探讨供热系统的自动化节能控制技术
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摘要：供热系统由热源、供热管网和热用户三部分构成，其能源消耗主要由燃料能量转换损失、输送过程损失和建筑散热构成。随着建筑节能的不断发展，供热系统各环节的节能研究更加深入，节能措施也更加有效。本文将主要探讨供热系统的自动化节能控制技术及其应用。
关键词：供热系统；自动化；节能；控制技术
我国的供热方式主要是城市集中供热和区域锅炉房供热，在热力供热发展的进程中伴随着技术进步。如过去因存在运行管理水平低和缺少有效的调控装置而造成热用户冷热不均，曾采用加大系统循环流量和提高供水温度的办法试图加以解决，实际形成了“大流量、小温差”的不合理运行，不仅不能从根本上解决问题，反而浪费了能源。现在普遍的问题仍是因过热造成能源浪费，这是因为热力供热企业一般供到热力站，而二次网和热用户终端是由单位自管，因此解决起来难度较大[1]。
1 供热系统能耗的组成
1.1热源部分
热源能耗主要由两部分组成：热源消耗和输配电耗，运行节能的目标就是要节约这两部分的消耗。1）热源消耗主要用于燃烧燃料（煤或天然气），提高燃烧效率、增加热量回收可以节能。2）电耗主要是用于循环水泵及锅炉房鼓风机、引风机，其中以水泵耗电为主。如果系统处于大流量、小温差的运行状态下，其水泵电耗势必大量增加并且浪费；如果系统阻力分配存在不合理，能量也会白白浪费在克服阻力上；如果系统阻力或流量因为末端调节而发生变化，水泵不能相应地调节扬程或流量来改变出力，也会浪费能量。新标准规定，耗电输热比EHR值（设计条件下输送单位热量的耗电量）应在规定范围内[2]。
1.2建筑物部分
建筑耗热量指标Qw是单位建筑面积在整个采暖季的平均能耗指标，与建筑热负荷的大小直接相关。建筑热负荷不是一个常量.其大小由以下几个方面决定。
1）室外温度变化。在采暖季里.随着室外温度的不断变化，建筑热负荷也不断地发生变化，建筑热负荷随着室外温度的升高而降低，随着室外温度的降低而增加。
2）室内需求温度变化。通常的室内设计温度是18℃，保证最低温度是16℃，楼道、电梯和地下室等允许温度较低，旅馆和高档建筑要求室温较高；有些地区在夜间降低供暖出力，来降低室内温度常能；在房间长时间无人时，应允许将室温降低。实现经济运行，节约能量，只要保证不将水管冰冻即可。
3）建筑围护结构保温。门窗密闭性等传热特性。4）自由热的补充。阳光入射、人体活动、炊事、电器等热量称为采暖自由热，这部分热量由于不确定性而没有在设计运行中予以充分考虑[3]。
2供热系统的自动化节能控制技术
集中供暖系统包括热源、热网、热用户3个主要部分，其中热网是热量（流量）分配控制的中枢环节，对这个系统的节能高效运行起到了关键性的作用。但是，由于流量控制手段和设备不到位，热网普遍存在由于水力失调导致的冷热不均现象。一方面前端用户室温过高导致开窗散热。造成大量浪费。另一方面末端用户得不到所需要的流量，室温过低，导致用户投诉增加甚至拒交供暖费。供热单位为了提高末端用户的室温，只能加大流量（供热量），不仅大幅增加了水泵电耗。同时，由于调控不力，无法根据气候变化和用户需求适时改变流量（供热量），再次增加了能源的浪费。当前供热系统运行调节存在的主要问题具体如下。
1）热媒温度控制问题
在运行过程中，特别是锅炉供热采用质调节时，网路供回水温度决定于锅炉燃烧状态和室外气象条件。一般来说，锅炉运行过程中瞬时供热量经常变化，管网供水温度也随之改变；即使锅炉运行状态调节得较好，燃料供应量和风量不变，但由于室外温度变化的影响，要求网路供、回水温度变化来适应建筑热负荷变化，供水温度仍需不断变化，所以供热量只能大致在一个范围[4]。
2）“间歇”运行的热量控制问题
大部分供暖系统由于锅炉设备容量大，用户负荷小，运行过程中常常“间歇”运行，有的系统按3班制运行，每天停火若干次，导致网络供回水温度总在不断变化。所以，按间歇调节方式来控制锅炉运行时间和供水温度，导致系统热用户时冷时热、冷热不均，锅炉起火和压火过程中供热量无法估计，造成不必要的浪费。
3）循环水量调控问题
尽管人们普遍认为分阶段改变流量的质调节方式经济合理，即室外气温较低时运行大泵或多台泵，室外气温较高时运行小泵或减少泵台数，但由于多数管网失调比较严重，如果管网实际流量按设计流量运行，则会出现严重的热力失调，导致实际上的大流量小温差运行[5]。
上述不同供热调节方式的目的是通过控制网路供、回水温度、流量、运行时间来调节供热量，以适应热用户负荷的变化，其条件是系统必须连续、稳定运行，且设计负荷、循环水量应与实际值一致，而系统实际运行过程与现状却难以实现。针对上述问题，采用热量调节法来实现供热负荷的调节，通过在系统中安装流量计、供回水温度计和热量监测仪，在运行过程中根据室外气象条件，可以给定每天的供热负荷、累计供热量和系统运行时间，实现按需调节[6]。
3 结论
综上，自动控制技术已经应用到了集中供热系统的各个组成部分。例如：热源的自动运行，热网、热力站与中继泵站的监控及供热系统末端用户的监控等等。越来越多的从事集中供热领域的工作人员认识到：不了解用户的“冷暖”，就不能对供热系统的运行参数进行合理准确的预判与确定，从而不能根据用户的需求提供经济合理的运行参数，势必造成系统的耗能、耗电、耗水的增加。若没有自控设备的帮助，就无法掌握系统的水力失调、热力失调的工作状态，也谈不上对其的消除与及时调整。
参考文献：
[1]聂勇. 分布式水泵供热系统的节能分析[J]. 区域供热，2014，02：114-121.
[2]黄颖. 城市集中供热系统自动化及其应用[J]. 能源与节能，2014，06：40-41.
[3]张良智. 供热系统的自动化控制与节能降耗[J]. 硅谷，2014，10：185-186.
[4]李志强，刘剑. 关于供热系统自动化控制的研究[J]. 科技与企业，2014，12：347.
[5]聂夏洪. 集中供热系统中热网的自动化控制[J]. 科学之友，2012，05：44-45.
[6]王谦，郭泽宇，吉恒松，成珊，张程程. 基于风机盘管热风供热系统的温室热环境研究[J]. 农业机械学报，2013，08：219-223.