集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制

谷 盛

(大同市旭峰建筑安裝工程有限公司，山西大同 037006)

1 概述

近年來(lái)，集中供熱作為城市基礎(chǔ)設(shè)施，在節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，改善人民生活質(zhì)量等方面的優(yōu)點(diǎn)早已成為社會(huì)的共識(shí)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對(duì)熱能的需求量也越來(lái)越大，集中供熱也隨之蓬勃發(fā)展，在城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略中，集中供熱的優(yōu)越性越發(fā)地突顯出來(lái)。但熱網(wǎng)不平衡使網(wǎng)內(nèi)近端用戶室內(nèi)溫度過(guò)高，而遠(yuǎn)端用戶室內(nèi)溫度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。如何更方便達(dá)到用戶需求，設(shè)計(jì)得更加科學(xué)、合理，鑒于此種情況，本論文針對(duì)暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制問(wèn)題，力圖解決熱用戶室內(nèi)調(diào)溫、熱量調(diào)節(jié)、定時(shí)延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉、選時(shí)段供熱、聲光報(bào)警等問(wèn)題，使用戶在節(jié)能方面使用一些關(guān)于暖氣集中供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制的調(diào)節(jié)設(shè)備，以便于用戶進(jìn)行有效的節(jié)能。

1.1 我國(guó)集中供熱現(xiàn)狀

據(jù)1992年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有517個(gè)城市，其中158個(gè)城市有集中供熱設(shè)施，集中供熱面積為3億m2。據(jù)2003年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)設(shè)市668個(gè)城市，已有286個(gè)城市建立了集中供熱設(shè)施。全年集中供熱能力，蒸汽生產(chǎn) 7.3億 t，熱水126 249 MW/h，供熱量蒸汽3.8億t，熱水100 192 MW/h。供熱管道長(zhǎng)度為9 183 km，熱水管道4.4萬(wàn)km。供熱面積已達(dá)18.7億m2(其中住宅供熱面積達(dá)到15.5億m2)。2010年供熱設(shè)備的能力為13 000萬(wàn)kW，新建住宅33.5億m2。目前，我國(guó)集中供暖能源利用率不高，熱效率一般。通過(guò)與北歐瑞典、丹麥、芬蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)平均住宅供暖能耗是北歐瑞典、丹麥、芬蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的2倍～3倍。近幾年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量和實(shí)力不斷增長(zhǎng)，城市建筑急劇增加，供熱面積得到迅猛的發(fā)展，而供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制仍然沿用二十世紀(jì)八九十年代的方式，效率低下，耗能較大，使能源大量地被浪費(fèi)，而造成這種巨大浪費(fèi)的主要原因是集中供暖供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制沒有實(shí)行智能化控制。因此，采暖集中供熱系統(tǒng)的改革刻不容緩。本論文研究的重點(diǎn)放在節(jié)能的控制上。

1.2 集中供熱的發(fā)展趨勢(shì)

集中供熱發(fā)展大致分為4個(gè)階段:單純管理階段—基礎(chǔ)建設(shè)階段—綜合發(fā)展階段—自動(dòng)化控制階段。目前我國(guó)集中供熱系統(tǒng)的能效只有30%左右。而集中供熱系統(tǒng)熱量的損失主要由熱源鍋爐房及換熱站熱損失、熱網(wǎng)熱損失和熱用戶熱損失組成。而熱源的熱損失可通過(guò)在集中供熱發(fā)展綜合發(fā)展階段投入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，通過(guò)人工調(diào)整配合，最后發(fā)展遠(yuǎn)程控制、無(wú)人值守?zé)崃φ?，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制(如內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市的集中供熱換熱站)。熱網(wǎng)的熱損失可通過(guò)大型多個(gè)熱源并網(wǎng)運(yùn)行，綜合利用熱源使熱網(wǎng)輸配更均勻合理(如山西省大同市集中供熱面積約5 200萬(wàn)m2，目前由5個(gè)熱源并網(wǎng)運(yùn)行)。集中換熱熱用戶的熱損失調(diào)控即為今后集中供熱的發(fā)展趨勢(shì)，也就是現(xiàn)有的集中供熱系統(tǒng)實(shí)行熱用戶分戶熱計(jì)量監(jiān)測(cè)和控制，從而將熱用戶的熱損失由30%～40%降至最低。集中供熱系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)和控制，從節(jié)能的角度考慮，主要是合理調(diào)節(jié)熱用戶室內(nèi)的供熱量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。集中供熱系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)和控制通過(guò)對(duì)熱用戶室內(nèi)調(diào)溫、用熱量調(diào)節(jié)、定時(shí)延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉供熱閥、選時(shí)段供熱、聲光報(bào)警等手段，使熱用戶進(jìn)行有效的節(jié)能控制。

2 暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制的設(shè)計(jì)

暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制設(shè)計(jì)是根據(jù)目前集中熱存在的多方面的問(wèn)題而提出來(lái)的，它將更好地滿足用戶的需求，使集中供熱的設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理，使用有效的集中供熱的調(diào)節(jié)設(shè)備，并能在節(jié)約和充分利用能源，保護(hù)環(huán)境方面起到良好的作用。

2.1 暖氣集中供熱系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

暖氣集中控制系統(tǒng)由控制器、關(guān)氣預(yù)報(bào)電路、電磁閥門、溫控電路、聲控電路、熱控電路、延時(shí)電路和電源電路等組成。該系統(tǒng)具備以下幾種功能:

