引入室温调节的供热运行方式

引入室温调节的供热运行方式

韩渤然

北京新城热力有限公司 北京市 101117

摘要：在科技发展日新月异的今天，居民对供热效果的要求越来越高，国家对能源节约的要求也越来越严格。传统供热控制都是对供回水温度的控制，无法实时关注居民用户侧实际温度。这样就使得居民侧温度冷热不均，近端用户热，远端用户冷；热端用户开窗通风，冷端用户不停投诉，供热企业无法彻底解决管网热平衡问题，不得不加大供热力度，对热量造成极大的浪费。现在多数的供暖企业利用室外温度作为参考，通过调节居民管网的供水或回水温度来控制供热量，利用人工测温来检测供暖效果，再通过人为调节管网水流量达到管网供热平衡，实现理想供热。但这种方式并不理想，无法解决管网水利失调问题，，也无法根据居民的实际室温来指导调控，做到按需供热。

关键词：室温调节；供热；方式

1、引入室温参与调控的必要性

室内温度达到设定温度，居民用户满意是供热调控的最终目的，而室内温度随供热管网调控实时变化，在不同的时间段、不同室外温度、不同光照强度时，居民对供热的要求也不同。人工测量室内温度存在较严重的滞后性，无法做到实时测温并针对反馈情况进行指导调控。这就使得供热调控普遍存在滞后性和不准确性，因此引入室温调节就显得更为重要。

2、室内温度的采集与处理

室内温度需要通过现有科技进行自动采集，这样可以使数据更加准确，时效性强，并在很大程度上降低人工成本。现在通用的室温采集装置有很多种，可以按照意愿自由设置发送周期，并通过无线的方式进行通讯，发送到数据中心,节省安装成本和维护成本,并赋予室温数据强大的实用性。

室内温度会受住宅朝向、保温结构和太阳辐射等因素影响，所以需要采集住宅温度时，要将温度采集器放在厅室靠近中间,无光照辐射位置,并且需要将多个温度数据进行筛选计算，得到一个代表室温，用代表室温作为供热效果的参考依据，来指导供热调节。温度数据筛选时，首先要剔除报停热用户、空房热用户和采集器故障的室温数据，然后将剩余的热用户室温数据计算出室温方差（室温方差的公式为：D(X)= E[(X-E[X]) ] ^2，其中X代表室温数据，D（X）为室温数据的方差，E（X）为室温数据的均方差）如果室温方差满足预设定方差值，则将室温的均方差值作为代表室温；如果室温方差不满足预设定方差值，对管网的水流量进行调节，再次计算室温方差，直到满足预设定方差值，得到代表室温。

当所有用户室温趋于一致时，表示二次网已完成管网水力平衡的调节。这种平衡不仅仅简单的水流量平衡，更重要的是对于供热量和热损失量差值的平衡调节，水流量和热量达到平衡才是供热行业要达到的理想平衡目标，才能真正的做到节能降耗。

3、室内温度引入供热控制

主流的供热控制方式有控供水温度方式，控回水温度方式和控供回水平均温度的供热方式。这三种供热方式都以室外温度作为参考，根据室外温度的高低进行适量调节。这种调节方式都只是定性调节，当室外温度变化时，需要调控工人根据实际经验，对设备进行，实现供回水温度升高或降低。但这样的调节方式没有将供热调节上升到定量调节的层面上，调控人员的经验和调控方式不同，最终的效果也会有很大的区别。所以我们要对供热进行量化，并得到供热量、室外温度、室内温度的对应关系，这样就可以做到精确地供热调节。

当室外温度为T_W1,代表室温为T_O，设定目标温度为T₁时，根据公式Q=Cm(T₁-T_O)（C为空气的比热容）可计算出所需热量的增量ΔQ，再结合室外温度为T_W1所需的标准供热量Q_w=K*T_W1+B（参数K、B分别为曲线的斜率、截距，取值根据建筑物的保温结构和供暖方式确定）,得到 T₁时刻的供热量Q₁=Q_w+K^*ΔQ，然后采用PID算法，针对Q₁热量计算出电动调节阀的开度，从而完成室温稳定调节。

室外温度T_W1逐时变化，设置每间隔10分钟上传一次实时温度；代表室温T_O受建筑物保温结构、光照和室外温度影响，变化速度相对较慢，设置为0.5小时检测上传一次；控制器根据室外温度和用户室内温度实时计算所需热量；热表安装在二次管道上，实时采集用户侧瞬时供热量，并采用PID算法得到电动调节阀开度，完成供热调节的定量的控制。

