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摘要：上世纪90年代以来，随着我国经济社会高速发展，城市化进程不断加快，我国社会人们的物质生活水准得到了极大改善和提升。城市供暖系统作为建筑工程重要的基础工程系统，能够给人们提供温暖舒适的居住环境。然而，随着人们环保节能意识的增强，关于城市供暖系统的自动化控制与节能减排问题逐渐受到人们的关注。本文中，笔者就自动化控制系统在城市供暖系统中的应用展开深入分析。
关键词：供热;自动化控制;节能
当前，随着智能化、自动化控制技术的普及与应用，城市供暖系统也实现了自动控制，这对于高效供暖、节能供暖、稳定供暖都起到很好的作用。特别是随着城市建设步伐的加快，城市集中供热越来越普遍。智能化控制对于分布区域广泛、供热用户数量多、劳动强度大等复杂的供热环境作用较大。特别是在如今能源日趋紧缺的状况下，在供暖系统中推进并应用先进的自动化控制技术，对于实现稳定供热、均衡供热等都具有重要意义。
一、供热系统智能控制技术
（一）技术原理
热力管网在供热系统中完成热的传递，热水经过热力管网将热量传送到热用户，热用户的性质不同，需要的热量也会不同，另外，由于距离热源的远近不同，输送热能的管径大小不同等因素，会造成系统中个别用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致现象，被称之为水力失调。该技术主要针对目前供热领域中普通存在的水力失调问题，设计一套智能阀门，解决复杂的供热网管系统的热量平衡问题，某个阀门的调节不会影响其它阀门，使得每个阀门控制的支路按用户需求输送合適的热量，通过确保管路的热量平衡达到节能的目的。在确保各管路的流量按需分配之后，为进一步节能，还集成了列入智能变频技术，保证水泵的频率跟随管路阻力的变化而变化，彻底摆脱传统的顶压供水变频技术。在此基础上，该技术还整合了物联网和EAOC（能效分析与运行优化控制）技术，把智能阀门打造成一个通用的物联网结点，把阀门控制的建筑所消耗的能量数据以及管道内的流动数据发送到控制中心，帮助管理人员分析系统的节能量。
（二）关键技术
1、智能温控平衡技术
在集中供热系统中，由于供热规模较大，管网的水力工况变得十分复杂，其水力失调问题变得十分突出，从而使其供热质量下降，出现不能满足用户要求的情况。对于一个设计合理的系统，一般可以通过初调节，使各用户的流量达到设计值。但对于一个规模大管网复杂的系统，使用目前常用的方法（如阻力系数法、正常流量法、回水温度法和经验试凑法），由于受到各种条件的制约，存在准确度不高，需反复调试，工作量过大等问题，其效果不是很理想。智能温控平衡技术可利用现代控制理论和计算机模拟分析相集合，利用水力管网系统实际运行工况动态检测数据对系统的水力工况进行模拟分析，进而使用分析的数据对系统运行工况进行远程自动控制，这不仅可以提高调节的精度，避免人工调节的工作量，而且可以实现系统水力工况的动态。
2、智能变频技术
智能变频节电技术，指在供热系统中加装一套智能变频节电装置，利用水泵的原有电机系统控制，将阀门的开度控制变为水泵的转速控制，两者相结合实现调节热平衡目的。其中，智能变频节电装置具备以下两项功能：
1）通过合理改变水泵的转速（频率）节约电能，如设备需对流量进行控制，适当降低转速、调整流量即可达到节能的目的;
2）在不改变水泵转速（频率）的情况下，通过检测、跟踪负载变化，根据其功率因数和负载率的变化，优化功率输出，使电机的输出功率接近轴功率，从而实现节能。
3、无线传感技术
该技术为智能变频和能效分析提供了基础，保障各项数据的传输与共享。远传式智能控制器，具有各种输入形式选择，实现各种不同的调节功能。也可配室外温度传感器，起到随室外温度的变化而自动调整供水温度，也就是通常所说的室外温度补偿的作用。根据控制需要，可组成智能化网络控制系统，优化控制，实现远程监控。
二、具体控制措施
（一）气候补偿
气候补偿器安装在锅炉房或换热站，它能够使热源出力根据室外温度和供暖系统回水温度的变化动态调节，实现按需求供热。
气候补偿器可以根据室外气候温度变化，和用户设定的不同时间的室内温度要求，按照设定曲线自动调节供水温度，实现供热系统的供水温度的气候补偿，也可以通过室内温度传感器根据室温调节供水温度实现室温补偿，还有限定最低回水温度的功能。
（二）楼栋分时段控制
1、分时段控制