1)采暖系統(tǒng)預(yù)熱運(yùn)行模式:在室內(nèi)無(wú)人，需要采暖系統(tǒng)提前運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)控制閥門開啟，采暖系統(tǒng)開始預(yù)熱運(yùn)行。

2)采暖系統(tǒng)節(jié)能模式:系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到室內(nèi)無(wú)人或有人離開時(shí)，系統(tǒng)控制閥門半小時(shí)后關(guān)閉。

3)采暖系統(tǒng)可調(diào)式自動(dòng)運(yùn)行模式:系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到室內(nèi)有人，采暖系統(tǒng)與溫控閥聯(lián)動(dòng)恒溫運(yùn)行，且系統(tǒng)室內(nèi)采暖溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)。暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)電路圖如圖1所示。

工作原理:暖氣集中控制系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，延時(shí)電路清零且計(jì)時(shí)電路開始工作，輸出低電壓?？刂破鱐WH8751的選通腳為低電位，故輸出由①腳控制。由于初始室內(nèi)溫度低，溫控電路輸出高電位，并控制TWH8751，使采暖系統(tǒng)閥門開啟，采暖系統(tǒng)開始運(yùn)行，室內(nèi)溫度升高;若系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到半小時(shí)內(nèi)室內(nèi)無(wú)人，則系統(tǒng)計(jì)數(shù)結(jié)束，CD4060輸出高電位(并自鎖)，選通端為高電位，采暖系統(tǒng)閥門自動(dòng)關(guān)閉。若一定的時(shí)間內(nèi)有人來(lái)，則聲控電路輸出正電壓，使CD4060清零，并輸出低電位。由于室內(nèi)的人或動(dòng)物能經(jīng)常、持續(xù)性的發(fā)出聲音，如接打電話聲、電視音響聲、談話聲、咳嗽聲、腳步聲等，使CD4060經(jīng)常被清零而保持低電位輸出，這時(shí)，控制器受低電位控制，使室內(nèi)采暖系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行保持恒溫。如果系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到半小時(shí)內(nèi)無(wú)聲響發(fā)出，則在采暖系統(tǒng)閥門關(guān)閉前某一時(shí)段發(fā)出系統(tǒng)閥門關(guān)閉預(yù)報(bào)(音樂、閃光報(bào)警信號(hào))。由于壓電陶瓷片發(fā)出的聲音極輕微，故不會(huì)觸發(fā)聲控電路而導(dǎo)致失控。當(dāng)室內(nèi)的人看到或是聽到聲光信號(hào)時(shí)，可制造一些聲響，使計(jì)數(shù)電路清零而重新開始計(jì)時(shí)。若人離開房間，則半小時(shí)后采暖系統(tǒng)閥門自動(dòng)關(guān)閉。冬天，為防止熱量散失，室內(nèi)門窗都是關(guān)閉的，有的還掛上門簾，故室外的聲音對(duì)室內(nèi)影響很小，一般不會(huì)使聲控電路誤動(dòng)作。聲控電路可以根據(jù)室內(nèi)聲音分貝的大小即聲音的高低，而自動(dòng)調(diào)節(jié)供熱電路的運(yùn)作，既節(jié)約了資源，又方便了使用者，從而滿足人們?nèi)粘＞o張的需求，使用戶不會(huì)因?yàn)闆]有關(guān)閉系統(tǒng)，而出現(xiàn)焦慮、擔(dān)心等癥狀。

圖1 暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制

系統(tǒng)電路中各部分實(shí)際所需的是6 V的直流電壓，而我們?cè)O(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓是12 V，因此，電阻R62主要起限流和降壓的作用。同時(shí)，溫控電路中還使用了兩個(gè)3 V的穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓，以保證供電的穩(wěn)定性;D51在延時(shí)電路中起鎖定作用，當(dāng)CD4060D的③腳輸出高電平時(shí)導(dǎo)通，振蕩器停振，保持③腳高電平不變;二極管D52，D53用于防止聲控電路與熱控電路兩電路的相互影響而設(shè)置的。

2.2 小結(jié)

在本節(jié)中，主要講了暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制各組成部分的設(shè)計(jì)過(guò)程和暖氣供熱系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)規(guī)劃，可根據(jù)自己的要求確定參數(shù)以便得到期望的控制效果。

3 結(jié)語(yǔ)

暖氣集中供熱系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制是根據(jù)目前集中供熱存在弊端，尤其是像太原、大同等這樣大的城市缺乏管理機(jī)能、用戶沒有節(jié)能的調(diào)節(jié)手段，導(dǎo)致能源嚴(yán)重浪費(fèi)。本論文就是針對(duì)目前集中供熱存在的這些弊端中的用戶沒有節(jié)能調(diào)節(jié)手段而編寫，希望本論文能夠?yàn)樯鐣?huì)帶來(lái)好的經(jīng)濟(jì)狀況，適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

［1］陸 坤.電子設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.成都:電子科技大學(xué)出版社，2010.

［2］翁瑞琪.現(xiàn)代實(shí)用電子手冊(cè)［M］.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［3］冷建化，立 萍，王良江.數(shù)字信號(hào)處理［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

［4］增大鑫.高性能直流穩(wěn)壓電源［M］.北京:北京水利電力出版社，2012.

［5］江曉安，董秀峰.模擬電子技術(shù)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2010.