電氣自動化在供熱節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用

肖強剛

（青島東億能源集團(tuán)有限公司，山東青島 266061）

目前中國北部地區(qū)的冬季采暖以集中供熱為主，能耗高。如何進(jìn)一步提升采暖技術(shù)，達(dá)到節(jié)能減排的目的，已成為各有關(guān)部門面臨的重大課題。因此，提高供暖質(zhì)量和效率，對我國城市供熱行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重大的現(xiàn)實意義。節(jié)能減排在各個方面都得到了廣泛的重視，將節(jié)能技術(shù)用于供暖是順應(yīng)時代發(fā)展的必然趨勢，有關(guān)專家和學(xué)者在節(jié)能技術(shù)上投入的研究也越來越多，取得了一些成果；將其應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，不但能減少員工的勞動強度，而且能極大地提高供暖的質(zhì)量和效率，實現(xiàn)對供暖系統(tǒng)的自我調(diào)控。

1 電氣自動化節(jié)能技術(shù)作用

1.1 減少環(huán)境污染

電氣自動化的環(huán)保性主要表現(xiàn)在節(jié)能方面，為了減少對環(huán)境的污染，要確保所有的資源和能量都得到最大程度的利用，從而達(dá)到環(huán)保的目的。

1.2 降低電能消耗

在電網(wǎng)中，無功是一個重要的組成部分，其存在會使電源裝置的能量大量流失，從而使電能的消耗量增大，將會對電力系統(tǒng)的性能和工作產(chǎn)生一定的影響。同時，無功電力也會使電力使用者的電力消耗增加。但如果采用了無功補償裝置，則可以維持電力系統(tǒng)的功率均衡，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，使系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，同時又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。此外，通過增加濾波器等裝置，可以減少電網(wǎng)的諧波危害，使電網(wǎng)正常工作，這樣既能保障使用者在使用電力時的安全，又能減少運輸過程中的電力損失。濾波器由于其自身的特點，是當(dāng)前降低諧波所造成的傷害的最佳途徑。

1.3 減少企業(yè)生產(chǎn)成本輸出

要想減少企業(yè)生產(chǎn)成本輸出，就必須實現(xiàn)高效的電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。對于企業(yè)而言，要想實現(xiàn)高效的電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，就必須有堅實的電氣自動化節(jié)能技術(shù)作為支撐。這樣不但可以極大地提高生產(chǎn)效率，而且可以減少能源消耗，降低成本，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)利益。因此，開展電力自動化節(jié)能技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實意義和可持續(xù)發(fā)展的需求。

2 供熱管網(wǎng)中出現(xiàn)的問題

2.1 水力平衡失調(diào)

只有在管網(wǎng)水力平衡的情況下，才能保證供暖系統(tǒng)的穩(wěn)定和供暖的均衡。目前一些系統(tǒng)的工作壓力達(dá)不到正常的工作要求，造成了熱網(wǎng)供熱失衡：設(shè)計值未考慮到后期發(fā)展的規(guī)劃，導(dǎo)致設(shè)計值偏小；管徑設(shè)計不合理，或由于管網(wǎng)阻塞，造成了較大的阻力損耗，超過了裝置提供的壓力，熱網(wǎng)失水嚴(yán)重。系統(tǒng)補水量不足，無法保持必要的水壓，由于缺乏科學(xué)、合理的控制手段，采用低溫差、大流量的供暖方式，造成了較大的阻力損耗，而系統(tǒng)的壓力不足。

2.2 熱源問題和設(shè)備問題

由于供暖設(shè)備老化，供暖有一定的缺點。熱源、熱網(wǎng)、換熱站等技術(shù)上的問題比較突出，設(shè)備選擇上的不合理，導(dǎo)致了資源的浪費。供暖品質(zhì)差，供暖用戶存在著冷、熱不均勻的情況。許多供暖單位對低溫用戶的處理方式有誤，造成了更多的能源浪費。

3 電氣自動化在供熱節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 樓宇分時段供熱調(diào)控技術(shù)

