一、背景

目前我國(guó)公共建筑供熱管網(wǎng)中，依靠公共財(cái)政運(yùn)行的各級(jí)政府機(jī)關(guān)、事業(yè)單位和社會(huì)團(tuán)體的能源管理基礎(chǔ)差，能耗高，節(jié)能潛力大。我國(guó)政府機(jī)構(gòu)人均能耗比發(fā)達(dá)國(guó)家高出5倍～7倍，比一般的民用建筑高出10～20倍。而我國(guó)公共建筑的供熱能耗占整個(gè)建筑能耗的36％，降低公共建筑的能耗成為整個(gè)節(jié)能工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

供暖運(yùn)行單位既要確保供暖合格又要達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就必須對(duì)供暖系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的運(yùn)行調(diào)節(jié)，從硬件上，既要能夠?qū)φ麄€(gè)公共建筑的輸入熱量和公共建筑群中每一個(gè)建筑物的輸入熱量進(jìn)行分別控制與監(jiān)控(實(shí)現(xiàn)分時(shí)分溫控制)，又能夠根據(jù)季節(jié)和工作時(shí)間的要求合理切換不同的控制策略(實(shí)現(xiàn)氣候與時(shí)間的補(bǔ)償)。因此提供一種能夠根據(jù)滿足上述要求的公共建筑供熱節(jié)能控制裝置成為現(xiàn)有技術(shù)中亟待解決的問題。

二、現(xiàn)狀分析

1、不能按需供熱，能耗高

換熱站供熱區(qū)域的用戶性質(zhì)有住宅、庭院、學(xué)校醫(yī)院等，采暖方式分為地暖、片暖、空調(diào)等，它們的用熱規(guī)律、溫度需求不同，如果按統(tǒng)一溫度、統(tǒng)一流量供熱，勢(shì)必造成大量的能源浪費(fèi)。

2、水力失調(diào)現(xiàn)象明顯

由于設(shè)計(jì)不合理、施工不規(guī)范等原因，同一換熱站供熱范圍內(nèi)的不同樓棟間的水力存在垂直、水平失調(diào)的現(xiàn)象。

3、存在安全隱患

由于沒有預(yù)警系統(tǒng)，若系統(tǒng)存在安全隱患，在人工操作時(shí)，易發(fā)生安全事故，包括設(shè)備安全和人身安全。

4、管理低效

如果各樓棟之間的供熱沒有進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)配，完全依靠人工進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，不僅增加人工成本，還不能保證調(diào)節(jié)效果。

三、解決方案

1、實(shí)現(xiàn)按需供熱，降低能耗，改善舒適性

根據(jù)建筑物用熱規(guī)律，分時(shí)分溫控制，不同時(shí)間段、不同室外溫度采用不同的供熱參數(shù)，實(shí)現(xiàn)按需供熱。

2、緩解系統(tǒng)內(nèi)部水力失調(diào)問題

水泵運(yùn)行可提高系統(tǒng)內(nèi)部流量，形成局部大流量、小溫差運(yùn)行，緩解水力失調(diào)問題。

3、節(jié)省熱力管網(wǎng)的主循環(huán)泵電耗

4、實(shí)現(xiàn)運(yùn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，提高管理效能，減少安全問題

5、實(shí)現(xiàn)熱能統(tǒng)一調(diào)配

6、分階段改變供熱模式，不同時(shí)間段供熱模式的切換

7、防凍保護(hù)功能

四、公建管控系統(tǒng)組成

控制層：采用國(guó)內(nèi)知名組態(tài)軟件，對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)可接入室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)，通過對(duì)室內(nèi)溫度的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)；另外控制層以地圖的形式展現(xiàn)各公建管控的位置信息及重要的運(yùn)行參數(shù)，方便技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握所有公建的信息。

網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層采用GPRS通訊方式，資費(fèi)低，信號(hào)穩(wěn)定。

設(shè)備層：該層主要設(shè)備均采用國(guó)內(nèi)知名品牌，混水泵，電調(diào)閥，溫度傳感器，這些設(shè)備的數(shù)據(jù)均可以通過GPRS通訊方式上傳至控制層。

五、系統(tǒng)原理

1、理論支持

公共建筑供熱系統(tǒng)能源浪費(fèi)表現(xiàn)在辦公樓、學(xué)校等。一般采暖季，多數(shù)機(jī)關(guān)大樓工作人員下班后，辦公室仍然持續(xù)供熱，室溫不降；另外各級(jí)政府機(jī)關(guān)、事業(yè)單位周六、日、節(jié)假日以及學(xué)校的寒假，在室內(nèi)無人的情況下照常供熱。以陽城縣為例，供熱期為120天，其中節(jié)假日就有40天，占采暖期時(shí)間的33%。而學(xué)校的寒假，保守估計(jì)30天，占采暖期的25%，意味著這部分能源被浪費(fèi)掉了。

