供热二次系统末端供需平衡调节的研究.pdf
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1、供热二次系统末端供需平衡调节的研究陈辉,刘国兴,吴保丰,赵晓盼,刘婷婷,郭力争(汇中仪表股份有限公司 河北省超声测试计量仪器技术创新中心,河北 唐山 063009)摘要:为了解决供热系统不平衡、存在过冷过热用户的问题,选取试点小区,收集样本数据,构建平衡模型,进行平衡调节,对比调节前后供暖季的运行数据,供暖用户室温范围由 18.127.6调整为 19.925.3,单户平均日耗热量可节约 7.17kWh,同比降低了 10.83%,在保证供暖质量的前提下,降低了能耗。为了进一步减少热力公司的投入,建立了流量测算模型,测算出的流量误差能够满足平衡调节的需要,并且可以指导平衡调节及平衡调节效果评估,以
2、构建绿色节能的智慧供热生态。关键词:供热强度;平衡调节;智慧供热;孤立森林;聚类;最小二乘拟合DOI 编码:10.16641/11-3241/tk.2023.04.014R e s e a r c h o n b a l a n c e a d j u s t m e n t o f s u p p l y a n d d e m a n d a t t h e e n d o f h e a t i n g s e c o n d a r y s y s t e mCHEN Hui,LIU Guoxing,WU Baofeng,ZHAO Xiaopan,LIU Tingting,GUO Li
3、zheng(Huizhong Instrumentation Co.Ltd.,Hebei Provincial Technical Innovation Center for Ultrasonic Testing and Measuring Instruments,Tangshan 063009,China)A b s t r a c t:In order to solve the unbalanced heating system and the problem of supercooled and overheated users,pilot districts are selected,
4、sample data are collected,equilibrium model is built,and balance adjustment is carried out.Compared with the heating seasons before and after adjustment,the room temperature range of heating users is adjusted from 18.127.6 to 19.925.3 .The average daily heat consumption of a single household can sav
5、e 7.17 kWh,10.83%lower than the same period last year.On the premise of ensuring heating quality,energy consumption is reduced.In order to further reduce the input of the thermal company,the flow calculation model is established.The calculated flow error can meet the needs of balance regulation,and
6、guide the balance regulation and balance regulation effect evaluation,so as to build a green and energy-saving intelligent heating ecology.K e y w o r d s:heat supply strength;terminal balance regulation;intelligent heating;isolated forest;clustering;least square fitting1 引言现阶段,供热二次系统水力平衡失调、末端不同用户冷热
