氣候補償和分時分區(qū)的節(jié)能分析

北方工業(yè)大學(xué) 李 琳

北京碩人時代節(jié)能技術(shù)有限公司 馬東亮 史登峰

1.供熱系統(tǒng)簡介

石家莊鐵道學(xué)院總供暖面積約33萬m2，其中辦公樓約10萬m2，學(xué)生公寓約7萬m2，其余為住宅。院內(nèi)設(shè)置蒸汽供熱站，蒸汽為熱電廠提供，壓力0.6Mpa，溫度220℃。現(xiàn)有換熱器2組，高區(qū)換熱系統(tǒng)，只供學(xué)院辦公樓高層供熱，供熱面積?。坏蛥^(qū)換熱系統(tǒng)，給學(xué)院內(nèi)所有多層建筑（包括學(xué)生公寓、教學(xué)樓、實驗樓和住宅等）和辦公樓低區(qū)供熱。低區(qū)換熱系統(tǒng)，帶供熱面積大且用戶用熱時間不一致，因此改造的重點是低區(qū)供熱系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)節(jié)能改造方案概述

系統(tǒng)現(xiàn)狀如下：辦公樓和學(xué)生公寓的系統(tǒng)與住宅混合在一起，因此其運行模式只能是同步供熱，不能對辦公樓、學(xué)生公寓實行分時分區(qū)的供熱，造成了熱量浪費；蒸汽換熱系統(tǒng)供熱量不能精細(xì)調(diào)節(jié)；用戶室內(nèi)溫度差別較大。采用下列三項節(jié)能改造。

2.1 供熱系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)控中心

供熱系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)控中心是掌控整個供熱系統(tǒng)調(diào)度的樞紐。本項目采用HOMS供熱系統(tǒng)節(jié)能管理平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線訪問，用戶只要有一臺能上網(wǎng)的計算機(jī)或手機(jī)通過IE訪問監(jiān)控中心服務(wù)器即可掌控全網(wǎng)運行。同時可實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、實時調(diào)度、實時報警、并且提供多樣化的數(shù)據(jù)報表和曲線棒圖分析。

2.2 氣候補償器

氣候補償器通俗地講是指供熱系統(tǒng)的供水溫度應(yīng)該隨著室外的氣候而改變，進(jìn)而使系統(tǒng)的供熱量與室外氣候相匹配，達(dá)到按需供熱的目的。由于在供熱系統(tǒng)的負(fù)荷計算時，太陽輻射得熱被當(dāng)作富裕度考慮的。因此當(dāng)室外天氣是晴天時，陽光充足，系統(tǒng)的供水溫度在原來通過負(fù)荷計算的溫度基礎(chǔ)上可以適當(dāng)降低一點，這樣就因為出水溫度降低而少用蒸汽，從而節(jié)約能源。

考慮到石家莊鐵道學(xué)院供熱系統(tǒng)的實際情況，選擇能遠(yuǎn)程監(jiān)控的氣候補償器QHOMS-5型一套，用戶可以隨時在上網(wǎng)通過電腦或手機(jī)查看氣候補償器的工作，得到供熱運行參數(shù)；通過手機(jī)短信也能得到供熱運行參數(shù)，以及某些故障報警情況，為后期的數(shù)據(jù)分析提供大量的運行數(shù)據(jù)。

監(jiān)測參數(shù)：一次網(wǎng)蒸汽溫度、蒸汽壓力、一次凝結(jié)水溫度、二次網(wǎng)供水溫度、二次網(wǎng)回水溫度、二次回水壓力、電動閥開度、室外溫度。

工作原理：氣候補償器通過公共通訊網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場實時得到室外溫度，依據(jù)室外溫度，通過優(yōu)化分析計算得到二次網(wǎng)系統(tǒng)供水溫度的最佳值，調(diào)節(jié)一次網(wǎng)蒸汽電動閥，調(diào)整進(jìn)入換熱器的蒸汽流量，使二次網(wǎng)供水溫度達(dá)到最佳值，實現(xiàn)按需供熱的目的，從而節(jié)約能源。

控制方法：有三種氣候補償控制方法，根據(jù)需要自行選擇：帶室外氣候補償?shù)亩尉W(wǎng)供水溫度或回水溫度或二次網(wǎng)的供回水平均溫度經(jīng)驗法、帶室外氣候補償?shù)亩尉W(wǎng)供水溫度或回水溫度或二次網(wǎng)的供回水平均溫度公式法、分時段修正法。

氣候補償器的分時段控制，大致分為三個階段。1）早晨，用戶剛起床，供水溫度設(shè)定較高；2）中午，根據(jù)日照的情況調(diào)節(jié)；3）晚上，用戶入睡后，可適當(dāng)降低供水溫度。

氣候補償器按照氣象條件控制：根據(jù)室外氣象條件，如陰天、雨天、雪天、大風(fēng)天和晴天五種室外氣象情況，自動調(diào)整系統(tǒng)供水溫度。

氣候控制+公共建筑分時分區(qū)的控制，即實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的質(zhì)和量調(diào)節(jié)。

控制精度：供水溫度的實際值與設(shè)定值的偏差小于1°C，完全低于建設(shè)部±2°C的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，控制精度很高。

通訊方式：采用GPRS通訊，可以在任何能上網(wǎng)的計算機(jī)上登陸查看供熱狀況，同時手機(jī)也可以作為一個終端上網(wǎng)查看供熱運行情況。

2.3 分時分區(qū)

