气候补偿和分时分区的节能分析

北方工业大学 李 琳

北京硕人时代节能技术有限公司 马东亮 史登峰

1.供热系统简介

石家庄铁道学院总供暖面积约33万m2，其中办公楼约10万m2，学生公寓约7万m2，其余为住宅。院内设置蒸汽供热站，蒸汽为热电厂提供，压力0.6Mpa，温度220℃。现有换热器2组，高区换热系统，只供学院办公楼高层供热，供热面积小；低区换热系统，给学院内所有多层建筑（包括学生公寓、教学楼、实验楼和住宅等）和办公楼低区供热。低区换热系统，带供热面积大且用户用热时间不一致，因此改造的重点是低区供热系统。

2.系统节能改造方案概述

系统现状如下：办公楼和学生公寓的系统与住宅混合在一起，因此其运行模式只能是同步供热，不能对办公楼、学生公寓实行分时分区的供热，造成了热量浪费；蒸汽换热系统供热量不能精细调节；用户室内温度差别较大。采用下列三项节能改造。

2.1 供热系统节能监控中心

供热系统节能监控中心是掌控整个供热系统调度的枢纽。本项目采用HOMS供热系统节能管理平台，实现远程无线访问，用户只要有一台能上网的计算机或手机通过IE访问监控中心服务器即可掌控全网运行。同时可实现数据实时采集、实时调度、实时报警、并且提供多样化的数据报表和曲线棒图分析。

2.2 气候补偿器

气候补偿器通俗地讲是指供热系统的供水温度应该随着室外的气候而改变，进而使系统的供热量与室外气候相匹配，达到按需供热的目的。由于在供热系统的负荷计算时，太阳辐射得热被当作富裕度考虑的。因此当室外天气是晴天时，阳光充足，系统的供水温度在原来通过负荷计算的温度基础上可以适当降低一点，这样就因为出水温度降低而少用蒸汽，从而节约能源。

考虑到石家庄铁道学院供热系统的实际情况，选择能远程监控的气候补偿器QHOMS-5型一套，用户可以随时在上网通过电脑或手机查看气候补偿器的工作，得到供热运行参数；通过手机短信也能得到供热运行参数，以及某些故障报警情况，为后期的数据分析提供大量的运行数据。

监测参数：一次网蒸汽温度、蒸汽压力、一次凝结水温度、二次网供水温度、二次网回水温度、二次回水压力、电动阀开度、室外温度。

工作原理：气候补偿器通过公共通讯网络或现场实时得到室外温度，依据室外温度，通过优化分析计算得到二次网系统供水温度的最佳值，调节一次网蒸汽电动阀，调整进入换热器的蒸汽流量，使二次网供水温度达到最佳值，实现按需供热的目的，从而节约能源。

控制方法：有三种气候补偿控制方法，根据需要自行选择：带室外气候补偿的二次网供水温度或回水温度或二次网的供回水平均温度经验法、带室外气候补偿的二次网供水温度或回水温度或二次网的供回水平均温度公式法、分时段修正法。

气候补偿器的分时段控制，大致分为三个阶段。1）早晨，用户刚起床，供水温度设定较高；2）中午，根据日照的情况调节；3）晚上，用户入睡后，可适当降低供水温度。

气候补偿器按照气象条件控制：根据室外气象条件，如阴天、雨天、雪天、大风天和晴天五种室外气象情况，自动调整系统供水温度。

气候控制+公共建筑分时分区的控制，即实现供热系统的质和量调节。

控制精度：供水温度的实际值与设定值的偏差小于1°C，完全低于建设部±2°C的温度控制标准，控制精度很高。

通讯方式：采用GPRS通讯，可以在任何能上网的计算机上登陆查看供热状况，同时手机也可以作为一个终端上网查看供热运行情况。

2.3 分时分区

在教学楼、办公楼和学生公寓的热入口设置公共建筑供热节能器PBHOMS，实现了公共建筑的分时分区供热。公共建筑在无人使用时关闭或关小阀门，保证值班温度5～8℃；上班前提前打开阀门，保证教职工上班时室内温度达到国家标准要求的18℃±2；学生公寓在学院放假期间关闭或关小阀门，保证值班温度5～8℃，其余时间保证18℃±2。

