锅炉房供热系统管网调控技术应用

陈忠海 李 鑫

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

锅炉房供热系统管网调控技术应用

陈忠海 李 鑫

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

某锅炉房供热系统存在严重的水力失调现象，锅炉房能耗大、效率低等问题，根据优化结果对热网的运行进行调控.主要利用管网智能控制系统、变频技术对循环泵的运行进行调节，考虑负荷的随机变化，采用局部控制器进行负荷的预测调整.同时研究采用变频技术后，在不同运行频率下水力失调的关系，为供热系统循环水泵的变频运行提供支持.通过调整控制热力失调，减少了能源的浪费，同时很大程度提高了供热运行的稳定性和高效性，最终达到热网供热节能运行的目的.

水力失调；智能控制；变频技术；预测调整；节能运行

随着社会和经济的发展，一方面人民生活水平不断提高，对居住环境有了更高的要求；另一方面能源消耗增加，能源短缺成为制约社会发展的重要因素.所以建筑节能势在必行，其中供热能耗是建筑能耗的重要组成部分.我国建筑能耗现状分析表明，不同建筑用户的供热能耗水平差别很大.目前的集中供热管网系统普遍存在着水力失调现象，室外管网水力失调造成管网近热远冷，不仅严重影响了末端用户的供热质量，而且大大增加了供热成本，造成能源的极大浪费[1].本文通过分析工程实例，靠供热管网的水力平衡措施保证各热用户的热媒流量按设计值运行，使得管网的水力失调度减小，保证循环水泵的运行流量按设计值运行，最大限度地减小循环水泵不必要的能耗.因此，室外供热管网的水力平衡是节能降耗、提高供暖质量的重要保证.

1 工程实例概况

该校区总建筑面积约29万m2，一期工程约9.0万m2，二期工程约20万m2，供热总热负荷约23 000 Kw,一期工程约7 200 Kw，二期工程约1 580 Kw；教工公寓区总建筑面积约14万m2，供热总热负荷约9 100 Kw；校区南北长度约1 000 m，东西长度约600 m，室外管网采用枝状系统，最大供热半径约为1 600 m.目前一期建设完成并投入运行，主要用热建筑为1#宿舍楼、2#宿舍楼、3#宿舍楼、4#宿舍楼、教学楼、实验楼、锅炉房、食堂，总建筑面积为92 450 m2.该锅炉房为三台锅炉，其中一台蒸汽炉，另外两台为采暖用锅炉，一用一备.

2 测试与调控

2.1 各建筑物的温度监测点

为了准确测试室内温度变化，对新校区1#、2#、3#、4#宿舍楼、教学楼、实验楼进行最有效温度监测点的确定.经过测试对比各建筑物的温度变化，最有效温度监测点见表1.

表1 最有效温度监测点

2.2 供热系统的测试方案

根据管网平面布置图及室内采暖图，标出各建筑物房间号，对所有参数进行测量.包括：(1)每个主立管流量分布；(2)宿舍楼小立管流量分布；(3)教学楼小立管流量分布；(4)三个单元垂直温度分布.测量地点：三个单元要有代表性，根据(2)的测量确定要测单元.测点位置：阳台灯管底下半米，并按楼层编号放置.测量时间：下午2：00前放入，中午12：00前收回，每天一个单元并记录放入时间、取回时间.注意事项：测量过程中不要用手去摸以免影响测量精度；必须按楼层编号放置，必须记录每次放入时间和取回时间；(5)10个主立管水平温度中心：首先根据(4)的测试结果确定垂直温度中心层.每根立管在中心层取四个房间进行测量对每楼分别进行测量，确定温度水平中心稳定时间20分钟，十分钟测量一次，共测六次.此水平温度中心不随立管的流量发生变化，变负荷运行是可行的；(6)每栋楼的温度分布：以各立管的水平温度中心为代表测试温度分布.每个立管取1,3，4,6层作为测点进行测量.

图1 水力平衡调节 仪原理示意图

2.3 调控方案与执行手段

主要利用管网智能控制系统、变频技术对循环泵的运行进行调节，考虑负荷的随机变化，采用局部控制器进行负荷的预测调整.当室外温度发生变化后，为了达到节能运行，需要进行相应的调节，一种是改变循环流量即进行量调节，另一种方法是进行供水温度的调整即质调节.对于量调节来讲目前的变频技术提供良好的手段.利用变频调速器，通过对电机的无级调速，可使管道内的流量、压力与实际要求相一致，这样不仅可以节约电能，而且还使管道渗漏减少，设备噪声降低，损耗减轻，寿命延长设备投资减少[2].

以一种全新的水力平衡调节仪为核心结合现场人员和管网设备组成一种全新的管网控制系统，从而高效、快速的解决管网控制问题.其管网平衡方法采用改进的比例调节法，调节的原则是：从后到前，分级调节.这种水力平衡调节方法采用两台超声波流量计作为测点，测出的回路流量通过无线模块上传到上位机，然后和从人机界面输入的已知参数一起作为条件进行“平衡系数”计算，“平衡系数”的定义如下：

其中:ξ:平衡系数，Lnc:第N个待调回路的流量测量值，L0c:参考回路的流量测量值，Ln1:第N个待调回路的流量理论值，Ln1:参考回路的流量理论值.

