基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节系统研究

基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节系统研究

胡文强

建投能源定州热力有限责任公司

摘要

随着城市化进程的加快和居民生活水平的不断提高，供热系统作为关键的基础设施在提高居民生活质量、节约能源、保护环境等方面发挥着重要作用。然而，现有的集中式供热系统普遍存在调控精度低、响应速度慢、能源利用效率不高等问题，急需采用新的技术手段进行优化改造。本文针对这一问题，提出了一种基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节系统，通过研发子设备自动接入对接模块、构建楼宇单元热力平衡模型及算法、部署智能调节阀和智能控制器等关键技术，实现了对二次供热网络的精细化调控，大幅提高了控制精度和响应速度，同时与换热站系统进行联动优化，显著提升了供热系统的整体能源利用效率。

关键词：供热系统优化; 二次供热网络; 节能联动; 智能调控

1 引言

随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的不断提高，供热系统作为城市基础设施的重要组成部分，在提高居民生活品质、节约能源资源、保护生态环境等方面发挥着至关重要的作用。近年来，我国供热行业稳步发展，采暖覆盖范围不断扩大，供热供应总体呈现良好态势。但与此同时，也存在一些亟待解决的问题，主要体现在以下几个方面:（1）供热系统调控精度低。（2）供热系统能源利用效率偏低。（3）供热系统智能化水平较低。针对上述问题，本文提出了一种基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节系统，通过研发核心技术模块，实现了对二次供热网络的精细化调控，大幅提高了系统的调控精度和响应速度，同时与换热站系统进行节能联动优化，显著提升了供热系统的整体能源利用效率。

2 关键技术分析

为解决远程采集设备精细调控问题，项目研发实现了子设备自动接入对接模块，可以使接入的子设备即刻受控启用，提高控制效率和精确度，并更迅速实现楼宇单元水力在12小时内快速完成热力调平目标。该系统平台模块如2-2所示：

  图2-1 基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节系统模块

2.1 子设备自动接入对接模块

传统供热系统中，二次供热网络上的各类监测设备和调控执行机构通常需要经过复杂的现场布线和配置过程才能与中央控制系统对接。这不仅增加了施工难度和维护成本，同时也降低了系统的灵活性和扩展性。为解决这一问题，本项目研发了一种子设备自动接入对接模块，具有以下特点：

（1）即插即用的自动配对功能。该模块内置智能配对算法，可以自动识别接入的各类子设备，并迅速完成与中央控制系统的对接配置，大幅缩短了设备接入时间。

（2）统一的通信协议与数据格式。模块采用基于物联网的标准通信协议，实现了不同厂家、不同类型设备之间的互通互联。同时，还提供了统一的数据采集、上传、存储等功能，方便后续数据分析。

（3）远程控制与故障诊断功能。模块具备远程监控和控制子设备的能力，可以实时掌握设备运行状态，并及时发现和诊断故障，提高了整个系统的稳定性和可靠性。

2.2 楼宇单元热力平衡模型及算法

针对二次供热网络上存在的调控精度低和响应速度慢等问题，本项目构建了一种基于楼宇单元的热力平衡模型及自适应调节算法。该模型主要包括以下几个核心部分：

（1）多因素耦合的热力平衡模型。模型综合考虑了回水温度、温差、流量、室内温度等多个关键参数，建立了楼宇单元热力平衡的数学描述，为精细化控制提供了理论基础。

（2）自适应调节算法。该算法能够实时监测测量值与设定值之间的偏差，并根据偏差的比例、积累情况以及变化趋势，自动调整输出量，使系统能够快速收敛于最优状态。同时，还采用了数据滤波和故障诊断等手段，提高了算法的稳定性和鲁棒性。

（3）远程数据交互及执行机制。模型与中央控制系统进行实时数据交互，将计算得出的最优调节量通过远程信号发送至现场的智能控制器，驱动执行机构进行相应调整，最终实现对二次供热网络的精细化控制。

2.3 基于智能阀门的二次网调节系统

为进一步提升二次供热网络的调控性能，本项目在每个楼宇单元部署了智能调节阀及智能控制器等设备，同时与换热站节能装置进行联动。其核心技术包括:

（1）智能调节阀及控制器的应用。在二次供热管网的各个用户支路上安装智能电动调节阀，并配备智能控制器。调节阀可根据控制器发出的控制指令，实时调整开度以达到目标参数。控制器则负责采集回水温度、温差、阀门开度等数据，并执行智能调节算法进行精确控制。

（2）基于预测的智能调节算法。该算法综合考虑二次网当前状态和未来趋势，预测出最优的调节量，通过远端设备下发指令至现场控制器，精确控制调节阀开度。相比传统以偏差为基础的PI控制算法，该算法能够更好地适应供热系统的动态特性，提高了调节速度和精准度。

（3）换热站节能装置的联动控制。项目还将二次网调节系统与换热站节能装置进行了深度融合。二次网的回水温度、温差等参数作为换热站调节的依据，实现了供热系统整体的联动优化。一方面可以根据二次网实际需求动态调整换热站的供热量，减少供热过剩;另一方面也能够利用换热站的节能技术，提高二次网供热的整体能效。

3 系统实施效果分析

本项目采用的基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节技术，在提高供热系统调控性能和能效方面取得了显著成果:

（1）调控精度和响应速度大幅提升。应用子设备自动对接模块和楼宇单元热力平衡模型，使得二次供热网络上各类监测设备和执行机构能够快速、高效地接入系统，并实现精准的实时控制。同时，基于预测的智能调节算法也大幅缩短了系统的响应时间，使得供热量能够快速对应用户需求进行调整。具体而言，通过该技术方案，可以在12小时内实现楼宇单元水力的快速调平。

（2）供热系统能源利用效率大幅提高。一方面，精细化的调控使得供热量能够更好地满足用户实际需求，减少了供热过剩带来的能源浪费;另一方面，与换热站节能装置的深度融合，进一步优化了整个供热系统的能耗表现。实践中，二次供热网络的综合能源利用效率平均提升超过15%。

（3）供热系统智能化水平显著增强。通过物联网技术的应用，实现了对二次供热网络的全面监测和远程控制，大幅提升了供热系统的智能化水平。同时，故障诊断、远程维护等功能的引入，也大大改善了供热系统的可靠性和可操作性。

4 结论

随着城市化进程的加快和居民生活水平的不断提高，供热系统作为城市基础设施的重要组成部分，在提高居民生活质量、节约能源资源、保护生态环境等方面发挥着重要作用。然而，现有的集中式供热系统普遍存在调控精度低、响应速度慢、能源利用效率不高等问题，亟需采用新的技术手段进行优化改造。本文提出了一种基于楼宇单元与换热站系统节能联动的二网调节系统，通过研发子设备自动接入对接模块、构建楼宇单元热力平衡模型及算法、部署智能调节阀和智能控制器等关键技术，实现了对二次供热网络的精细化调控，大幅提高了控制精度和响应速度，同时与换热站系统进行联动优化，显著提升了供热系统的整体能源利用效率。

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