城市集中供热系统节能问题及对策分析尹鑫

城市集中供热系统节能问题及对策分析尹鑫

尹鑫

（北京顺政大龙供热有限公司北京市101300）

摘要：我国是一个人口大国，随着城市建设的不断发展，城市居民的居住密集程度也不断上升，为改善管理，我国的北方冬季取暖，多采用集中供热的方式。集中供热系统现已经成为城市建设的基础工程，但由于规模较大，会涉及节能减排的诸多问题，因此研究集中供热的节能问题具有重要的现实意义。

关键词：集中供热；系统节能；措施分析

1、供热系统信息

顺义城区近1400万平米供暖面积，三个大型热源厂，13个小锅炉房，88个换热站，服务居民近12万。

2、节能改造方案

大型集中供热系统节能的基本途径是自动控制。该供热系统根据控制需求需要搭建监控系统框架，用户室内安装室温采集系统，热力站内安装控制系统，调度室建设监控中心。系统控制以室内温度采集数据作为供热质量评定的依据，主要通过热源优化调度、一次网水力平衡、二次网循环水泵频率精细调节控制等手段实现节能。

2.1监控系统总体框架

集中供热计算机监控管理系统由下到上按６层形成递阶层次结构，分别为含被控对象的机电设施层、就地仪表层、现场控制层（控制器等）、通讯网络层、中央监控层、信息管理层。中央监控层是集中供热系统计算机监控系统的核心，通过中央监控层对全网的运行实施统一的监控。全网调度指挥、事故处理、信息管理在信息管理层实现，它实际上是一个计算机信息网络系统。

2.2热力站控制系统原理

各分区二次网供回水管道上分别安装一组温度变送器、压力变送器；各分区一次网回水管道上安装一组温度变送器、压力变送器；各分区一次网回水管道安装比例型电动调节阀；一次网回水管道水平直管段安装热量表；各站一次网供水管道上安装一组温度变送器、压力变送器。

3、城市集中供热系统节能对策

供热系统供热面积大，热力站较多，系统热惯性大，各热力站间互相耦合，且按面积进行收费。针对该集中供热系统的特点及运行状况，供热系统运行过程中采取有针对性的控制措施，从热源调度、热网平衡、热力站自动控制、热用户供热质量评估等几个方面进行优化，采用集中控制、统一管理的模式，实现控制及能源管理的自动化、合理化，保证整个系统的稳定、经济运行。综合考虑供热效果、系统节能及实际操作等诸多方面因素，供热系统的节能运行思路是将网源分开考虑，对于一次网的调节目标是动态平衡热力站间的流量和热量分配，采取的方法是均匀性调节，选取的指标是各热力站的二次网供回水平均温度；对于热源的调节任务是根据室外温度输出合适的热量，避免热量供应过度或不足，采取的方法是热源优化调度；除上述两点之外，控制策略还包括对各热力站二次网的循环泵进行精细化的频率调节。下面分别进行详细介绍。

3.1均匀性调节控制策略

在按供热面积收费的管理体制下，一次网的调节采用均匀性控制的调节策略，通过调节一次网电动调节阀的开度，使得各热力站二次侧供回水平均温度（或加权平均温度）趋于一致，并在个别热力站因故障不能正常供热时将总供热量再次进行均匀调配。由于大型集中供热系统的长时滞、大惯性特点，所以一次网电动调节阀的开度调节周期确定为25min，热网全网优化控制由上位控制软件实现，根据建筑围护结构的保温情况、室内供暖形式（散热器供暖、地板供暖、空调等）设定不同的目标温度权重值，达到差别化供热。经过测算，经过平衡后大部分热力站的供回水平均温度与目标值偏差都在±0.3℃之内，标准差为0.67℃，平衡效果良好。各热力站大部分阀门开度分布在10%-50%之间。

