论集中供热系统变流量的运行调节策略

在我国北方地区，集中供热系统的能耗占整个建筑能耗的65%，在某些地区甚至高达90%，因此，如何控制集中供热系统的高效节能运行是建筑集中供热系统发展的重要趋势之一。作为集中供热系统的重要环节，热网流量的运行调节及分配优劣关系着建筑采暖工作的质量，传统变流量控制较为粗放，主要是依循天气、地域等要求保障用户室内温度维持在一定范围内，值得注意的是，集中供热系统具有多变量、时变性、强耦合、大滞后等典型特征，很难建立一个精准的数学模型，这导致传统变流量控制效果不甚理想，因此，有必要针对集中供热系统变流量运行调节策略展开研究。

一、 集中供热系统变流量控制原理

集中供热系统是依循热网工况、管网条件等，利用换热站实现热量由一次网向二次网的交换，并通过调节热媒向用户分配热量，以满足不同用户的供热需求。在该系统中，热水管网包括一次网、二次网，前者负责将经热源加热后的高温水利用换热器将热量传给二次网，热传递结束后重新返回热源进行加热；而二次网主要负责将换热器所获取的热量在用户端释放并重新返回换热器。

为了兼顾室内热舒适性与节能两大要求，用户可自主调节入户流量，并利用温控阀调节室温，为满足变流量控制要求，集中供热系统被划分为三个子系统，一是二次管网供水温度控制子系统，二是二次管网回水温度控制子系统，三是二次管网压力控制子系统。其中，二次管网供水温度控制子系统通过调节一次网电动调节阀开度而控制进入换热器的高温水的量，继而达到控制二次网供水温度的目的，属于质调节；而二次管网流量主要是通过调节循环泵的频率改变二次网流量，继而控制进入用户的热量、实现分户计量，属于量调节；二次管网压力控制子系统是通过调节补给水泵保持二次管网压力的稳定性[1]。

二、 集中供热系统变流量的运行调节策略

集中供热系统变流量控制的终极目标是实现“按需供热”，即热用户需要多少热系统就供给多少热，但常见温差式、压差式调节策略存在一定的缺陷，无法精准满足各末端用户的热舒适性需求，因此，必须结合现行变流量控制方法探讨更有效的变流量调节策略，以提升系统的供热效率。

（一）温差式控制策略

在室外温度发生变化时，变流量调节并不能完全适应室内热负荷的变化，如户外温度上升，用户关小散热器流量阀，虽散热器流量减少，但供水温度仍较高，实际系统供热量仍超过用户所需热负荷，此时室温仍处在较高水平，温控阀的调节作用不大；若户外温度下降，热用户室温较低，即使全开温控阀仍难以满足要求，需要在系统供水温度不变的基础上，调节一次侧二级泵转数控制流经换热器的循环水流量，使换热站二次侧系统供水温度等于设定供水温度，这种变流量调节模式即温差式控制策略。

通常而言，系统需要监测户外温度变化或系统供回水温差变化调节热源、换热站出力，通过温差控制策略明确系统负荷比变化，继而调节循环水泵的流量，用以适应热负荷变化。值得注意的是，这是一种稳态情况下计算所得的负荷，在系统实际运行中，热负荷会受到户外温度、太阳辐射强度、围护结果导热蓄热性能等多重因素的影响，与理论值存在较大差距，加上温控阀控制精度不高，一旦末端负荷变化，将导致室温改变，只有当室温变化超出温度延迟，后阀门阀芯方启动开关阀动作，但此时室温可能早已偏离控制值，这种大滞后性导致温差式控制策略精度不高。为了精确末端变流量控制，必须采用一种高控制精度的阀门——电动比例控制阀，该阀门是通过以线性电阻值反馈给控制单元，由系统控制单元依循测量值、电动调节阀反馈电阻加以比对与判断，继而发出指令，使其在某一位置停止动作[2]。

