濰坊北站集中供暖采用智能化調(diào)控后的效果分析

摘要 為了樹立濰坊北站的綠色科技型交通形象以及更加節(jié)能環(huán)保，采取智能化調(diào)控技術(shù)對(duì)濰坊北站集中供暖系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性改造。文章以濰坊北站為例，從改造前項(xiàng)目存在的問題出發(fā)，對(duì)改造方案、節(jié)能效益進(jìn)行分析，結(jié)果證明智能化調(diào)控技術(shù)應(yīng)用于高鐵站供暖系統(tǒng)對(duì)供暖效果改善的確有所幫助。

關(guān)鍵詞 濰坊北站；供暖；改造；效益分析

中圖分類號(hào) TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）13-0015-03

0 引言

低碳、節(jié)能、環(huán)保是我國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的基本模式，也是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主題。智能調(diào)控系統(tǒng)作為一種節(jié)能裝置，在工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。高鐵站作為人流量特別集中的公眾場(chǎng)合，其供暖系統(tǒng)需要巨大的自然資源來提供支撐，將智能調(diào)控技術(shù)應(yīng)用于高鐵站的供暖系統(tǒng)則可以實(shí)現(xiàn)資源的最大化利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。現(xiàn)將濰坊北站的集中供暖系統(tǒng)采用智能化調(diào)控的效果進(jìn)行如下分析。

1 項(xiàng)目概況

濰坊北站于2018年12月底正式啟用，是濟(jì)青高速鐵路、濰萊高速鐵路、（津）濰煙高速鐵路交匯的鐵路樞紐，由城市通廊、集散廣廳、進(jìn)站廣廳、候車廳、售票廳、公安用房、車站用房、設(shè)備機(jī)房等組成，總建筑面積國(guó)鐵約50 000 m2，地方政府約1 500 m2，建筑高度30.80 m。濰坊北站共有四層，分為地上兩層和地下兩層。其中，地上二層為安檢大廳和候車廳，地上一層為進(jìn)出站口，地下一層為高鐵通廊及社會(huì)車輛換乘，地下二層預(yù)留地鐵及軌道交通換乘。熱源為市政熱水，分兩路供暖，一路經(jīng)板換器去空調(diào)末端，一路經(jīng)板換器直接去地暖管地面輻射供暖[1]。

2 改造前項(xiàng)目存在的問題

（1）空調(diào)旁通壓差閥無作用，閥前閥后手動(dòng)閥都是關(guān)閉狀態(tài)，水力平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)失效。

（2）地暖供回之間設(shè)計(jì)壓差平衡閥，但現(xiàn)場(chǎng)未安裝動(dòng)態(tài)壓差調(diào)節(jié)閥，導(dǎo)致地暖系統(tǒng)水力不平衡。

（3）定壓補(bǔ)水裝置上限值設(shè)置不合理，定壓過高，管道存在過壓現(xiàn)象。

（4）空調(diào)循環(huán)水泵和地暖循環(huán)水泵雖然配置變頻器，但是都是工作人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)定頻運(yùn)行，長(zhǎng)期保持固定頻率，無法自動(dòng)調(diào)節(jié)流量。

（5）站房主體地上二層，局部四層，單層供暖面積大，由一條地暖管道直接供到末端，未分高低區(qū)系統(tǒng)，地暖系統(tǒng)水力失衡。

（6）地暖單獨(dú)設(shè)置定壓補(bǔ)水裝置，但供暖系統(tǒng)區(qū)域廣，人為手動(dòng)若按高處定壓設(shè)定，低處地暖系統(tǒng)壓力過高；如按低處定壓設(shè)定，高處地暖系統(tǒng)可能倒空無流量。

（7）水泵運(yùn)行時(shí)間不均衡，既造成棄用損壞，又導(dǎo)致水泵存在過度磨損。

（8）現(xiàn)場(chǎng)大量電動(dòng)閥未接線，或者接線未實(shí)現(xiàn)控制，無法滿足圖紙自控設(shè)計(jì)需求。

（9）現(xiàn)場(chǎng)無法確定電動(dòng)閥的開啟和關(guān)閉狀態(tài)，每次開機(jī)前，需要確定電動(dòng)閥狀態(tài)，工作量大，同時(shí)存在遺漏開啟風(fēng)險(xiǎn)；運(yùn)行過程中，流量無法遠(yuǎn)程、自動(dòng)開啟或調(diào)節(jié)；電動(dòng)閥手動(dòng)常開，無關(guān)支路冷熱量流失嚴(yán)重，能源浪費(fèi)大。

