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集中供暖二级网水力平衡控制方案
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1、引言
随着中国经济的发展以及城市化建设进程，我国北方城市集中供暖覆盖面积也越来越大，人民对供暖质量的要求越来越高。为了处理好用户的舒适度和节约能源之间的关系，按需供热是处理这个矛盾的最好方案。当大规模热用户的热负荷发生变化时，就需要我们对供热系统的流量、供水温度等进行调节。充分了解二次管网的水力平衡，有利于运行调度管理调节操作的协调性、有利于热网运行的稳定性、有利于避免资源浪费和用户温度不达标等问题。
2、目的和意义
在目前的供暖设计中，二级网供水温度设计一般是60-65℃，回水温度设计一般是45-50℃，温差15℃-20℃。由于各热用户距离换热站的位置有远有近，供水压力沿着管道逐渐衰减降低，所以热水流到每个用户的时候供回水压力偏差很大。距离换热站越偏远的用户，供水压力低，供水量偏小，供不热的现象就出现了；距离换热站近的用户则供水量偏大，浪费水量，浪费能耗。
为了增加偏远用户的热水供应量，需要进一步增大换热站循环泵的频率，提高供水压力和水量，造成水泵的电耗增加。而距离换热站近的用户，供水压力偏高，供水量偏大，导致室内温度偏高，引起室内干燥，部分老百姓打开窗户通风，导致大量能源浪费，大大增加了供热企业的能源成本，降低供热企业利润。
综上所述，由于二级热网的供回水压力不平衡导致热水供量失衡，该热的用户不热，而有的用户室温偏热却浪费了能源，这种现象就是二级热网区块内水力失衡。每个二级热网区块（例如，生活小区、学校、医院等）是相互独立互不影响的，是一个封闭的区块体系。新华公司针对独立的二级供热管网，采用自主研发的室内温度监测和流量控制相结合的产品，依托多年的热网自控经验，采用多年积累的DCS技术和基于云平台的大型SCADA平台，开发出了二级网水力平衡控制系统；消除二级网区块内的水力失衡，可以实现均匀平衡的合理供热，取消了二级网区块的热水量浪费导致的能源浪费和水耗、电耗浪费，改善用户的供暖体验，节约供暖公司的运营成本，提高供热公司的盈利能力。
图1水力失调引起的恶性循环
3、需求和设计方案
3.1二次网平衡调节方法
二次网的水力平衡一般有以下四种方法：
比例调节法
补偿调节法
温度调节法
模拟分析法
此次控制方案是基于温度调节法进行设计的，本文着重介绍一下温度调节法。
回水温度调节法原理：
当二次网实际流量大于设计流量时，供回水温差减小，回水温度高于规定值；当二次网实际流量小于设计流量时，供回水温差增大，回水温度低于规定值。
基于以上原理，只要把各用户（本次主要是调节各单元）的回水温度调节到相当（由于管道保温、建筑保温等因素各不相同，温度略有差异），就可以使大部分热用户得到和热负荷相适应的供热量，达到均衡控制调节的效果。
3.2控制系统硬件设计选型
为了达到以上所述效果，需在每个热用户单元楼加装一套单元控制阀和热量表，选部分典型用户加装无线室温采集器、用户控制阀、热量表。以一栋6层的一楼两户的居民住宅楼为例，所需的硬件配置如下表：
名称
规格型号
单位
数量
品牌
备注
单元控制阀
DN50
只
1
上海新华
单元热力表
DN50
只
1
上海新华
室温采集器
NB-Iot，电池供电
只
12
上海新华
户控阀
DN15
只
12
上海新华
户用热力表
DN15
只
12
上海新华
中心数据采集器
含数据采集、发送、汇集箱等
只
1
上海新华
图2室温采集安装示意图
其中，室内温度采集直接通过NB-iot无线传输的方式进入的数据采集平台；户控阀、用户热力表、单元控制阀和单元热力表的数据采集和控制先通过有线的方式汇入数据集中器（数据采集箱），再通过无线方式（4G、GPRS、NB-Iot等）进入数据采集平台；大大节省了网络建设成本，方便后期设备维护。
3.2.1室内温度采集器
新华N1型无线温湿度采集器具有温湿度采集及数据上传功能，通过移动数据网络可将数据上报到服务器和管理平台软件，N1型无线温湿度采集器拥有温湿度超限报警，具有短信、声光等提醒功能。可分别设置数据采集周期和上报周期，从而达到采集频率高，电池消耗低的目的。
主要技术参数：
外形尺寸：124*124*26mm；
屏幕类型：VA屏；
温度测量范围：-20℃~+80℃；测量精度：±0.3℃；显示分辨率0.1℃；
湿度测量范围：0~100%RH，测量精度：±3%RH；
显示分辨率：0.1%RH；
数据类型：支持设备信息，温度，湿度，电池电量，信号值，设备编号等数据上传；
短信：温湿度超限报警；
USB-TTL232：参数设置及本地存储数据读取；
通讯协议：MODBUS-TCP；
采集周期：1秒~30天可设置；
上传周期：1分钟~30天可设置；
存
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