基于分時分區的供熱系統運行調節研究

摘 要：文章通過對某建筑群冬季供熱系統進行分析，提出分時分區控制方式，通過測驗刮析該系統的溫度變化情況沉、流量變化情況以及節能效果。

關鍵詞：供熱系統;分時分區控制;溫度：流量;節能

中圖法分類號：TU995文獻標識碼：A

１ 引言

現階段，隨著綠色環保理念的不斷推行，節能降耗改造已成為各行業發展的必然路徑。供熱作為北方地區冬季民生保障，其需要耗費大量能源，對此研究一種低能耗綠色供熱系統對我國可持續社會的發展有著重要意義［１］ 。分時分區供熱系統是當前一種新型供熱調節方式，該系統的應用雖然能夠降低能耗，但對室內溫度有較大影響，因此根據實際情況進行深入剖析并建立合理的分時分區供熱方案也是降低供熱能源消耗的關鍵［２］ 。

２ 工程概況

本文對某地區建筑群進行分析，而分時分區控制對象主要針對建筑群中的８＃辦公樓進行研究。該辦公樓共８ 層， 層高為３ ｍ， 建筑總面積為１３ ２６５ｍ２，窗墻比約２２％，在白天辦公時，１ ～７ 層辦公室內溫度需要控制在１８℃ 以上，８ 層作為資料儲藏室溫度需要控制在８℃ 以上，整個辦公樓工作時間為９：００到１７：００。整個建筑供暖周期以某地區常規供暖時間為準，具體為當年１１ 月１ 日～次年３ 月３１ 日，具體供暖時間可根據天氣進行適當更改。該建筑群冬季供暖主要以區域內鍋爐房集中供熱系統為主，并且在每棟樓熱力入口處均裝有熱量計量表，以記錄建筑熱力供應情況。

３ 分時分區供熱系統設計以及測試方案

本次分時分區控制系統設計主要針對該建筑，整個系統不僅能夠實現根據區域熱負荷情況進行分時分區的自動化調節，而且能夠實現對建筑各區末端的人工調節。整個系統主要由集中監控中心、分時分區控制箱、電動調節閥與其執行器、壓力傳感器、溫度傳感器以及流量計構成。

系統具體的設置方案為在樓前熱力入口回水管以及８ 樓熱力入口回水管處裝有溫度傳感器，并在后邊接入電動調節閥。之后根據建筑的需求設置電動閥的開閉時間，同時在系統內部設置保護溫度，在電動閥門關閉時段，若回水管上溫度傳感器所傳回的溫度大于設定的保護溫度值，則閥門不動作，否則閥門開啟，達到設定開啟時長后自動關閉。

根據某地區建筑群８＃辦公樓的供暖需求，本次設計分時分區控制系統主要分為４ 個工況，具體如下：Ａ工況設置在２０２２ 年１１ 月１５ 日～２０２２ 年１１ 月２７ 日，該工況下整棟樓供熱閥門全部開啟；Ｂ 工況設置在２０２２ 年１１ 月２８ 日～ ２０２２ 年１２ 月１０ 日，該工況下１～７ 樓供熱閥門在每日２０：００～次日４：００ 時段關閉，８ 樓閥門在１８：００ 到次日６：００ 時段關閉，保護溫度設置為３０℃；Ｃ 工況設置在２０２２ 年１ 月１０ 日～２０２３ 年１ 月３０ 日，該工況下１～７ 樓供熱閥門在每日２１：００ 到次日３：００ 時段關閉，８ 樓閥門在１９：００ 到次日５：００時段關閉，保護溫度設置為３０℃；Ｄ 工況設置在２０２３年３ 月１１ 日～２０２３ 年３ 月１３ 日，該工況下１～７ 樓供熱閥門在每日２０：００～次日４：００ 時段關閉，８ 樓閥門在１８：００～次日６：００ 時段關閉，４：００～８：３０ 時段系統循環調節其他樓供熱流量，分別記錄每個工況下的室內溫度以及消耗熱量和辦公樓供熱流量。

４ 分時分區供熱系統下室內溫度變化規律

分時分區供熱系統調節主要通過控制供熱閥門實現的，此方式會導致室內溫度出現較大的波動，進而可能影響人們在室內的居住、辦公質量。因此，對室內溫度進行分析是極其有必要的。供暖中期室外溫度相對較低，因此本次研究主要在供暖中期對某個房間溫度進行分析，由于７ 樓最邊的大會議室日常溫度較低，將該房間作為本次分析的典型房間。

在分時段控制下，溫度測驗時間主要選用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 時段，具體室內溫度變化情況如圖１ 所示。