如图1由电脑自动计算建筑所需热负荷，然后根据系统实际运行供回水温度计算支路所需理论流量，并计算两个支路的理论流量比.用两个外夹探头超声波流量计测量两个支路的实际流量，流量信号由GRPS模块无线传送到笔记本电脑上并计算两支路实际流量比.最后，根据理论流量比和实际流量比的关系确定管网支路是否平衡[3].

2.4 水力平衡的调整

(1)对各支路流量进行校核计算；(2)测试各支路流量分布；(3)最不利用户阀门全开；(4)调节各支路阀门，使支路流量到校核计算值；(5)输入到智能控制系统，调节变频器频率，维持最不利用户流量为校核计算流量，重复步骤(4)和(5).

3 数据分析

3.1 系统水力状况

对系统主要干管进行流量测试，结果见表1，从表中可以看出，各建筑物实测流量偏离设计流量较大，该热网系统存在严重的水力失调，最大水力失调发生于距热源最近的锅炉房，水力失调度达到5.07，最小水力失调发生于3#楼东侧，水力失调度达到0.47.图2给出了原系统不同频率下，1#楼支路、2#楼支路、3#楼支路、4#楼支路、教学楼支路、实验楼支路、锅炉房支路的流量变化.从图中看出，随循环泵频率变化各建筑物流量随频率增大呈线性增长变化，流量变化较明显.

表1 各建筑原始流量情况统计表

图2 流量随频率的变化 图3 1月1日温度变化

3.2 系统温度状况

由图3可以看出，1月1日室外气温最低温度为-17.73 ℃，最高温度为-7.5 ℃，根据温度的变化及时的调整循环流量，保证室内平均温度控制在18.75 ℃；由于支路1热用户少且管网距离短，回水平均温度为47 ℃，高于支路2的45.15 ℃.由2、3、4日温度变化同样可以看出，根据温度的变化通过变频技术调整循环流量，保证热用户的需求.

3.3 系统调整后水力状况

通过变频对其进行调整后，流量过剩的支路的流量随着频率的下降，水力失调现象逐渐改善，如图4水力失调度随频率的变化，随着频率的下降水力失调度逐渐减小，但可能导致流量过剩的支路流量不足，通过测试确定流量过剩至流量不足的临界点，如1#楼东侧支路临界点频率为37 Hz，实验楼南侧支路临界点频率为46 Hz.

图4 随着频率的变化系统水力失调度的变化

4 结 论

对于目前的锅炉房供热系统来说，在设计的时候考虑到一定安全余量及最大负荷，往往循环泵选型偏大.但是系统并不是一直运行于最大负荷，所以供热系统循环泵存在很大的节能空间.本文通过具体工程实例情况，针对供热系统普遍存在的水力失调问题，通过测量系统温度、流量数据的分析，应用管网智能控制系统、变频技术对循环泵和管网的调控，供热管网水力失调现象得到好转，其中3#楼东侧、4#楼东侧、实验楼南侧、锅炉房流量变化较大，水力失调度改善比较大.通过调整保证了各建筑供热管网水力失调度在0.72-2.59范围之内，很大程度解决了供热管网长期存在的用户冷热不均的问题.在满足供热需求的前提下，节电率31.73%，节煤率为11.31%，减少了能源不必要的浪费，大大提高了供热运行的高效性和稳定性，优化了供热管网的节能运行.

[1]单绪宝，李德英．供热系统室外管网水力失调相关问题探讨[J].区域供热，2013(4)

[2]张玥．换热站节能控制系统的研究[D].大连海事大学，硕士，2008

[3]田海川,牛建会,杨桂春等.无线智能双冲量超声波水力平衡调节仪研究[J].中国测试,2014,40(5)

[4]贺平,孙刚．《供热工程》[M].北京：中国建筑工业出版社，2000

[5]马仲元,冀卫兴,李德英.热水供热系统变频循环水泵节能分析[J].暖通空调,2008,38(5)

On the Application of Pipe Network Control Technology of Heating System in Boiler Room

CHENZhong-hai，LIXin

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou,Hebei Province,China 075000)

There are such phenomena as serious hydraulic imbalance,big energy consumption,and low efficiency existing in the heating system of a boiler room.In this paper,it is studied that the operation of the heat supply network is regulated according to optimization result,in which the theory of intelligent control,frequency conversion technology is mainly used to adjust the operation of the circulating pump.Considering the load of random changes,local controller is adopted to improve the load forecasting adjustments.At the same time,after using frequency conversion technology,under different operation frequency,the relationship of hydraulic disorder is studied,providing support for the heating system of circulating water pump frequency conversion operation.By adjusting the control thermal imbalance,the waste of energy is reduced,the stability and efficiency of the heating operation are greatly enhanced,and the goal of saving heat energy is finally achieved.

hydraulic disorder;intelligent control;frequency conversion technology;forecast adjustment;energy-saving operation

2016-01-21

陈忠海(1963-)，男，教授，主要从事热能工程研究.

TU 85

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