提要 　本文介紹一種新的熱力站能量控制系統(tǒng)，其被控參數(shù)為二次網(wǎng)供回水平均溫度，操作量為二次循環(huán)水流量，補償信號為室外溫度。二次網(wǎng)供回水平均溫度隨室外溫度而變化，變化率（補償度）可調(diào)，供回水平均溫度給定的初始值可調(diào)，執(zhí)行器是一用一備的變頻調(diào)速循環(huán)水泵，變頻下限限幅可調(diào)。與傳統(tǒng)的能量控制系統(tǒng)相比，被控參數(shù)選擇合理，運行穩(wěn)定可行，節(jié)能經(jīng)濟(jì)。本文還給出系統(tǒng)使用的必要條件。
　　
關(guān)鍵詞　　熱力站 能量調(diào)節(jié) 供回水平均溫度 室外溫度 補償

　　水力平衡調(diào)節(jié)需要的熱量由熱力站通過二次網(wǎng)供給。熱力站能量調(diào)節(jié)實質(zhì)上是按照熱用戶需要的熱量調(diào)節(jié)熱力站輸出的熱量，或者說，熱力站根據(jù)負(fù)荷變化改變輸出的熱量。這是熱力站能量調(diào)節(jié)的宗旨。同時，熱量輸送載體二次網(wǎng)流量也需要隨著負(fù)荷變化，以便節(jié)能，這是熱力站能量調(diào)節(jié)的主要目的。
　　
一、熱力站能量調(diào)節(jié)方式比較
　　
　　目前，熱力站能量調(diào)節(jié)方式如下：

