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［摘要］某礦山單位工程供暖系統(tǒng)沒有充分考慮外界氣溫的變化對供暖樓宇所需出水溫度的影響，恒溫、恒壓進行辦公樓24小時連續(xù)供暖，熱源部分采用人工供暖策略，不能實時根據(jù)系統(tǒng)負荷變化情況自動調(diào)整，導(dǎo)致能源浪費，存在較大的節(jié)能空間，且智能化程度低。本研究應(yīng)用最新5g通信技術(shù)、氣候補償技術(shù)對供暖系統(tǒng)進行智能化改造，建立由計算機運行管理中心和節(jié)能監(jiān)管服務(wù)平臺構(gòu)成的智能化控制系統(tǒng)，并介紹了智能化改造實施的要點。最終供暖系統(tǒng)的智能化改造實現(xiàn)按時按需供暖的目的，實現(xiàn)了節(jié)能降耗增效。

［關(guān)鍵詞］供暖系統(tǒng);分時分溫;節(jié)能降耗;5G通信技術(shù);智能化;氣候補償技術(shù)

0前言

我國北方地區(qū)每年有5個月的采暖期。在龍首礦能源成本中，采暖能耗占總能耗的50%以上，因此降低采暖消耗是降低礦山企業(yè)能源成本的關(guān)鍵。金川公司各廠礦生產(chǎn)區(qū)域都采用蒸汽采暖，而辦公區(qū)域則采用熱水采暖。龍首礦也同樣采用這種模式進行采暖。本文分析了龍首礦供暖系統(tǒng)改造前存在的問題，并進行了供暖系統(tǒng)智能化控制設(shè)計，介紹了供暖系統(tǒng)智能化改造實施的要點。

1供暖系統(tǒng)改造前存在問題

1)熱水供暖系統(tǒng)無自動控制措施時，在一段時間內(nèi)對供水溫度不作調(diào)整，供暖樓宇所需要的出水溫度沒有根據(jù)外界氣溫的變化而變化。外界氣溫越高，需要的出水溫度應(yīng)越低;反之，外界氣溫越低，需要的出水溫度應(yīng)越高。目前，換熱站基本是恒溫、恒壓給各辦公樓供暖。遇到天氣轉(zhuǎn)暖時，室內(nèi)溫度偏高，產(chǎn)生不必要的能源浪費。2)對辦公性質(zhì)的公共建筑沒有采取有效的室內(nèi)溫度調(diào)控措施，現(xiàn)有的辦公樓實行24小時連續(xù)供暖。夜間無人工作時，辦公室溫度仍持續(xù)在22℃以上，造成了熱能的極大浪費。3)熱源部分采用人工調(diào)節(jié)策略，不能實時根據(jù)系統(tǒng)負荷變化情況自動調(diào)整熱源供熱出力，不利于提高熱源運行效率，降低供暖的蒸汽能耗。4)各辦公樓的實際供暖溫度不能及時上傳換熱站，換熱站無法掌握供暖樓宇的供暖效果，更不能根據(jù)供暖樓宇的效果調(diào)節(jié)熱源運行策略和運行方式。5)整個廠區(qū)沒有一套完整的供暖集中管理調(diào)度系統(tǒng)，不能對整個熱水供暖系統(tǒng)(包括熱源與外網(wǎng))進行統(tǒng)一調(diào)配，達到熱源按需供給的目的。

2供暖系統(tǒng)智能化控制設(shè)計

經(jīng)過收集及分析換熱站實際運行數(shù)據(jù)，了解換熱站基礎(chǔ)設(shè)施、供暖管網(wǎng)的運行情況、供暖樓宇的供暖效果以及現(xiàn)有樓宇通信方式，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的供暖方式和運行策略存在著很大的節(jié)能空間。通過實地考察與研究，認為龍首礦換熱站所涉及的供暖系統(tǒng)具備實施供暖節(jié)能改造的基礎(chǔ)和條件。為此，對供暖系統(tǒng)進行智能化設(shè)計和改造。

2.1建立計算機運行管理中心

首先，建立數(shù)字化的供暖系統(tǒng)計算機運行管理中心，從技術(shù)手段上改變傳統(tǒng)的熱網(wǎng)管理方式，在各建筑物閥門井安裝電動控制閥、壓力表、溫度表、在線監(jiān)測設(shè)備及監(jiān)控軟件平臺，實現(xiàn)對各建筑物的分時、分溫控制，同時通過軟件實現(xiàn)對供暖設(shè)備故障診斷和大數(shù)據(jù)監(jiān)測，從而保證在供暖品質(zhì)提高的前提下達到節(jié)能減排的目標［1－2］。

