集中供热管网节能技术监控分析

李政

济南热力集团有限公司 山东 济南 250011

引言

我国自改革开放以来经济飞速发展，社会各个行业都发生着深刻变革，各项产业出现了日新月异的全新变化。随着国家经济不断发展进步，城市化脚步逐渐加快，社会的各项改革深入推进，人们对供热的需求越来越高，城市供热系统已经成为城市的一项重要基础设施。我国地域广阔、人口众多，供暖需求量巨大，需要建设供暖设施的土地呈现逐年扩张的趋势，面积将超过70亿平方米，如果将这些供暖所需要的能量转换为标准煤能够产生的能量时，需要多消耗1.4亿吨煤[1]。由此可以看出，为了满足巨大的供暖需求，我国要承受巨大的能源消耗压力，这给我国的不可再生资源和良好的生态环境带来了较大影响，只有通过有效手段提高供暖效率才能降低能源消耗。在保证供暖效果这个重要的前提下，我国供暖企业在全面提高供暖效率、减少能源消耗等方面做了大量工作，例如建立了集中供热管网节能控制系统，更加科学、合理、高效地进行供热管网节能控制，为集中供暖及上下游行业的节能降耗事业做出了巨大贡献，在满足广大用户采暖需求的前提下减少了能源消耗，提升了供暖效率。

1 系统的初调节

1.1 初调节的办法

初调节是供热管网系统的一项重要工作，为了确保集中供热管网系统能够高效稳定运行，一定要做好初调节的相关工作。系统在运行的初始阶段是一个不稳定的阶段，在这个阶段中供热管网系统容易出现一些冷热不均匀以及流量不平衡的问题，通过科学合理的系统初调节可以改善这些问题并使系统能够稳定运行，初调节过程需要使用到一些数据，最重要的数据是室内温度数据，如果发现采集到的室内温度数据不合理就要发出流量不平衡的预警，对流量进行后台计算后找到问题所在部位，为系统流量精准调节提供准确依据。可以看出系统初调节工作是一项基本工作，做好系统初调节工作对日后供热管网系统稳定运行至关重要。

1.2 设计流量估算

供热管网系统在初调节时要对设计流量进行估算，首先要计算出热负荷量，采用的方法是面积热指标法，热指标法能够揭示出供热管网流量大小、热负荷情况以及供水温度和回水温度之间的内在联系，计算出热负荷量后将其带入公式进行计算，可以计算出设计流量的最终结果，设计流量是一项非常重要的供热管网设计参数，该参数的大小对供热管网运行能力设计至关重要，计算公式如下所示：

其中，G代表供热管网的流量大小，Q代表供热负荷，бt代表供水温度与回水温度之间的差值。规定要求热源供热管网供回水之间的温度差要大于20℃，进行上述修正后供热负荷可以重新进行估算，如下式所示：

其中，qf表示建筑供暖面积热指标, F表示供暖建筑物的建筑面积。由于不同建筑物的建筑供暖面积热指标不同，因此要采取的节能措施也不同。

1.3 流量平衡调节

由于供热管网的流量可能出现调节不良的情况，因此应该对供热管网的流量进行平衡性调节，以确保供热管网的正常运行。对供热管网进行流量平衡调节时可采用两种方案进行，一种方案是根据不同部位的不同压力值进行流量平衡调节，第二种方案是利用上文所述公式对设计流量进行估算，而后利用流量平衡调节阀进行流量调节，确保供热管网的流量能够实现平衡[2]。若不进行流量平衡调节就会使不同用户享受到的服务不均，经过流量平衡调节后即可为不同用户提供均匀的供暖服务。

2 换热站节能监控

2.1 检测参数

通常供热管网监控系统的检测目标都是锅炉热源，锅炉热源是整套供热管网系统中非常重要的一个组成部分，但锅炉热源在整个供热管网中仍然属于一个相对独立的系统，就其自身而言锅炉热源的结构原理又比较复杂，与二次网的一系列运行过程没有紧密联系，因此本文在监测热源的相关参数时在不影响锅炉热源监测结果的前提下主要选择了一些重要的运行参数进行运算。为了对系统进行节能监控，本研究选取换热站的若干参数进行监测研究。参数包含一次网供水及回水温度、一次网供水及回水压力、一次网流量及供热量、二次网供水及回水温度、二次网供水及回水压力、二次网流量及供热量、水箱液位、循环泵的频率及电流、补水泵的频率及电流、室外温度、补水泵流量以及调节阀开度。

2.2 节能控制措施

换热站是供热系统中的重要组成部分，实现一次网、二次网之间的热传递功能，换热站作为重要的能量交换中间站有独到的节能降耗优势。为了在换热站处采取一定的节能降耗措施以达到降低能耗的目的，可在一次网进行量调节，经过一次网量调节后二次网的供水温度就会出现变化，这样就可以实现质量综合调节目的[3]。量调节是利用调节阀调节一次网供水管流量的方法，如今供热管网系统中最常用的调节阀是电动调节阀，当电动调节阀通电打开时会有部分流体从供水管路中流出，在实际应用过程中电动调节阀通电开启时可以使一次网部分流体从供水管输入到回水管中，这个过程部分流体不会经过换热器换热，也可以理解为这部分流体绕过换热器直接流回供水管路，这样就可以将一次网系统当作定流量系统。除此之外，在换热站处加装室外环境温度检测仪器，使换热站能够实时监测室外环境温度，室外环境温度变化会出现一定的趋势，从监测到的环境温度数据变化情况进行未来温度预测，可以减少系统滞后带来的影响从而节约能源，这样就能够对供热管网系统的流量和能耗进行较为科学的控制。

