智能控制在冬季供暖节能控制系统中的应用

摘要:对“供暖系统智能控制技术”的工作原理和应用范围都进行了简单的介绍,并将它和传统的供热控制相比较,同时还分析对比了改造以后可以达到的节能效果和需要花费的费用,其节能效果相当的明显和突出。

关键词:供暖系统;智能;节能

中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：

目前国内的供暖系统智能控制技术是以先进的数码微处理技术为基础研发的，主要是为解决低温连续供热的问题, 燃煤、燃气、燃油和电加热是它的专门热源，里面含有热动力动态优化软件,可以根据环境温度和负荷条件的改变而发生相应的改变, 为用户提供了动态的优化的运行模式,在与原采暖系统的自控部分的共同作用下，不仅燃烧的工作状态得到了调整，还可以随环境变化的调整运行状况,同时对其进行优化组合,确保原来的锅炉的能够正常的运行,达到了低热恒定供热的目标,从而可以最大限度提高了系统的动行效率,有效的减少了能量的耗用,使得采暖更加的舒适, 二氧化碳更少的排放, 延长了锅炉系统的使用寿命和降低了它的维护保养费用。

1供暖系统常规控制

燃油和燃气锅炉是生活生产中比较常见的供热设备,通常可以用来取暖，提供热水等。然而,由于这些锅炉的设计、制造与选型等特殊性质所决定的,使得它们普遍都存在以下三个方面的问题,因此产生了不同程度的能量的浪费和低效率耗用。

1.1双位控制被大多数燃油与燃气锅炉采用，但它的使用降低了系统的整体运行效率, 即当温度上升或下降到某一值时,会导致燃烧的开始或停止和燃料量的增加或减少 (如图1所示)。它是锅炉燃烧控制中的一种基本方式,但是,它却有以下缺点。

图1双位控制示意图

（1）双位控制中锅炉系统的温度输出由它的内部的(如出水温度)决定,没有考虑到散热器的热交换率会因为外部环境的升高而下降,于是，回出水温度便会接近。但此时,锅炉仍然会较快对水进行加热。由于水的热吸收速度是有限的，多余的热量将被排放到空气中去，锅炉的温控器感应会因为这一过程的持续而动作。散热器滞留的热量将继续加热，因而导致过高的附加温度,结果会浪费燃料，并且采暖空间也不舒适。

(2) 双位控制的温差带是固定了不能改变的,不能及时的响应负荷的变化。如果在熄火状态下突然增加负荷,出水温度将迅速的下降; 控制器只有待它降至下限值的时候才会重新开始燃烧，在此之前,它不能做出及时的反应,。结果由于热惯性的作用,水温不可能马上回到原来的设置点,它会因此有短时间的失调。显而易见, 由于双位控制不是优化控制, 在多数情况锅炉的运行效率便会大大降低。

1.2单变量控制很难达到热供给与系统热需求的动态平衡

单变量控制是一种最简单的控制多数燃气、燃油煤炉的方式,它通过对出水温度的调节来控制火点的“开大开小”或“点燃熄灭”。当然,对于一个供热系统来说，有很多因素会影响它的效率,如环境温度的变化、负荷与日间与夜间温差的变化、末端负荷的变化等(如图2所示)。由于出水温度只是提供单一的数据,而且它总是是滞后，为了不降低锅炉的整体热效率,那它的燃烧强度就不能只通过出水温度来判断。单变量控制是一种大多数锅炉制造商使用的最基本的控制方式,，但由于它的效率较低,所以给供暖系统的智能控制技术留下了充足的节能空间。

图2环境因素影响锅炉效率

1.3由于锅炉在选型阶段的原则是选大不选小,使得大多数锅炉在90%以上时间内的运行状态都是低负荷

从美国暖通学会(ASHRAE)的调查得知,供热系统的容量在选择确定时,最冷天气的最大负荷需求是设计人员选择锅炉规格的一个重要参数。因为一年里最冷的天气一般占5%,容易导致锅炉选型出现大马拉小车的现象。一般情况下,当负荷需求最大的时候，锅炉总是以最大容量运行;而在其它时候,锅炉多数情况是低负荷运行，它通过控制“开大开小”或“点燃熄灭”保持需要的温度,。由此我们可以知道，锅炉系统之所以不能常年处于高效率的运行状态，是因为锅炉的选型是选大不选小。因此，锅炉通常都处在一个相对低效的的运行状态。