　　1 二次循環(huán)水泵
　　（1）多臺相同規(guī)格型號水泵并聯(lián)。按照負(fù)荷變化改變水泵運行臺數(shù)。這種方法的優(yōu)點是簡單可靠，缺點是總裝機容量
大，多臺水泵并聯(lián)運行效率下降，占地多。另外，水泵啟動電流大（軟啟除外），對電網(wǎng)有一定沖擊。
　　（2）多臺不同規(guī)格型號水泵并聯(lián)。按照負(fù)荷變化改變水泵運行臺數(shù)。這種方法不宜采用，不僅總裝機容量大，占地多，而且多臺不同規(guī)格水泵并聯(lián)運行效率很低。
　　（3）三臺不同規(guī)格型號水泵切換。安裝對應(yīng)100%、80%、60%負(fù)荷三臺水泵，三臺水泵分別在不同負(fù)荷下運行。這種方法的優(yōu)點是簡單可靠，缺點是總裝機容量更大，占地多。
　　（4）一用一備變頻高速泵。其優(yōu)點是簡單可靠，總裝機容量小，運行效率高，占地少，節(jié)能效果最佳，啟動電流小。缺點是一次投資大。
　　（5）多臺相同規(guī)格型號水泵并聯(lián)，其中一臺變頻調(diào)速。這種方法的優(yōu)點是降低了頻調(diào)設(shè)備造價。但總裝機容量大，占地多，特別是相當(dāng)于幾臺大泵與一臺小泵并聯(lián)運行，運行效率降低。
　　（6）多臺相同規(guī)格型號水泵并聯(lián)，每臺變頻調(diào)速。設(shè)計者的初衷是力求多臺并聯(lián)消耗運行狀態(tài)同步，以提高水泵運行效率。這種方法不但總裝機容量大，占地多，一次投資很大，而且即使多臺水泵同步運行，部分負(fù)荷下并聯(lián)運行的水泵效率更
低。
　　
　　2 控制方式
　　（1）手動控制。不同規(guī)格型號水泵手動切換，或?qū)Χ嗯_并聯(lián)運行的相同規(guī)模型號或不同規(guī)格型號水泵手動臺數(shù)控制。
　　（2）臺數(shù)自動控制。對多臺并聯(lián)運行的相同規(guī)格型號水泵自動臺數(shù)控制。
　　（3）臺數(shù)與變頻調(diào)速相結(jié)合自動控制。多臺相同規(guī)格型號水泵并聯(lián)，其中一臺泵變頻調(diào)速。
　　（4）一用一備變檔魎僮遠(yuǎn)?刂啤０湊嶄漢殺浠?謀淥?米???BR>　　（5）并聯(lián)運行的多臺相同規(guī)格型號水泵分別變頻控制。多臺相同規(guī)格型號水泵并聯(lián)，每臺水泵均變頻調(diào)速控制，這是一種不節(jié)能、不經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上不合理的控制方式。
　　（6）用調(diào)節(jié)閥改變一次流量的自動控制。
　　
　　3 被控參數(shù)
　　（1）根據(jù)壓力控制。確保管網(wǎng)最不利環(huán)節(jié)資用壓力。
　　（2）根據(jù)供水溫度控制。
　　（3）根據(jù)回水溫度控制。
　　（4）根據(jù)供回水平均溫度控制。
　　由于熱力站能量調(diào)節(jié)是根據(jù)負(fù)荷變化改變熱力站輸出的熱量，所以，熱力站能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)該是一個輸出量隨負(fù)荷變化的隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。筆者認(rèn)為以供回水平均溫度為被控參數(shù)、具有室外溫度補償、執(zhí)行器是一用一備的變頻調(diào)速循環(huán)水泵的熱力站能量控制系統(tǒng)較為合理。
　　
二、熱力站能量控制系統(tǒng)被控參數(shù)選擇
　　
　　熱力站能量控制系統(tǒng)被控參數(shù)選擇至關(guān)重要，最理想的被控參數(shù)是熱用戶室內(nèi)平均溫度，但很難找到能夠代表熱用戶室內(nèi)平均溫度的測點。而熱力站的輸出信號就是熱用戶的輸入信號，熱用戶的輸入信號需要隨負(fù)荷變化，即，要保持一定的室內(nèi)溫度，熱力站輸出的熱量必須隨負(fù)荷變化。而供暖負(fù)荷發(fā)生變化的主要因素是室外溫度，因此，上述問題實質(zhì)上是尋找能夠準(zhǔn)確反映熱力站輸出熱量多少的輸出信號。該信號隨室外溫度變化，以滿足熱用戶對室內(nèi)溫度的要求。這個輸出信號即為熱力站能量控制系統(tǒng)較為理想的被控參數(shù)。
　　被控參數(shù)選擇是以集中供熱基本調(diào)節(jié)公式為根據(jù)的，即：

