱系統(tǒng)中大部分的設(shè)計熱負荷可由燃氣熱泵系統(tǒng)來承擔(dān)，燃氣熱泵承擔(dān)熱負荷的模擬占比設(shè)為40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。通過模擬可得，當(dāng)該比例逐漸增加時，燃氣熱泵與熱網(wǎng)互補供熱系統(tǒng)的標(biāo)煤耗量在逐漸較少。當(dāng)該比例從70%增加到100%時，該系統(tǒng)的標(biāo)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(dān)的設(shè)計熱負荷設(shè)定為70%，熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)承擔(dān)設(shè)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(diào)節(jié)的，其中燃氣熱泵供熱系統(tǒng)通過改變?nèi)細鈾C的轉(zhuǎn)速來進行調(diào)節(jié)，而熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式則為分階段變化流量的質(zhì)調(diào)節(jié)。同時在供暖初期與末期可不必加入熱網(wǎng)，只運行太陽能-燃氣熱泵系統(tǒng)。僅在供暖中期加入熱網(wǎng)并分擔(dān)約30%熱負荷，且變化流量的質(zhì)調(diào)節(jié)是由熱網(wǎng)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(zhì)量流量設(shè)定為0.8kg/s。其次在供暖中期，可將質(zhì)量流量設(shè)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(zhì)量流量設(shè)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(yīng)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(wǎng)互補供熱仿真研究[D].沈陽建筑大學(xué)，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(shè)備工程。