楼栋分时段控制采用分时段控制系统实现，系统是基于整个楼栋的控制，主要适用于用热时间较集中，使用时间分阶段的建筑物。采用整体管理控制，通过加装自控装置实行分时段供暖，将大大减低能耗。楼栋分时段控制系统由现场温度变送器、楼栋控制电磁阀、楼栋控制箱和监控中心组成。
具体控制方案，每个楼栋设置1台电动调节阀，1台楼栋热表（具有RS485通讯接口）。现场控制器采集楼栋热量相关数据，通过监控中心操作站和现场LCD触摸屏预先设定的运行模式，控制电动调节阀达到设定要求，并可以提供通讯接口实现将数据通过GPRS模块传递到监控中心，实现同一监测管理和远程控制。采用此方案实现自转热站到热用户整个热网的数据监测，实现远程/就地自控化监控。
（三）水力平衡
水平水力平衡技术主要应用在全区供热的总管网上，在管网截断井、进户井内配置先进的调节设备以解决管网水力平衡问题。目前国内供热行业在管网上应用的主要有自力式流量控制器、自力式差压控制器、自力式流量/差压控制器三种调节装置。目前国内采用管网定流量系统的较多，可按需设定流量，并将通过阀门的流量保持恒定。使管网的流量调节一次完成，免除了热源切换时的流量分配工作，有效地解决管网的水力失调。
（四）单户热计量
将集中供热系统中的热源、热力站、楼栋或用热单户作为各供、用热方的热量结算点，安装超声波热量表，进行热计量。对住宅，以户为单位，直接计量或分摊计量其每户的供热量。对直接计量的住宅、公共建筑的热用户，以热量结算点的热表值进行结算。而对以分摊方式计量的住宅户，则按其各户内所安装的测量记录装置，确定每户的用热量占热量结算点（楼栋或热力站）所安热表总值的比例，算出各热用户所应分摊的热量，实现分户热计量。通过单户热计量技术应用可实现按需供热大大减少热源的消耗，实现节能减排。
三、结语
在我国北方的一些高寒地区，全年采暖期长达180d左右，近几年，随着热电联产集中供热技术的推广应用，取缔了原来的煤锅炉供热状况，人们的居住环境得到了彻底改善。但随着城市的建设，供热面积不断增加，热电厂的能源消耗也在逐渐增大。由于现有供热系统的调节能力有限，导致热用户出现近端过热、远端过冷的不平衡现象，并浪费了大量的能源。
如果将自动化控制技术与供热系统紧密结合，不但可以实现按需供热，合理降低供热能耗，节约原煤的消耗。而且可以为我们带来直观的经济效益，而且能够起到环保节能的效果。
参考文献
[1]石兆玉.供热系统运行调节与控制[M].北京：清华大学出版社，1994.
关键词：供热;自动化控制;节能
当前，随着智能化、自动化控制技术的普及与应用，城市供暖系统也实现了自动控制，这对于高效供暖、节能供暖、稳定供暖都起到很好的作用。特别是随着城市建设步伐的加快，城市集中供热越来越普遍。智能化控制对于分布区域广泛、供热用户数量多、劳动强度大等复杂的供热环境作用较大。特别是在如今能源日趋紧缺的状况下，在供暖系统中推进并应用先进的自动化控制技术，对于实现稳定供热、均衡供热等都具有重要意义。
一、供热系统智能控制技术
（一）技术原理
热力管网在供热系统中完成热的传递，热水经过热力管网将热量传送到热用户，热用户的性质不同，需要的热量也会不同，另外，由于距离热源的远近不同，输送热能的管径大小不同等因素，会造成系统中个别用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致现象，被称之为水力失调。该技术主要针对目前供热领域中普通存在的水力失调问题，设计一套智能阀门，解决复杂的供热网管系统的热量平衡问题，某个阀门的调节不会影响其它阀门，使得每个阀门控制的支路按用户需求输送合適的热量，通过确保管路的热量平衡达到节能的目的。在确保各管路的流量按需分配之后，为进一步节能，还集成了列入智能变频技术，保证水泵的频率跟随管路阻力的变化而变化，彻底摆脱传统的顶压供水变频技术。在此基础上，该技术还整合了物联网和EAOC（能效分析与运行优化控制）技术，把智能阀门打造成一个通用的物联网结点，把阀门控制的建筑所消耗的能量数据以及管道内的流动数据发送到控制中心，帮助管理人员分析系统的节能量。
（二）关键技术
1、智能温控平衡技术