3 气候补偿器的节能控制

气候补偿器是一种重要的节能控制设备，近年来气候补偿器逐渐应用于供热管网系统中，该设备的工作原理是采集气候参数并用于供水流量调节中，气候补偿器是一项自动化程度较高的供热管网控制设备，主要用于室外温度采集并同步进行供水量及供水温度调节，加装气候补偿器的供暖管网系统可随室外温度变化调节一次网供水流量，还可以按照预设控制曲线调节二次网的供水温度，这就可以实现供暖管网流量及温度的自动调节。以室外温度出现变化时的情况为例，当室外温度出现大幅度下降时，气候补偿器会及时按照既定规律调节阀的开度，此时供暖管网系统中的水流量就会出现变化，水温上升而保持室内温度在适宜的范围内。反之，如果室外温度升高，气候补偿器会使电动调节阀开度减小，使流经换热站的水流量发生变化，使水温降低从而维持室内温度在合理的区间范围之内。气候补偿器的成功应用降低了供热管网系统的运营成本，更好地对室内温度进行调节，节约了大量能源，并且可以提升用户的满意程度。

4 水泵变频节能控制

4.1 循环水泵控制

在供热管网系统的不同位置处，循环水泵产生的压力差也不尽相同，因此在某些特定的位置就会形成运行管网中的循环水压力差，压力差会影响供热管网的运行过程，一般供热管网系统要进行预设值设定，预设值应该根据环路中最不利的压力差进行设定。循环水泵在进行压力差控制时可采用近端定压与远端定压两种方式，前者的压力监测设备安装位置应在循环水泵出口附近，此时测压位置与热源位置相距较短，能够得到最准确的压力数值，而远端定压则将监测设备安装在用户热力入口附近，获取到的数据是远端定压值，测压设备与热源相距很远。选择何种定压方式要由不同的供热管网形式来最终确定，不同定压方式的选择也要综合多种因素进行，要考虑到供热管网的实际特点，也要考虑到设备的安装过程是否有难度等，上述两种定压方法都有优势与弊端，具体采用何种定压方法还要综合考虑多种因素再做出选择。例如在一些供热管网中采用远端定压方式不便于设备安装，此时采用远端定压方式就不符合现实条件，可在水泵旁安装定压设备以实现近端定压。

4.2 补水泵的控制方法

供暖的原理是利用供热管网中的水循环来传递热量、提供供暖服务，热水在循环过程中可以释放出一定热量，同时也会产生一定损耗，因此要及时向供热管网系统中进行补水，这样才能使系统中水流量符合规定要求，确保供热管网系统能够稳定运行，如果不及时进行管网补水就会使供热管网水压不足，导致供热管网的供热效率显著下降。当供热管网系统中水量减少时，系统中的循环水压力就会出现一定程度的降低，因此系统压力变化是水量减少的一个判断依据，因此利用监测到的压力变化情况就可以调节系统水流量，保持供暖管网中的水压在规定范围内并保持恒定，这对于供热管网系统提供稳定的供暖服务至关重要。如果系统监测到定压点压力超过规定压力范围上限，就要开启泄压阀使部分流体外流，减少管网流量从而降低系统压力，防止压力过大破坏供暖管网结构组件。如果系统监测到定压点压力低于规定压力范围下限，就要开启补水阀使部分流体补充至管网中，增加管网流量从而提高系统压力，以满足供热管网系统中的水量要求。补水泵上装配变频控制系统，可以对补水泵的电机进行变频控制，可根据不同水流量和水压力进行针对性的补水操作，同时减小管道内部的流体流动阻力。

5 结束语

集中供热管网是城市中一项重要的基础设施，集中供热尤其对于北方城市来说是最重要的一项生活服务，与人们的生活和生产活动息息相关。近年来，北方逐渐对集中供热提出了更高的使用需求，供暖成本增加也使供暖企业压力提高，这导致集中供热管网的能耗问题逐渐受到人们的关注。集中供热管网要实现节能降耗就要从系统中的各个环节着手，深挖细究能耗的源头，对气候补偿器、循环水泵以及补水泵等设备进行技术改造，对管线路加装性能更加优异的保温层，对换热站进行节能监控和实时调节，最终达到节能降耗的目的。经过多年的尝试，我国集中供热管网节能降耗技术已经有了一定突破，在应用过程中节能降耗效果逐渐显现。但是，各种节能降耗设备仍然存在控制精度不够的问题，与之相配套的各种设施也需要进行技术升级。还存在一定的地区技术差异问题，我国东北各项供暖设施已经比较老旧，供暖管网系统也没有得到技术升级，例如大部分地区气候补偿技术就没有成功应用于供热管网系统中，加之一些楼房已经使用多年，密封性较差，使供暖管网系统节能降耗的难度加大，希望科研工作者与技术人员不懈努力，为我国集中供热事业做出贡献。