城市供热网的智能化控制与管理

城市供热网的智能化控制与管理

摘要：目前，随着城市化的日益发展，城市的相关基础设施也不甘示弱，也正处于不断建设中。其中作为基础设施之一的城市供热，对城市居民的日常生活、企业的生产等起着最直接的影响。如何更有效地对城市供热网进行管理和控制，是城市发展中值得思考的一个问题。城市供热系统是由热源、热网、热用户（室内采暖系统）组成的庞大、封闭、复杂的循环系统。随着城市供热管网建设的高速发展，由单一热源到多热源，管网规模不断地扩大，热用户与设备数量也在急剧的增长。如何有效管理城市供热系统的设施设备，提高热网运行的效率，节约能源正变得日益重要起来。

关键词：城市供热；智能化；控制；管理；

1、城市供热系统的定义

所谓的城市供热系统一般由3部分组成，即热源、热网和热用户。热源又称热力的生产，主要是指生产和制备一定参数（温度、压力）热媒的锅炉房或热电厂。热网是输送热媒的室外供热管路系统，是热源与热用户连接的纽带，起着输送和分配热源的作用。热用户则是指直接使用或消耗热能的室内采暖、通风空调、热水供应和生产工艺用热系统等。

按照热媒不同，城市供热系统可分为热水供热系统和蒸汽供热系统。不同的城市根据自身的实际情况可以自主选择不同的热媒。按热源不同，分为热电联产系统、锅炉供热系统，另外还有以地源热泵、水源热泵、工业余热、核能、太阳能等作为热源的供热系统。按供热管道的不同，又可分为单管制、双管制和多管制的供热系统。所以供热公司在选择供热方式时，一定不能盲目的依葫芦画瓢，墨守成规，而应在客观的调查后，结合市场经济效益与环境等因素综合选择供暖方式。

2、现阶段城市供暖系统存在的弊端

2.1 工艺落后，污染性大

供热企业以往经济发展方式是一种单向流动的线性经济，即“资源-生产-消费-废弃物的排放”。其经济的增长依靠的是大规模的开采和消费资源，这样就极有可能会超过自然所能承受的限度，从而对自然造成不可逆转的伤害。而且，由于工艺的落后，在对自然资源进行加工将其转化成产品的过程中，会释放出数量巨大的污染物。而某些没有道德的公司为了节约成本，不对废弃物进行处理或只是简单处理就将其排放入空气中，这就造成了极大的环境污染。

2.2 能源的利用率低下

目前，尽管不少供热企业对于提高利用率给予了一定程度的重视，可是由于公司人员、资金以及科技实力等等因素的限制，利用效率还总是提不上去，这就

在无形之中造成了极大的浪费。也就是说，要想达到同样的供暖效果，供暖公司需要使用更多的自然资源，排放更多的废气，从而形成了一个恶性循环。尤其是在以煤炭等不可再生的非清洁资源为能源的不发达国家，这种问题就会更加突出。

3、优化输送配套系统，减少热能损耗

供热输配系统是供热系统的核心，决定着输出热源的利用率。所以只是一味提高燃烧效率而不重视运输环节是很难优化整个供暖系统的。为此，供热企业要以科学的理论来指导自己的工作，以先进的技术和手段，解决好输配范围、输配距离以及结构之间的问题，采取平衡调节装置，设置适当的入口调节装置，保障水力的平衡。从而达到利用率的最大化。

而在某些方面，供热公司也可以灵活机动一些，如可以采用间歇调节的方式，在供水温度和循环水量不变的情况下，用减少每天的供暖时数进行调节。在室外温度达到设计值时，热源连续供暖，随着室外温度的升高，逐渐减少运行时间。这种类似于冰箱制冷的调节机制就可以在保障供暖效果的前提下，尽可能的减少工作能耗，从而实现可持续发展。还有一种是分阶段改变供水温度的量调节，在供暖系统的整个运行期间，随着室外温度的提高，分几个阶段改变供水温度，在同一阶段内供水温度不变，改变流量来进行调节。通俗说来就是，当白天温度的时候适当将水温降低一些，而等到晚上气温下降时，再将温度提高一些。这种调节方式，不仅可以保障用户室内的温度在一个较为恒定的温度，提高其供暖服务的品质，而且适时的降低温度可以有效的节约能源。当然，虽然这两种方法都十分有效，但其对于供暖的传输设备都有较高的要求，因此具有一定的局限性。

4、智能化控制

4.1智能化供热原理

如何在城市供热中实现智能化控制和管理是本文探讨的核心问题，但首先我们得明确一个概念，究竟什么是智能化控制和管理？其实在物理学研究中，智能化控制管理的核心目的就是在运动中保持热量的收支平衡。在智能化控制和管理的过程中，我们要注意两个问题。第一是进行热量平衡控制。这是进行性智能化控制管理的基础条件。它是指各热源和各换热站在一个周期内提供的热量总体平衡。物理学上热平衡的方程式如下所示：

∑Q=∑H出-∑H入

其中，ΣQ代表整个系统与环境的热量交换和，ΣH出代表换热站供给用户的热量总和，ΣH入则代表是供热源提供给换热站的热量总和。

热平衡式属于物理学上能量平衡的特例，在实际的供热过程中，换热站供给的热量与热源供给的热量往往不相等。

第二则是进行无人值守模式。无人值守模式其实是对热量平衡控制的进一步深化，即在无人操作的情况下尽可能地使热源和换热站提供的热量保持相对的平衡，从而维持城市供热系统的正常运作。

4.2 智能化控制和管理

4.2.1气候补偿

气候补偿，是智能化控制中常见的方式，即通过控制换热站二次间接供水的温度降低换热站提供的热量，从而既可以减少成本，又可以提高用户在接受供热过程中的舒适度，一举二得。其中最好的做法是在实际的操作中，不直接采用热量平衡方式进行供热控制，而是先建立二次供热温度和室外温度对应曲线，再通过换热站的转换中针对具体情况进行具体调整，按阶段分季节地进行所谓的曲线供热，这样做可以尽量减低供热的复杂性，提高供热的实际效果。

4.2.2 无人值守操控

上面讲到无人值守操控是智能化控制和管理的第二种模式，通过在换热站内设置自控设备，进行如自动控制水温、补水、排查故障等作业，而无需操作人员进行值班管理。这种模式的好处之一在于降低了实际操作的劳动强度，既减少了劳动人员的使用成本，又相对地提高了劳动效率。其次由于采用智能化控制管理后，极大地降低了由于人为因素而产生的安全问题，从而增强了城市供热系统的精确性和可靠性。

4.2.3 换热站控制

通常情况下，对换热站进行控制的几个方面主要包括调节二次供水温度，控制蒸汽压力，管理换热器水位及保持热网定压稳定等，换热站的主要作用就是用锅炉提供的高温热水或电厂提供的蒸汽转变成可供用户直接使用的二次中、低温水。在整个城市供热过程中，一般会有一个总换热站和好几个可调峰换热站同时对用户进行供热取暖。

5、运用调度管理系统对城市供热进行智能化控制和管理

5.1 调度管理系统

调度管理系统是针对大型建设所开发出来的一套管理体系，主要包括调度中心和通讯网。调度中心的主要任务是通过以太网将相关信息提供给用户，用以显示数据、管理资源及发布内容等。通讯网则主要负责数据的传输。以城市供热系统为例，通过通讯网，可以将锅炉房、电厂及换热站等热源的相关资料传输到调度中心，再由调度中心进行分析，将数据信息等发布给用户。

5.2 智能化控制和管理的基本方式