全网平衡软件在热力管网调控中的应用

夏 帅

（太原热力集团有限责任公司，山西 太原 030013）

1 热力管网调节方案介绍

本公司辖区内现有200多座热力站，共有约380套换热机组，调节这380套换热机组的换热量，使全网热能合理、有效地平衡分配，是日常供热工作的重点。由于缺乏对建筑室内温度数据的直接反馈，一直以来是通过监控庭院管网供/回水温度与室外温度的关系，对换热器一次网阀门开度进行调节，达到控制室内温度高低的目的。

传统手动调节缺乏协同性，只能依靠站内值班人员在热力站手动逐个开关一次网阀门进行调节，速度慢且劳动强度高，容易出现水力震荡、热量分配不平衡、能耗增高等问题。在供热面积日益增加的情况下，已不能满足当前的工作需要。

随着自动控制技术的发展成熟。基于站内自控系统的全面升级，在系统中采用全网平衡软件实现对380套换热机组一次网回水电动调节阀的自动同步控制，可以起到提高调节精度、有效减小水力震荡幅度、降低能耗等优点。极大地提高了热网的管理水平，解决了手动调节存在的诸多问题。

2 全网平衡软件主要功能介绍

在实际供热工作中，不同的供热场所需要应用不同的控制方案才能满足供热需求。全网平衡软件拥有强大的功能，可满足实际需要。

1）分时控制。供热根据使用属性的不同分为全时段供热与分时段供热。全时段供热是指建筑全天24 h不间断正常供热，分时段供热是在不同的时段采取不同的供热模式。城市集中供热的主要对象是普通居民住宅楼，人员出入随机性强，现阶段又缺乏针对个体住户的调控装置，所以供热方案上认定为需要全天候正常供热，采取全时段供热。分时段供热适用于商场、厂房、办公楼等建筑，这些建筑只在特定时段有人员活动，在管网建设时会考虑到它的应用特点，往往会设置单独的换热机组与其它需要全时段供热的建筑区分开，方便日后调控。针对分时段供热用户，可以利用全网平衡软件中的分时控制功能，将同一属性换热机组归为一类，单独进行设置。在不同的时间段设置不同的供热温度，达到降低能耗的目的[1]。

2）分区控制。辖区内管网的热源有六个，以每个热源为中心划分供热区域，每个区域内所属换热机组需要进行独立水力平衡调节。这样可以避免由于某个热源的输出功率发生波动，热网内所有机组阀门都处于震荡调节状态，导致整个管网系统发生水力失衡的现象，提高了管网运行的稳定性。软件内的分区控制功能可以达到此目的，以热源为组别，将换热机组归类，可以进行分区控制。

3）分类集中控制。建筑物内采暖散热器形式分为地暖供热、暖气供热和空调供热三种。

地暖是将散热性良好软管大面积地暗埋入地板下，让整个地板形成采暖散热面为室内加温的取暖方式。地暖散热性好、热量损失小，室内升温速度比较快且均匀。由于其自身良好的散热性，较低的供/回水平均温度就可以使室内温度达到正常。软管自身的耐温上限是供水温度不高于60℃，否则会影响使用寿命。

暖气取暖是将多个金属制成内有水循环通道的散热片串联安装起来，连通供/回水管道形成散热器，根据室内空间的布局设置于各处，每组暖气散热片的多少也可根据实际需要增减调整。暖气采暖需要更高的供/回水平均温度，才能使室内温度达到标准值。由于使用金属制造，对水温上限的承受力较高。

暖通空调是将金属盘管制成散热器设置于建筑的新风系统内，通过为循环空气加热的方式向建筑物输送热能。它的散热方式有别于以上两种自然散热方式，属于强制散热。其升温、散热性与风机功率、供/回水平均温度都有关系。供水温度要根据实际情况具体设置，通常，越是空旷高大的建筑，水温要求也越高。

