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智慧供热系统提升改造技术研究马湾

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：马湾

[导读] 摘要：本文介绍了集中供热的现状及集中供热系统智慧化改造提升的必要性。

        承德龙宇热力有限责任公司河北省承德市 068250
        摘要：本文介绍了集中供热的现状及集中供热系统智慧化改造提升的必要性。通过介绍智慧供热的概念，提出了智慧供热建设所含的内容，即智慧供热管理平台、热源智能控制、管网平衡与供热质量反馈、无人值守换热站和末端温度监测。文章分析了供热系统节能控制技术，从本地手动控制、现场自动控制和远程自动控制三个方面介绍了换热站的具体控制要求。通过对供热系统实施提升改造，能够达到节能降耗、绿色环保的目标。
        关键词：智慧供热；节能控制；管网平衡；供热管理平台
        前言
        我国工业热力供应存在生产工艺相对落后、产业结构不合理等现象，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。多数热力企业还仍存在人力成本高、热网侧智能化水平低、供热方式粗放、能耗高，热源-换热站-热用户之间信息相对孤立，用户满意度低等运营问题。且国内供热热源以燃煤为主，在生产热力的过程中由于技术水平限制及监管不到位等原因，污染物排放量大，造成了一定程度的大气污染。近年来粗放型的用能模式带来的资源浪费和环境污染问题越来越受到重视。
        1供热系统问题描述
        通常供热系统由热源、热网（管网+换热站）、散热设备（末端）和管理平台4个部分组成，而这四个部分都存在着一些问题。
        热源：将天然的或人造的能源形态转化为符合要求的热能装置，也就是生产热能的场所，面临供热机组灵活性差，供热运行方式不合理。热网∶是指由城市集中供热的热源，向热用户输送和分配供热介质的管线系统。它由一次网和二次网组成，一次网从热源到换热站，二次网从换热站到热用户，热网的优化技术包括水力均衡优化、热网综合管理系统等。面临水力不平衡不均衡、自动化水平低、管网损耗大。换热站∶用来转换供热介质的种类，改变供热介质参数分配、控制及计量供给热用户热量的设施，换热站内主要的设备有换热器、除污器、集水器、分水器、循坏泵、补水泵、软化器、过滤器、电器及自控设备等。面临温控能力差，不能自动调节流量、供热质量不均衡。管理平台∶热源-换热站-热用户之间信息相对孤立无法形成联动，各模块之间缺乏完善的通信方式。
        1.1智慧供热管理平台
        智慧供热管理平台，是智慧供热概念在"人"面前的直观表现形式，其是否能够与供热系统运行操作切合、满足供热企业实际需求，将节能技术科学合理融入，是智慧供热成功改造的核心。利用无线通讯技术高速传输稳定的信号，调度中心供热平台可实现对供热系统的远程实时监控。系统将采集的供热参数及时汇总并进行数据计算热参数及时汇总并进行数据计算，下发结算结果数据自动调节供热流量，使末端温度维持在人体适宜温度。同时，系统将所有收集到的监控数据及时备份至数据库，调度人员能够在第一时间掌握数据动态，尽快完成系统状态报表并进行下一步的统计与管理工作。
        1.2热源智能控制
        热源的控制是否合理直接影响能源的消耗以及供热的质量。热源人工智能控制针对热源系统进行定制化开发，引入人工智能自学习，根据室外气候参数、历史数据完成供热负荷预测，确定供水温度参数、水泵频率，实现前馈控制；同时根据实际运行参数的反馈，在换热站进行反馈微调控制，最大化减小供热系统热惰性带来的能耗损失，真正落实按需供热、精细化供热的目的。
        1.3无人值守换热站
        无人值守换热站包括换热站供热参数的实时采集、视频监控、液位及系统异常报警、系统远程控制，是作为智慧供热建设中重要的一环。换热站智能监控系统能够在无人值守的情况下实现以下功能∶系统在自动运行状态时，PLC通过采集管网数据，如一次侧及二次侧的压力、温度、流量等数据，引入室外环境温度参数建立控制策略模型，达到自动控制的目的。无人值守换热站改变了传统换热站人工值班的工作方式，大大地解放了人力资源，提高了换热站的综合智能化水平；同时，远程监控报警系统不仅可以在换热站发生故障的第一时间内通知专业的工作人员，及时远端排除故障，而且可以综合各个换热站的实时信息制定合理的控制策略，从而实现热量的最优分配和供热品质的提高。

