基于末端控制的供暖系统节能研究

崔永祥 李鹏

（河南省机场集团有限公司，河南郑州 450000）

基于末端控制的供暖系统节能研究

崔永祥 李鹏

（河南省机场集团有限公司，河南郑州 450000）

随着计算机控制技术的发展，锅炉控制系统已经广泛采用在线控制，提高了供热源端的能源利用率。但是，在终端用户环节，居民用户受成本和楼层空间的限制，不便安装商业用户使用的空调系统，不能实现对供暖的自主控制。在当前物联网技术迅速发展的背景下，本文提出一种用户端供暖温度自主控制系统的方案，实现用户对供暖开关量和温度量的控制。实践证明，其能获得更好的节能效果，具有良好的经济效益和广泛的市场前景。

供暖温度；自主控制；物联网；节能

1 背景介绍

锅炉广泛应用于生活生产的各个领域，其作为重要的动力或热力来源，在国民经济中占有重要地位。按照锅炉燃料的不同，可以简单的将其分为燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉和电加热锅炉等［1，2］。由于我国有丰富的煤炭资源，因此，大量采用燃煤锅炉。而随着人们环保意识的提高和国家政策的指引，越来越多的锅炉使用天然气、燃油和电力等清洁能源作为燃料。同时，随着锅炉控制系统的不断优化升级，锅炉燃烧效率不断提高。在供暖系统中，采用清洁能源和先进控制技术的供热源端的节能减排措施已日臻完善。然而，在居民用户端，暖气设备还不能实现如空调一样的用户自主控制，造成巨大的能源浪费。如果能在居民用户端安装一套暖气自主控制设备，实现暖气开、关、定时及温度调节的控制，就能避免浪费现象的产生。近年来，出现了一种以热计量来收取供暖费用的方式，其原理是在房间的暖气片进水管上安装恒温阀，通过调节阀门可以控制暖气片水流量，从而调整房间温度。根据“首都之窗”的统计，2014年，北京市热计量面积突破1.37亿m2，居民供热面积达到6 700万m2，占居民总供热面积的10%。据该网站的报道，某用户一套60m2的房间按用热收费，供暖费年均能省200余元，取得了一定的节能效果和经济效益。但是，该系统需要通过手动调节阀门开关量，且室内温度调节过程比较复杂，这在技术层面限制了节能效果。针对这些不足，本文提出一种以物联网为基础的供暖用户自主调节系统的方案，实现了室内温度的智能控制，使节能效果更加显著。

2 供暖温度用户自主调节系统原理

2.1 供热源温度调节系统原理

随着信息技术的发展，供热系统中的供热源端温度调节已经实现了自动化控制。其中，锅炉出水温度的调节是通过控制炉膛火焰大小来实现的，系统通过对比采集到的管网中水温与设定的标准值的差值来调节火焰，差值大则自动开启大火模式，差值小则自动开启小火模式，差值为零则自动停炉。板式热交换机出水温度是通过控制水流量大小来调节，其原理是调节板式热交换机一次侧电磁阀的开度大小，进而控制一次侧水流量大小，从而控制热交换的能量。

2.2 供暖温度用户自主调节系统设计

供暖温度用户自主调节系统组成如图1所示，其主要由温度传感器、电磁阀、控制器、服务器等组成。其中，温度传感器的作用是采集室内温度；电磁阀的作用通过执行控制器的启/闭命令来控制水流；控制器的作用是发出各项命令来调节室内温度；服务器的作用主要是供用户修改、访问、存储信息等。

图1 供暖温度自主调节系统

用户可以通过手动调节控制器参数实现对室内温度的控制（手动控制），也可以通过终端访问服务器调节控制器参数实现对室内温度的控制（远程控制）。手动控制时的室内温度调节流程如图2所示。首先，手动设置控制器参数（如室内温度上下限），控制器将温度传感器反馈的室内温度信息与设定值进行比较，当室内温度低于设定的温度下限值时，电磁阀开启，室内温度上升；当室内温度升到超过设定的温度上限值时，控制器收到温度传感器采集到的温度信息，发出信号关闭电磁阀，室内温度下降。如此，室内温度稳定在设定的上下限之内。

图2 手动控制流程

连接远程服务器的供暖温度用户自主调节系统可由用户通过终端APP或访问服务器网站设置用户的控制器参数，其后的温度调节机制与上述一致，其工作流程如图3所示。除调节室内温度外，该系统还能实现供暖的定时设置，系统控制器内置计时器，能记录供暖用时，并将供暖时长等信息传回服务器，为采取供暖收费制度按使用时长计费提供可靠依据。

图3 远程控制流程

3 居民供暖温度控制系统节能效果分析

通过电磁阀不仅能实现暖气的定时启闭，而且其开启的时间可通过互联网在服务器累加，用户和管理人员都可以登录服务器查看，从而实现供暖用户计时收费的模式，根据用户用暖气的时长来收取费用，从而促进用户的节能意识。

对于普通上班族，其上班时间家中处于无人状态，以往在此时间仍然持续供暖。但如果关闭电磁阀，则能够节约大量能源，如果按平均每天累计关闭8小时计算，则其所需采暖时间仅为目前采暖时长的2/3。如果按供暖计时收费，仍以北京市某小区60m2的住户为例，以北京市热力集团供暖网络居民用暖价格计价，在应用上述节能系统时，该用户理论上可以节约供暖费用480元/采暖季。可见，供暖温度自主调节系统具有很好的节能减排效果，能更好地降低用暖成本。

4 结语

基于物联网的供暖温度自主调节系统实现了供暖温度的自主控制和远程控制，是供暖控制系统发展的方向，其能节约大量的资源，具有良好的经济效益。

［1］王善武.我国工业锅炉节能潜力分析与建议［J］.工业锅炉，2005（1）：1-16.

［2］张卫华.锅炉控制系统的设计与实现［D］.西安：电子科技大学，2015.

Study on Energy Saving of Heating SystemBased on Terminal Control

Cui YongxiangLi Peng
（Henan Airport Group Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

With the development of computer control technology,the on-line control has been widely adopted in boil⁃er control system,so as to improve the utilization rate of energy in heating source.However,in the end user sectors, residential users due to the air conditioning system by the cost and floor space limit inconvenient to install business users,to achieve independent control of heating system in recent years.With the rapid development of the Internet technology background,this paper proposes a user temperature control system to realize the control of heating switch and temperature.Practice has proved that it can achieve better energy saving effect,and has good economic benefits and broad market prospects.

heating temperature；autonomous control；internet of things；energy saving

TU832

A

1003-5168（2017）08-0157-02

2017-07-02

崔永祥（1989-），男，硕士，研究方向：设备在线监测与故障诊断。