隨著居民對供熱品質(zhì)要求的不斷提高，供熱企業(yè)對用戶的優(yōu)質(zhì)服務(wù)提出了更高的要求，而樓宇分時段調(diào)控系統(tǒng)就是供熱公司精細(xì)化服務(wù)的重要環(huán)節(jié)，對于整體調(diào)控用熱時間段比較集中且用熱時間分段比較明顯的樓棟，效果非常好。在小區(qū)內(nèi)設(shè)置了專門的分批控制系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)對整個建筑的控制和管理，又可以極大地降低不必要的能耗。該建筑分階段控制系統(tǒng)由監(jiān)控中心、集中控制箱、電磁控制閥、溫度傳感器四大模塊構(gòu)成。在建筑分時控制系統(tǒng)的實際安裝中，需要在每一幢建筑中都設(shè)置一個RS485接口的熱能計和電磁閥。監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控屏幕和操作臺可以預(yù)先設(shè)定每個建筑的運行方式，并在以后的建筑分階段監(jiān)控系統(tǒng)運行期間，由建筑內(nèi)部的監(jiān)控設(shè)備采集到相應(yīng)的熱量。然后，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)，將其與預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，當(dāng)實際的數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)不相符時，再通過電磁調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，將所有的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)定的運行參數(shù)保持一致。在建筑分階段調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用無線通信技術(shù)，控制器可以將采集到的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，實現(xiàn)中繼站與供熱用戶的熱網(wǎng)數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測，以及實現(xiàn)對熱網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。

3.2 氣候補償供熱技術(shù)

氣候補償技術(shù)的核心裝置為氣候補償裝置，利用氣候補償裝置，對供暖系統(tǒng)內(nèi)的水進(jìn)行氣候補償。一般將氣候補償裝置置于熱能轉(zhuǎn)發(fā)器或房間室內(nèi)，由供暖使用者預(yù)先設(shè)定供暖溫度，并可依個人需求設(shè)定不同的供暖時間。當(dāng)室內(nèi)溫度因室內(nèi)氣溫的改變而改變時，氣候補償裝置會根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度曲線來調(diào)整采暖系統(tǒng)的水溫。另外，在安裝房間中設(shè)置的溫度傳感器能夠及時地檢測到室內(nèi)的溫度，并通過調(diào)整水溫來實現(xiàn)對室溫的補償。

3.3 分層管控供熱管網(wǎng)

熱量的第三級網(wǎng)絡(luò)是安裝于供熱中繼站的PLC，通過使用門卡和路由器實現(xiàn)PLC 與上層監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接。各監(jiān)測子站彼此獨立，各監(jiān)測子站的工作不會受到其他子站的干擾，而且，各監(jiān)測子站可以相互存取。綜上所述，供暖監(jiān)控中心網(wǎng)是三網(wǎng)合一的體系結(jié)構(gòu)，屬于生產(chǎn)網(wǎng)與管理網(wǎng)雙重接入，所有的數(shù)據(jù)都可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢。在該系統(tǒng)中，兩塊網(wǎng)絡(luò)卡被安裝在服務(wù)器上，一塊用于連接數(shù)據(jù)庫，一塊用于發(fā)送運行命令。

