应用热计量设备实现水力平衡的自动调节研究

2019-08-28王建浮任启贵王炎吴钧唐晓梁飞北京华源热力管网有限公司

节能与环保 2019年7期

文_王建浮任启贵王炎吴钧唐晓梁飞北京华源热力管网有限公司

集中供热管网的水力失调是导致用户端超量供热的基础性问题，也是供热行业多年来难以根本性解决的问题。这是因为供热系统属于大滞后、强耦合的复杂系统，末端缺乏集控、检测、调节设备，系统调节主要依赖人工、经验式调节，这种调节方式所需周期长、精度低，一般只能解决近端热远端冷的问题，不能实现水力平衡的准确调节。

随着国家热计量政策的推广，大量热量表、电控阀、数据采集器等集控设备的安装应用为水力平衡的自动调节提供了手段。但各种热计量系统在实际应用时都以计费结算为主，力图通过热费高低来促使用户自主节能，而热的复杂性又导致用热量难以准确计量，因此供热计量设备被大量弃用，造成社会资源的浪费。

本文通过改变现有“通断法”热计量系统的运行控制方式，应用供热系统“基尔霍夫”定律，通过调整同一时刻不同楼栋内总用户的通断比实现楼间摩阻比的调节，从而调整楼间流量分配，实现水力平衡的自动调节，并通过试验予以验证。

1 水力失调的决定因素

1.1 水力失调

热水供热系统中各热用户的实际流量与需求的流量之间的不一致性，称为水力失调。

1.2 决定需求流量的参数

当热水网路在稳定状态下运行，不考虑管网沿途热损失，则网路的供热量等于供暖用户系统散热设备的放热量，同时也等于供暖热用户的热负荷，即满足如下热平衡方程式：

Q1--建筑物的供暖设计热负荷，W；Q2--在供暖室外计算温度下，散热器放出的热量，W；Q3--在供暖室外计算温度下，热水网路输送给供暖热用户的热量，W；Vg—供暖热用户的循环水量，kg/h；tg—进入供暖热用户的供水温度，℃；th--供暖热用户的回水温度，℃。

由上式可知热用户的需求流量由建筑物的供暖设计热负荷决定，而建筑物的耗热量指标（即供暖设计热负荷）又满足如下公式：

Q1=QHT=εiKiFiζi(tn-te)

εi——外围护结构传热系数的修正系数；

Ki——外围护结构传热系数［W/（m2·K）］；

Fi——外围护结构的面积（m2）；

tn——室内计算温度；

te——计算供暖期室外平均温度（℃），取0.1℃；

ζi——温差修正系数。

因此热用户的需求流量由上述εi、Ki、Fi、ζi、tn、te6个参数决定。由于建筑物固有的结构及保温特性等参数，导致处于不同楼层、不同位置热用户、参数不同，当室外平均温度相同的情况下保持各热用户室内温度相同时所需的流量不同（即所需热量不同）。

1.3 水力失调的原因

决定供热系统流量分配的关键参数是系统摩擦阻力系数，当系统各环节摩擦阻力系数与需求的摩擦阻力系数不一致时就引起水力失调。因此水力失调的可分为初始设计导致的失调、管网改造导致的失调、供热运行导致的失调3类。

2 水力平衡调节的难点

2.1 调节过程

水力平衡调节是由大量的测量、比较、调整等PID调节过程嵌套组合成的大滞后PID调节系统，其调节过程是先支路后干路，首先测量被调支路内各用户的流量，并计算各用户的水力失调度，并以水力失调度最小的用户作为参照，逐个调节其他用户，直至支路内各用户达到水力平衡，此时由各用户确定的支路管阻已经确定，依此方法再调节其他支路，当各支路内水力平衡调节完成后再调节支路干管阀门，进行供热干路调节，调节原理与支路调节相同，通过调整支路干管阀门阻力实现干路水力平衡。

2.2 调节难点

供热系统是一个强耦合系统，系统中任意一点的变化都会影响整个系统，因此供热系统越大一个调节周期就越长，而整个系统的水利平衡调节是从影响系统稳定的每一个阀门开始调节，按上述调节过程不断循环重复的过程，而目前这一调节过程还是以人工调节为主，实际操作时难以按照理论进行，只能通过解决最不利点温度达标为目标进行调节，因此就造成了能源浪费。

3 “通断法”热计量系统组成及缺陷

通断时间面积法供热计量系统由室温控制器、通断控制器、楼栋热量表、楼栋处理器以及数据信息管理系统等构成，其特点是每户入户管路上都安装电控阀门并能进行集中控制，具备分户通断控制的能力，同时热量表可以进行流量检测反馈。

“通断法”热计量系统是以用户通过温控器进行分散控制调节进行分摊计费为运行逻辑，但在实际应用中温控器安装使用率极低，难以实现初始设计目标，造成大量设备闲置浪费。

4 利用“通断法”热计量设备实现二网水力平衡的自动调节

4.1 调节原理

利用“通断法”热计量系统单户阀门可以集中控制的特点，依据供热系统“基尔霍夫定律”，同时控制调节二网侧楼内全部用户阀门的通断比例，调整各楼间系统的阻力系数比，实现各楼间流量的分配调节。依据分户需热量的决定参数确定分户间不同的通断比，实现楼内分户热平衡的调节。

4.2 实现方法

依据建筑物εi、ki、fi、ζi确定楼内各户的通断比，并对通断比相近的户进行分组。

依据分组情况确定每栋楼内分户循环关断的运行逻辑，实现可依据关阀比例指令进行按比例要求同时关断用户阀门，并循环执行。

由上位平台采集计算小区初始平方米流量、各楼栋平方米流量，并将楼栋平方米流量与小区初始平方米流量进行比较，偏差值大小作为下发关阀比例的依据，同时给各楼栋下发关阀比例指令，各楼栋独立执行关阀比例，待系统稳定后再进行上述循环操作，直至偏差值满足上下限值要求，即实现水利平衡调节。

5 调节试验

依据上述调节方法，选取某小区进行调节试验，试验数据如下：

5.1 试验对象

该小区为新供热小区，供热系统采用双管异程分户供暖方式，安装通断时间面积法供热计量系统，分户控制阀为电动球阀，室内温控器安装率较高。小区共4栋楼7个热力入口，每个热力入口均安装远传热量表。换热站主循环泵采用定频运行，供热系统未进行过初始水力平衡调节。

5.2 供热系统响应时间测定

因每个供暖系统都有其固有的响应时间（从系统调节结束至系统再次稳定的时间），系统越大响应时间越长，响应时间决定了系统的最高调节频率。为保证调节精度，必须先测定系统响应时间。

调节热网任意阀门，采集楼栋入口流量数据进行比较，直至前后两次数据基本不变化为止，计算调节结束时刻与系统稳定时刻的时间差即为系统响应时间。本小区供热系统响应时间为2h。

全国各地的高校教师岗前培训通常的授课内容为：《高等教育心理学》《高等教育学》《高等教育法规概论》《大学教学技能课程》和《高等学校教师职业道德修养》。这套课程安排在全国培训中基本成为范式。培训中心要求学员评价这种课程安排的合理性，即“目前岗前培训的课程哪一门最不重要？”近40%人认为《高等教育法规概论》最不重要，20%人左右认为《高等学校教师职业道德修养》和《高等教育学》其次不重要，重要的是《高等教育心理学》和《大学教学技能课程》。这一评价反映出学员认为法律法规和职业道德修养知识实用性不大，更应该注重实践技能的培训。