以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法.pdf

中国新技术新产品2024 NO.4（下）-50-工 业 技 术集中供热系统对保证用户室温的稳定和优化供热效率具有重要意义。然而，传统的集中供热系统通常以热源温度为调控目标，导致用户室温波动较大，影响用户舒适度和供热效率。为了提高供热系统的性能和用户满意度，需要研究一种新的自动调节方法1。为了解决这些问题，本文提出了一种以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法。该方法可实时监测用户室温2，将室温信息反馈到控制系统，然后根据预设的调节规则自动调整二次网的流量和温度。1 以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法设计1.1 选取集中供热二次网的参数在集中供热系统中，二次网是连接热源和用户的关键部分，其参数的选择对整个系统的节能效果和运行稳定性具有重要意义。集中供热二次网的信息包括二次网流量、二次网水温、二次网压差以及二次网阻抗3，均是集中供热二次网的参数，会直接影响供热系统的运行效果和能源消耗。二次网流量是通过集中供热系统中的二次网（连接热源和用户间的部分）中的热媒（水、蒸汽等）的流量，是影响供热效果和能源消耗的重要参数。可以通过公式（1）来计算 Q 的值。Q=mv （1）式中：m 为热媒质量流量，kg/h；v 为热媒体积流量，m3/h。二次网水温是集中供热系统中二次网的供水温度和回水温度。可以通过公式（2）来计算 T 的值。T=T1+T （2）式中：T1为一次网水温，；T 为二次网与一次网的温差，。压差是二次网压差，是集中供热系统中二次网（连接热源和用户间的部分）的供水压力和回水压力之差，会直接影响供热系统的稳定性和效率。可以通过公式（3）来计算 P 的值。2WPkA=（3）式中：k 为管网阻力系数；W 为压力，Pa；A 为管网横截面积，m2。二次网阻抗反映了热能在二次网中的传输阻力。为了实现节能，应尽量降低阻抗，以提高热能传输效率。阻抗与管径、管长有关，如公式（4）所示。LZDA=（4）式中：为流体密度；L 为管长；D 为管径；A 为管道截面积。综上所述，通过合理计算集中供热二次网的流量、水温、压差和二次网阻抗等关键参数达到经济、环保的目的。1.2 确定集中供热二次网的调节规则根据选取的集中供热二次网参数确定集中供热二次网调节规则4。集中供热二次网的调节规则主要包括二级网各支路的水力平衡限制和热水循环泵的使用频率限制 2个方面。1.2.1 支路的水力均衡调整为了实现支路的水力均衡，需要综合考虑多个因素，包括支路的长度、管径和阻力等。根据供暖负荷预测模型，可以求出支路的需水量。根据室外温度实时采集数据，可以求出当前所需流量。该流量是根据当前气候条件和室内温度需求来确定的。支路供暖负荷的计算过程如公式（5）所示。GGttttj?1123（5）式中：G1为支路设计排水量，m3/h；t 为支路内部要求气温，；t1为室外实际气温，；t2为室外设计温度，；t3为室内设计温度，；j 为最优流量调整因子。支路的阻力包括管道阻力。通过测量和计算，可以得到支路的阻力值，如公式（6）所示。以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法陈宇峰1杨海丽2（1.华电淄博热电有限公司，山东 淄博 255054；2.山东普赛通信科技股份有限公司，山东 济南 250000）摘 要：传统集中供热二次网自动调节方法进行二次网自动调节时缺乏精准的室温监测和反馈，导致供热二次网节能效果不佳。因此，本文提出了以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法。选取集中供热二次网的参数，确定集中供热二次网的调节规则，根据调节规则建立集中供热二次网隶属度函数，最后自动调节集中供热二次网，从而实现集中供热二次网自动调节。试验结果证明，本文方法可降低供热二次网能耗，提高供热效率，改善用户的生活质量。关键词：用户室温；调控目标；集中供热；二次网；自动调节方法中图分类号：G642文献标志码：A中国新技术新产品2024 NO.4（下）-51-工 业 技 术22fvP=（6）式中：P 为管道阻力；f 为摩擦系数；为流体的密度；v为流体的流速。在集中供热系统中，为了实现支路的水力均衡，需要根据计算出的支路阻力和当前所需流量进行调整。先确定各支路的流量分配比例，再根据该比例调整各支路的阀门开度。假设有 n 个支路，每个支路的阻力和流量分别为 Pi和 Qi（i=1，2，.，n）。各支路的流量分配比例如公式（7）所示。1iiniiQPQ=（7）式中：1niiQ=为所有支路的总流量。根据流量分配比例调整各支路的阀门开度。假设每个支路的阀门开度为 i（i=1，2，.，n），则调整后的阀门开度如公式（8）所示。i=iPi （8）式中：i为原始的阀门开度。1.2.2 热水循环泵的调频在二次网输配系统中，热水循环泵是耗能大户，用于向各建筑物的热辐射终端提供热水，从换热站向用户进行热输送。热水循环泵的操作限制主要是为了保障设备的安全性，也是为了给供暖用户提供热水的流量与扬程。二次网水量的调整是由热水循环泵的运转频率决定的，因此需要把以上内容转换成热水循环泵的操作频率调整，如公式（9）所示。fminf fmax （9）式中：fmin表示为热水循环泵最低工作频率；fmax表示为热水循环泵最高工作频率。1.3 建立集中供热二次网隶属度函数上述确定集中供热二次网的调节规则中涉及供暖系统中的水力平衡调整、热水循环泵的调频等，其中的变量，如支路流量、室内外温度等都是连续变化的，其因素和过程也是连续的，但供暖系统中的关系具有非线性，因此考虑选择连续型、非线性的高斯型隶属度函数来描述这些内容。