在集中供热系统中，由于供热规模较大，管网的水力工况变得十分复杂，其水力失调问题变得十分突出，从而使其供热质量下降，出现不能满足用户要求的情况。对于一个设计合理的系统，一般可以通过初调节，使各用户的流量达到设计值。但对于一个规模大管网复杂的系统，使用目前常用的方法（如阻力系数法、正常流量法、回水温度法和经验试凑法），由于受到各种条件的制约，存在准确度不高，需反复调试，工作量过大等问题，其效果不是很理想。智能温控平衡技术可利用现代控制理论和计算机模拟分析相集合，利用水力管网系统实际运行工况动态检测数据对系统的水力工况进行模拟分析，进而使用分析的数据对系统运行工况进行远程自动控制，这不仅可以提高调节的精度，避免人工调节的工作量，而且可以实现系统水力工况的动态。
2、智能变频技术
智能变频节电技术，指在供热系统中加装一套智能变频节电装置，利用水泵的原有电机系统控制，将阀门的开度控制变为水泵的转速控制，两者相结合实现调节热平衡目的。其中，智能变频节电装置具备以下两项功能：
1）通过合理改变水泵的转速（频率）节约电能，如设备需对流量进行控制，适当降低转速、调整流量即可达到节能的目的;
2）在不改变水泵转速（频率）的情况下，通过检测、跟踪负载变化，根据其功率因数和负载率的变化，优化功率输出，使电机的输出功率接近轴功率，从而实现节能。
3、无线传感技术
该技术为智能变频和能效分析提供了基础，保障各项数据的传输与共享。远传式智能控制器，具有各种输入形式选择，实现各种不同的调节功能。也可配室外温度传感器，起到随室外温度的变化而自动调整供水温度，也就是通常所说的室外温度补偿的作用。根据控制需要，可组成智能化网络控制系统，优化控制，实现远程监控。
二、具体控制措施
（一）气候补偿
气候补偿器安装在锅炉房或换热站，它能够使热源出力根据室外温度和供暖系统回水温度的变化动态调节，实现按需求供热。
气候补偿器可以根据室外气候温度变化，和用户设定的不同时间的室内温度要求，按照设定曲线自动调节供水温度，实现供热系统的供水温度的气候补偿，也可以通过室内温度传感器根据室温调节供水温度实现室温补偿，还有限定最低回水温度的功能。
（二）楼栋分时段控制
1、分时段控制
楼栋分时段控制采用分时段控制系统实现，系统是基于整个楼栋的控制，主要适用于用热时间较集中，使用时间分阶段的建筑物。采用整体管理控制，通过加装自控装置实行分时段供暖，将大大减低能耗。楼栋分时段控制系统由现场温度变送器、楼栋控制电磁阀、楼栋控制箱和监控中心组成。
具体控制方案，每个楼栋设置1台电动调节阀，1台楼栋热表（具有RS485通讯接口）。现场控制器采集楼栋热量相关数据，通过监控中心操作站和现场LCD触摸屏预先设定的运行模式，控制电动调节阀达到设定要求，并可以提供通讯接口实现将数据通过GPRS模块传递到监控中心，实现同一监测管理和远程控制。采用此方案实现自转热站到热用户整个热网的数据监测，实现远程/就地自控化监控。
（三）水力平衡
水平水力平衡技术主要应用在全区供热的总管网上，在管网截断井、进户井内配置先进的调节设备以解决管网水力平衡问题。目前国内供热行业在管网上应用的主要有自力式流量控制器、自力式差压控制器、自力式流量/差压控制器三种调节装置。目前国内采用管网定流量系统的较多，可按需设定流量，并将通过阀门的流量保持恒定。使管网的流量调节一次完成，免除了热源切换时的流量分配工作，有效地解决管网的水力失调。
（四）单户热计量
将集中供热系统中的热源、热力站、楼栋或用热单户作为各供、用热方的热量结算点，安装超声波热量表，进行热计量。对住宅，以户为单位，直接计量或分摊计量其每户的供热量。对直接计量的住宅、公共建筑的热用户，以热量结算点的热表值进行结算。而对以分摊方式计量的住宅户，则按其各户内所安装的测量记录装置，确定每户的用热量占热量结算点（楼栋或热力站）所安热表总值的比例，算出各热用户所应分摊的热量，实现分户热计量。通过单户热计量技术应用可实现按需供热大大减少热源的消耗，实现节能减排。
三、结语
在我国北方的一些高寒地区，全年采暖期长达180d左右，近几年，随着热电联产集中供热技术的推广应用，取缔了原来的煤锅炉供热状况，人们的居住环境得到了彻底改善。但随着城市的建设，供热面积不断增加，热电厂的能源消耗也在逐渐增大。由于现有供热系统的调节能力有限，导致热用户出现近端过热、远端过冷的不平衡现象，并浪费了大量的能源。
如果将自动化控制技术与供热系统紧密结合，不但可以实现按需供热，合理降低供热能耗，节约原煤的消耗。而且可以为我们带来直观的经济效益，而且能够起到环保节能的效果。
参考文献
[1]石兆玉.供热系统运行调节与控制[M].北京：清华大学出版社，1994.