基于分时分区的供热系统运行调节研究

摘 要：文章通过对某建筑群冬季供热系统进行分析，提出分时分区控制方式，通过测验刮析该系统的温度变化情况沉、流量变化情况以及节能效果。

关键词：供热系统;分时分区控制;温度：流量;节能

中图法分类号：TU995文献标识码：A

１ 引言

现阶段，随着绿色环保理念的不断推行，节能降耗改造已成为各行业发展的必然路径。供热作为北方地区冬季民生保障，其需要耗费大量能源，对此研究一种低能耗绿色供热系统对我国可持续社会的发展有着重要意义［１］ 。分时分区供热系统是当前一种新型供热调节方式，该系统的应用虽然能够降低能耗，但对室内温度有较大影响，因此根据实际情况进行深入剖析并建立合理的分时分区供热方案也是降低供热能源消耗的关键［２］ 。

２ 工程概况

本文对某地区建筑群进行分析，而分时分区控制对象主要针对建筑群中的８＃办公楼进行研究。该办公楼共８ 层， 层高为３ ｍ， 建筑总面积为１３ ２６５ｍ２，窗墙比约２２％，在白天办公时，１ ～７ 层办公室内温度需要控制在１８℃ 以上，８ 层作为资料储藏室温度需要控制在８℃ 以上，整个办公楼工作时间为９：００到１７：００。整个建筑供暖周期以某地区常规供暖时间为准，具体为当年１１ 月１ 日～次年３ 月３１ 日，具体供暖时间可根据天气进行适当更改。该建筑群冬季供暖主要以区域内锅炉房集中供热系统为主，并且在每栋楼热力入口处均装有热量计量表，以记录建筑热力供应情况。

３ 分时分区供热系统设计以及测试方案

本次分时分区控制系统设计主要针对该建筑，整个系统不仅能够实现根据区域热负荷情况进行分时分区的自动化调节，而且能够实现对建筑各区末端的人工调节。整个系统主要由集中监控中心、分时分区控制箱、电动调节阀与其执行器、压力传感器、温度传感器以及流量计构成。

系统具体的设置方案为在楼前热力入口回水管以及８ 楼热力入口回水管处装有温度传感器，并在后边接入电动调节阀。之后根据建筑的需求设置电动阀的开闭时间，同时在系统内部设置保护温度，在电动阀门关闭时段，若回水管上温度传感器所传回的温度大于设定的保护温度值，则阀门不动作，否则阀门开启，达到设定开启时长后自动关闭。

根据某地区建筑群８＃办公楼的供暖需求，本次设计分时分区控制系统主要分为４ 个工况，具体如下：Ａ工况设置在２０２２ 年１１ 月１５ 日～２０２２ 年１１ 月２７ 日，该工况下整栋楼供热阀门全部开启；Ｂ 工况设置在２０２２ 年１１ 月２８ 日～ ２０２２ 年１２ 月１０ 日，该工况下１～７ 楼供热阀门在每日２０：００～次日４：００ 时段关闭，８ 楼阀门在１８：００ 到次日６：００ 时段关闭，保护温度设置为３０℃；Ｃ 工况设置在２０２２ 年１ 月１０ 日～２０２３ 年１ 月３０ 日，该工况下１～７ 楼供热阀门在每日２１：００ 到次日３：００ 时段关闭，８ 楼阀门在１９：００ 到次日５：００时段关闭，保护温度设置为３０℃；Ｄ 工况设置在２０２３年３ 月１１ 日～２０２３ 年３ 月１３ 日，该工况下１～７ 楼供热阀门在每日２０：００～次日４：００ 时段关闭，８ 楼阀门在１８：００～次日６：００ 时段关闭，４：００～８：３０ 时段系统循环调节其他楼供热流量，分别记录每个工况下的室内温度以及消耗热量和办公楼供热流量。

４ 分时分区供热系统下室内温度变化规律

分时分区供热系统调节主要通过控制供热阀门实现的，此方式会导致室内温度出现较大的波动，进而可能影响人们在室内的居住、办公质量。因此，对室内温度进行分析是极其有必要的。供暖中期室外温度相对较低，因此本次研究主要在供暖中期对某个房间温度进行分析，由于７ 楼最边的大会议室日常温度较低，将该房间作为本次分析的典型房间。

在分时段控制下，温度测验时间主要选用２０２３年１ 月８ 日１７：００～２０２３ 年１ 月９ 日１７：００ 以及２０２３年１ 月２７ 日１７：００～２０２３ 年１ 月２８ 日１７：００ 时段，具体室内温度变化情况如图１ 所示。

由图１ 可知，在办公楼应用分时分区供热系统时，室内温度会由于夜间阀门的关闭而逐渐下降，在早上供热阀门开启时，室内温度会逐步上升。由图可知，在测试时段内，２ 个典型日室内温度在夜间平均降低３．９℃，其中在２０２３ 年１ 月２７ 日１７：００～２０２３ 年１月２８ 日１７：００ 时段最大下降温度为４．４℃。２ 个典型日在４：００～９：００ 温度平均升高３．８℃，９：００ 测试温度最低在１ 月２８ 日，此时温度为１８．３℃，满足室内１８℃的要求。由此可见，分时分区供热系统的应用能够使建筑在正常使用时段保持足够的温度。

