分布式供热系统节能优化控制路径分析

聂涛

摘 要：当前我国的经济建设和社会发展中，节能减排已经成为了重要的发展趋势，很多行业在生产和发展的过程中都将节能环保作为一项重要的指标，供热系统研究人员也对供热系统进行了更为全面的研究，以有效降低系统运行过程中的能源消耗，保证系统运行的质量。

关键词：供热系统；能源；节能；

建筑能耗在社会发展总能耗当中占有较大的比重，建筑采暖、通风和家电使用的过程中会消耗大量的能源，所以应加大新能源和新技术的研究，减少建筑建设和运行过程中的能源消耗。我国建筑能耗中接近4成应用在了建筑采暖上，因此建筑采暖过程中的能源消耗不断增大。

1分布式供热系统工作原理

变频技术的应用推动了供热系统的完善，分布式供热系统变流量运行也成为了一个重要的发展趋势。分布式供热系统在日常应用中主要采用管网当中的变频泵来维持水力工况的平稳运行，分布式供热系统运行的过程中，热源泵只需要克服来自于热源内部的阻力损失。在系统运行过程中，热源泵会将热水输送带到均压罐当中，水泵的流量即为供热泵的总流量，再结合用户的实际需求选择用户侧水泵的扬程和流量。

该供热系统在运行的过程中，均压罐是非常关键的设备，其主要起到连接水力与热力环路的作用。经锅炉处理后的热流体在流入到均压罐后会逐渐混合，在冷热交换之后，冷流体会经过热源泵送到锅炉当中进行加热处理。而在用户侧的热媒从均压罐会输送到客户端。热媒的热量经过释放后会重新输送至均压罐当中。且分布式供热系统在运行的过程中应用变频泵，有效控制了无功消耗，同时热源泵只需承受来自于热源侧的阻力损失，用户泵则应充分按照用户的基本需要来自动完成变频调节的功能。

2分布式供热系统数值模拟及结果分析

搭建分布式供热系统模型，同时采取不同的控制模式，可达到数值控制的目的。并且模拟时，确保其他参数的数值不发生变化，也可保证模拟结果的科学性及可靠性。

2.1居住建筑仿真分析

选择某地的气象参数并将其作为分布式供热系统的天气参数，对不同控制模式的能耗及供热效果进行分析，从而选择最为科学和完备的供热方式。

2.1.1不同供水温度控制方法供热效果分析

对供水温度分别为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃時的室内供热效果展开科学分析可知，供水温度为70℃时，室内的供热效果最佳，舒适率近60%，在2120小时当中，有接近90天住户均处于舒适环境中。室内平均温度和偏离程度最低的数值为19.2℃，过热率较低是出现这一现象的主要原因，但是在这一水文条件下，欠热率达到了13%左右，这里供热量不足主要是由于室内温度过低造成的。针对这一问题，应适度提高供水的温度，所以，在系统运行过程中可充分结合室外的温度来调整供水的温度。

2.1.2不同供水温度的能耗分析

相关人员进行了为期150天模拟，计算五种供水温度下锅炉的能耗。供水温度的升高和锅炉运行消耗的增大是由多方面的原因造成的，供水温度过高的室内平均温度较高，且热率较大都会增加锅炉运行中的能源消耗。相同的热力控制系统当中，供水温度降低5℃，锅炉运行的过程中就会减少300GJ的能量。而五种供水温度下，室内供热效果差异明显，所以在此情况下分析锅炉能耗并无实际意义，但是调整供水温度可有效减少建筑运行中的能源消耗。

2.2变供水温度调节

Trnsys软件构建了变供水温度控制系统图，并对天气参数的数据进行了全面的处理，将室外温度变化分成五个不同的区间，每个区间的二次网供水温度都存在着明显的差异，分布泵主要用来调整二次网的流量，确保回水在标准的温差下平稳运行。

