探究城市供熱網(wǎng)的智能化控制與管理

張起民

摘要：城市供熱網(wǎng)絡具有復雜性和封閉性的特點，其管理一直是一個挑戰(zhàn)，特別是在用戶數(shù)量快速增長的情況下，供熱設備也隨之改進和更新，為城市供熱管理、建立供熱網(wǎng)絡帶來了許多困難。為保證最佳管理效果，必須積極采用智能控制方式。這是新時期城市熱網(wǎng)穩(wěn)定運行的必然選擇，可以減少投資，提高人力資源管理的效率，使城市熱網(wǎng)的服務水平也大大提高，對城市經(jīng)濟的發(fā)展有很大的幫助。因此，智能控制城市熱網(wǎng)的研究、推廣和應用至關重要。

關鍵詞：城市供熱網(wǎng);智能化控制

引言

城市熱網(wǎng)運行階段消耗的能源量非常大，采用不科學的管理方法，勢必造成大量的能源損失和浪費，導致成能源消耗量的增加。不論從城市熱網(wǎng)運營成本還是城市可持續(xù)發(fā)展角度來看，均不利于城市經(jīng)濟的健康發(fā)展。本文討論和分析了城市熱網(wǎng)管理現(xiàn)狀和存在的問題，探討了智能控制的有效應用策略，以全面提高城市熱網(wǎng)管理水平實現(xiàn)節(jié)能降耗目標，促進城市供熱網(wǎng)更好地服務于城市居民。

1城市熱網(wǎng)管控現(xiàn)狀

如今，城市供熱網(wǎng)在結構上主要分為一次水直接供熱和二次水間接供熱。散熱器有兩種：暖氣和鍋爐。最初，單一蒸汽用于城市的直接供暖，但由于安全漏洞和高能量損失，新的熱網(wǎng)絡不再使用。直接熱水供暖具有投資少、熱結構簡單等優(yōu)點，但也存在安全性差、穩(wěn)定性差、維護率高和長期利用率低等缺點。目前，新的供應網(wǎng)絡通常不僅僅在某些情況下使用，大多數(shù)現(xiàn)有的供應網(wǎng)絡正在重建或計劃重建。熱交換站是間接二次加熱方法的核心。它用于通過熱交換器將蒸汽或鍋爐熱水的熱量直接傳遞給用戶的二次/低水。冷熱設備的控制管理由原來員工現(xiàn)場手動控制切換為自動控制，不占用冷熱設備，換熱器一體化、集中、遠程監(jiān)控。

2城市集中供熱智能系統(tǒng)背景分析

2.1熱負荷預測

城市集中供熱系統(tǒng)的安全可靠運行通常取決于幾個因素，如建筑物的類型、豎井/結構、二次熱力系統(tǒng)的設計、室內(nèi)空間的供暖方式等。如果這些因素控制不當，將會影響供熱系統(tǒng)的實際承載能力，需要采取適當?shù)拇胧﹣砜刂七@些因素。首先，熱負荷預測保證了集中導熱的順利進行，該方法比傳統(tǒng)方法取得了更好的效果。到目前為止，已經(jīng)使用了以下方法來估計熱負荷，即指數(shù)平滑法、時間序列分析法等。二是城市供熱系統(tǒng)本身是一個內(nèi)容較多、不確定性和非線性并存的系統(tǒng)，應采取措施保證預測模型的準確性，加強治理。

2.2供暖系統(tǒng)問題

目前，城市熱智能集中化存在一些問題。重點是內(nèi)部人員不足，缺乏專業(yè)培訓，缺乏技術技能、扎實的理論知識和經(jīng)驗，不能及時解決系統(tǒng)中的問題，直接影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。如果換臺出現(xiàn)嚴重問題，會給人們的生活和工作帶來巨大的不便。此外，很難改善對城市供暖系統(tǒng)的控制，因為操作員沒有及時采取措施有效解決問題，這導致所述設備錯過最佳維護時間。為了解決城市供熱系統(tǒng)控制和管理中存在的問題，必須采取科學的、可操作的措施。

3直供熱管網(wǎng)供熱站設計

3.1無高層建筑的熱用戶

對于沒有高層建筑的熱力用戶，應保持30m以上的恒壓，以保證熱力用戶的最低要求，滿足整棟建筑的供熱需求。當城市地區(qū)有許多老社區(qū)時，終端散熱器通常是傳統(tǒng)的鑄鐵散熱器。另外，計算鑄鐵暖氣片的耐壓能力時，要考慮到老小區(qū)內(nèi)部供暖管網(wǎng)的老化。為了確保管網(wǎng)的安全，用戶建筑物后墻上的管道壓力應保持在30～38m，以防止排空。根據(jù)高溫用戶壓降假設，配水站二次管網(wǎng)熱水管壓力設定為45m，回水管壓力設定為33m。此設置旨在能夠滿足所有熱用戶的需求。通常，熱力站是由一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)通過換熱器進行熱交換，以達到用戶所需的溫度。其中，一次供水管網(wǎng)通過調(diào)節(jié)閥流入換熱器，在換熱器內(nèi)發(fā)生熱交換后流入一次管網(wǎng)。二次循環(huán)水管網(wǎng)經(jīng)過濾器流入循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)循環(huán)泵輸送至換熱器，提高水溫，以滿足用戶需求。在設計過程中還需要考慮管道的管徑，管道直徑是根據(jù)每個用戶計算出的流量的總和來確定的。在熱水管網(wǎng)的主干線及其沿程的比摩阻中，主干線是管網(wǎng)中平均比摩阻最小。根據(jù)熱水管網(wǎng)干線各管段的計算流量和從相關表中選取比摩阻數(shù)值，可以得出干線各管段管徑及對應的實際比摩阻數(shù)值[1]。

