庭院管网的智能平衡技术探讨

北京新城热力有限公司     赵文彬 王齐 谭浩

北京同怀远洋科贸有限公司 余宝法 李百红 余善文

一、前言

        庭院管网的平衡调节是供热系统节能的关键环节，其节能潜力很大，不仅有利于消除不热户、过热户，节约热能、提高用户满意度，还能优化循环水量减少电能消耗。做好庭院管网的平衡调节工作是当前供热单位亟待解决的普遍性问题，各个供热单位也认识到该项工作的重要意义所在。然而，庭院管网的平衡调节工作很难落实。一方面，原有供热系统中在设计时没有考虑热网的可调节性，缺乏调节手段。另一方面，缺乏有效的调节方法，工人的技术水平较低，调节工作需要反复进行，工作环境又很差。我们结合多年的供热和自控经验，总结出了几套庭院管网智能平衡技术，旨在快速、高效地完成庭院管网的平衡技术。

二、本地智能控制技术

        庭院管网一般都是单一热源（热力站），而且一般庭院管网的流量较大，长度较短，因此每个楼栋入口（单元入口）的供水温度基本一致。依据供热运行调节的基本原理，可以认为供回水平均温度一致作为庭院管网平衡的依据，进而可以认为回水温度一致作为庭院管网平衡的依据。可以利用各个楼栋入口一致的供水温度利用一定的传递函数计算出各个楼栋入口处回水温度的目标值，利用PI算法控制楼栋回水温度达到一致，完成庭院管网的平衡调节。这恰好构成了一个闭环控制回路，不需要网络通讯传递控制信息，所有控制信息均可以在本地自动获取，因而构成了本地智能控制系统。

        我们利用西门子RWD68温控器、供回水温度传感器、西门子电动球阀来构成这个完整的本地控制系统，通过测量一次供水温度计算出回水温度的设定值，进而通过电动球阀控制各个分支的回水温度，由于各个分支的供水温度基本一致就可以实现控制各个分支的回水温度达到一致的目的。此法成本低廉、实现简单、效果显著，平衡工作自动完成，各个分支温度还能够在RWD68温控器上直观显示。

        我们把这一系统设计成具有4个管道接口和一个电源接口的独立产品。

三、全自动平衡控制技术

        现在许多新建小区的规模都比较大，每栋单体建筑的供热面积也较大，有管井或管道间，网络和电源容易获得，有条件也有必要实现数据的远传和远程控制。热计量系统的普及和推广也为实现全自动平衡控制奠定了基础。将热计量系统和庭院管网平衡控制系统整合到一个平台上，既可以降低整体造价又可以数据共享。整合层面可以分为监控中心数据库层面整合，楼栋入口参数采集、控制系统整合。我们推荐在楼栋入口整合，用统一的硬件平台完成室内温度、用户热量、楼栋入口温度、压力、热量等参数采集和统计分析，并实现平衡控制、节能时钟控制等，通过网络将数据传输到统一的数据中心进行存储、统计、分析、决策等。

        我们利用ABB的PM564-ETH配置AX561采集楼栋入口的温度、压力、热量和典型房间室内温度等，并能通过GPRS或以太网远传至管理站（所）一级的分监控中心，实现对小区热网的全自动平衡控制，由于数据采集和控制均可以在监控中心实时的完成，因次不管采用何种调节方法均能够方便地完成平衡调节工作，而且可以灵活地控制每栋楼的供热量，还便于实现按照节能时钟进行控制。这种对供热系统的进一步细化控制方案，将会获取节热和节电的双重收益，投资回报率较高。对于大型小区，尤其是高层建筑小区，采用这种方案是合理的、可行的。我们也把这种方案开发成专业的全自动楼栋入口机组，分成直供机组、二级泵混水机组、楼栋换热机组、高层直连机组等产品。

四、全自动补偿法平衡控制技术

        “补偿法”中的参照阀与合作阀之间其实是一个在平衡调节过程中的闭环控制关系，实时监测参照阀的参数变化，及时控制合作阀以保证参照阀的参数不变，这是整个平衡调节的关键环节，人工调节时需要两个人默契地配合才能完成。我们把这一过程设计到自控系统中，让循环泵的变频器充当合作阀的角色控制小区最不利环路的流量。在小区的最不利环路安装测控装置（采集楼栋入口热量、采集该楼的不同房间的室内温度），利用热力站的自控系统增加一个控制环路，而且这个控制环路将成为实时控制循环泵工况的控制环路。小区最不环路的室内温度又是检验整个小区供热效果最直接的参考。小区其余楼栋入口安装静态平衡阀（具有压差测点、温度测点，安装于回水管道上），人工逐步由远及近逐个调节各自的平衡阀达到设计流量即可，一遍即可完成整个小区的平衡调节工作。

        对于没有条件实现自动平衡控制的地方，这种方法经济性好，也容易实施。选取庭院管网中的末端用户进行数据采集和远传，还能为循环泵的控制提供参考依据，也能为热力站的温控曲线辨识提供依据，将现有的控制水平提升到智能化的高度。这也是现阶段我们推荐的方式。

五、结论

        我们提出的三种庭院管网的智能平衡控制技术，是依据现阶段供热系统的技术水平和经济水平提出的，没有过多地最求概念性的理念，而是充分考虑技术经济的可行性，具有较强的实用性。同时，我们的方法具有一定先进性，技术含量较高，需要专业人员才能完成。我们愿意进一步将技术方案产品化，变成简单易用的产品。

六、工程实例

         2015-2016采暖季，我们在通州区京贸家园二期，5、6、7三个单元共计7个热力小室投入智能平衡技术。

        其中包括PLC控制柜，一体化温度变送器，电动调节阀，差压变送器，热表等设备，通过以太网方式与监控中心通讯，利用组态软件实现对7个热力小室集中控制，并调节平衡。效果理想，实际控制各个单元入口的回水温度偏差在0.5℃，达到平衡。