　　　　　　Q₁/ Q₂=（θ_i-θ_o）/（θ_i-θ_od）　　　　　　　　　　　　　　　 （1）

　　　　　　Q₂/ Q_d=（θ_a-θ_i）/（θ_ad-θ_i） ^{(1 β)} 　　　　　　　　　　　　（2）

　　方程1、2聯(lián)列求解，得：

　　　　　　θ_a =θ_i （θ_ad-θ_i）[（θ_i-θ_o）/（θ_i-θ_od）] ^{1/（1 β)} 　　　（3）

　　　　　　θ_a =θ_i K（θ_i-θ_o）^{1/（1 β)}　　　　　　　　　　　　　　　　 （4）

　　　　　　　式中：K=（θ_ad-θ_i）/（θ_i-θ_od）^{1/（1 β)}

　　式中：Q₁/ Q_d--建筑物耗熱量相對值：
　　　　　Q₂/ Q_d--散熱器散熱量相對值：
　　　　　θ_a--二次網(wǎng)供回水平均溫度；
　　　　　θ_ad--二次網(wǎng)供回水平均溫度設(shè)計值；
　　　　　θ_i--室內(nèi)溫度；
　　　　　θ_o--室外溫度；
　　　　　θ_od--供暖室外計算溫度；
　　　　　β--散熱器傳熱指數(shù)。
　　式4可作為集中供熱基本調(diào)節(jié)公式。其中：根據(jù)β散熱器調(diào)整；K根據(jù)θ_i、θ_ad、θ_od調(diào)整。
　　可見，要想使熱用戶保持所需要的室內(nèi)溫度，只要熱力站二次網(wǎng)供回水平均溫度隨室外溫度按式4變化即可。在供熱系統(tǒng)運行期間，只有供回水平均溫度能夠準(zhǔn)確的反映熱力站供出的熱量，因此，應(yīng)該選擇供回水平均溫度作為被控參數(shù)。而供水溫度或回水溫度與室外溫度函數(shù)關(guān)系是不確定的，換言之，單獨調(diào)節(jié)供水溫度或回水溫度不能保證熱用戶要求的室內(nèi)溫度。選擇供水溫度或回水溫度作為被控參數(shù)是不合理的。
　　選擇供回水平均溫度作為被控參數(shù)，以室外溫度為補償信號，根據(jù)室外溫度調(diào)節(jié)二次網(wǎng)供回水平均溫度，以間接控制熱用戶室內(nèi)溫度。
　　
三、熱力站能量控制系統(tǒng)操作量選擇
　　
　　熱力站能量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)操作量選擇也非常重要。控制系統(tǒng)操作量可以選擇二次網(wǎng)流量、一次網(wǎng)流量或二者兼之。二次網(wǎng)流量通過循環(huán)水泵臺數(shù)控制、多臺相同規(guī)格型號循環(huán)水泵并聯(lián)中一臺泵變頻調(diào)速控制、一用一備變頻調(diào)速泵控制、調(diào)節(jié)閥控
制。一次網(wǎng)流量改變通過調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)，進(jìn)而達(dá)到熱力站二交網(wǎng)能量調(diào)節(jié)的目的。選擇二次網(wǎng)流量網(wǎng)作為熱力站能量控制系統(tǒng)操作量，并使用一用一備的變頻調(diào)速泵控制，是一種較好的控制方案。這種控制方案可以較好的滿足熱力站能量調(diào)節(jié)的要求，還可以達(dá)到二次網(wǎng)流量輸送系統(tǒng)節(jié)能的主要目的。
　　二次網(wǎng)流量變化時，換熱器傳熱系數(shù)隨之變化，而且換熱器一、二次側(cè)均具有熱量的自平衡，所以，換熱器一、二次側(cè)熱量能夠平衡。換熱器一次側(cè)面無需增設(shè)調(diào)節(jié)閥。換熱器一次側(cè)設(shè)調(diào)節(jié)閥不僅增加投資，而且一次網(wǎng)阻力增大，調(diào)節(jié)過程中不容地破壞管網(wǎng)平衡。
　　
四、熱力站能量控制系統(tǒng)框圖
　　
　　熱力站能量控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。熱力站二次網(wǎng)供回水平均溫度θ_a，二次網(wǎng)供回水平均溫度初始給定值R_b，外溫θ_o，二次網(wǎng)供回水平均溫度根據(jù)式4隨室外溫度而變化。
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1
　　
　　二次網(wǎng)供回水平均溫度初始結(jié)合實際定值R_b和補償可根據(jù)實際情況調(diào)整。
　　
五、熱力站能量控制系統(tǒng)
　　
　　具有室外溫度補償?shù)墓┗厮骄鶞囟瓤刂葡到y(tǒng)與其它控制方式相比具有以下特點：
　　（1）與臺數(shù)控制方式相比，裝機容量小，可連續(xù)調(diào)節(jié)，水泵運行效率高，節(jié)能效果明顯，啟動電流小，占地少。
　　（2）與臺數(shù)變頻調(diào)速聯(lián)合控制方式相比，其特點同（1）。臺數(shù)與變頻調(diào)速相結(jié)合相當(dāng)于幾臺大泵與一臺小泵并聯(lián)運行，運行效果較差，尤其是變頻泵流量較小時，效果更差，難以顯示變頻泵的優(yōu)勢。
　　（3）與用調(diào)節(jié)閥改變一次流量控制方式相比，系統(tǒng)簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)。換熱器一次側(cè)安裝調(diào)節(jié)閥沒有必要，只要一次網(wǎng)輸出 的總熱量能夠按照負(fù)荷變化以等比例分配給各熱力站即可。各熱力站間平衡由初調(diào)節(jié)完成。
　　（4）與根據(jù)壓力、供水溫度、回水溫度控制方式相比，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。
　　具有室外溫度寂償?shù)墓┗厮骄鶞囟瓤刂葡到y(tǒng)是熱力站能量調(diào)節(jié)較為理想的控制系統(tǒng)。
　　