在教學(xué)樓、辦公樓和學(xué)生公寓的熱入口設(shè)置公共建筑供熱節(jié)能器PBHOMS，實現(xiàn)了公共建筑的分時分區(qū)供熱。公共建筑在無人使用時關(guān)閉或關(guān)小閥門，保證值班溫度5～8℃；上班前提前打開閥門，保證教職工上班時室內(nèi)溫度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的18℃±2；學(xué)生公寓在學(xué)院放假期間關(guān)閉或關(guān)小閥門，保證值班溫度5～8℃，其余時間保證18℃±2。

3.節(jié)能改造后效果分析

供熱節(jié)能改造后，低區(qū)蒸汽換熱機(jī)組上采用氣候補償調(diào)節(jié)，并在教學(xué)樓、辦公樓和學(xué)生公寓實施的分時分區(qū)調(diào)節(jié)。

圖1 2009年2月27日石家莊鐵院瞬時室外溫度

（1）氣候補償調(diào)節(jié)

取2009年2月27日低區(qū)供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，氣象參數(shù)：白天晴間多云，偏北風(fēng)2—3級，最高氣溫8℃；夜間晴間多云，偏北風(fēng)1—2級，最低氣溫：0℃。室外溫度和供水溫度的記錄數(shù)據(jù)如圖1、圖2。

從圖1、圖2可以看出：

1）隨著室外溫度的升高，二次供水溫度隨之降低，說明實現(xiàn)了供水溫度的按室外溫度補償調(diào)節(jié)。

2）分時段修正：早晨，雖然室外溫度升高，但供水溫度反而適當(dāng)提高幾度，保持較高的室內(nèi)溫度；中午，太陽輻射較強，因此適當(dāng)降低供水溫度；晚上，供水溫度適當(dāng)提高。

3）供水溫度在設(shè)定值±1℃范圍內(nèi)，達(dá)到了設(shè)計控制精度。

（2）2月份蒸汽耗量趨勢

取2009年2月份的運行數(shù)據(jù)，形成圖表如圖3、圖4。

由圖3、4可以看到，2月份蒸汽耗量隨著室外溫度的升高而降低，反之亦然，充分說明了氣候補償調(diào)節(jié)控制的作用。

（3）不同室外氣象條件下蒸汽耗量比較

2009年2月22日、2月25日和3月1日室外氣候條件見表1。

可以看到3月1日與2月22日相比，室外溫度相近，但風(fēng)較小；2月25日與2月22日相比，風(fēng)力相近，但室外溫度有所降低。

2月22日、25日和3月1日全天蒸汽耗量對比，見圖5。

由圖5可以看到，2月25日室外溫度較低，蒸汽耗量較高；2月22日和3月1日，室外溫度較高，蒸汽耗量也較低。

根據(jù)實時采集的這三天的室外溫度形成曲線如下，見圖6。

整理這三天的各時段的蒸汽消耗量形成圖表如圖7。

綜合分析圖6和圖7，可以看到：

1）14點～18點這段時間，太陽輻射較多，供水溫度根據(jù)分時段修正控制策略適當(dāng)降低幾度，導(dǎo)致耗蒸汽量下降；

2）2月22日晴間多云，風(fēng)力3～4級轉(zhuǎn)2～3級，隨著太陽輻射的增強，室外溫度也隨之上升，各時段蒸汽耗量基本隨室外溫度的升高而降低。

3）2月25日多云，風(fēng)力3～4級轉(zhuǎn)2～3級，太陽輻射較弱，室外溫度曲線也較平緩，沒有了太陽輻射在午休時間適當(dāng)提高供水溫度，因此蒸汽耗量與晴天相比略有上升，但蒸汽耗量還是隨著室外溫度的升高而降低。

4）3月1日晴間多云，風(fēng)力2～3級轉(zhuǎn)1～2級，太陽輻射較強，可以看到室外溫度呈波浪裝起伏。

4.結(jié)論

經(jīng)過一年的節(jié)能管理和數(shù)據(jù)分析，得出如下結(jié)論：

圖2 2009年2月27日石家莊鐵院瞬時供水溫度設(shè)定值與實際值

圖3 2009年2月份石家莊鐵院平均室外氣溫

圖4 2009年2月份石家莊鐵院每天蒸汽耗量

圖5 近似氣候條件下石家莊鐵院的蒸汽耗量

圖6 2月22日、2月25日和3月1日瞬時室外溫度趨勢

圖7 2月22日、2月25日和3月1日各時段耗蒸汽量柱狀圖

表（1） 詳細(xì)氣象記錄表

1）氣候補償和分時分區(qū)節(jié)能技術(shù)的節(jié)能潛力很大，經(jīng)過一個冬天的運行，與上三個采暖季的平均數(shù)據(jù)相比，節(jié)省蒸汽量達(dá)到了16.7%。

2）在高校供熱系統(tǒng)中，氣候補償調(diào)節(jié)和分時分區(qū)節(jié)能結(jié)合的運行調(diào)節(jié)是非常有效的管理手段。

3）不足之處，由于節(jié)能改造時間緊，沒有安裝平衡閥，系統(tǒng)沒有進(jìn)行管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，系統(tǒng)存在一定的水力失調(diào)現(xiàn)象。

[1]石兆玉.供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制[M].清華大學(xué)出版社.

[2]史登峰,李琳.公共建筑供熱節(jié)能控制[J].區(qū)域供熱,2008(6).