集中供热系统的监测与控制

谷 盛

(大同市旭峰建筑安装工程有限公司，山西大同 037006)

1 概述

近年来，集中供热作为城市基础设施，在节约能源，减少环境污染，改善人民生活质量等方面的优点早已成为社会的共识。

随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，人们对热能的需求量也越来越大，集中供热也随之蓬勃发展，在城市环境可持续发展的战略中，集中供热的优越性越发地突显出来。但热网不平衡使网内近端用户室内温度过高，而远端用户室内温度达不到标准。如何更方便达到用户需求，设计得更加科学、合理，鉴于此种情况，本论文针对暖气集中供热系统的监测和控制问题，力图解决热用户室内调温、热量调节、定时延时自动关闭、选时段供热、声光报警等问题，使用户在节能方面使用一些关于暖气集中供热系统监测与控制的调节设备，以便于用户进行有效的节能。

1.1 我国集中供热现状

据1992年统计，我国有517个城市，其中158个城市有集中供热设施，集中供热面积为3亿m2。据2003年统计，全国设市668个城市，已有286个城市建立了集中供热设施。全年集中供热能力，蒸汽生产 7.3亿 t，热水126 249 MW/h，供热量蒸汽3.8亿t，热水100 192 MW/h。供热管道长度为9 183 km，热水管道4.4万km。供热面积已达18.7亿m2(其中住宅供热面积达到15.5亿m2)。2010年供热设备的能力为13 000万kW，新建住宅33.5亿m2。目前，我国集中供暖能源利用率不高，热效率一般。通过与北欧瑞典、丹麦、芬兰等发达国家相比，我国平均住宅供暖能耗是北欧瑞典、丹麦、芬兰等发达国家的2倍～3倍。近几年来随着我国经济总量和实力不断增长，城市建筑急剧增加，供热面积得到迅猛的发展，而供热系统的监测和控制仍然沿用二十世纪八九十年代的方式，效率低下，耗能较大，使能源大量地被浪费，而造成这种巨大浪费的主要原因是集中供暖供热系统的监测和控制没有实行智能化控制。因此，采暖集中供热系统的改革刻不容缓。本论文研究的重点放在节能的控制上。

1.2 集中供热的发展趋势

集中供热发展大致分为4个阶段:单纯管理阶段—基础建设阶段—综合发展阶段—自动化控制阶段。目前我国集中供热系统的能效只有30%左右。而集中供热系统热量的损失主要由热源锅炉房及换热站热损失、热网热损失和热用户热损失组成。而热源的热损失可通过在集中供热发展综合发展阶段投入实时监测系统的建设，通过人工调整配合，最后发展远程控制、无人值守热力站，最终实现自动化控制(如内蒙古丰镇市的集中供热换热站)。热网的热损失可通过大型多个热源并网运行，综合利用热源使热网输配更均匀合理(如山西省大同市集中供热面积约5 200万m2，目前由5个热源并网运行)。集中换热热用户的热损失调控即为今后集中供热的发展趋势，也就是现有的集中供热系统实行热用户分户热计量监测和控制，从而将热用户的热损失由30%～40%降至最低。集中供热系统的智能监测和控制，从节能的角度考虑，主要是合理调节热用户室内的供热量，从而达到节能的目的。集中供热系统的智能监测和控制通过对热用户室内调温、用热量调节、定时延时自动关闭供热阀、选时段供热、声光报警等手段，使热用户进行有效的节能控制。

2 暖气集中供热系统的监测与控制的设计

暖气集中供热系统的监测与控制设计是根据目前集中热存在的多方面的问题而提出来的，它将更好地满足用户的需求，使集中供热的设计更加科学、合理，使用有效的集中供热的调节设备，并能在节约和充分利用能源，保护环境方面起到良好的作用。

2.1 暖气集中供热系统的整体设计

暖气集中控制系统由控制器、关气预报电路、电磁阀门、温控电路、声控电路、热控电路、延时电路和电源电路等组成。该系统具备以下几种功能:

1)采暖系统预热运行模式:在室内无人，需要采暖系统提前运行时，系统自动控制阀门开启，采暖系统开始预热运行。

2)采暖系统节能模式:系统监测到室内无人或有人离开时，系统控制阀门半小时后关闭。

3)采暖系统可调式自动运行模式:系统监测到室内有人，采暖系统与温控阀联动恒温运行，且系统室内采暖温度可根据用户需求调节。暖气集中供热系统的监测与控制系统电路图如图1所示。

工作原理:暖气集中控制系统开始运行时，延时电路清零且计时电路开始工作，输出低电压。控制器TWH8751的选通脚为低电位，故输出由①脚控制。由于初始室内温度低，温控电路输出高电位，并控制TWH8751，使采暖系统阀门开启，采暖系统开始运行，室内温度升高;若系统监测到半小时内室内无人，则系统计数结束，CD4060输出高电位(并自锁)，选通端为高电位，采暖系统阀门自动关闭。若一定的时间内有人来，则声控电路输出正电压，使CD4060清零，并输出低电位。由于室内的人或动物能经常、持续性的发出声音，如接打电话声、电视音响声、谈话声、咳嗽声、脚步声等，使CD4060经常被清零而保持低电位输出，这时，控制器受低电位控制，使室内采暖系统持续运行保持恒温。如果系统监测到半小时内无声响发出，则在采暖系统阀门关闭前某一时段发出系统阀门关闭预报(音乐、闪光报警信号)。由于压电陶瓷片发出的声音极轻微，故不会触发声控电路而导致失控。当室内的人看到或是听到声光信号时，可制造一些声响，使计数电路清零而重新开始计时。若人离开房间，则半小时后采暖系统阀门自动关闭。冬天，为防止热量散失，室内门窗都是关闭的，有的还挂上门帘，故室外的声音对室内影响很小，一般不会使声控电路误动作。声控电路可以根据室内声音分贝的大小即声音的高低，而自动调节供热电路的运作，既节约了资源，又方便了使用者，从而满足人们日常紧张的需求，使用户不会因为没有关闭系统，而出现焦虑、担心等症状。

图1 暖气集中供热系统的监测与控制

系统电路中各部分实际所需的是6 V的直流电压，而我们设计的直流稳压电源输出直流电压是12 V，因此，电阻R62主要起限流和降压的作用。同时，温控电路中还使用了两个3 V的稳压二极管进行稳压，以保证供电的稳定性;D51在延时电路中起锁定作用，当CD4060D的③脚输出高电平时导通，振荡器停振，保持③脚高电平不变;二极管D52，D53用于防止声控电路与热控电路两电路的相互影响而设置的。

2.2 小结

在本节中，主要讲了暖气集中供热系统的监测与控制各组成部分的设计过程和暖气供热系统整体的设计规划，可根据自己的要求确定参数以便得到期望的控制效果。

3 结语

暖气集中供热系统的监测与控制是根据目前集中供热存在弊端，尤其是像太原、大同等这样大的城市缺乏管理机能、用户没有节能的调节手段，导致能源严重浪费。本论文就是针对目前集中供热存在的这些弊端中的用户没有节能调节手段而编写，希望本论文能够为社会带来好的经济状况，适应市场的需求。

［1］陆 坤.电子设计技术［M］.成都:电子科技大学出版社，2010.

［2］翁瑞琪.现代实用电子手册［M］.天津:天津科学技术出版社，2009.

［3］冷建化，立 萍，王良江.数字信号处理［M］.北京:国防工业出版社，2013.

［4］增大鑫.高性能直流稳压电源［M］.北京:北京水利电力出版社，2012.

［5］江晓安，董秀峰.模拟电子技术［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2010.