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        1.4管网平衡与供热质量反馈
        供热系统管网平衡主要包括一次网、二次网平衡，其中一次网平衡主要依靠无人值守换热站的实时参数监测与二级泵远程集中调控实现系统整体一次网平衡；二次网依据智能热力入口，集温度、压力、流量及电调阀一体，实现各个热力入口平衡监测与调节，达到热力入口实时数据参与系统控制的目的。
        1.5末端温度监测
        末端用户供热质量反馈利用NB-Iot无线传输技术，将末端温度设备安装在典型热用户房间内，为智慧供热控制策略提供实时数据参数，达到按需供热的目的。
        2供热系统节能控制技术研究
        节能降耗是智慧供热系统中一项重要工作，因此应根据实际供热需求形成完善的节能控制技术手段。节能控制是智慧供热实现节能的直接作用模块，是关系到系统能否稳定安全运行的关键，同时也是智慧化平台的亮点技术。该策略的制定需要与供热系统调试、诊断相结合；供热系统运行数据信息化、运行方式自动化是推进智慧供热的前提；城市供热系统智慧升级改造是供热节能的重要抓手，可有效提升运行与管理水平，达到节能降耗的目的。节能控制主要包括热源节能、换热站节能以及末端节能，全过程将通过系统自学习的模式持续节能控制运行。控制的主要参考核心为负荷预测，负荷预测将结合室外气候及预报数据、系统历史数据等，并通过计算模型完成负荷预测的计算。系统模块在实行自动调控前将根据节能控制策略、安全控制策略进行综合判断，实现基于安全运行基础上的节能控制，真正实现能源系统安全稳定节能的目标，为企业达到最大限度的盈利的目的。
        3换热站系统控制要求
        智慧供热节能控制主要体现在对换热站的节能控制方面。因此，换热站系统实现按照热用户的供热需求进行供热应提出以下3个控制要求，来实现节能目标。
        3.1本地手动控制
        通过现场控制柜手动控制二次网循环泵的运行频率和补水泵的启动、停止，现场手动控制一次网电动调节阀的开度，人工调节适应末端用户用热需求。
        3.2现场自动控制
        利用PID算法，通过一次网电动调节阀控制二次网供水温度；根据二次网最不利点供回水压差作为反馈信号，循环泵采用变频控制，实现二次网的变流量自动控制。
        3.3远程自动控制
        通过室外温度变化等相关因素设定的负荷预测曲线，对系统进行温度补偿调节，满足热负荷变化需求，实现节能舒适运行。供热系统将一次侧管网供水压力、温度，与室外环境温度、一次侧供回水目标温度、压力及末端用户温度建立数学模型，如恒温模型、动态温度模型等，自动控制一次侧电动调节阀开度，从而控制一次网流量以调节二次侧供水温度。供热系统将二次侧管网供回水压力、温度，与室外环境温度、一次侧供回水目标温度、压力建立数学模型，如定压模型、压差模型等，自动控制二次侧循环泵频率和工变频切换，调节二次侧供水压力或供回水压差。
        结束语
        通过研究和建立具有远程监控功能的智慧供热系统，实现热源、换热站、末端设备之间信息的采集和传输，提高系统的自动化控制、智能化管理和信息化数据分析水平，对系统节能提供量化支持。为各层管理者提供决策支持，为企业节能效果评价提供依据。智慧供热系统不仅解决城市集中供热的稳定、民生、能耗问题，同时有助于以智慧化供热平台为依托，致力于将供热企业建设成供热行业的先进示范，为国家的节能节能降耗作出贡献。
        参考文献：
        [1]介鹏飞，付林.基于实际参数的集中供热系统二次网运行调节[J].暖通空调，2014，44（12）：107-111.
        [2]戴倩.远程智能型换热站自动控制系统[J].自动化与仪表，2016，31（6）：46-49.
        [3]薛蕊.换热站自动控制与监控系统研究[D].保定：华北电力大学，2018.