刘杨
北京城建六建设集团有限公司 101500
摘要：
当下节能环保已成为时代发展主题，我国南北方环境气候差异巨大，北方地区环境温差明显，冬季寒冷、夏天炎热，在冬季我国北方城市住宅采用供暖的方式，满足北方大众的活动需要。采用集中供暖的方式与传统分散取暖存在较大差异，前者经济表现好，同时还能达到节能环保的效果，所以集中供暖已成为北方城市采暖工程的首选方法，也是国家低碳经济理念下大力提倡的供热方式。
我国北方冬季供暖是大众较为关注的热点话题，在经济节能时代下，考虑以往供暖方式存在污染城市环境、经济利用程度低、远离城市的城镇联产热源供应无法满足大众对热能需要等弊病。在当下需要针对北方供热存在的问题，构建分布式住宅小区集中供热系统，采用集中供热系统可以解决以往分散供热存在的种种弊端，为了深入分析集中供热系统应用方式，本文将以山西城镇住宅F小区的供热系统为例，分析集中供热系统，应用燃气锅炉使用一次网，对住宅小区进行热源供热。
关键词：住宅小区；集中供热；控制系统；研究
当下我国在集中供暖领域仍存在一些问题需要攻克，首先节约能源消耗还需要减少污染物排放，满足城市环保要求。其次，通过集中控制系统，提升供热质量，满足城市居民的需要，我国高层建筑越来越多，进行集中供热系统设计时，需要针对高层建筑特点，完善系统设计架构，并采用现代控制技术，实现集中供热，让用户可以拥有良好的供热体验感。
一、集中供热系统提出的背景与意义
（一）研究背景
在我国城市现代化发展背景下，城镇化发展进程逐渐加快在此背景下，城市发展必须要借助科技，在发展经济的同时引用技术，改善市民的生活质量，智慧城市建设已成为现代化建设的重点，应用科技参与城市构建。
我国南北地区气候差异明显，北方占据我国大面积土地，由于北方冬季寒冷，为保障居民正常进行各项活动，采用冬季供暖的方式，满足北方居民生活需求。北方在过往应用分散采暖的方式，但是这种方式对能源的利用率非常低，在供热的同时会造成极大的能源浪费。为此，本文提出采用集中供暖的方式，集中供暖与传统分散采暖相比，可以提升供暖的便捷性，并且具备良好经济表现，符合目前国家推出的节能环保要求。当下北方大部分城市城镇已经采用集中供暖，将其作为供暖的首选，使用集中供暖的方式，满足国家节能减排的环境保护要求，减少污染物在供暖过程中的排放量，降低供暖作业对环境造成的污染，还能进一步节约能源消耗率。通过控制系统的优化，在节约成本同时，提升能源利用率。除此之外，还可以大幅度提升供热质量，为城市居民带来良好的体验。
（二）研究意义
在国家大力提倡节能环保的背景下，进行集中供热可以通过集中供热系统，提升能源利用率，还可以在供热期间，降低供热作业对环境造成的污染。集中供热工程内容繁杂，属于大型工程。
供热工程中的集中供热系统，牵涉到热媒传输、热媒制备以及热媒利用三部分，需要根据实际要求，消除冷热不均失调的问题，还应该通过复合调配，进一步提升集中供热工程的供热质量，在当下采用多个锅炉热源进行供热作业，优化供热配置系统，让集中供热系统可以安全稳定的运行。
目前，我国科技高速发展，进行集中供热系统设计需要引入计算机网络技术、互联网技术、电子信息技术，改变传统常规仪表监控，通过计算机监控系统，提升集中控制能力，增大能源供给应用效率，使用计算机进行热源控制，具备智能程度高、阻态灵活的优势，借助计算机技术进行高质量供热工作，解放人力，在提升供热作业水平的同时，为用户提供优质的供热体验。
二、换热站系统结构与设备选型
（一）换热站系统流程
由多个热源或某个热源使用热力管网进行集中供热，向城市或城镇输送热能，以蒸汽作为热传递的媒介，集中供热期间主要由供热系统进行热源传递，热网、热源以及用户是供热系统的组成部分。其中，区域锅炉房、热电站均为热源的表现形式，以天然气作为热源燃料，通过地热、工业余热等多种形式进行供热作业，使用核能作为热源进行供热，具备成本小、节约矿物燃料的优势。
热力管网会根据介质的不同，又可以分为蒸汽管网以及热水管网，无论蒸汽管网还是热水管网均由配热干线、支线、输热干线构成，管线的分布需要根据城市热负荷而定，明确城市热负荷分布、发展规划、街区状况、地质环境，并以枝状的方式进行管线布置，将管线敷设于地下，应用管线完成民用建筑采暖，换热站系统加热、烘干、气锤、气泵均是依靠管网才能开展工作。