7、不均的现象普遍存在,不仅致使能耗过高,也易引起热用户的投诉。因89区域供热 2023.4 期此,供热企业积极地响应国家号召,节能减排,投入巨大成本,入户安装热量表,按计量数据收费。但是单靠居民用户的行为节能,成效不够理想。如何解决二次系统水力平衡失调问题,在供热节能减排领域意义重大。对此,许多学者做出了突出研究,张继谊提出了一套动力分布式供热系统的模型预测智能调节方法,该方法将所有水泵统一调节,解决了供热管网中常见的支路耦合问题,同时利用大数据监测,建立了建筑室温预测模型,提出了建筑热力入口智能调节方法,为智慧供热提供了新的解决方案 1。陈爽介绍了智慧供热运行系统,通过实际应用案例说明其能源利
8、用高效、低碳清洁经济的显著优势 2。于悦在典型用户内增加室温采集器,搭建智能化管理平台,实时掌握相关数据,根据气象预报和室内温度等参数,实现需求侧和供给侧的智慧联动,最终实现精准供热 3。为了研究二次系统平衡调节的方法,本文通过建模的方式,首先计算末端用户的供需系数-供热强度系数,该系数是综合考量用户的回水温度、流量、室温、耗热量、房屋位置等得出的衡量指标,用来判定用户的供需量是否平衡。其次计算满足需求的供热流量,来指导阀门调节,达到二次系统平衡的效果。2 智慧供热模型2.1 选取试点积累数据选择了北方某城市集中供热的小区作为试点,该小区内的 A、B 楼分别为具有代表性的板楼(17 层高)及塔
9、楼(24 层高),取暖方式为地暖。收集这两栋楼的取暖数据,主要包括供回水温度、流量、耗热量、室温等,同时还获取了房屋位置信息和供暖散热情况,如是否为边角户、周围用户是否供暖等。2.2 二次系统平衡调节模型根据采集到的试点小区 A 楼栋的供暖数据,实时仿真现场供暖情况,构建二次系统平衡调节模型,计算供热强度系数以判断用户的供需量是否平衡,对于供需不平衡的用户,计算目标流量,以调节阀门,控制户端的流量。同时,还可以根据现场情况对模型进行系列调参,形成一个具有普遍适应能力的平衡调节模型。平衡调节的具体步骤如下:(1)供热强度系数计算取暖用户的供热强度系数主要参考耗热量、回温、室温、房屋位置等信息计算
10、,用来衡量取暖用户当前的供热量与需求量是否平衡,并判断阀门的调节方向。其计算流程如图 1 所示,先获取所有取暖用户近 3 天的供暖数据,包括供回水温度、室温、流量、位置系数、单位面积升温 1 的耗热量等。其中,位置系数根据房屋周围供暖情况对房间保暖效果的影响来设定,在本次案例中参考表 1,单位面积升温 1 的耗热量计算见式(1)。在得到供暖数据后,需要对其进行标准化处理以消除变量间的量纲关系,标准化公式参考式(2)4。标准化完成后,依据各指标对供热强度系数的影响程度,确定其权重,权重值可根据不同楼栋特性设定,本次案例中设置如表 2 所示。最后,根据式(3)对标准化后的数据加权求和得到供热强度系
11、数,本次案例中典型用户供热强度系数的计算结果见表 3,供热强度系数越大,代表所供热量较其需求量越大。QS=(qS)(Ka-Kb)(1)式中:QS单 位 面 积 升 温 1 的 耗 热量,kWh;q平均日热耗量,kWh;S用户居住面积,m2;Ka日平均室温,;Kb日平均外温,。Zs c o r e=Z-Za l lF(2)式中:Zscore标准化后的值;Z实际测量值;Zall数据平均值;F数据标准差。99区域供热 2023.4 期图1 供热强度系数计算架构图H=0.26Zbt+0.22Zflow+0.32ZKa+0.2ZsKl(3)式中:H供热强度系数;Zbt标准化回温,;Zflow标准化瞬时流
12、量,m3/h;ZKa标准化室温,;Zs标准化单位面积升温 1 的耗热量,kWh;Kl位置系数。表1 案例计算的相关房屋供暖情况位置系数房屋供暖情况位置系数初始值0.5楼上供暖+0.2楼左供暖+0.1楼右供暖+0.1表2 案例计算的相关供热强度系数权重参数权重回温0.26瞬时流量0.22室温0.32单位面积升温 1 耗热量0.2表3 案例计算的相关供热强度系数门牌号平均室温/平均流量/m3h-1供热强度系数10126.661.0621.919 281030.284-0.207 420118.280.207-0.518 1920219.70.536-0.327 192030.28-0.083 72
13、160324.890.109-0.058 92170125.30.910.956 27170229.080.8412.018 81001区域供热 2023.4 期续表门牌号平均室温/平均流量/m3h-1供热强度系数17030.108-0.500 6217041.0181.026 75 (2)计算目标流量系数供热强度阈值是用来界定供需是否平衡的指标,在本次案例中,选取供热强度阈值为0.2,当供热强度系数 H 大于该阈值时,认为供大于需,向下调节流量,反之向上调节流量。根据供热强度系数 H 的大小以及是否采集到当前室温来计算目标流量系数 c,目标流量系数 c 用来决定流量的调节幅度大小,当采集到用
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