这三种供热方式散热系数不尽相同，庭院管网供/回水平均温度的要求也会有所不同。如果采用相同的供热指标势必会造成室内温度达不到统一，造成投诉增多。所以可以利用软件的分类集中控制功能来解决此问题。参照入网登记时的用户基础数据与供热规划数据，将所有机组的供热数据汇入软件数据库内，形成用户基础数据库。如图1所示，采暖方式分为三类六种形式：“工业采暖一”“工业采暖二”“暖气”“地暖一”“地暖二”“地暖三”。辖区所负责供热的城区没有大型厂房、温室等设施，所以在实际应用中只用到了“暖气”“地暖一”“工业采暖一”三种形式。辖区内有服装鞋帽商场集中地，不少商场都采用了暖通空调采暖供热，特点基本相同，都归为“工业采暖一”。教学楼、办公楼、医院、住宅等建筑按照自身的供热方式选择设置为“暖气”或“地暖一”。有些住宅楼存在地暖、暖气混合使用的情况，负责这种建筑供热的机组遵循就高不就低的供热原则，按照暖气的供热方式进行供热。那些在建设时就将采暖设施统一设置为地暖的住宅楼，换热机组采暖方式设置为“地暖一”。

4）自动进行热负荷计算、调节。软件在运行中，自动计算庭院管网供/回水平均温度目标调节值。自动计算方式是根据室外温度、室内温度设定值与热网供热面积、传热系数等基础数据进行。在热网调节中除了庭院管网平均温度外，庭院管网回水温度也是重要指标。只有回水温度达标，才能保证管网末端用户的采暖需求。通过长期的实践，总结推导出了各区室外温度与二次网回水温度参考值之间的基本对应关系，将其编入软件为供热调节提供依据。

软件运行状态下的室外温度采样周期设置为8 h一次，然后按照室外温度，各区分别计算庭院管网温度平均值，每隔15 min采集实际温度值，驱动调节阀进行一次调节。直至本区内所有机组庭院管网平均值基本保持一致（误差率设置为≤5%）。实际运行中会有些机组因为使用条件、负荷和管道铺设等因素造成供/回水温差过高，在全网平衡调节完成后回水温度过低，影响采暖效果。针对这种情况，软件自动监控所有机组二次网回水温度，如发现有机组实际回水温度低于参考值2℃，则自动退出全网平衡调节，改由以参考值为目标的调节方式。地暖区的二次网供水温度上限设置为58℃，防止因为调节出错损坏地暖软管[2]。表1为室外温度与暖气区庭院管网回水温度参考值对应表。

表1 室外温度与庭院管网设定温度对照表 ℃

5）生成数据列表。依照基础数据库的数据，软件会自动生成各网段的数据列表，可整体浏览也可根据采暖方式的不同分区浏览。在列表中可以对各热力站的机组运行数据进行监控、排序和设置权重值。权重值的设定根据机组供热面积在全网中的排序进行，供热面积大、权重值高，供热面积小、权重值低。权重值设置越精准，数据排序越精确。

3 全网平衡软件其他功能介绍

为了提高软件的适用性，增强对热网的管理能力，全网平衡软件还增添了辅助功能[3]。

1）控制效果的评价功能。软件可根据实际参数进行统计分析，推导出每条管道支线及干线的均方差和失调度等评价指标。同时依据指标对管线进行排序，方便调度员分析热网工况。

2）负荷预测功能。软件可根据实时温度值以及地区同期历史平均值，对热负荷进行预测。对调度员下达阶段性热源出水温度、流量等指标起到参考作用。

3）阀位自动跟踪功能。软件可对调度员的手动操作进行记录，成为自动调节的基准值。可以减少系统调节时间，提高调节效率。

4）报表生成功能。软件可以对二次网的供/回水平均温度、一次网的回水流量、一次网的热量累计值等参数进行报表方式的存储。存储为“.mdb”格式数据库文件，可以方便地导出为Excel格式。报表的方式包括日报表、周报表和采暖季报表等。

4 结语

通过全网平衡软件的自动调节，辖区内换热机组庭院管网均温误差率为3.1%，热能利用率提高了12.6%，达到了使用要求。全网平衡软件的使用，对减少热能浪费、提高住户供暖质量、降低人员操作量都有重要意义。