换热站是连接一次网二次网的中间场所，在热力源管线运行期间，燃气锅炉会因为供热作业产生大量热量，通过换热器传递热能，将热能由一次网传递到二次网，并在二次网进行回传，将热源传递回燃气锅炉进行再加热，此为换热站供热循环模式，图1为换热站系统结构图。
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（二）燃气锅炉工作原理
锅炉通过燃烧作业释放热能，并借助介质完成热能传递，在锅炉燃烧生成的热能以蒸汽或热水的形式被人们直接或直接的利用。燃气供热锅炉通过燃烧天然气、煤气等可燃气，体释放热能并通过装置完成能源转换，将热能作为供热的热源，与传统以油和煤作为燃料的锅炉相比，采用燃烧天然气等方式产生热能传递热能的方式更加环保，同时还能提升能源利用率，应用燃气锅炉在产能期间形成的烟尘排放物较少，在煤气与天然气两种可燃气体进行对比，发现天然气在燃烧期间不仅能够提供较多热源，同时采用燃气锅炉排放的气体，对大气有害的气体含量极少，所以天然气也常被叫做清洁燃料。
应用燃气锅炉并不需要燃料存储设备，所以其占据的面积较小，在节约土地利用的同时，还具备投资低廉、节能环保的特征，城镇应用燃气锅炉符合国家战略安排。燃气锅炉对于负荷的变化敏感度高，通过调节燃气锅炉内部配置，可实现自动控制，结合先进控制技术，进行智能化监管。
按照介质不同，燃气锅炉又可分为蒸汽锅炉以及热水锅炉，介质在锅炉内因热量而动，燃气锅炉燃烧由燃烧器、分流器以及调风器组成。调风器用于空气调配，调节空气流使空气与燃气可以达到燃烧的最佳配置；分流器在此过程中拥有分流的作用；燃烧器将空气与燃气按一定比例投入炉膛燃烧，燃气进入炉膛后，可以通过装置设置，自动点火产生热源。另外，点火器在装置中相当于小体量的气体燃烧器，经过电火花点燃或喷嘴形成火焰。
（三）变频调速
供热系统使用水循环的方式驱动，实现水泵定流量运行，但是二次网在水泵定流量期间，其流量难以调节。在变频调速期间，需要考虑室外因素对供热形成的影响，不同区段、室外环境等因素将会影响到供水温度，但是以我供热系统电机，因为二次往负荷过重，致使调速工作无法进行，只能通过供水温度调节转变温度。
在供热初期，会因为二次网水循环导致能量承受极大的浪费，随着我国科技的发展，在二次网负载方面也出现相应的技术，可以改变传统电机不可调速的弊端，变频调速技术应用于电机调速，可以通过电机调速调节供水温度，提升二次网水循环能源应用效率。电力拖动系统调速是当下改变电动机机械特性的有效手段，根据电动机固有机械，使用调节电器参数、构造的方式，完成电动机人为机械调整。除此之外，需要考虑到交流异步电动机械特性，在运行期间容易受到转子回路电阻、电源、频率、电子、电压等因素的影响，所以需要在电动机调速期间，依据下面的电机转速公式灵活进行参数配置。
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从电机转速公式中可以发现完成三相交流异步电机调速，可以通过改变转差率、变频调速、变级调速三种方式，改变电机速率调节供水温度，交流异步电机使用变频变压的方式，通过交直交电压的形式，通过调整脉冲电压改变调压。除此之外，借助逆变器进行脉冲宽度调制，在此过程中需要遵循变频器的工作原理，逼近正弦波的交流脉宽调制、脉冲幅值调制均可以改变脉冲频率，图2为变频器工作原理。
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（四）供暖系统总体结构
本文所举的住宅小区地处山区西部县城，F住宅小区共有12栋住宅楼，每栋住宅楼企业大约为18层到26层之间，总住宅面积约为11万平方米，需要供热面积为11万平方米，由于现场地理位置与城市相比相对偏僻，所以电热联产集中供热在输送过程中,难以将热能传递到本文所举的县城住宅楼,但是此处煤矿资源非常丰富，在此种情况下小区供暖采用燃气锅炉，采用热水供暖系统，进行热水供暖工作，满足国家提出的节能环保政策。
以热水作为供热热源传递介质，供热循环系统与系统循环动力有关，因为系统动力循环种类不同，所以将其分为及时循环系统以及自然循环系统，自然循环系统在设计期间，不需要在装置中设置循环水泵，通过温度差形成动力，完成供水、回水工作，供水回水的温度差引起也密度产生压力，可在二次网系统中实现循环作业。自然循环系统由加热锅炉、散热器、加热锅炉与散热器连接的供水管、回水管构成，考虑到水在不同温度下其体积会发生变化，所以需要在系统设计期间，安置膨胀水箱，从而让水在受热膨胀过程中，不会因为水体积变大，导致水管涨破。另外，在二次网进行系统循环作业期间，需要在系统中灌注冷水，并将装置放置于最高处，通过锅炉加热的方法，使锅炉可以在水体系改变的过程中，通过其温度差，形成往复作业。另一方面，水泵最好安置于锅炉进口处的回水钢管处，回水管温度相对较低，在此环境中便于集中管理。
