李世乾
烟台东方智能技术有限公司 山东省烟台市 264000
摘要:针对供热系统的热惰性、滞后性，并结合校园供热的特点，组建了校园供热节能智能控制系统，整个节能智能控制系统由上位机监控系统、换热站节能控制系统、区域分时节能控制系统组成。整个系统的节能控制主要包含：换热站的气候补偿控制、一次泵变流量控制及根据校园供热特点和学校作息制度的分区域分时控制。该系统经某学院应用，验证每年可减少用热20%左右，另外通过智能控制，可减少一半人力。
关键词：供热；节能；变流量；气候补偿
1 前言
供热是北方城市冬季恒久不变的话题，随着我国经济的快速增长，城市化进程不断加快，供热范围不断扩张，能源的需求迅速增加，因此，无论是从减少用户用热费支出还是从减少污染、改善生态环境、立足本国资源诸多方面考虑，提高供热运行效率，减少能源浪费，将是实现经济社会可持续发展和构建和谐社会的重要保证。
校园建筑的供热负荷特性受气候因素影响较大，传统的供热系统完全依靠人工根据工作经验进行供热温度的调节或不调节，导致供热温度偏离实际需求温度，造成舒适度下降或用热浪费。校园供热系统同时承担办公区、教学区和公寓区的供热任务。每个区域都有各自独特的热需求特性。办公区、教学区供暖时间一般为7点到22点，夜间只有防冻需求；公寓区供热需求主要集中在中午及夜间。而传统的供热系统不能实现各个区域的按需供热，造成无效供热浪费热源。因此建立一个满足建筑负荷变化及各功能建筑热需求的校园供热节能智能控制系统具有非常重要的意义。
2. 校园供热节能方案
校园采暖节能智能控制系统由智能校园监管平台、换热站节能控制系统、区域分时控制系统组成。智能校园监管平台实现系统的综合管理和监控，方便系统的运营和管理,同时为校园综合管理提供有效数据；换热站节能控制系统实现换热站内设备与系统的匹配运行，保证系统的节能运行；区域分时供热控制系统实现各个区域内流量的调节，确保供热量与建筑负荷的匹配。
3. 换热站节能控制系统
换热站节能控制系统将气候补偿控制技术及一次泵变流量控制技术相结合，根据系统的热量需求进行自适应控制。
3.1气候补偿控制技术
气候补偿控制技术是根据室外温度的变化及用户设定的不同时间及对室内温度的要求，按照设定曲线求出适当的供水温度进行自动控制，实现在不同供暖时段、不同室外气温下供水温度的调节。在供暖时段内，当室外温度变化时，为了满足室内温度的相对温度，二次网供热量也应相应变化，另外考虑到供热系统的滞后性及建筑的热惰性，供热的升温期应提前于供暖使用时段，供热的降温器也应提前于供暖结束时段。
通过对室外温度的采集，自动修正二次网供水温度，并通过理论计算实时的二次网供回水温度与实际供回水温度进行比较，并以此比较值为基准对电动阀进行PID调节，达到节能运行的目的。
3.2一次泵变流量控制技术
近年来，电气技术和自控技术的不断进步，随着变频器产品的价格成本降低和自控技术的完善，一次泵变流量技术得到越来越广泛的应用。
水作为供热系统的载热剂，当用户侧负荷发生变化时，系统对水流量的需求减少，可适当减少系统循环水流量。在系统最不利末端增加供回水温度及压力的采集点，根据最不利点的供回水温差与压差对水泵进行变流量调节，减少泵的电耗。
4. 区域分时控制系统
4.1区域分时控制系统的主要功能
区域分时供热控制系统由控制器、触摸屏、室内温度传感器、管道温度传感器、电动调节阀组成。在各楼供暖回水管路上安装电动调节阀，根据建筑负荷特性、室内温度以及节能控制策略对系统供水流量进行实时调节，实现供水流量随建筑负荷随时变化。区域分时控制系统除负责本栋楼数据采集及设备控制外，还通过以太网接口将该楼的所有供热信息上传至校园供热监控平台。用户可通过监控平台对区域分时控制系统进行远程控制和参数设定。
4.2区域分时控制理论依据
根据供暖所需基本耗热量计算公式：
Q=K×F×（tn-tw）×α
K-结构传热系数，W/㎡·℃;F-供热面积，㎡；
tn-冬季室内计算温度，℃；tw-供暖室外计算温度，℃；
α-维护结构的温差修正系数。
假设室外气温相同的条件下，夜间室外平均计算温度为-5℃，则室内温度要求分别在18℃和10℃的需热量分别为：
Q1= K×F×（18-（-5℃））×α （Q1为室内温度为18℃时的需热量）
Q2= K×F×（10-（-5℃））×α （Q2为室内温度为10℃时的需热量）
则= ==65.2%
则室内温度10℃时所需热量只为18℃的65.2%，故对室外平均计算温度在-5℃时进行夜间防冻控制可降低34.8%的热量消耗。
4.3区域分时控制系统功能
区域分时控制系统可通过远程监控平台远程操作，也可通过触摸屏进行就地操作，本地控制界面拥有温度参数监控功能、阀门开度设定功能、时间策略设定等功能。具体功能如下：
(1)区域供热控制系统可进行手动/自动运行模式的选择；
(2)阀门手动控制的开度调节；
(3)基于负荷预测的系统运行参数设置；
(4)基于建筑功能的分时控制运行参数设置，分时控制的时间策略包含多个可设定的时段，方便用户根据用热需求进行灵活设置；
(5)操作权限的设定和管理，避免误操作。用户可通过触摸屏设定权限和密码，且不同用户具有不同的操作权限。
4.4区域供热分时控制策略
校园内不同功能的建筑数量较多，由于建筑使用功能的不同，使用时间也有差别，如果采用全天候供热模式，则将产生巨大的热量浪费。同时，由于建筑供暖负荷随室外气候条件逐时变化，不合理的供热量控制将导致系统供热效果的不足或过量，导致系统要么无法满足使用效果，要么运行费用较高的问题。
因此，针对校园内建筑的功能不同，需要供暖时间差异化控制，更需要根据建筑的逐时供暖需求，自动控制供热质量。
5 项目案例及分析
某学院，建筑面积17万余平方米。校园采暖热源采用高温蒸汽，通过板式换热器换取40~60℃的热水为整个校园供暖。热费按照蒸汽用量缴费。项目实施过程中，增加一台智能校园监管平台，换热站节能控制系统一套，区域分时供热控制系统33套。经采用校园供热节能智能控制系统后，整个校园采暖实现自动化控制，减少3个系统操作维护人员。系统经过一年的运行，在室外平均气温较前一年年供暖季低5℃的气候条件下，供暖季采暖运行费用降低18%。
5 结论
校园采暖不同于居民建筑采暖，具有负荷不同时、变化大的特点，尤其是在夜间，办公区、教学区所需热负荷很少。采用校园采暖节能智能控制系统，利用气候补偿控制技术、一次泵变流量控制技术并将各个建筑按用热需求进行分时控制，将换热站与建筑末端用热联动控制，按需供热，不但大大降低供热运行费用，更减少了能耗的浪费、保护了社会环境。另外，通过该系统的应用，还解决了校园供热水利不平衡的问题。
参考文献
[1] 赵乃波，校园供热节能优化控制系统研究与开发；硕士学位论文， 2008.3
[2] 刘江彩，耿惊涛 高职院校供热节能改造技术分析；暖通空调， 2009.6
[3] 许光映，校园热力网分布式监控系统的研究与实现；硕士学位论文， 2012.5