4、供热控制实践

为验证室温引入供热控制的可行性，对供热面积2306.74平米公司办公楼供热系统进行改造，将原有依据室外温度控制的地暖供热系统引入室内温度，并通过喷射泵混水调节来对供热量进行调节，实现办公楼室内温度平稳控制。

图1为办公楼热力管道入口系统图，为电动可调行喷射泵，它作为混水装置，将供水与回水混合，可以根据改变混水温度和流量来调节供热量；为热表装置，可以实时监测瞬时流量和瞬时热量，并反馈给控制器，通过PID算法实现对供热量的调节。

图1 办公楼热力管道入口系统图

图2为办公楼温控测点安装位置，在图中①、②、③、位置安装LORA无线温度采集器，对办公楼的就地温度进行采集，并反馈到控制系统，计算得出代表室温，参与系统控制调节。

图2 办公楼温控测点安装位置

控制系统通过室内温度采集器采集室内温度，并通过LORA无线远传方式送到控制柜可编程控制器，控制器将采集到的温度进行筛选和计算，得到代表室内温度；室外温度、代表室内温度引入公式Q₁= K*T_W1+B+ K₁ Cm(T₁-T_O) (参数K、B分别为曲线的斜率、截距，取值根据建筑物的保温结构和供暖方式确定; K₁增益参数，C为空气比热容，m办公楼内空气质量，T₁为室内温度，T_O为设定室温)，求得T₁温度升/降到T_O温度所需热量；控制器通过所需热量和热量表测得的实际热量进行比对，通过PID运算得到喷射泵动作量，并对喷射泵开度进行调节，完成供热控制。

图3为办公楼供热数据曲线。从曲线中可以看出，办公楼的瞬时供热量根据室外温度的变化进行调整；室外温度在-5℃～10℃平缓交替变化，瞬时热量根据室外和室内温度的变化实时调整，当室外温度快速升高，光照强度增强，导致室内温度快速增加时，喷射泵开度减小，供热量降低；当傍晚光照强度降低，室外温度下降明显时，喷射泵开度增大，供热量增加；根据办公楼的供热需求量，系统控制实时供热量在0～85KW之间变化，保证室内温度在设定温度值（20℃）上下浮动，误差不超过1℃（实际室内温度19.6℃～20.8℃之间变化）。

图3 办公楼供热数据曲线

由于公司办公楼的玻璃窗面积较大，且公司员工上下班时间固定，所以太阳辐射、人体散热和办公设备散热等因素对室内温度的影响也相对突出。因此可以总结出，在控制系统正常、控制参数准确、控制调节到位基础上、将室内温度引入办公楼供热调控的方式是切实可行的，并将供热以控制供热量的方式精细的展现出来。引入室温调节的运行方式不仅做到了室内温度稳定，还可以根据外在因素的变化进行自主调节，实现节能降耗的目的。

5、拓展实践

为对比验证将室温引入供热调控的可行性，对办公楼采用多种控制方式，并进行对比分析。

因为多数供暖企业通过控制用户侧供回水温度来实现供热调控，所以将室内温度、室外温度引入公式T_P0=KX+B+K’（T_N1-T_ST）（参数K、B、K’分别为曲线的斜率、截距和温差系数，取值根据建筑物的保温结构和供暖方式确定，T_ST为设定室温，T_N1为代表室温），控制器通过公式计算得出供回水平均温度设定值T_P0，并通过PID调节方式计算出喷射泵开度，控制喷射泵混水比，调节供水温度；温度传感器采集得到供回水温度反馈给控制器，控制器接受反馈信号，完成控制。

图4为拓展实践数据曲线，从曲线可以看出，供回水平均温度随室外温度而变化，当室外温度降低时，供回水平均温度升高，当室外温度升高时，供回水平均温度降低。室内温度变化平稳，基本在18.6℃～20.4℃之间变化（设定温度19.5℃）。

图4 拓展实践数据曲线

6、总结

在节能降耗的基础上,室内温度的平稳调节是供热行业的最终目的，只有做到平稳才能节能高效。现在科技发展迅速，通讯方式也快捷便利，不少供热企业将室内温度进行采集，但仅作为供热数据参考，很少有企业真正将室内温度参与调控，是因为其存在严重的滞后性，并且环境中有很多不可控的因素。但通过实践证明，室内温度可以经过修正后，引入供热控制系统，并指导供热调控，取得良好的供热效果。

引入室温参与供热系统的调控，不仅可以解决管网热力失调的问题，还能利用居民侧室内温度,对居民是实际用热需求进行量化，反过来指导供热生产，使供热调节精细化,为进一步节能降耗奠定基础。