（10）缺少室外溫度采集器，無法獲取室外溫濕度的實(shí)時(shí)變化，無法獲知供暖末端熱量需求變化，導(dǎo)致熱量供應(yīng)與需求失衡。

3 改造方案

3.1 設(shè)計(jì)架構(gòu)

（1）設(shè)計(jì)方案的重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)換熱站供暖熱量自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)分配、減少人為干預(yù)、降低運(yùn)行能耗、提高設(shè)備安全運(yùn)行穩(wěn)定性。

（2）提供換熱站遠(yuǎn)程運(yùn)維管控平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)換熱站設(shè)備遠(yuǎn)程異地登錄查看控制、報(bào)警信息推送、能源數(shù)據(jù)定時(shí)推送等。

（3）同時(shí)在軟件架構(gòu)上可以和后期濟(jì)青高速鐵路站房運(yùn)維管理平臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)整個(gè)濟(jì)青鐵路段換熱站房改造數(shù)據(jù)共享、站房設(shè)備統(tǒng)一管控等功能。

（4）在不增加硬件及軟件的基礎(chǔ)上，整個(gè)控制平臺(tái)預(yù)留制冷站能效管控系統(tǒng)端口和站內(nèi)新風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)端口。

3.2 原有系統(tǒng)恢復(fù)

（1）現(xiàn)場(chǎng)原有電動(dòng)閥動(dòng)作試驗(yàn)，并接入控制平臺(tái)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)原有傳感器通信試驗(yàn)，數(shù)據(jù)接入控制平臺(tái)。

（3）利用原有電動(dòng)閥和傳感器通信線纜，恢復(fù)換熱站原有自控制系統(tǒng)[2]。

3.3 改造原理

（1）利用原有水泵配電柜，根據(jù)實(shí)際使用需求，增加地暖循環(huán)泵、空調(diào)熱水循環(huán)泵一體化控制柜，根據(jù)前期模型建立，追蹤末端負(fù)荷，計(jì)算熱量實(shí)時(shí)需求，將供暖系統(tǒng)所有能耗設(shè)備作為一個(gè)整體，分別實(shí)現(xiàn)板換一次側(cè)市政流量和二次側(cè)水泵變流量自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（2）氣候補(bǔ)償控制，在市政管網(wǎng)增加電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，實(shí)時(shí)采集室外溫度和氣象局?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)室外溫濕度變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)市政管網(wǎng)回水管流量，同時(shí)對(duì)板換二次側(cè)水泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，整個(gè)氣候補(bǔ)償控制不僅僅參考室外溫度變化，還增加了氣象局參數(shù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)，同時(shí)不只通過調(diào)節(jié)電動(dòng)閥開度實(shí)現(xiàn)市政管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)，還通過對(duì)循環(huán)泵的變頻調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一次和二次管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)。

（3）分時(shí)分區(qū)控制，在地暖供回水管道之間設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)壓差調(diào)節(jié)閥，同時(shí)把原有支路電動(dòng)閥接入水力平衡控制箱，在過渡季節(jié)或低負(fù)荷情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷分配，降低末端冷熱量需求，保證冬季夜間低流量防凍運(yùn)行；同時(shí)在線調(diào)節(jié)各支路冷熱量，改善末端各分區(qū)熱冷不均現(xiàn)象，計(jì)算各支路冷熱需求，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)總管道冷熱流量。

3.4 改造優(yōu)勢(shì)

（1）增加了能源站智能管控平臺(tái)、循環(huán)水泵一體化控制柜、中央空調(diào)工藝數(shù)據(jù)采集箱、水力平衡控制箱、氣候補(bǔ)償控制箱、動(dòng)態(tài)平衡電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)盡可能利用原有傳感器。

（2）軟件使用REAL-A中央空調(diào)設(shè)備節(jié)能云控管理系統(tǒng)V2.1、金洲科瑞智能樓宇暖通能效控制系統(tǒng)軟件 V3.0、G.AD1 循環(huán)水泵主控制器能效控制軟件V1.0、能效預(yù)測(cè)V2.0等軟件[3]。

（3）建立建筑模型、暖通空調(diào)系統(tǒng)模型、全年實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷模型、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制模型。

（4）建立能源和能效評(píng)估，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)查詢和異常用能報(bào)警推送；監(jiān)控、記錄和分析能耗數(shù)據(jù)變化；建立能效評(píng)估和能效預(yù)警監(jiān)測(cè)機(jī)制；實(shí)現(xiàn)雙碳指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、分析、監(jiān)測(cè)；平臺(tái)使用優(yōu)勢(shì)。