由圖１ 可知，在辦公樓應用分時分區供熱系統時，室內溫度會由于夜間閥門的關閉而逐漸下降，在早上供熱閥門開啟時，室內溫度會逐步上升。由圖可知，在測試時段內，２ 個典型日室內溫度在夜間平均降低３．９℃，其中在２０２３ 年１ 月２７ 日１７：００～２０２３ 年１月２８ 日１７：００ 時段最大下降溫度為４．４℃。２ 個典型日在４：００～９：００ 溫度平均升高３．８℃，９：００ 測試溫度最低在１ 月２８ 日，此時溫度為１８．３℃，滿足室內１８℃的要求。由此可見，分時分區供熱系統的應用能夠使建筑在正常使用時段保持足夠的溫度。

５ 分時分區供熱系統下流量變化情況分析

本次研究從Ａ，Ｂ，Ｃ ３ 個工況下各選取一個典型日，對該日的流量變化進行分析，具體結果如圖２所示。

由圖２ 可知，在Ａ 工況下，典型日１１ 月２１ 日的２４ ｈ 流量相對較為穩定，這主要是由于該工況主要采用連續供熱方式進行供熱；在Ｂ，Ｃ 工況下，辦公樓內白天辦公樓內流量變化較為穩定，而夜間流量基本為０，由于Ｂ，Ｃ 工況下主要在白天時段進行供暖，夜間關閉閥門停止供暖，其中Ｂ 工況相較Ｃ 工況流量較低，這主要是由于Ｃ 工況處于嚴寒期，此段時間室外溫度相對較低，為了保障白天室內溫度能夠達到辦公需求，同時還要避免管路凍結，需要提高供熱流量。Ｂ，Ｃ工況下在閥門開啟時，管路內流量瞬間增大后再下降，這主要是由于夜間室內溫度相對較低，室內溫度與供水溫度相差較大，進而導致此時流量比正常時段大，這也和建筑熱負荷變化情況相吻合。由此可見，在分時分區供熱系統應用下，整個建筑供熱流量也相對穩定，能夠保證供熱設備的健康穩定運轉。

６ 分時分區供熱系統下耗能情況分析

在實際耗能情況測試過程中，不同時間點的室內溫度和室外溫度有著較大的不同，因此測試結果會受到較大的影響，此情況下，為了更好地分析分時分區供熱系統的耗能情況，需要消除天氣溫度對測試結果的影響，因此本次研究對４ 種工況的耗熱量數值進行精準修正，以確保４ 種工況下耗能數值具有可比性。本次研究中室內溫度是按照１８℃條件設計的，室外溫度以該地區某工況時段下的平均溫度為主，依據《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》ＪＧＪ?２０１８［３］ ，某地區采暖期室外平均溫度為０．１℃，修正后各工況下日均耗熱量以及節能結果如表１ 所列，Ａ 工況下不同時段能耗占比情況如圖３ 所示。

由圖３ 可知，Ａ 工況下２０：００～４：００ 時段內供熱系統耗熱量占據正耗熱量的３２％，這也表明該辦公建設具有較大的節能潛力。

由表１ 可知，相比較Ａ 工況而言，Ｂ，Ｃ，Ｄ ３ 種工況下所耗費的能量都相對較低，因此將分時分區供熱系統應用在該辦公樓中，具有良好的節能效果。其中，在Ｂ 工況下節能效果最佳，Ｃ 工況耗能相比較Ｂ工況高主要是由于所有調節閥門關閉時間少了２ 個小時。Ｄ 工況耗能相比較Ｂ 工況高主要是由于在４：００～８：３０ 時段系統循環調節其他樓供熱流量，這也使辦公樓在此階段獲取更大的供熱流量，進而有助于提高辦公室溫度。

因此，利用分時分區供熱系統能夠有效降低供熱能耗，對降低供熱成本有著重要的作用。

７ 結論

（１）對分時分區供熱系統應用建筑進行分析，其中１～７ 層為辦公區域，每日９：００～１７：００ 溫度控制在１８℃以上，８ 層溫度控制在８℃以上。

（２）根據某地區建筑群辦公樓的實際情況，建立分時分區供熱系統，并根據不同需求提出不同的供暖方式，進而形成４ 種工況。

（３）在分時分區供熱系統應用下對建筑室內溫度進行分析，研究表明風濕分區供熱系統下建筑在白天使用時段室內溫度能夠保持在１８℃以上，滿足工作溫度需求。

（４）在分時分區供熱系統應用下，供熱流量相對穩定，這也表明分時分區供熱系統并不會對供熱設備和管路造成較大沖擊，進而能夠確保系統的長時間使用。

（５）分時分區供熱系統應用能夠有效降低能耗，其中在Ｂ 工況下節能率達到３１．０６％，在最冷時段Ｃ工況下也能達到２０．６３％，這也表明分時分區供熱系統具有更好的經濟性。

參考文獻：

［１］ 張憲金，宋合志，王長連．高校集中供熱系統節能運行管理研究［Ｊ］．北京勞動保障職業學院學報，２０２１，１５（４）：５５?５８．

［２］ 申思，趙婧竹，李美瑩，等．供熱管網分時分區運行調節及控制技術研究［Ｊ］．中阿科技論壇（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．

作者簡介：

劉奧博（ １９９４—）， 本科， 助理工程師， 研究方向： 供熱自控。