设定 2 个变量 d 和 d，其中 d 表示二次网流量与设定流量的偏差，d 表示二次网流量与设定流量的偏差变化率。建立集中供热二次网的高斯型隶属度函数，如公式（10）所示。Ydda b c e ft?,11?（10）式中：Y 为集中供热二次网隶属度函数；为偏差值；1为偏差变化率；a，b，c，e，f 为向量子集；t 为时间。1.4 自动调节集中供热二次网自动调节集中供热二次网在调节过程中可能会出现模糊情况。根据上述建立集中供热二次网隶属度函数设定预设因子。预设因子可以根据实际情况进行调整，以适应不同的供热需求和环境条件。通过调整预设因子可以改变隶属度函数的形状和权重分配，从而实现对集中供热二次网的精细调节，以更好地调节集中供热二次网的权重，避免设定预设因子导致调节结果发生变化，以此获取集中供热二次网的权重，过程如公式（11）所示。111222333HHYHHHYHHHYH=+=+=+（11）得到权值后，计算自动调节估计式，如公式（12）所示。63.6 10HgR=（12）式中：H 为预设因子；g 为数据个数；为速率。对自动调节估计式进行匹配，最终得到自动调节集中供热二次网的公式，如公式（13）所示。RqBe=（13）式中：R 为自动调节估计式；q 为权值；e 为种类。通过上述计算完成自动调节集中供热二次网，最终确立以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法。2 试验论证本文通过对比试验来比较3种不同集中供热二次网自动调节方法（本文集中供热二次网自动调节方法、传统集中供热二次网自动调节方法 1 和传统集中供热二次网自动调节方法 2）的节能效果。2.1 试验准备本文搭建了一个实验平台。选择10个具有代表性的住宅小区用户室温，保证 10 个用户室温环境和供热面积均相同，供热二次网正常运行。将每个用户视为一个支路，含有热表和电动阀门，以控制供暖流量。为了保证试验的准确性和可比较性，试验环境和参数均保持一致。采用计算机模拟仿真技术，将数据分别输入本文开发的集中供热二次网自动调节方法和传统集中供热二次网自动调节方法中，进行对比试验。为保证试验结果客观、准确，将调节参数设置为相同，以避免其他因素的影响。2.2 试验结果分析与结论基于本文研究的方法和对比方法，以支路水力平衡控制为关键指标验证方法的有效性，结果如图 1 所示。分析图 1 可知，对于不同支路上的热表调节，本文方法能够保持较低的水力平衡偏差度，平均为 4.8%，远低于中国新技术新产品2024 NO.4（下）-52-工 业 技 术其他方法。主要原因是本文方法将支路水力平衡视为供热二次网调节的关键，对其阻力、流量进行分析，通过隶属度分析降低了计算误差，从而实现了阀门的精确控制。进一步验证集中供热二次网自动调节的效果。以用户室温为调控目标，也即本次试验的验证指标。检验控制效果如图 2 所示。分析图 2 可知，在未进行调控前，用户室内温度不稳定，最大相差约 4.8。经本文方法调控后，用户室内温度稳定在 20.5，22.3，最大温差为 1.8。而其他方法的室内温度控制效果远不及本文方法。设定供热二次网的原始节能率为 10.8%，以此测试上述3 种方法的供热二次网节能效果，测试结果见表 1。根据表 1 数据进行深入的分析和比较。在相同的室内、室外环境和供热面积条件下，本文供热方法累积供热量较高，为 6600kWhd-1，与传统集中供热二次网自动调节方法1、2 相比，该数值分别高出约 22%和 33%。该结果表明，本文所提方法的供热效率明显高于其他 2 种方法。此外，本文所提方法的能耗仅 15Wm-2，比传统集中供热二次网自动调节方法 1、2 的能耗低。方法 1 的能耗为 25Wm-2，方法2 的能耗为 20Wm-2。因此，在能源消耗方面，本文所提方法也比其他2 种方案有明显优势。综合以上数据可以得出结论：本文提出的以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法在累积供热量和能耗方面均表现出优异性能。不仅提高了供热效率，降低了能源消耗，还实现了更精准的温度控制。因此，该方法在节能率和控制性能方面均具有较强优势。3 结语在集中供热系统中，二次网是连接热源和用户的关键环节，其自动调节方法对保证用户室温稳定和供热效率优化具有重要意义。本文提出了一种以用户室温为调控目标的集中供热二次网自动调节方法，可实时监测用户室温，将室温信息反馈到控制系统，再根据预设的调节规则自动调整二次网的流量和温度。该方法不仅可以保证用户室温的稳定，还可以根据天气变化和用户需求进行动态调整。参考文献1 郑立军，赵笑言，刘伟，等.智慧化供热调节方法研究与应用 J.节能，2023，42（10）：63-66.2 郑立红，周志华，郭新川，等.供热管网水力平衡调节方法研究 J.暖通空调，2023，53（5）：140-145.3ALEKSANDR S，赵金玲，顾青青，等.基于核能低温供热堆调节特性的基本热负荷确定方法研究 J.暖通空调，2023，53（2）：108-114，126.4 高帅，李保国，张黎，等.供热系统分时段串联运行调节方法的应用研究 J.区域供热，2022（6）：57-62.图 2 用户室温控制结果图 1 热表调节平衡度偏差对比结果3015 20 15 105012345678901234567891010302622181410平衡度偏差/%室温/用户传统方法1传统方法2本文方法本文方法传统方法1传统方法2原始温度表 1 3 种方法供热二次网节能效果对比测试内容传统方法1传统方法2本文方法室内温度/222222室外温度/-10-10-10面积/m2110110110累积供热量/kWhd-1540049806600能耗/Wm-2252015