全網(wǎng)平衡軟件在熱力管網(wǎng)調(diào)控中的應(yīng)用

夏 帥

（太原熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030013）

1 熱力管網(wǎng)調(diào)節(jié)方案介紹

本公司轄區(qū)內(nèi)現(xiàn)有200多座熱力站，共有約380套換熱機(jī)組，調(diào)節(jié)這380套換熱機(jī)組的換熱量，使全網(wǎng)熱能合理、有效地平衡分配，是日常供熱工作的重點。由于缺乏對建筑室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)的直接反饋，一直以來是通過監(jiān)控庭院管網(wǎng)供/回水溫度與室外溫度的關(guān)系，對換熱器一次網(wǎng)閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到控制室內(nèi)溫度高低的目的。

傳統(tǒng)手動調(diào)節(jié)缺乏協(xié)同性，只能依靠站內(nèi)值班人員在熱力站手動逐個開關(guān)一次網(wǎng)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，速度慢且勞動強(qiáng)度高，容易出現(xiàn)水力震蕩、熱量分配不平衡、能耗增高等問題。在供熱面積日益增加的情況下，已不能滿足當(dāng)前的工作需要。

隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展成熟。基于站內(nèi)自控系統(tǒng)的全面升級，在系統(tǒng)中采用全網(wǎng)平衡軟件實現(xiàn)對380套換熱機(jī)組一次網(wǎng)回水電動調(diào)節(jié)閥的自動同步控制，可以起到提高調(diào)節(jié)精度、有效減小水力震蕩幅度、降低能耗等優(yōu)點。極大地提高了熱網(wǎng)的管理水平，解決了手動調(diào)節(jié)存在的諸多問題。

2 全網(wǎng)平衡軟件主要功能介紹

在實際供熱工作中，不同的供熱場所需要應(yīng)用不同的控制方案才能滿足供熱需求。全網(wǎng)平衡軟件擁有強(qiáng)大的功能，可滿足實際需要。

1）分時控制。供熱根據(jù)使用屬性的不同分為全時段供熱與分時段供熱。全時段供熱是指建筑全天24 h不間斷正常供熱，分時段供熱是在不同的時段采取不同的供熱模式。城市集中供熱的主要對象是普通居民住宅樓，人員出入隨機(jī)性強(qiáng)，現(xiàn)階段又缺乏針對個體住戶的調(diào)控裝置，所以供熱方案上認(rèn)定為需要全天候正常供熱，采取全時段供熱。分時段供熱適用于商場、廠房、辦公樓等建筑，這些建筑只在特定時段有人員活動，在管網(wǎng)建設(shè)時會考慮到它的應(yīng)用特點，往往會設(shè)置單獨(dú)的換熱機(jī)組與其它需要全時段供熱的建筑區(qū)分開，方便日后調(diào)控。針對分時段供熱用戶，可以利用全網(wǎng)平衡軟件中的分時控制功能，將同一屬性換熱機(jī)組歸為一類，單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置。在不同的時間段設(shè)置不同的供熱溫度，達(dá)到降低能耗的目的[1]。

2）分區(qū)控制。轄區(qū)內(nèi)管網(wǎng)的熱源有六個，以每個熱源為中心劃分供熱區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)所屬換熱機(jī)組需要進(jìn)行獨(dú)立水力平衡調(diào)節(jié)。這樣可以避免由于某個熱源的輸出功率發(fā)生波動，熱網(wǎng)內(nèi)所有機(jī)組閥門都處于震蕩調(diào)節(jié)狀態(tài)，導(dǎo)致整個管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生水力失衡的現(xiàn)象，提高了管網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。軟件內(nèi)的分區(qū)控制功能可以達(dá)到此目的，以熱源為組別，將換熱機(jī)組歸類，可以進(jìn)行分區(qū)控制。