3.2热源优化调度策略

实现一次网全网平衡，解决了水力失调的问题，要实现节能，还需实现热源热量的合理供给。室外温度是影响建筑物需热量的最大因素。供热运行参数（水温及水量）应随室外温度的变化进行调整，尽量维持室温在设计值（18℃），只有在不同室外温度情况下保证室内温度的相对稳定，按需供热，才能保证供热系统最大限度地节能运行。热源的优化调度根据天气预报及实时外温数据，测得的一次网总供回水温度、流量，参考相关的历史数据，由计算机经负荷预测给出热源的调度参数。

3.3二次网循环水泵的控制

在按照面积收费的管理体制下，若确定了二次网运行时不发生大面积水平失调和垂直失调的最小单位面积流量（每m²循环流量），及设计日的设计单位面积流量（设计工况下每㎡循环流量），可根据负荷的变化及供回水温差确定循环流量，并通过控制二次网供回水温差的方式实现二次网循环泵频率控制。对于水泵类负载，随着水泵转速的降低，水泵的节电效果显著。

3.4运行调节分析

传统集中供热系统对热量的调节方式主要有质调节、量调节以及分阶段调节三种方式。其中，质调节的原理在于保持供热管网流量不变的前提下实现循环水泵的持续工作。该调节方式具有易于操作的特点。然而，由于整个泵站的运行负荷是额定的，始终保持满负荷工作状态，需要较高的运行费用；量调节方式的工作原理在于热量随外界温度而改变，供热系统中的热循环及回水速度随着外界温

度的上升而降低。该方式较质调节对水力平衡有着更高的要求，极易受到水力失衡的影响；通过对泵站的变频控制可以运用分阶段调节方式有效调节供热管网的回水速度及流量，从而实现对供热量的调节。此外，通过相关变频调速装置的设置为末端用户自行调节温度提供便利。不断优化调节方案，提高对调度指令的执行力度，根据所绘制的供热曲线及时分析并调节回水温度。

4、节能效果分析

能耗数据的来源为：耗热量以电厂出口的计费热表为依据，耗电量以各热力站安装的计量动力电表为依据，供热面积以收费面积作为依据。

4.1节热效果

因每个供暖期室外平均温度和单位面积耗热量都是变化的，在节能改造前，选取前３个供暖期单位面积耗热量和对应的室外平均温度，拟合趋势线并给出对应的函数关系；节能改造后，根据当期供暖期室外平均温度计算出对应的单位面积耗热量作为基准，再根据实际的单位面积耗热量来评估节热量。考虑室外温度变化的影响，改造后两个供暖期实际的单位面积耗热量与基准值相比，2012-2013供暖期每㎡减少耗热量5.6%，2013-2014供暖期每㎡减少耗热量10.7%。

4.2节电效果

各热力站循环水泵均采用变频调节，通过监控系统调节热力站循环水泵的转速，减少了电耗。2012-2013供暖期每㎡节电7.9%，2013-2014供暖期每㎡节电8.1%。

4.3间接效益

热网监控系统24h运行，对热力站设备实时监控，并设置报警系统，能及时发现系统存在的问题，避免事故发生。监控系统实现热量统一调度分配，特别是短时间内供热不足时，能够减少用户投诉，提高热网调节水平和供热质量。监控系统调节周期短、均匀性好，解决了人工调节费时费力的问题，节省了人力物力。监控系统对热力站无人值守起了积极作用。同时，节约能源也带来了社会效益。而且节省下来的热量还可以缓解城市热源不足的状况。

结语

总而言之，通过对城市集中供热系统的研究有助于针对当前存在的技能问题有针对性地采取有效措施，从而促进节能减排以及我国城市的可持续发展。为有效提供资源及能源的利用率，提高对居民用热需求的满足度，有必要深入研究并推广节能减排措施，有效改造并监督城市供热系统，促进城市供热效率的不断提升。

参考文献

[1]集中供热系统的节能分析和优化设计[J].崔英.城市建设理论研究(电子版).2017(22).

[2]集中供热系统中热网的电气自动控制标准[J].王振兴.中国标准化，2017(14).