2.2設(shè)計節(jié)能監(jiān)管服務(wù)平臺

其次，為熱網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計節(jié)能監(jiān)管服務(wù)平臺。它集人機界面、數(shù)據(jù)庫管理、計算機網(wǎng)絡(luò)、遠程數(shù)據(jù)通訊、過程控制和信號檢測等先進技術(shù)于一體，是區(qū)域供暖實現(xiàn)現(xiàn)代化管理的一個重要標志。其關(guān)鍵技術(shù)在于:1)氣候補償技術(shù)是根據(jù)室外溫度的變化及用戶設(shè)定的不同時間及室內(nèi)溫度的要求，按照設(shè)定曲線求出恰當?shù)墓┧疁囟炔⑦M行自動控制，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)在不同時間根據(jù)不同的室外溫度獲取不同二次供水溫度的自動氣候技術(shù)，是避免因室溫過高或過低造成能源浪費的一種節(jié)能措施。換熱站將采用氣候補償技術(shù)，實現(xiàn)對一、二次側(cè)溫度、壓力進行實時監(jiān)控，根據(jù)二次側(cè)需要的出水溫度和供回水溫差，以及一次側(cè)蒸汽的溫度，決定一次側(cè)蒸汽的供給量，并根據(jù)需要控制蒸汽的進入量，在實現(xiàn)按需供暖的同時達到節(jié)能運行的目的。換熱站還實現(xiàn)無人值守，對各電氣設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行自動監(jiān)測、關(guān)聯(lián)設(shè)備連鎖控制，對各種異常情況進行報警，提升現(xiàn)有供暖管理的水平，達到分布調(diào)控、集中管理、實時監(jiān)測，讓整個供暖管理過程透明化、高效化。此外，也可以將本供暖系統(tǒng)接入其他信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)更高層次的智能管理。2)利用分時、分溫技術(shù)對連續(xù)供熱用戶與分時分溫用戶按供熱時間進行獨立的管理與調(diào)節(jié)，對辦公樓實現(xiàn)上班時間供熱、下班時間防凍，自動定時切換控制，以達到按時按需供暖的目的。本系統(tǒng)采用了回水溫度控制和室內(nèi)溫度控制兩種方式保證各辦公樓宇的供暖品質(zhì)。這兩種控制方式又分為上班時段供暖和非上班時段供暖。保障上班時段的室內(nèi)溫度不低于20℃，非上班時段設(shè)置為低溫運行，溫度不高于15℃，基本按照“按需供暖”策略進行調(diào)控，實現(xiàn)節(jié)能減排［3］。3)5G技術(shù)具有通信速度快、效率高、數(shù)據(jù)延遲時間短、布置實施方便、免布線、維護成本低等優(yōu)點。通過使用敷設(shè)在礦區(qū)的5G通信網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控調(diào)度中心和換熱站、各供暖樓宇間形成一系列通信鏈，完成整個熱網(wǎng)調(diào)度所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、調(diào)整控制、時間控制、回路調(diào)節(jié)及上位監(jiān)視和管理等工作。4)供暖管網(wǎng)水平衡的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。針對管網(wǎng)上各樓宇在不同時段有著不同供暖溫度的差異化需求，整個供暖系統(tǒng)需要調(diào)整不同時段的熱水流量和供水壓力。5)在建設(shè)供暖節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的同時，為龍首礦節(jié)能監(jiān)管服務(wù)平臺提供數(shù)據(jù)接口。在各供暖節(jié)能監(jiān)控點，利用供暖監(jiān)控設(shè)備為建筑節(jié)能監(jiān)管平臺提供水、電計量所需要的數(shù)據(jù)采集通信接口。

3各建筑物供暖閥門井改造

各建筑物供暖閥門井改造示意圖如圖1所示。各樓宇現(xiàn)場分時分溫控制器的相關(guān)管線設(shè)備主要由電動三(或兩)通閥、供水溫度變送器、回水溫度變送器、手動閘閥組成，同時對被控樓宇的室內(nèi)溫度進行采集。

4供熱系統(tǒng)智能化改造實施

4.1通信接口

在換熱站、熱用戶安裝的設(shè)施設(shè)備必須具有RS485通信接口或以太網(wǎng)接口。各工作站數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議實時上傳。

