摘要 本文針對(duì)當(dāng)前供暖系統(tǒng)的現(xiàn)狀，研制了一種計(jì)算機(jī)供暖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際工程，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了溫度、供熱面積熱指標(biāo)和節(jié)能分析。
關(guān)鍵詞 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 面積熱指標(biāo) 熱負(fù)荷
隨著城市建設(shè)的日益發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及節(jié)能的要求，城市集中營(yíng)供熱系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，供熱面積不斷增加，供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)與管理了變得更加復(fù)雜。因此采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)對(duì)供熱系統(tǒng)實(shí)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行具有十分重要的意義。它不但可以及時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)、調(diào)節(jié)熱網(wǎng)[1],而且能夠健全運(yùn)行檔案、實(shí)行量化管理，從而提高系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率，減少能耗，改善供暖質(zhì)量。
一、計(jì)算機(jī)供暖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
1．系統(tǒng)組成
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由工控機(jī)（微機(jī)監(jiān)測(cè)儀）、流量傳感器、測(cè)溫元件和信號(hào)線等組成。如圖1所示，工控機(jī)接受A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)和計(jì)數(shù)器頻率信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算、轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示和計(jì)算；測(cè)溫?zé)o件測(cè)量并輸出溫度信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算、轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的顯示和計(jì)算；測(cè)溫元件測(cè)量并輸出溫度信號(hào)；流量計(jì)輸出流量信號(hào)。
圖1 計(jì)算機(jī)供暖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖
2．工作原理
當(dāng)流體流經(jīng)安裝在管道里的渦輪時(shí)，即流經(jīng)渦輪葉片與管道之間的間隙時(shí)，由于流體的沖擊作用，將使渦輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在測(cè)量范圍內(nèi)，渦輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)與流體的容積流量呈近似線性關(guān)系，也就是渦輪的轉(zhuǎn)速與流量成正比。渦輪的旋轉(zhuǎn)通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換器變換成電脈沖，而這信號(hào)的脈沖數(shù)與渦輪的轉(zhuǎn)速也成正比[2]。此脈沖信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，以CTC（Counter Timer Circuit）作為流量的頻率計(jì)數(shù)器，再經(jīng)過(guò)密度修正后，通過(guò)STD（Standard）總線送入工控機(jī)進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，由鉑電阻溫度計(jì)經(jīng)過(guò)TB系列溫度變送器轉(zhuǎn)換，送出溫度模擬信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路，進(jìn)入帶有光電隔離的"A/D"轉(zhuǎn)換器，在此完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)送入工控機(jī)。工控機(jī)中裝有在UCDOS平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件（C語(yǔ)言編程），在工控機(jī)中進(jìn)行瞬時(shí)熱量、累計(jì)熱量等參數(shù)的計(jì)算，然后通過(guò)打印機(jī)打印輸出。
3．功能
系統(tǒng)主要包括總貌圖、溫度計(jì)、參數(shù)表、趨勢(shì)圖、控制臺(tái)、備份、變量表、文件、報(bào)表、查詢等功能塊。它能實(shí)現(xiàn)供回水溫度、室內(nèi)外溫度、循環(huán)水量、瞬時(shí)熱量和累計(jì)熱量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)需要打印溫度、流量、熱量變化趨勢(shì)圖，還可存貯，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，以便查詢、研究。
二、應(yīng)用