该小区住宅均为高层，所以在供暖集中系统设计期间，必须考虑到系统底层，散热器承受巨大荷载，容易因垂直失调，使供热系统不会在最高点出现气化。高层采暖管网与底层散热器相连的方式，同时小区属于高层，所以采用分区式热水采暖系统设计，根据集中热网压力情况，对小区内部不同高度的楼房进行合理划分，使用热交换器完成外网与热水热量转换工作，在热转换器作为高压热源的前提下，在小区住宅楼增设膨胀水箱、循环泵等设备，形成独立的供水系统，从而使集中供热系统可以在冬季完成热能输送工作，并为住宅用户提供良好的供热服务。
（五）设备选型
本次进行供热系统设计考虑供热作业对象为高层住宅，所以在集中供热系统设计时，购置足量的膨胀水箱以及循环泵，并选择上海公司出售的hel-2.1mw供热机组，图3为供热机组配置参数。
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二次网水泵电机选型是生活小区集中供热系统设计的关键所在，需要为二次网提供循环泵，使供热工作在热源的价值上，可以为热源在小区内传输提供动力同时在电机拖动下，为小区购置水泵电机，根据不同楼高的住宅进行合理配置，为高层住宅配设三台水泵、三台电机，实现二次网补水，合理配设循环泵以及水泵，对F住宅下去进行集中供热设计，项目购买的电机均为三相交流异步电机，以下为一次网循环水泵电机参数（图4）以及二次网循环水泵电机参数（图5）。
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进行集中控制系统设计期间，需要了解控制系统现场总线网络设计，合理选择光纤传输与现场总线技术，加强锅炉控制系统与换热站的联系程度，实现控制站、上位机与现场设备的互联互通，通过组网通线，提升系统对设备的控制能力，并实现自动监管。
结语：
在节能环保为时代主题的今天，北方进行冬季供热作业时，已经意识到传统分散供热对环境的污染，进行供热作业期间，因为供热设备为普通燃煤炉，会排放大量烟尘，致使锅炉燃烧造成的污染，严重超过国家规定的范围、同时二次网供热能源利用率不高，能源浪费严重、换热站控制系统在供热以及管控等方面控制力度不足，由于以往供热弊大于利，所以北方已经逐渐使用集中供热的方式进行采暖工作，集中供热采用集中供热系统，优化系统相关设备参数，借助自然循环的方式，以及系统结构的优化，提升供热管控的力度，为住宅用户推送良好的供暖服务。
参考文献：
[1]段中兴,赵莎,马祥双.基于Q学习的供热末端自适应PID控制算法[J].计算机测量与控制,2020,28(06):80-85.
[2]曲贵.集中供热系统的热网电气自动化控制实现策略[J].电气技术与经济,2020(03):40-41+44.
[3]张永军,张大安,韩宜林,王北松,李连众.集中供热系统换热站精细化控制策略动态仿真研究[J].区域供热,2020(03):52-56.
[4]朱冬雪,鹿世化,张帆,过继伟,葛雪锋.BP算法预测控制在供热系统中的节能应用[J].建筑热能通风空调,2020,39(04):50-52+65.
[5]齐先博.一种基于智慧供热框架下的二次网智能控制调节阀[J].智能建筑与智慧城市,2020(02):64-66.
[6]时永豹.变频器在集中供热电气自动化控制中的应用分析[J].现代工业经济和信息化,2019,9(09):94-95+98.
[7]史建金.集中供热系统中热网电气自动化控制研究[J].河南科技,2019(25):124-126.
[8]孟显娇,魏伟.BFO算法在集中供热二次网温度控制系统中的应用[J].电子世界,2019(07):167-168.
[9]冉春雨,王杨洋.集中供热系统的环保节能控制与关键技术分析[J].节能与环保,2019(02):70-71.
[10]马坤茹,王星光,侯娜娜.集中供热项目中老旧小区供暖改造后问题分析及改造方案优化研究[J].供热制冷,2017(03):24-26.