4.2自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場控制和遠程控制兩種方式，現(xiàn)場控制具有手動、自動兩種控制方式，不停機可實現(xiàn)手動和自動控制的切換。整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守的智能化控制。系統(tǒng)具備各項保護功能，以保護設(shè)備運行［4］。1)旁通設(shè)計保護:在各個點位實行旁通設(shè)計，在供暖管網(wǎng)異常時保證供暖正常運行。2)系統(tǒng)防凍死設(shè)計保護:供暖系統(tǒng)在節(jié)能運行模式下，遇到天氣溫度突降的情況，系統(tǒng)自動打開流量調(diào)節(jié)閥門，讓管網(wǎng)溫度/樓內(nèi)供水溫度增加的一種系統(tǒng)自動保護功能，可防止供暖設(shè)備因急劇降溫造成的凍傷。3)分布式監(jiān)控:各點獨立運行，安全有效，即便在通信癱瘓的狀態(tài)下，各個點位依舊可以正常實時監(jiān)控。4)耐溫、耐壓設(shè)計保護:這是供暖系統(tǒng)出現(xiàn)超溫、超壓時對管道和設(shè)備的保護措施;當系統(tǒng)出現(xiàn)欠壓、低溫時，還可保護系統(tǒng)正常運行。5)水浸報警保護:保護供暖井內(nèi)設(shè)備不被水淹，在供暖井管道泄漏、井內(nèi)有積水時，及時向用戶預(yù)警，防止供暖設(shè)備泡水損壞，保護供暖設(shè)備的正常運行。6)數(shù)據(jù)斷點續(xù)傳保護:在通信系統(tǒng)中斷時，各監(jiān)控點的數(shù)據(jù)自動保存在本地。待通信正常后，離線保存的數(shù)據(jù)將自動上傳到監(jiān)控平臺。

4.3通信系統(tǒng)

整個供暖系統(tǒng)換熱站、樓宇、管網(wǎng)與監(jiān)控中心的通信系統(tǒng)采用礦上現(xiàn)有的5G通信系統(tǒng)。各監(jiān)測點的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)按照5s通信、10min一存儲的頻率進行存儲和顯示。根據(jù)實際使用需要，提供不同粒度的數(shù)據(jù)顯示。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口及數(shù)據(jù)打印功能，方便用戶根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)的各項操作。

4.4動態(tài)水平衡調(diào)整

各樓宇分時分溫系統(tǒng)為了保障供暖系統(tǒng)流量不出現(xiàn)過大的變化，在管網(wǎng)上的不同位置混合部署了電動兩通調(diào)節(jié)閥和電動三通調(diào)節(jié)閥，結(jié)合熱源處的變頻循環(huán)泵的動力調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了節(jié)能狀態(tài)下流量的平穩(wěn)調(diào)整，保證供暖管網(wǎng)的安全運行。

4.5換熱站

在換熱站，除了根據(jù)戶外溫度采用氣候補償技術(shù)進行供暖蒸汽的流量調(diào)整外，基于本項目所在區(qū)域位于戈壁地區(qū)，具有升溫快、光照時間長、光照強度大、夜間降溫快、早晚溫差大等特點，系統(tǒng)進行了供暖時段的調(diào)整，保障了供暖的舒適度。此外，還有補水量預(yù)警顯示功能，當管網(wǎng)中存在大的漏點時，協(xié)助用戶找到漏水點，減少水損失。

5應(yīng)用效果

5.1日常維護量減少

將現(xiàn)有的全天候恒溫恒壓供暖方式改造為按時間、天氣變化而變化的全智能化供暖方式，最大限度地提高蒸汽取暖的效率，有效減少無效供暖，同時為供暖管網(wǎng)日常維護保養(yǎng)提供故障診斷有力工具。通過本次改造，供暖系統(tǒng)維護量顯著降低，日常檢修次數(shù)也顯著減少。

5.2經(jīng)濟效益分析

通過本次供暖系統(tǒng)智能化改造，供暖品質(zhì)得到提升，人員在供暖期間室內(nèi)舒適感得到明顯提高。同時節(jié)約蒸汽達到15%以上。經(jīng)過供暖系統(tǒng)的節(jié)能改造，除了達到基本的節(jié)能降耗的目的外，還實現(xiàn)對供暖效果的實時反饋，提升現(xiàn)有供暖管理的水平，達到分布調(diào)控、集中管理、實時監(jiān)測，讓整個供暖管理過程透明化、高效化。

6結(jié)束語

通過供暖系統(tǒng)的節(jié)能改造，從技術(shù)手段上改變傳統(tǒng)的熱網(wǎng)管理方式，實現(xiàn)在線監(jiān)控，極大地提高測試診斷的科技含量，在保證供暖品質(zhì)的前提下達到節(jié)能減排的目標，同時為節(jié)能診斷工作者提供運行平臺，進一步提升現(xiàn)有供暖管理的水平，實現(xiàn)分布調(diào)控、集中管理、實時監(jiān)測，讓整個供暖管理過程透明化、高效化，同時也推進了礦山數(shù)字化、信息化水平的進步。

作者：陳卓 秦其昌 姚愛國 楊凱 單位：金川集團股份有限公司龍首礦