供熱控制系統(tǒng)的二級管理核心是集中供暖控制系統(tǒng)下面的一個監(jiān)測子系統(tǒng)，每個監(jiān)測子系統(tǒng)承擔(dān)著一個固定區(qū)域的供暖和中繼站的實際工作。監(jiān)測分站的作用是對現(xiàn)場進(jìn)行控制、管理、調(diào)節(jié)各種作業(yè)。通過監(jiān)測分站的這個功能，可以對供暖控制中心進(jìn)行補償，從而彌補了中央供暖系統(tǒng)不能對其進(jìn)行直接控制的遺憾。從這一點上來說，監(jiān)控分站起到了關(guān)鍵的作用。因為供暖控制中心必須要經(jīng)過監(jiān)測點的轉(zhuǎn)發(fā)，才能將熱量分配給供暖中繼站。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，監(jiān)測站點與網(wǎng)絡(luò)交換中心、熱電廠、供熱調(diào)度中心、監(jiān)測中心之間的實時通信聯(lián)系，保證了網(wǎng)絡(luò)整體的安全。此外，采用無線通信技術(shù)可以遠(yuǎn)程獲取用戶的溫度參數(shù)，極大地方便了使用者。同時，該系統(tǒng)還具有強大的管理能力，能夠存儲、分析、管理數(shù)據(jù)，并能自動繪制出溫度曲線，自動產(chǎn)生水壓和管網(wǎng)圖形，并能自動生成報表；此外，它還具備預(yù)警功能，可以合理地配置管理權(quán)限。

中央供暖控制中心是一級管理，每個獨立的監(jiān)控站收集到的數(shù)據(jù)，都可以通過控制中心查看。也就是說，相關(guān)的供熱管網(wǎng)工作人員可以對整個管網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。通過各監(jiān)測分站，可以對供暖系統(tǒng)的全部信息進(jìn)行收集。同時，通過計算機(jī)系統(tǒng)，可以有效地將監(jiān)測分站間的信息傳輸，對各個供暖數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，并能滿足用戶的需要；實現(xiàn)了供暖系統(tǒng)的按需分配。

3.4 換熱站的自控系統(tǒng)

在供暖系統(tǒng)中，供暖用水必須先經(jīng)過換熱器進(jìn)行換熱，然后再向供暖用戶傳送熱量。因此，對換熱器的穩(wěn)定運行和節(jié)能具有十分重要的意義。在供熱管網(wǎng)中采用自控控制技術(shù)，既保證了供暖的質(zhì)量，又降低了對電能、水、熱的消耗，實現(xiàn)了供暖系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。換熱器的功能是將二次網(wǎng)與供暖一次網(wǎng)進(jìn)行熱量交換，再由二次網(wǎng)向供暖用戶輸送熱量，換熱站自控系統(tǒng)的組成部分主要包括人機(jī)接口觸屏、通信接口、現(xiàn)場電器、儀表及PLC 控制系統(tǒng)四部分。實際運行過程中，換熱站的自控系統(tǒng)需對以下供熱參數(shù)進(jìn)行采集：一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的供水溫度與壓力、一次網(wǎng)和二次網(wǎng)的回水溫度與壓力、補水泵和循環(huán)水泵的運行狀態(tài)與對其頻率的控制反饋、一次網(wǎng)供水流量調(diào)節(jié)閥門的開啟程度等。在自動控制系統(tǒng)的實際操作中，上述的流量、壓力、溫度等各項供熱參數(shù)都是通過供暖現(xiàn)場的傳感器進(jìn)行的，然后由變頻器將這些電信號傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)對水泵的調(diào)速和起停的調(diào)節(jié)。該觸摸屏不僅能實時顯示供暖系統(tǒng)的各種運行參數(shù)和運行狀況，還能向用戶發(fā)布現(xiàn)場的操作指示。進(jìn)行供熱調(diào)控的一個重要理論依據(jù)是：采暖設(shè)備的散熱量、采暖系統(tǒng)的總熱量、采暖系統(tǒng)的總熱、采暖用戶的總熱負(fù)荷。通過對室內(nèi)環(huán)境溫度變化的分析，得出室外氣溫是影響采暖用戶熱負(fù)荷的重要因素，因此，室外氣溫變化對空調(diào)系統(tǒng)的影響是很大的，確保了自動控制系統(tǒng)工作的平衡性。自動控制系統(tǒng)的控制方法主要有：分步改變流量和調(diào)整供水溫度。在使用循環(huán)泵時，有兩種操作模式：①定壓差調(diào)整，即采用變頻調(diào)速裝置來控制循環(huán)泵的速度，以保證二級網(wǎng)入口端的主管壓差不變；②分階段調(diào)節(jié)流量，按地區(qū)氣象條件的變化，將供熱期按季節(jié)劃分為初期、中期、嚴(yán)寒期，并采用相應(yīng)的運行模式。采用主網(wǎng)流量控制閥門與循環(huán)泵協(xié)同供暖。