3.节能改造后效果分析

供热节能改造后，低区蒸汽换热机组上采用气候补偿调节，并在教学楼、办公楼和学生公寓实施的分时分区调节。

图1 2009年2月27日石家庄铁院瞬时室外温度

（1）气候补偿调节

取2009年2月27日低区供热系统运行数据，气象参数：白天晴间多云，偏北风2—3级，最高气温8℃；夜间晴间多云，偏北风1—2级，最低气温：0℃。室外温度和供水温度的记录数据如图1、图2。

从图1、图2可以看出：

1）随着室外温度的升高，二次供水温度随之降低，说明实现了供水温度的按室外温度补偿调节。

2）分时段修正：早晨，虽然室外温度升高，但供水温度反而适当提高几度，保持较高的室内温度；中午，太阳辐射较强，因此适当降低供水温度；晚上，供水温度适当提高。

3）供水温度在设定值±1℃范围内，达到了设计控制精度。

（2）2月份蒸汽耗量趋势

取2009年2月份的运行数据，形成图表如图3、图4。

由图3、4可以看到，2月份蒸汽耗量随着室外温度的升高而降低，反之亦然，充分说明了气候补偿调节控制的作用。

（3）不同室外气象条件下蒸汽耗量比较

2009年2月22日、2月25日和3月1日室外气候条件见表1。

可以看到3月1日与2月22日相比，室外温度相近，但风较小；2月25日与2月22日相比，风力相近，但室外温度有所降低。

2月22日、25日和3月1日全天蒸汽耗量对比，见图5。

由图5可以看到，2月25日室外温度较低，蒸汽耗量较高；2月22日和3月1日，室外温度较高，蒸汽耗量也较低。

根据实时采集的这三天的室外温度形成曲线如下，见图6。

整理这三天的各时段的蒸汽消耗量形成图表如图7。

综合分析图6和图7，可以看到：

1）14点～18点这段时间，太阳辐射较多，供水温度根据分时段修正控制策略适当降低几度，导致耗蒸汽量下降；

2）2月22日晴间多云，风力3～4级转2～3级，随着太阳辐射的增强，室外温度也随之上升，各时段蒸汽耗量基本随室外温度的升高而降低。

3）2月25日多云，风力3～4级转2～3级，太阳辐射较弱，室外温度曲线也较平缓，没有了太阳辐射在午休时间适当提高供水温度，因此蒸汽耗量与晴天相比略有上升，但蒸汽耗量还是随着室外温度的升高而降低。

4）3月1日晴间多云，风力2～3级转1～2级，太阳辐射较强，可以看到室外温度呈波浪装起伏。

4.结论

经过一年的节能管理和数据分析，得出如下结论：

图2 2009年2月27日石家庄铁院瞬时供水温度设定值与实际值

图3 2009年2月份石家庄铁院平均室外气温

图4 2009年2月份石家庄铁院每天蒸汽耗量

图5 近似气候条件下石家庄铁院的蒸汽耗量

图6 2月22日、2月25日和3月1日瞬时室外温度趋势

图7 2月22日、2月25日和3月1日各时段耗蒸汽量柱状图

表（1） 详细气象记录表

1）气候补偿和分时分区节能技术的节能潜力很大，经过一个冬天的运行，与上三个采暖季的平均数据相比，节省蒸汽量达到了16.7%。

2）在高校供热系统中，气候补偿调节和分时分区节能结合的运行调节是非常有效的管理手段。

3）不足之处，由于节能改造时间紧，没有安装平衡阀，系统没有进行管网平衡调节，系统存在一定的水力失调现象。

[1]石兆玉.供热系统运行调节与控制[M].清华大学出版社.

[2]史登峰,李琳.公共建筑供热节能控制[J].区域供热,2008(6).