公共建筑應(yīng)最大限度地滿足既舒適又節(jié)能。在上班時(shí)間保持室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度（18℃），下班時(shí)間及節(jié)假日保持值班采暖溫度，即保證供暖管道及其他設(shè)備不結(jié)凍的溫度，公共建筑值班采暖溫度一般采取8℃。由于建筑物的外圍結(jié)構(gòu)具有一定的蓄熱能力，根據(jù)公共建筑的使用特點(diǎn)，同時(shí)充分考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱延遲性，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓嵴{(diào)節(jié)手段，按需供熱，減少不必要的能源浪費(fèi)。

2、節(jié)能潛力分析

以陽城縣公共建筑為例，采暖期總天數(shù)為120天，冬季平均室外溫度取2.5℃，冬季供暖室內(nèi)計(jì)算溫度tw取18℃（摘自《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合養(yǎng)成先鵬煜熱力有限公司2019年實(shí)際供熱數(shù)據(jù)）

（1）24h連續(xù)供暖公共建筑理論能耗

Q=120*24*qv*V*（tn-tw）/1000（kW?h）

式中：Q-----整個(gè)供暖期理論耗熱量，kW?h

qv-----供熱體積熱指標(biāo)，W/（m3?℃）

V------公共建筑外圍體積，m3

tn------冬季供暖室內(nèi)計(jì)算溫度，℃

tw-----冬季平均室外溫度，℃

（2）值班采暖公共建筑理論能耗

《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“設(shè)置采暖的公共建筑和工業(yè)建筑，當(dāng)位于嚴(yán)寒地區(qū)或寒冷低區(qū)，且在非工作時(shí)間或中斷使用的時(shí)間內(nèi)，室內(nèi)溫度必須保持在0℃以上，而利用房間蓄熱量不能滿足要求時(shí)，應(yīng)按5℃設(shè)置值班采暖”?？紤]到公共建筑外圍結(jié)構(gòu)的蓄熱延遲性及公共建筑的使用時(shí)間等特征，公共建筑值班采暖溫度設(shè)定為+8℃為宜。

理論計(jì)算按照每天8小時(shí)工作時(shí)間，另加4小時(shí)的機(jī)動(dòng)升溫時(shí)間，合計(jì)12小時(shí)正常采暖，室溫需求為18℃，其他時(shí)間設(shè)置值班采暖，值班采暖溫度為8℃，另外40天節(jié)假日設(shè)值班采暖。通過計(jì)算可得，理論節(jié)能效率為43%。

由上述理論分析表明，公共建筑實(shí)行值班采暖調(diào)節(jié)后，節(jié)能效果顯著；對(duì)于學(xué)校而言，考慮寒假的話，節(jié)能效益更可觀。

六、實(shí)驗(yàn)分享

1、公建基本情況

2、設(shè)備介紹

經(jīng)暖通工作人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后選擇型號(hào)為SJZN-GJ-65-80的公建管控箱，該型號(hào)管控箱的設(shè)備安裝示意圖如下圖所示：混水泵安裝在供水管與回水管之間。電調(diào)閥安裝于回水管上，另在供水管混水前，混水后及回水管均安裝了溫度傳感器。在政府大樓內(nèi)不同的位置放置了8個(gè)室內(nèi)溫度傳感器，用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)效果。

3、實(shí)驗(yàn)步驟

選擇室外溫度大致相同的四天數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保在外部條件一致的情況下驗(yàn)證系統(tǒng)的功能。實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)步驟，逐步驗(yàn)證每個(gè)設(shè)備的功能作用，最后進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的功能驗(yàn)證。步驟如下：

步驟1、未安裝公建管控前原始數(shù)據(jù)收集；

步驟2、混水泵作用驗(yàn)證；

步驟3、電調(diào)閥作用驗(yàn)證；

步驟4、加入分時(shí)分溫控制思想自動(dòng)運(yùn)行。

對(duì)比四天的運(yùn)行數(shù)據(jù)均值：

通過對(duì)比以上數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

在室外均溫大致一樣的前提下（室外溫度均在2℃左右），通過以上4步實(shí)驗(yàn)步驟，逐步達(dá)到通過分時(shí)分溫控制實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度變化的目的。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

公建管控系統(tǒng)用分時(shí)分溫思想控制的理論是正確的，通過供回水平均溫度調(diào)整電調(diào)閥開度，可以達(dá)到不同時(shí)間段調(diào)整室內(nèi)溫度的目的；

混水泵可以確保末端流量，通過改變頻率可以控制升溫快慢；

由于室內(nèi)溫度降低，耗熱量明顯降低，因而節(jié)能效果顯著；

結(jié)合現(xiàn)有的控制技術(shù)，可以達(dá)到公建管控自動(dòng)控制的目的；

公建管控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。