沈学峰
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摘要：本文以换热站为研究对象，重点对换热站节能控制技术进行全面分析，并对其具体应用展开研究。
关键字：换热站；节能控制；应用
绝大多数的换热站为用户换热站，大部分换热站设备功率较大，是重点耗能单位，但设备种类比较简单，一般由数台热交换器，几台大功率水泵组成的循环泵组和几台补水泵构成。换热站主要是将一次网的80℃左右热水通过热交换器使二次网低温水水温达到60℃左右，成为满足供暖送水温度的热水，通过二次网热水管道送到城市居民家中，流过各用户的散热器；通过循环泵的加压循环，流回换热站，进入换热站热交换器的二次回水温度有40℃左右。
1、换热站节能控制系统设计原则
1.1自动调节供热量
在换热站日常运营中，根据气候变化自动调节供热量，调节一次网的调节阀开度，改变热水流量，进而实现二次网换热量调节，节约供热量。常用调节方式为自动和手动方式，根据实际情况合理选择，有利于对供水量进行更好控制。
1.2经济与节约原则
二次网对循环泵进行控制，确保供水管网的热水到达用户处。并保证热水自动供给，有效满足供水需要。这样既能让供水正常进行，还能避免因管道或阀门泄露而导致水压下降，实现供热经济和节约原则，提高供热效果。
1.3保障运营安全原则
利用补水泵控制二次网，确保水压满足要求。同时在控制系统设计中，还要保证系统运行设备保护功能齐全，包括断电保护、超温保护、报警停泵保护等功能。并保证供热系统安全可靠运营，防止出现质量缺陷。
2、换热站节能控制系统设计策略
2.1电源系统设计
根据换热设备容量和设备数量，合理设计电源系统，满足系统运行的供电需要。同时根据系统负荷以及控制要求，选择合适的电源系统，安装在1＃GGD型电柜。供电回路一共四个，并安装电能计量表，数字显示供电电压，负荷电流，热网出水、回水压力和温度，满足工作人员及时获取数据信息的需要。电动调节阀门控制调节触摸屏，方便日常使用和管理，对存在的缺陷也可以及时处理，有效满足具体工作需要。热水温度控制系统也安装在电柜内，有利于方便使用，节约成本，促进节能控制系统更好运营。
2.2一次网热水流量节能控制设计
具体设计过程中，利用电动阀门控制，节约成本，减少投入，避免出现不必要的损耗，同时也方便工作人员开展各项操作，让系统更好运行及发挥作用。控制系统设计采用以下设施，其功能分别如下：西门子VVF41.1502电动阀门标准行程40mm，符合一次网热水流量调节需要；SKC62UA型执行器的控制方便，具有断电时弹簧复位功能，可以确保来电后正常供暖；QAE2110.010型浸水式水温传感器的使用寿命长，有利于确保电动阀门的可靠性；配套热敏原件满足系统使用需要，方便整个系统调节和使用。
2.3循环泵节能控制系统设计
稳定实时出水压力，设计单闭环压力控制系统，采用3台电机功率37kW的循坏水泵，设置变频器保护负载端，完善系统保护功能；数字显示电压、负荷电流、手动变频工作频率，进行工频、变频过载保护，具有对地短路、外部报警等功能。加入电机软启动器，进行启动、停止和运行指示等操作，确保循环泵安全可靠，方便日常检修和维护。
2.4补水泵节能控制系统设计
为确保系统有效运营，应该稳定回水压力，实时补水，系统为单闭环压力控制系统。设计采用两台补水水泵，FRN5.5G11S-4CX变频器、PXR9闭环PID调节器、小型可编程控制器，并安置于电柜中，确保各构件有效运营。
3、案例分析
下面我们以某小区1000户住宅，建筑面积12万平方米的所建的换热站为例，介绍一下换热站控制系统节能设计和应用。
3.1换热站电源系统的设计
换热站电源系统按照换热设备容量及设备数量，安装在1#GGD型电柜，具体功能如下：(1)供电回路数为四个，其中一个备用回路，并装有电能计量表。(2)数字显示供电电压、负荷电流。(3)数字显示一、二次热网的出水压力、回水压力。(4)数字显示一、二次热网的出水温度、回水温度。(5)换热站内补水水箱高、低水位报警。(6)电动调节阀门控制调节触摸屏。为降低成本，节省空间，将“一次网热水温度自动控制系统”安装在此柜内。