3.5 智慧換熱站平臺(tái)功能

（1）設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控：對(duì)設(shè)備情況、控制系統(tǒng)、采集設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，及時(shí)準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的運(yùn)行情況；實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的搜索、查閱和定位功能，以及遠(yuǎn)程控制、故障診斷、信息反饋功能。

（2）遠(yuǎn)程運(yùn)行分析：通過圖形化界面，顯示遠(yuǎn)程設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行趨勢(shì)；自動(dòng)監(jiān)測(cè)異常發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)在線分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提供預(yù)防性報(bào)警、及時(shí)故障通知等服務(wù)。

（3）故障遠(yuǎn)程預(yù)警診斷：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和預(yù)警功能，實(shí)時(shí)查看設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況，減少人力巡檢工作量。

（4）設(shè)備智能巡檢功能：利用人工智能技術(shù)建立巡檢機(jī)器人模型，對(duì)每臺(tái)設(shè)備、數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行整體智能巡檢，擺脫人工巡檢只看當(dāng)前、不了解整體的巡檢弊端，提高設(shè)備維護(hù)的水平，掌握設(shè)備運(yùn)行狀況及周圍環(huán)境的變化，發(fā)現(xiàn)設(shè)施缺陷和危及安全的隱患，及時(shí)采取有效措施，保證設(shè)備的安全和系統(tǒng)穩(wěn)定。

（5）用能、碳排放統(tǒng)計(jì)：根據(jù)使用種類、監(jiān)測(cè)區(qū)域、運(yùn)行時(shí)間、分項(xiàng)等維度，對(duì)站內(nèi)用能統(tǒng)計(jì)和碳排放統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)同比、環(huán)比分析和折標(biāo)對(duì)比。

（6）用戶管理功能：對(duì)不同用戶具有不同操作權(quán)限，權(quán)限保護(hù)密碼可自行設(shè)定。用戶權(quán)限分負(fù)責(zé)人、用戶、操作員三個(gè)權(quán)限；負(fù)責(zé)人權(quán)限能夠設(shè)置系統(tǒng)的所有參數(shù)起停設(shè)備控制；用戶權(quán)限能夠設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行部分參數(shù)起停設(shè)備控制；操作員權(quán)限只能起停設(shè)備控制，不能改變系統(tǒng)參數(shù)。

（7）定時(shí)操作功能：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要可實(shí)現(xiàn)每天不少于兩次定時(shí)自動(dòng)開關(guān)機(jī)，達(dá)到無人值守要求。

（8）自動(dòng)記憶功能：運(yùn)行過程中電源掉電后自動(dòng)記憶當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)，恢復(fù)供電后自動(dòng)追蹤斷電前的工作狀態(tài)。

（9）防誤操作功能：對(duì)錯(cuò)誤的設(shè)定和操作不識(shí)別，防止誤操作造成空調(diào)機(jī)損壞[4]。

（10）擴(kuò)展功能：可與系統(tǒng)樓宇控制提供通信接口，實(shí)現(xiàn)站房信息集中控制。改造技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。

4 改造節(jié)能效益分析

公司于2022年11月10日前完成濰坊北站換熱站節(jié)能自控設(shè)備的改造安裝施工，于2022年11月15日正常供暖后對(duì)濰坊北站換熱站自控系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，2022年12月中旬換熱站完成調(diào)試并自動(dòng)運(yùn)行。

根據(jù)鐵投能源公司提供的濰坊北站2021—2022年熱量使用統(tǒng)計(jì)、2022—2023年熱量使用統(tǒng)計(jì)分析如表2所示，在不考慮同期氣象參數(shù)變化、輸配管網(wǎng)效率變化、板換換熱效率變化、客流量變化的前提下[5]，濰坊北站2022—2023年供暖季比2021—2022年供暖季耗熱量降低35.53%。參考濰坊北站冬季近三年平均采暖費(fèi)用275.7萬元，節(jié)能改造后每年可節(jié)省97.95萬元。

5 結(jié)語

智能化調(diào)控技術(shù)應(yīng)用于高鐵站供暖系統(tǒng)，可以提升供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，最大限度地節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。正常運(yùn)行后只需加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)控制閥的保養(yǎng)與維護(hù)，保持設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)行，形成了高度自動(dòng)化的控制模式，真正做到了供熱系統(tǒng)綜合節(jié)能降耗的目的。加強(qiáng)智能化技術(shù)的研發(fā)工作，將會(huì)推動(dòng)我國(guó)供暖系統(tǒng)的智能化改革進(jìn)程。

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