3.5 水力平衡技術(shù)

常用的調(diào)節(jié)管網(wǎng)的水力平衡方法有溫差法、比例法、CCR 法、綜合調(diào)整法等。比例法的調(diào)整原則是：兩條平行管道的水流在一定的比例下，在一定的范圍內(nèi)，兩條管道的流量比不變，這表明，供熱管網(wǎng)在水力平衡的情況下，采用這種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行時，協(xié)調(diào)能力不強，對操作人員的要求也很高，需同時使用兩個相同的流量計。CCR 調(diào)節(jié)的基本原理是：先對被測管網(wǎng)各管段的阻力值進(jìn)行測量，再由各分支的流量求出各調(diào)節(jié)閥的開度，再根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整調(diào)節(jié)閥至計算開度，使系統(tǒng)滿足設(shè)計的分配流量。采用這種方法，前期投資大，要求出各個管段的實際阻力值，困難，但總體成本低，有很好的推廣價值。

3.6 熱計量技術(shù)

隨著建筑節(jié)能與供暖系統(tǒng)節(jié)能的深入，熱量測量與溫度控制成為目前國內(nèi)外的一個熱門課題。目前我國的供暖計量方法有：熱量分配計法、戶用熱量表法、流量溫度法、通斷時間面積法和溫度面積法等。

實行計量供熱收費是為了節(jié)約能源，其前提是供熱系統(tǒng)的節(jié)能。分戶計量供暖后，供暖系統(tǒng)需要變流量系統(tǒng)?，F(xiàn)有供暖系統(tǒng)的主管網(wǎng)需要改造為變流量系統(tǒng)。熱電廠首站循環(huán)泵應(yīng)改造為變頻泵?；鹆Πl(fā)電站循環(huán)泵應(yīng)配備變頻裝置。供熱管網(wǎng)需要配備差壓控制閥，以確保壓力平衡。溫度控制閥應(yīng)安裝在室內(nèi)散熱器的前面。只有這樣才能實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的節(jié)能。否則，即使個別住宅小區(qū)或建筑采用計量供暖，并且熱站和熱網(wǎng)沒有有效的控制設(shè)施，熱量最終也會被不采用計量供暖的住宅小區(qū)或建筑物消耗。因此，只有在供熱系統(tǒng)中節(jié)約能源，供熱企業(yè)才能降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，用戶才能從計量供熱中受益。

4 電氣自動化節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用意義

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和用電量都有了很大的提高。無論是在日常生活中，還是在企業(yè)生產(chǎn)中，都離不開電能支持。特別是電力產(chǎn)品的發(fā)展和使用，使電力的需求量越來越大。然而，目前國內(nèi)的電力資源已不能滿足人們的生活、生產(chǎn)需求。為了避免電力系統(tǒng)中的輸電、供電出現(xiàn)癱瘓，電力供給的問題就顯得尤為重要。針對這種狀況，有關(guān)部門應(yīng)采取有效的措施，減少電氣自動化裝置的能耗，應(yīng)充分關(guān)注節(jié)能電氣自動化裝置的研制與開發(fā)，同時加強對節(jié)能技術(shù)的投資與研發(fā)；積極開發(fā)節(jié)能裝置以降低能源消耗?？梢杂眠@些方法來解決電力短缺的問題。因此，在新的歷史時期，開發(fā)和推廣電氣自動化節(jié)能技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

5 結(jié)束語

將電氣自動化技術(shù)和設(shè)備引入到供暖系統(tǒng)中，既可以確保熱能的充分利用，又可以提高相關(guān)的能量利用率，降低能耗的浪費；而且可以大幅降低供暖成本，提高供暖效率，降低員工數(shù)量，提高工作效率。