计算机供暖监测系统的研制与应用

摘要　　本文针对当前供暖系统的现状，研制了一种计算机供暖监测系统，并将该系统应用于实际工程，对测试结果进行了温度、供热面积热指标和节能分析。
　　
关键词　　监测系统 面积热指标 热负荷

　　随着城市建设的日益发展和环境保护意识的不断增强以及节能的要求，城市集中营供热系统的规模在不断扩大，供热面积不断增加，供热系统的运行调节与管理了变得更加复杂。因此采用先进的计算机应用技术对供热系统实行实时状态监测、指导系统运行具有十分重要的意义。它不但可以及时检测系统参数、调节热网^[1],而且能够健全运行档案、实行量化管理，从而提高系统设备的运行效率，减少能耗，改善供暖质量。
　　
一、计算机供暖监测系统
　　
　　1．系统组成　
　　监测系统主要由工控机（微机监测仪）、流量传感器、测温元件和信号线等组成。如图1所示，工控机接受A/D转换器转换后的数字信号和计数器频率信号，进行计算、转换，实现各种参数的显示和计算；测温无件测量并输出温度信号，进行计算、转换，实现各种参数的显示和计算；测温元件测量并输出温度信号；流量计输出流量信号。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1　计算机供暖监测系统示意图
　　
　　2．工作原理
　　当流体流经安装在管道里的涡轮时，即流经涡轮叶片与管道之间的间隙时，由于流体的冲击作用，将使涡轮发生旋转。在测量范围内，涡轮旋转的转数与流体的容积流量呈近似线性关系，也就是涡轮的转速与流量成正比。涡轮的旋转通过磁电转换器变换成电脉冲，而这信号的脉冲数与涡轮的转速也成正比^[2]。此脉冲信号经前置放大器放大后，经过信号调理电路，以CTC（Counter Timer Circuit）作为流量的频率计数器，再经过密度修正后，通过STD（Standard）总线送入工控机进行计算。同时，由铂电阻温度计经过TB系列温度变送器转换，送出温度模拟信号，经信号调理电路，进入带有光电隔离的"A/D"转换器，在此完成模拟信号到数字信号的转换，数字信号送入工控机。工控机中装有在UCDOS平台上开发的供热系统监测软件（C语言编程），在工控机中进行瞬时热量、累计热量等参数的计算，然后通过打印机打印输出。
　　
　　3．功能
　　系统主要包括总貌图、温度计、参数表、趋势图、控制台、备份、变量表、文件、报表、查询等功能块。它能实现供回水温度、室内外温度、循环水量、瞬时热量和累计热量等参数的实时监测，根据需要打印温度、流量、热量变化趋势图，还可存贮，调用历史数据，以便查询、研究。
　　
二、应用
　　
　　该监测系统在北京建筑工程学院（热力站供暖系统）和北京育新小区（锅炉心供暖系统）进行了实际应用与测试，下面对测试结果进行分析。
　　
　　1．室内外气温和热负荷分析^[3]
　　由图2、3可以看出，对于热力站供暖系统，二次网的供回水温度波动较小，但室内温度波动较大且与室外温度的变化趋势基本保持一致。这是因为一次网的供水温度由热力公司控制，在一段时间内或某一天其值基本保持恒定，而一、二次网的流量波动很小，所以，二次网的供回水温度波动较小，系统的供热量也基本不变（瞬时热量变化较小）。而对用户来说，当室外温度降低，热负荷增加，如供热量不变，室内温度降低；反之亦然。
　　锅炉房供暖系统的供回水温度波动较大，因为工作人员会根据室外气象条件的变化来调节锅炉的出水温度，决定什么时候启炉，什么时候停炉以及开几台炉，所以供水温度基本上是随着室外温度的变化而变化的（存在时间滞后），瞬时热量变化也较大写室外温度降低，用户热负荷增加，工作人员调节锅炉燃烧状态。提高供水温度，增加供热量。即工作人员根据室外气温的变化，调节供热量以满足用户热负荷的变化。所以锅炉房供暖系统的用户室温比热力站供暖系统波动小。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　图2　北建工1#热力站参数变化趋势图（2000.3.8）
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3　育新小区参数变化趋势图（2000.1.22）
　　
　　2.供暖面积热指标分析
　　由表1可以看出，在整个采暖期中，北建工1#热力站供暖系统有育新小区供暖系统平均供热指标（对应-9℃下）为72.5w/m²和44.1 w/m²，而实际需要的供热指标（-9℃下）为55.3 w/m²和41.1 w/m²，为节约能源和减少污染，供暖面积热指标可控制在45w/m²左右。
　　

3．节能分析
　　由表1可以看出，育新花园小区和北京建筑工程学院1#热力站在整个采暖期中的供热量都比实际需要的供热量高，他们的室内平均温度分别为19.3℃、23.45℃，比室内设计温度18℃高，导致有些用户由于室温太高而昼夜开窗，从而造成大量热量的浪费，所以如果让室内平均温度维持在18℃，则相应所需的供热量分别为132502.95GJ、28126.68GJ，如此即可分别节能6.93%、23.78%，由此可见，如果以监测系统量化管理为依据，实行按需供热，可以节约大量的能源。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　1999-2000采暖季供热量统计表　 表1 　 育新小区 北建工（1#） 　　　采暖期室内平均温度t_ap(℃ ) 19.3 23.45 　　　采暖期室外平均温度t_ap(℃ ) 0.53 0.53 　　　采暖天数（days） 138 134 　　　采暖面积（m²） 418200 67943 　　　采暖期总供热量（GJ） 142362.9 36901.17 　　　实际供热指标（t_ap） 28.6 46.9 　　　实际供热指标（-9℃） 44.1 72.5 　　　t_ap为18℃时需供热量（GJ） 132502.92 28126.68 　　　实际需供热指标（t_ap） 26.6 35.8 　　　实际供热指标（-9℃） 41.1 55.3 　　　节能百分数 6.93% 23.78%

三、结论
　　
　　1．采用计算机监测系统对供热系统进行实时状态监测，可以指导系统运行，减小室内温度波动，提高舒适度；
　　2．在采暖的大部分时间里，供暖系统的实际供热量指标比实需供热指标高得多^[4]，特别是在采暖期的末期尤为明显。由面积热指标分析可以知道，对于北京地区，平均采暖面积热指标可控制在45w/m²左右。
　　3．节能分析，育新小区和北京建筑工程学院1#热力站可分别节能6.93%、23.78%。由此可见，如果以监测系统量化管理为依据，实行按需供热，可综合节能15%左右。
　　
　　
参考文献
　　
　　1．石兆玉，供热系统运行调节与控制，清华大学出版社，1994
　　2．刘耀浩，空调与供热的自动化，天津大学出版社，1993.8
　　3．陈红兵，热水供暖系统的监测与量化管理[北京建筑工程学院硕士学位论文]，2000
　　4．李德英、陈红兵、邵宗义，热力站供暖系统实行量化管理问题的探讨，全国暖通空调制冷2000年学术年会文集。