該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在北京建筑工程學(xué)院（熱力站供暖系統(tǒng)）和北京育新小區(qū)（鍋爐心供暖系統(tǒng)）進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用與測(cè)試，下面對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。
1．室內(nèi)外氣溫和熱負(fù)荷分析[3]
由圖2、3可以看出，對(duì)于熱力站供暖系統(tǒng)，二次網(wǎng)的供回水溫度波動(dòng)較小，但室內(nèi)溫度波動(dòng)較大且與室外溫度的變化趨勢(shì)基本保持一致。這是因?yàn)橐淮尉W(wǎng)的供水溫度由熱力公司控制，在一段時(shí)間內(nèi)或某一天其值基本保持恒定，而一、二次網(wǎng)的流量波動(dòng)很小，所以，二次網(wǎng)的供回水溫度波動(dòng)較小，系統(tǒng)的供熱量也基本不變（瞬時(shí)熱量變化較小）。而對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，當(dāng)室外溫度降低，熱負(fù)荷增加，如供熱量不變，室內(nèi)溫度降低；反之亦然。
鍋爐房供暖系統(tǒng)的供回水溫度波動(dòng)較大，因?yàn)楣ぷ魅藛T會(huì)根據(jù)室外氣象條件的變化來(lái)調(diào)節(jié)鍋爐的出水溫度，決定什么時(shí)候啟爐，什么時(shí)候停爐以及開(kāi)幾臺(tái)爐，所以供水溫度基本上是隨著室外溫度的變化而變化的（存在時(shí)間滯后），瞬時(shí)熱量變化也較大寫室外溫度降低，用戶熱負(fù)荷增加，工作人員調(diào)節(jié)鍋爐燃燒狀態(tài)。提高供水溫度，增加供熱量。即工作人員根據(jù)室外氣溫的變化，調(diào)節(jié)供熱量以滿足用戶熱負(fù)荷的變化。所以鍋爐房供暖系統(tǒng)的用戶室溫比熱力站供暖系統(tǒng)波動(dòng)小。
圖2 北建工1#熱力站參數(shù)變化趨勢(shì)圖（2000.3.8）
圖3 育新小區(qū)參數(shù)變化趨勢(shì)圖（2000.1.22）
2.供暖面積熱指標(biāo)分析
由表1可以看出，在整個(gè)采暖期中，北建工1#熱力站供暖系統(tǒng)有育新小區(qū)供暖系統(tǒng)平均供熱指標(biāo)（對(duì)應(yīng)-9℃下）為72.5w/m2和44.1 w/m2，而實(shí)際需要的供熱指標(biāo)（-9℃下）為55.3 w/m2和41.1 w/m2，為節(jié)約能源和減少污染，供暖面積熱指標(biāo)可控制在45w/m2左右。
3．節(jié)能分析
由表1可以看出，育新花園小區(qū)和北京建筑工程學(xué)院1#熱力站在整個(gè)采暖期中的供熱量都比實(shí)際需要的供熱量高，他們的室內(nèi)平均溫度分別為19.3℃、23.45℃，比室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18℃高，導(dǎo)致有些用戶由于室溫太高而晝夜開(kāi)窗，從而造成大量熱量的浪費(fèi)，所以如果讓室內(nèi)平均溫度維持在18℃，則相應(yīng)所需的供熱量分別為132502.95GJ、28126.68GJ，如此即可分別節(jié)能6.93%、23.78%，由此可見(jiàn)，如果以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)量化管理為依據(jù)，實(shí)行按需供熱，可以節(jié)約大量的能源。
1999-2000采暖季供熱量統(tǒng)計(jì)表 表1
育新小區(qū)
北建工（1#）
采暖期室內(nèi)平均溫度tap(℃ )
19.3
23.45
采暖期室外平均溫度tap(℃ )
0.53
0.53
采暖天數(shù)（days）
138
134
采暖面積（m2）
418200
67943
采暖期總供熱量（GJ）
142362.9
36901.17
實(shí)際供熱指標(biāo)（tap）
28.6
46.9
實(shí)際供熱指標(biāo)（-9℃）
44.1
72.5
tap為18℃時(shí)需供熱量（GJ）
132502.92
28126.68
實(shí)際需供熱指標(biāo)（tap）
26.6
35.8
實(shí)際供熱指標(biāo)（-9℃）
41.1
55.3
節(jié)能百分?jǐn)?shù)
6.93%
23.78%
三、結(jié)論
1．采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行，減小室內(nèi)溫度波動(dòng)，提高舒適度；
2．在采暖的大部分時(shí)間里，供暖系統(tǒng)的實(shí)際供熱量指標(biāo)比實(shí)需供熱指標(biāo)高得多[4]，特別是在采暖期的末期尤為明顯。由面積熱指標(biāo)分析可以知道，對(duì)于北京地區(qū)，平均采暖面積熱指標(biāo)可控制在45w/m2左右。
3．節(jié)能分析，育新小區(qū)和北京建筑工程學(xué)院1#熱力站可分別節(jié)能6.93%、23.78%。由此可見(jiàn)，如果以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)量化管理為依據(jù)，實(shí)行按需供熱，可綜合節(jié)能15%左右。
參考文獻(xiàn)
1．石兆玉，供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制，清華大學(xué)出版社，1994
2．劉耀浩，空調(diào)與供熱的自動(dòng)化，天津大學(xué)出版社，1993.8
3．陳紅兵，熱水供暖系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與量化管理[北京建筑工程學(xué)院碩士學(xué)位論文]，2000
4．李德英、陳紅兵、邵宗義，熱力站供暖系統(tǒng)實(shí)行量化管理問(wèn)題的探討，全國(guó)暖通空調(diào)制冷2000年學(xué)術(shù)年會(huì)文集。