3.2换热站一次网热水流量节能控制系统设计
根据一次网管道直径DN150，我们设计换热站一次网热水流量的自动控制系统主要由以下部件组成:选择适配的西门子VVF41．1502型电动阀门；SKC62UA型执行器；QAE2110．010型浸入式水温传感器，配套热敏元件PT1000；具有两个模拟量输出点输出DC0…10V信号，可以是正向或者反向控制的RWD6型控制器。
3.3换热站循环泵节能控制系统设计
选用三台电机功率37KW的循环水泵。水泵变频工作方式为二用一备的控制方案，电气元件选择型号分别为FRN37P11－4CX变频器；HFR1045电机软启动器；ID136闭环调节器；AF－20MR－A小型程序控制用可编程控制器；供水、回水压力信号DBM20R－1型供水、回水压力信号变送器等。将它们安装在2#GGD型电柜中。
3.4换热站补水泵节能控制系统设计
为避免由于泵体、管道、阀门的泄漏引起循环水的水压降低，保证回水管路上缺失的热水自动补给，需要稳定的回水压力，实现实时补水，因此该系统也是一个单闭环压力控制系统。选用二台电机功率5．5kW的补水水泵，水泵变频工作方式为二用一备的控制方案，电气元件选择型号分别为FRN5．5G11S－4CX变频器；PXR9闭环PID调节器；AF－20MR－A小型程序控制用可编程控制器；DBM20R－1型回水压力信号变送器等。将它们安装在3#GGD型电柜中。具体功能如下:(1)设计了电网端来电缺相保护电路，再加上变频器对负载端保护外，使系统保护功能更完善。(2)数字显示电压、负荷电流。(3)手动工频/变频转换及运行指示；手动工频选泵；手动变频选泵；工频/变频启动、停止。任意调整工作水泵，实现均衡磨损。(4)工频/变频过载保护；过电压/欠电压保护；对地短路；外部报警等。(5)变频器故障检出报警。(6)补水水箱低水位停机和中水位启动，避免出现水泵抽空现象的发生。(7)利用电接点压力表设置补水泵回水管道压力欠压停机及报警，避免二次网回水管道、阀门、用户散热器的爆裂后，损失自来水，及时查找泄漏点。由于补水泵控制原理与循环泵类似，具体控制电路图省略。
3.5应用效果
换热站的节能控制系统设计并应用后，经过三年的用户使用，取得了可喜的应用效果，系统具有如下优点:(1)系统运行安全、稳定、可靠，实现了工频、变频转换操作，工作方式灵活，维修方便。由于水泵是软启动，无极实时调速，避免了设备、管网的启动冲击。(2)在一次网进行阀门开度调节，解决了二次网水温低的现象，保证了二次网的出水温度，用户室内温度都在18℃以上。(3)节能效果显著，循环泵、补水泵设备在相同工况下，变频恒压供暖比工频供暖节电25%以上。并且压力平稳，优于工频控制，避免了工频情况下供暖出水压力忽高忽低，造成高层用户无水及气化现象。(4)系统保护功能完善。这些保护功能，使得水泵和电网发生异常时，立即切断电源和变频器的输出，更精确的保护了水泵电机，延长了设备的寿命。(5)通过在补水水箱水位控制系统，避免补水水箱水的溢出，节约水资源。(6)通过设置循环泵、补水泵的超压和欠压停机及报警，避免了跑冒滴漏，节省了能源。(7)需要监控的实时数据一目了然，在条件成熟的情况下可实现无人值守。(8)通过系统的节能设计，节省了热能，避免了热源的损失，实现了经济供暖，并为今后实现供暖远程无线监控打下了坚实的技术基础。
4、结论
为实现节能降耗的目的，为人们创造更为舒适的生活环境，应该重视换热站节能控制系统设计，把握每个要点，落实节能设计策略，进而确保供暖工作的安全与稳定，节约能源和运营成本，促进其综合效益最佳发挥。
参考文献
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