3）分類集中控制。建筑物內(nèi)采暖散熱器形式分為地暖供熱、暖氣供熱和空調(diào)供熱三種。

地暖是將散熱性良好軟管大面積地暗埋入地板下，讓整個地板形成采暖散熱面為室內(nèi)加溫的取暖方式。地暖散熱性好、熱量損失小，室內(nèi)升溫速度比較快且均勻。由于其自身良好的散熱性，較低的供/回水平均溫度就可以使室內(nèi)溫度達(dá)到正常。軟管自身的耐溫上限是供水溫度不高于60℃，否則會影響使用壽命。

暖氣取暖是將多個金屬制成內(nèi)有水循環(huán)通道的散熱片串聯(lián)安裝起來，連通供/回水管道形成散熱器，根據(jù)室內(nèi)空間的布局設(shè)置于各處，每組暖氣散熱片的多少也可根據(jù)實際需要增減調(diào)整。暖氣采暖需要更高的供/回水平均溫度，才能使室內(nèi)溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。由于使用金屬制造，對水溫上限的承受力較高。

暖通空調(diào)是將金屬盤管制成散熱器設(shè)置于建筑的新風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)，通過為循環(huán)空氣加熱的方式向建筑物輸送熱能。它的散熱方式有別于以上兩種自然散熱方式，屬于強(qiáng)制散熱。其升溫、散熱性與風(fēng)機(jī)功率、供/回水平均溫度都有關(guān)系。供水溫度要根據(jù)實際情況具體設(shè)置，通常，越是空曠高大的建筑，水溫要求也越高。

這三種供熱方式散熱系數(shù)不盡相同，庭院管網(wǎng)供/回水平均溫度的要求也會有所不同。如果采用相同的供熱指標(biāo)勢必會造成室內(nèi)溫度達(dá)不到統(tǒng)一，造成投訴增多。所以可以利用軟件的分類集中控制功能來解決此問題。參照入網(wǎng)登記時的用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與供熱規(guī)劃數(shù)據(jù)，將所有機(jī)組的供熱數(shù)據(jù)匯入軟件數(shù)據(jù)庫內(nèi)，形成用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。如圖1所示，采暖方式分為三類六種形式：“工業(yè)采暖一”“工業(yè)采暖二”“暖氣”“地暖一”“地暖二”“地暖三”。轄區(qū)所負(fù)責(zé)供熱的城區(qū)沒有大型廠房、溫室等設(shè)施，所以在實際應(yīng)用中只用到了“暖氣”“地暖一”“工業(yè)采暖一”三種形式。轄區(qū)內(nèi)有服裝鞋帽商場集中地，不少商場都采用了暖通空調(diào)采暖供熱，特點基本相同，都?xì)w為“工業(yè)采暖一”。教學(xué)樓、辦公樓、醫(yī)院、住宅等建筑按照自身的供熱方式選擇設(shè)置為“暖氣”或“地暖一”。有些住宅樓存在地暖、暖氣混合使用的情況，負(fù)責(zé)這種建筑供熱的機(jī)組遵循就高不就低的供熱原則，按照暖氣的供熱方式進(jìn)行供熱。那些在建設(shè)時就將采暖設(shè)施統(tǒng)一設(shè)置為地暖的住宅樓，換熱機(jī)組采暖方式設(shè)置為“地暖一”。

4）自動進(jìn)行熱負(fù)荷計算、調(diào)節(jié)。軟件在運(yùn)行中，自動計算庭院管網(wǎng)供/回水平均溫度目標(biāo)調(diào)節(jié)值。自動計算方式是根據(jù)室外溫度、室內(nèi)溫度設(shè)定值與熱網(wǎng)供熱面積、傳熱系數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行。在熱網(wǎng)調(diào)節(jié)中除了庭院管網(wǎng)平均溫度外，庭院管網(wǎng)回水溫度也是重要指標(biāo)。只有回水溫度達(dá)標(biāo)，才能保證管網(wǎng)末端用戶的采暖需求。通過長期的實踐，總結(jié)推導(dǎo)出了各區(qū)室外溫度與二次網(wǎng)回水溫度參考值之間的基本對應(yīng)關(guān)系，將其編入軟件為供熱調(diào)節(jié)提供依據(jù)。