2智能调控供暖系统

2.1供暖系统在智能调温并控制节能的技术上改造所依照的原理

(1)在供热的热源上采取高温差、变流速、小流量的设计思路;

(2)在采暖系统的设计上采取低温差、大流速、大流量以及平稳恒定地运转;

(3)在控制系统的设计上有测控鉴别系统、智能信息处理系统和计算机采集显示系统三种, 要实现不同气候条件下的负荷变化, 只要运用数据库专用的软件对其进行处理，就能够实现智能控制供能的合理分配需求,从而使室内的温度处于相对恒定状态，以达到采暖供热节能、高效。

2.2常规调控存在缺陷

目前，燃油与燃气锅炉用能低下就是由常规调控的缺陷引起的。关于供暖系统的智能控制技术,它采用了内置变温响应优化软件,通过监测出、回水的水温和外部环境的温度，来自动比较目标设置值和环境参数值大小,当检测到系统效能低下是,供暖系统的智能控制技术将对温控器预设的温差值作动态修正,相应地调整产热量,从而建立起动态平衡，在锅炉的散热器与产热量的平均热交换量之间。判断温度变化趋势以及计算燃烧锅炉的新的预设，就是通过修正后的回水温度和内部温度传感器的输入信号来进行的。检测锅炉的出、回水的水温是通过高度灵敏的温度传感器而进行的，它是由供暖系统智能控制技术自身配置的，智能控制会接收传感器的温度信号;然后,用模拟比较器比较输入信号与预设锅炉出、回水的水温极限值。当锅炉启动时,因为其智能控制在对出、回水水温进行对比,所以会减少锅炉启停次数,而相对延长每个周期中的燃烧时间。锅筒内热交换率与水温成正方向变化，所以当锅筒内水温最高时热交换率也达到最高值。这样一来，要提高系统的运行效率，就只需要延长其高校运行时间，也就是延长燃烧时间;结果就是总的制热量不变的情况下,减少启停的次数,从而实现高效率运行。除此之外,控制燃烧的温差被动态地修正，可以使锅炉热量的产出与供应的平均需求相匹配, 缩短锅炉所需的运行时间, 熄火时间延长。这样，在不改变采暖空间温度的情况下,就可以使燃料的使用得到最优。下面表1对供暖的常规控制与智能控制的结果进行了对比

表1供暖的常规控制与智能控制的结果对比

由图示上述各项数据我们可知,供暖系统采用智能控制之后,在相同运行时段内与常规控制进行对比,减少了锅炉点火周期次数,延长了每个周期中的燃烧时间。

3供暖系统智能调控的应用

智能调制能够对冬季锅炉取暖系统进行节能改造，像用电锅炉、燃气和燃油等皆可投入使用。在费用不增加的基础上,用户不再“看天供暖”，因为供暖系统的智能控制能将原间歇式供暖改为连续按需供暖,明显增加了取暖的舒适度和合格率,用户再也不用为烧不起天然气、燃油等发愁，也不用担心开窗散热浪费等问题。

它减少系统补水量，并且从根源上解决了取暖系统热力失调的问题。配合国家分户计量的要求,供暖系统智能控制能够按照用户的要求，随时任意的调控室内的取暖温度,如学校宿舍白天要求低,晚上要求高；但办公楼则反之，它们白天要求温度高,晚上要求温度低，像这样对温度有不同要求的用户,对它们的取暖温度实行分时分段控制。在原供热满负荷的前提下,不但是供暖面积增加了18%以上,而且实现了大面积供暖只需要小吨位锅炉即可。

4结论

供暖系统智能调控技术的节能率测定会受到昼夜温差变化、采暖负荷变化以及环境温度变化等方面的较大影响，因此它的节能率是一个动态值。在锅炉选型合理且系统运行正常的情况下， 若要使节能效果达到15%以上，外加考虑燃气和燃油的成本，对国内目前的锅炉系统来说,这将是一笔可观的节约燃料费用。这种供暖系统的智能调控技术具有非常大的应用推广价值,除了能对用户产生很大的节能效果,还能够获得较大的经济效益与社会效益。