六、熱力站的能量調(diào)節(jié)的必要條件
　　
　　一次網(wǎng)供給熱力站的熱量要足夠，這是熱力站二次網(wǎng)能量調(diào)節(jié)的必要條件。否則會引起失調(diào)，即執(zhí)行機器100%輸出也不能滿足熱用戶需要。可以推出二次網(wǎng)供回水平均溫度θ_a2與一次網(wǎng)供回水平均溫度θ_a1之間的關(guān)系：

　　　　　　　　θ_a2=θ_a1 -（θ_a1d-θ_a2d）P

　　式中：θ_a1--一次網(wǎng)供回水平均溫度；
　　　　　θ_a2--一次網(wǎng)供回水平均溫度；
　　　　　θ_a1d--一次網(wǎng)供回水平均溫度設(shè)計值；
　　　　　θ_a2d--一次網(wǎng)供回水平均溫度設(shè)計值；

　　　　　　　　P=（Q/Q _d）/（K/K _d）；

　　　　　Q --換熱器運行工況換熱；
　　　　　Q _d--換熱器設(shè)計工況換熱量；
　　　　　K--換熱器運行工況傳熱系數(shù)
　　　　　K _d--換熱器設(shè)計工況傳熱系數(shù)
　　上式可用圖2表示，具有室外溫度補償?shù)墓┗厮骄鶞囟葻崃φ灸芰靠刂葡到y(tǒng)應(yīng)在曲線10右側(cè)運行，此工況下運行可以有效調(diào)節(jié)和最大限度節(jié)能，避免在曲線10左側(cè)運行，該工況下運行節(jié)能效果差，甚至失調(diào)。
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2
　　
　　這里只要要求一次供給熱力站的熱量足夠，一次網(wǎng)采用連續(xù)調(diào)節(jié)或斷續(xù)調(diào)節(jié)、自動調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)均可滿足二次網(wǎng)能量調(diào)節(jié)的必要條件。
　　
七、結(jié)束語
　　
　　只要一次網(wǎng)供給熱力站的熱量足夠，具有室外溫度補償?shù)墓┗厮骄鶞囟瓤刂葡到y(tǒng)是熱力站能量調(diào)節(jié)較為理想的控制系
統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點是：被控參數(shù)確定為供回水平均溫度，將供回水平均溫度視為一個獨立變量；執(zhí)行器選一用一備的變頻調(diào)速循環(huán)水泵。供回水平均溫度給定值的初始值可調(diào)，供回水平均溫度給定值隨室外溫度而變化，其變化率（補償度）可調(diào)，變頻下限限幅（～50%）可調(diào)。筆者設(shè)計的該系統(tǒng)在山西陽泉的運行實踐中得到驗證（1996年開始設(shè)計，2000年運行）。該系統(tǒng)也可以用于鍋爐房供熱能量調(diào)節(jié)。
　　
　　
參考文獻(xiàn)
　　
　　1．張字慧，熱工測量與自動控制，北京，中國建筑工業(yè)出版社，1996
　　2．賀平，供熱工程（第三版），北京，中國建筑工業(yè)出版社，1993。