軟件運(yùn)行狀態(tài)下的室外溫度采樣周期設(shè)置為8 h一次，然后按照室外溫度，各區(qū)分別計算庭院管網(wǎng)溫度平均值，每隔15 min采集實際溫度值，驅(qū)動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行一次調(diào)節(jié)。直至本區(qū)內(nèi)所有機(jī)組庭院管網(wǎng)平均值基本保持一致（誤差率設(shè)置為≤5%）。實際運(yùn)行中會有些機(jī)組因為使用條件、負(fù)荷和管道鋪設(shè)等因素造成供/回水溫差過高，在全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)完成后回水溫度過低，影響采暖效果。針對這種情況，軟件自動監(jiān)控所有機(jī)組二次網(wǎng)回水溫度，如發(fā)現(xiàn)有機(jī)組實際回水溫度低于參考值2℃，則自動退出全網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，改由以參考值為目標(biāo)的調(diào)節(jié)方式。地暖區(qū)的二次網(wǎng)供水溫度上限設(shè)置為58℃，防止因為調(diào)節(jié)出錯損壞地暖軟管[2]。表1為室外溫度與暖氣區(qū)庭院管網(wǎng)回水溫度參考值對應(yīng)表。

表1 室外溫度與庭院管網(wǎng)設(shè)定溫度對照表 ℃

5）生成數(shù)據(jù)列表。依照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，軟件會自動生成各網(wǎng)段的數(shù)據(jù)列表，可整體瀏覽也可根據(jù)采暖方式的不同分區(qū)瀏覽。在列表中可以對各熱力站的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、排序和設(shè)置權(quán)重值。權(quán)重值的設(shè)定根據(jù)機(jī)組供熱面積在全網(wǎng)中的排序進(jìn)行，供熱面積大、權(quán)重值高，供熱面積小、權(quán)重值低。權(quán)重值設(shè)置越精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)排序越精確。

3 全網(wǎng)平衡軟件其他功能介紹

為了提高軟件的適用性，增強(qiáng)對熱網(wǎng)的管理能力，全網(wǎng)平衡軟件還增添了輔助功能[3]。

1）控制效果的評價功能。軟件可根據(jù)實際參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，推導(dǎo)出每條管道支線及干線的均方差和失調(diào)度等評價指標(biāo)。同時依據(jù)指標(biāo)對管線進(jìn)行排序，方便調(diào)度員分析熱網(wǎng)工況。

2）負(fù)荷預(yù)測功能。軟件可根據(jù)實時溫度值以及地區(qū)同期歷史平均值，對熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。對調(diào)度員下達(dá)階段性熱源出水溫度、流量等指標(biāo)起到參考作用。

3）閥位自動跟蹤功能。軟件可對調(diào)度員的手動操作進(jìn)行記錄，成為自動調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)值。可以減少系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間，提高調(diào)節(jié)效率。

4）報表生成功能。軟件可以對二次網(wǎng)的供/回水平均溫度、一次網(wǎng)的回水流量、一次網(wǎng)的熱量累計值等參數(shù)進(jìn)行報表方式的存儲。存儲為“.mdb”格式數(shù)據(jù)庫文件，可以方便地導(dǎo)出為Excel格式。報表的方式包括日報表、周報表和采暖季報表等。

4 結(jié)語

通過全網(wǎng)平衡軟件的自動調(diào)節(jié)，轄區(qū)內(nèi)換熱機(jī)組庭院管網(wǎng)均溫誤差率為3.1%，熱能利用率提高了12.6%，達(dá)到了使用要求。全網(wǎng)平衡軟件的使用，對減少熱能浪費(fèi)、提高住戶供暖質(zhì)量、降低人員操作量都有重要意義。