５ 分时分区供热系统下流量变化情况分析

本次研究从Ａ，Ｂ，Ｃ ３ 个工况下各选取一个典型日，对该日的流量变化进行分析，具体结果如图２所示。

由图２ 可知，在Ａ 工况下，典型日１１ 月２１ 日的２４ ｈ 流量相對较为稳定，这主要是由于该工况主要采用连续供热方式进行供热；在Ｂ，Ｃ 工况下，办公楼内白天办公楼内流量变化较为稳定，而夜间流量基本为０，由于Ｂ，Ｃ 工况下主要在白天时段进行供暖，夜间关闭阀门停止供暖，其中Ｂ 工况相较Ｃ 工况流量较低，这主要是由于Ｃ 工况处于严寒期，此段时间室外温度相对较低，为了保障白天室内温度能够达到办公需求，同时还要避免管路冻结，需要提高供热流量。Ｂ，Ｃ工况下在阀门开启时，管路内流量瞬间增大后再下降，这主要是由于夜间室内温度相对较低，室内温度与供水温度相差较大，进而导致此时流量比正常时段大，这也和建筑热负荷变化情况相吻合。由此可见，在分时分区供热系统应用下，整个建筑供热流量也相对稳定，能够保证供热设备的健康稳定运转。

６ 分时分区供热系统下耗能情况分析

在实际耗能情况测试过程中，不同时间点的室内温度和室外温度有着较大的不同，因此测试结果会受到较大的影响，此情况下，为了更好地分析分时分区供热系统的耗能情况，需要消除天气温度对测试结果的影响，因此本次研究对４ 种工况的耗热量数值进行精准修正，以确保４ 种工况下耗能数值具有可比性。本次研究中室内温度是按照１８℃条件设计的，室外温度以该地区某工况时段下的平均温度为主，依据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》ＪＧＪ?２０１８［３］ ，某地区采暖期室外平均温度为０．１℃，修正后各工况下日均耗热量以及节能结果如表１ 所列，Ａ 工况下不同时段能耗占比情况如图３ 所示。

由图３ 可知，Ａ 工况下２０：００～４：００ 时段内供热系统耗热量占据正耗热量的３２％，这也表明该办公建设具有较大的节能潜力。

由表１ 可知，相比较Ａ 工况而言，Ｂ，Ｃ，Ｄ ３ 种工况下所耗费的能量都相对较低，因此将分时分区供热系统应用在该办公楼中，具有良好的节能效果。其中，在Ｂ 工況下节能效果最佳，Ｃ 工况耗能相比较Ｂ工况高主要是由于所有调节阀门关闭时间少了２ 个小时。Ｄ 工况耗能相比较Ｂ 工况高主要是由于在４：００～８：３０ 时段系统循环调节其他楼供热流量，这也使办公楼在此阶段获取更大的供热流量，进而有助于提高办公室温度。

因此，利用分时分区供热系统能够有效降低供热能耗，对降低供热成本有着重要的作用。

７ 结论

（１）对分时分区供热系统应用建筑进行分析，其中１～７ 层为办公区域，每日９：００～１７：００ 温度控制在１８℃以上，８ 层温度控制在８℃以上。

（２）根据某地区建筑群办公楼的实际情况，建立分时分区供热系统，并根据不同需求提出不同的供暖方式，进而形成４ 种工况。

（３）在分时分区供热系统应用下对建筑室内温度进行分析，研究表明风湿分区供热系统下建筑在白天使用时段室内温度能够保持在１８℃以上，满足工作温度需求。

（４）在分时分区供热系统应用下，供热流量相对稳定，这也表明分时分区供热系统并不会对供热设备和管路造成较大冲击，进而能够确保系统的长时间使用。

（５）分时分区供热系统应用能够有效降低能耗，其中在Ｂ 工况下节能率达到３１．０６％，在最冷时段Ｃ工况下也能达到２０．６３％，这也表明分时分区供热系统具有更好的经济性。

参考文献：

［１］ 张宪金，宋合志，王长连．高校集中供热系统节能运行管理研究［Ｊ］．北京劳动保障职业学院学报，２０２１，１５（４）：５５?５８．

［２］ 申思，赵婧竹，李美莹，等．供热管网分时分区运行调节及控制技术研究［Ｊ］．中阿科技论坛（中英文），２０２１（６）：６６?６８．

［３］ ＺＨＡＮＧ Ｘ Ｊ，ＳＯＮＧ Ｈ Ｚ，ＷＡＮＧ Ｃ Ｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅｎｅｒｇｙ?ｓａｖｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎＣｏｌｌｅｇｅｓ ａｎｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ ＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌａｂｏｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，２０２１，１５（４）：５５?５８．

作者简介：

刘奥博（ １９９４—）， 本科， 助理工程师， 研究方向： 供热自控。