（二）压差式控制策略

该调节方式常见于流量随时可变的计量供热系统中，其以供热系统中某一点压差或压力作为控制参数，当系统水力工况出现变化时，在维持控制点压力或压差不变的情况下，通过改变水泵频率使流量产生变化。压差控制主要包括恒定水泵扬程控制、恒定最不利环路压差控制两种方式，前者是在水泵出口处设置压差控制点，将出口压力控制值设定为满足系统最不利用户热需求的水泵对应扬程，该控制方式较易实现，但不利于节能，为了克服能耗大这一弊端，最不利压差控制策略诞生，其通过在最不利用户的入口处安设差压变送器，通过对比最不利用户的实际压力与资用压力，使水泵频率与资用压力相等，因而较恒定水泵扬程控制模式更节能，但由于末端用户存在不规律调节，因而极有可能改变最不利压差点，导致控制不准，加上压力传感器安装位置距离水泵较远，因而使用中受到诸多限制，工程中很少采用。

为了解决恒定水泵扬程控制能耗大等问题，可采取出口变压控制策略，即在水泵的出口设置压力传感器，但设置多个压力给定值，并根据室外温度计算出二次网流量，继而得出水泵所需出口压力，实现户外温度不变时的恒压控制，此方式有效改善了恒定水泵扬程控制策略的高能耗性，且所设置的水泵出口压力与实际情况越相符，则能耗越低。选择变频泵控制方式时，要考虑热用户的自主调节功能与系统节能目标，为了适应二次网热用户调节行为可能引发的流量变化，要利用出口变压控制策略，无论二次网流量如何变化，确保户外温度不变时水泵出口压力恒定，当户外温度变化，则要随着其变化改变出口压力给定值。

（三）换热站变流量控制策略

换热站变流量控制是建立在集中供热系统网控平台换热站控制系统提出的，该系统主要通过对热用户端进行热负荷动态预测，获取各用户负荷预测值，再将所得预测值累加求和，获取整个换热站控制系统的动态负荷预测值。值得注意的是，由于集中供热系统无法对热损失、公摊供热面积等进行详细计量，这导致计算所得的负荷预测值与实际存在一定的差异，因此，必须对总负荷进行误差修正。具体而言，需要使集中供热系统稳定试运行24h，对此过程中换热站的实际输出热量及用户侧获得的总热量进行积分，获取该时间段内输送的总热量与末端用户所得总热量，二者相除获取一个比值，将该值作为换热站输出热量到用户侧接收热量的放大值，当然，该值仅仅代表24小时内的放大系数，也可能存在较大误差，因而可重复多次，分别获取0-24h、6-30h、12-36h、18-42h内的放大值，通过四个时段内的均值得到修正后的放大系数A，当集中供热系统正式运行时，可默认输出端热量比用户侧接收热量放大了A倍，这样在变流量调节时既可计算出修正后的换热站输出热量值。在换热器二次网出口温度不变的前提下，换热站供回水温度的峰值存在一定的时间差，即滞后时间，为了确定滞后时间，必须对换热站二次出口温度、用户末端入口温度进行监测，得到二次网回水温度及用户端供水温度曲线图，找出相同变化趋势下的波峰或波谷，二者的时间差即滞后时间。

为了实现换热站变流量控制，需要调节一次网二级循环泵的频率，确保二次网供水温度为设定供水温度，在热用户侧通过动态预测获取下一时刻末端热负荷预测值，利用网控平台对动态预测值进行求和，获取换热站总负荷动态预测值并加以修正，通过上述条件利用网控平台计算出二次网回水温度、循环水泵流量，同时采集换热站实时回水温度，根据二者温差调节循环水泵频率。当计算温度<实际回水温度，需增加系统总热量，但要延迟滞后时间后增大循环水泵的频率，当计算温度>实际回水温度，则要延迟滞后时间后将水泵频率降低，直至二者温度趋近，实现供需平衡[3]。

三、结语

综上，当前多数基于数值方法、系统辨识方法、简化模型方法等研究集中供热系统动态特性的研究方法过于复杂，并不适用于工程实际应用。因此，文章结合传统变流量控制策略存在的问题，提出在质调节基础上进行量调节的控制方法，其中，质调节主要以供水温度为控制参数，依循室外温度与供水温度的关系式得出集中供热系统的温度目标值，而量调节依循供水压力这一参数，保障水泵出口压力维持不变，使频率变化随着用户流量进行变化，最终得出流量目标值，作为量调节的依据。

本文来源：《魅力中国》：https://www.zzqklm.com/w/wy/25805.html