2.2.1变供水温度供热效果分析

采用专业软件对室内平均温度、二次网供、回水温度进行了模拟，对模拟结果进行分析后发现，供暖刚刚开始和即将结束时，供水温度不是很高，在中期的部分时间段温度升高较为明显，其与室外温度的变化规律具有较高的贴合度，因此这种控制方式实现了较好的控制效果。至于二次网回水温度，则会受到供水温度的影响而发生变化，所以供回水温差始终保持不变。在计算中发现室内的舒适率较高，无欠热现象，过热率较以往也有了十分显著的改善。

加之，在供热系统循环流量分析中得出，供水温度为70度时，分布泵的流量运行程度为60%，达到了最小流量的要求，而这也是室内温度偏高的主要原因。对此采取了有效措施加以改善，降低了二次网的供水温度，在供暖中期还有一部分时间出现了供热温度不足16℃的问题，这些问题非常少见，因此我们可以忽略不计。

在供热期间，将水泵的设计流量设为上限，将设计流量的6成设置为下限值。供暖初期和末期的循环水量相对较小，中期的循环水量有所增大，在理解这一问题时，我们可以借助了Q=cM（tg-tk）这一公式来理解，通过这一公式我们不难发现，热负荷与循环流量呈正相关关系，供热中期的循环流量达到最大值，因此中期的热负荷也最大。此外，水泵的功率与流量的三次方存在函数关系，因此供热中期分布泵的能耗也是供热过程中最大的阶段。

2.2.2变供水温度能耗分析

在模拟中对供暖期内分布泵和锅炉运行中的能源消耗进行了分析，经分析发现，供暖中初期和中期供水温度的锅炉能耗基本与供水温度为70℃的锅炉能耗一致，与以往相比，变供水温度的供热效果得到了有效的改善，同时也降低了锅炉运行中的能源消耗，在保证正常供热的同时，也保证了热网的低能耗运行。且变供水温度控制策略分布泵在供暖初期和末期能耗达到相对较低的状态，而供暖的中期是整个供暖期能耗最大的阶段，其与室外的温度成负相关关系。

2.3变供水温度策略改进

在系统运行中已经将二次方供水温度降至70℃，但是室内温度依然偏高，在经过数次模拟之后对供热方式进行了适当的调整，供水温度由70℃降至45℃。并用策略一和策略二来表示。对改进后的策略进行了模拟分析，分析结果显示。初期与末期的室内温度较以往明显降低，室内温度得到控制，室内的舒适度大大提高。

2.3.1改进策略供热效果分析

对策略二展开模拟分析，同时对有关参数进行详细的计算，如表1所示。

表1不同控制策略相关参数

从表1中我们不难看出，与策略一相比，策略二优势十分明显，使用策略二后，舒适率得到了显著的提升，过热率没有明显的变化，所以我们也可以得出策略二能够改善室内的过热情况，同时提高室内的舒适度，此外，策略二的方差降低了50%左右，也充分证明，室内温度离散程度不是很高，室内温度基本维持在18度左右。

2.3.2改进策略能耗分析

策略一和策略二锅炉能耗的差异主要体现在供暖的初期和末期，供暖期中，二者的控制界限为室外温度8℃，这一温度在供暖的初期和末期相对较多。因此两个策略的供暖差异也主要集中在上述两个时期。在计算和研究后发现，策略二可比策略一更好地实现节能的目的，策略二的供热效果也明显优于策略一，所以策略二具备十分优良的节能效果。最终得出，在供热初期和末期适度降低二次网的供水温度，可十分有效地提高室内的舒适度，并减少供热过程中的能源消耗。

3结语

建筑供热系统在建筑能源消耗中占有较大的比重，因此若要减少建筑运行中的能源消耗，应首先做好供热系统的优化设计，保证其节能效果。当前，分布式供热系统在建筑室内供暖中得以广泛应用，且该系统的节能优化设计也成为了人们关注的焦点，上文对系统节能优化控制进行了简要分析，希望能够为分布式供热系统的设计和操作人员提供一定的参考。

参考文献

[1]薛林.分布式供热系统节能优化控制策略研究[D].兰州交通大学，2017

[2]石兆玉.正确应用分布式输配系统的设计理念[J].区域供热.2016（02）

（作者单位：宁夏华电供热有限公司）