3.2有高層建筑的熱用戶

對于有高層建筑的熱力用戶，如果維持30m以上的恒定壓力，來滿足整個建筑居住者的采暖需求，則無法保證熱力用戶的最低要求。因此，遇到此類建筑時，必須采取對策，劃分高層建筑的區(qū)域，防止供暖管道排空。當面對建筑物內(nèi)部的防空措施時，供熱站不需要考慮這個問題，但是當面對沒有設置防倒空措施時，供熱站通常需要考慮這個問題。為解決這一問題，供熱站通常采用閥門前壓力調(diào)節(jié)，防止放空。假設建筑物高度為54m，為達到閥前調(diào)壓閥的最小值，保證閥前調(diào)壓閥正常工作，調(diào)節(jié)彈簧的顯影壓力應調(diào)至57m。另一方面，還必須考慮閥前壓力調(diào)節(jié)的意外情況并關閉閥。為保證高層建筑的回流壓力在60m以上，根據(jù)要求，二次熱配站回流必須關閉，水管壓力設置為67m。對于靠近或靠近一次管網(wǎng)的熱用戶，應在供水管線上加裝減壓閥，以防止供水管線因壓力過大而破裂。高位熱用戶，需在后管區(qū)加裝前置閥調(diào)壓閥[2]。

4城市供熱系統(tǒng)智能控制措施

4.1智能化供熱原理

智能供熱的原理體現(xiàn)在兩個方面。首先，隨著人們生活水平的不斷提高，對供暖行業(yè)的要求越來越高，必須采取相應的措施來實現(xiàn)智能化控制和管理?！爸悄芑薄肮芸亍钡年P鍵是平衡系統(tǒng)運行過程中的熱平衡，進一步減少資源浪費問題，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。當然，要使供暖系統(tǒng)的智能化管理順利進行，還必須對熱平衡進行調(diào)整控制。系統(tǒng)與環(huán)境之間的熱交換總和等于熱量總和，等于換熱站提供給用戶的熱量總量減去熱源提供給換熱站的熱量，也是物理學中的熱平衡方程。其次，在實際工作過程中，公式可能存在一定的差異。簡單的說，供熱站提供的熱量和建筑物實際使用的熱量是不一樣的，尤其是無人值守的，需要檢查兩者的相對平衡，保證城市集中供熱系統(tǒng)的正常運行[3]。

4.2量調(diào)節(jié)技術應用

量調(diào)節(jié)技術應用是城市集中供熱管網(wǎng)控制協(xié)調(diào)的重要技術，主要涵蓋集中供熱系統(tǒng)運行的各個階段。因為在城市正式集中供熱時，集中供暖的質(zhì)量和效果也隨著外界溫度的變化而變化，所以需要通過量調(diào)節(jié)技術應用來控制各個供暖階段的供暖溫度，使供暖效果最大化。集中供熱系統(tǒng)在建設和運行過程中，成本投入和消耗都比較大，所以為了最大限度地發(fā)揮工作效果，降低成本，集中供熱企業(yè)不可避免地需要調(diào)整供暖溫度。主要分為兩個階段。第一階段為初冷期，此時外界溫度相對適宜，居住者的取暖要求不高，因此公司必須在此階段進行溫度調(diào)節(jié)。另一個階段是冬末春初，氣溫開始回升，但人們的取暖需求還是比較高的，天氣變化也比較頻繁。此時，相關人員必須調(diào)整加熱溫度和時間，注意外部溫度的變化[4]。

結束語

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟穩(wěn)步增長，人民群眾的供熱需求也在逐年增加，對供熱企業(yè)提出了新的要求，為此，必須利用高新技術手段。供暖系統(tǒng)的智能化管控不僅提高了供暖效果，而且彌補了傳統(tǒng)管理工作的不足，切實為廣大用戶的工作和生活帶來了方便，最終加快了城市化進程的步伐

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參考文獻：

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[3]李光明，趙立強，高遠謀.城市供熱監(jiān)控與智能化管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].信息通信，2016（9）：58-60.

[4]呂傳玉.DRN節(jié)能閥在公共建筑集中供熱系統(tǒng)中的應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2008（19）：46-47.

[5]葉運旺，裴曉遲.熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在集中供熱中的設計與應用[J].區(qū)域供熱，2013（3）：77-83.