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[摘 要]在供热系统中，自动化并不是锦上添花的装饰品，而是运行工况稳定性的需要，是各个环节协调匹配的需要，是变工况的需要；更是节能的需要，总之是安全经济管理所必须的组成部分。本文论述了在住宅的集中供热系统中，如何应用自动化远传控制系统，以达到节约能源、优化管理、提高收费率的目的。
[关键词]供热 自动化 控制 节能
中图分类号：TU833+.1文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）17-0305-01
一、城市集中供热系统的现状
（一）老式住宅能源浪费严重
在老式住宅大部分是单管垂直串联的供热管路，室内的温度用户自己无法调节，又由于集中供热系统采取24h连续供热，供热效果比间竭供热较好，当白天温度高时用户只能开窗等浪费能源的方式进行调节。虽然许多城市目前已经进行了大规模的管网分户改造，但只是将垂直串联系统改为水平串联系统，进户端加装锁闭阀只是起到提高收费率的作用。而由于住户单元系统缺少控温手段，这样的改造并没有达到建筑节能的目的。
（二）恒温调节阀没有起到预想作用
虽然新建住宅的供热系统是分户控制的双管并联方式，每户加装锁闭阀，每组散热器上有温度控制阀，但是由于并没有实行热计量收费，加上恒温控制阀需要人工调节比较烦琐，所以用户一般都把温控阀开到最热限度，就不再调节。导致以节能为目的的温控阀形同虚设，没有起到调节温度，节约能源的作用。
（三）管网调节不及时，能耗增大
室内采取温空阀调节温度是一种变流量的调节方式，对于一个户内控制设备完善的系统（加装了温控阀与热量表的双管并联系统），就必须有外网的相应控制措施与之相配合，否则，会引起水力失调，使整个系统的热耗增大。可是由于用户在温控阀的使用上缺乏经验，存在很大的盲目性和随机性，导致热网的流量失调。当供热系统的实际循环量超过设计循环流量时，其系统的供回水温差必然减小。也就是说，进水温度不变，回水温度升高，管网的能耗迅速增大，陷入一种大流量小温差的落后运行方式。
二、完善中心及各分站的变频控制
（一）采用变频控制节能分析
风机，是传送气体装置。水泵，是传送水或其它液体的装置。就结构和工作原理而言，两者基本相同。现先以风机为例加以说明。
1、对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由下图1可以说明其节电原理：图中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q-H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率ΔN=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机水泵的机械中，采用转速控制方式来调节风量或流量，在节能上是个有效的方法。
2、水泵的节能原理，许多补水泵都维持恒压的情况下改变给水量（流量Q）从图2可知：当流量Q1降至Q2若不改变水泵转速，扬程将升至B工作点，其功率可用H2*Q2来计算，对应面积BH20Q2。原A工作点功率Q1*HT图上面积AHTOQ1，两者所耗功率变化不大，如果我们降低转速至（2）即可节能Q2*H2-Q2*HT=Q2（H2-HT），图DBH2HT的面积即是节能值。再如流量变至Q3若仍以额定转速运行，所需功率Q3*H1，浪费能量为FCH1HT。与风机节能原理相同水泵电机输出功率正比于转速三次方关系，用变频器进行调速，流量下降，可保持恒压HT。若转速下降至额定转速的80%，轴功率下降至额定功率的51.2%，流量下降至Q3，若使扬程恒定，可使转速下降到额定转速的70%，此时，轴功率是额定值的34.3%，节能达65.7%，经济效益十分明显（如图1，2）。
三、NDS系统在供热系统中的优点分析
（一）补充完善分户计量方案。如前所述，温控阀由于操纵繁琐，加上用户缺乏使用经验和自主性不高等因素，使得温控阀没有发挥应有的作用，给整个分户控制计量方案带来缺憾。NDS一1系统把恒温控制部分改有热量表控制，室内的用热状况有用户（或管理部门）设定后，比如在不同的时间设定不同的供热条件要求，即可自动调节回水温度，进而达到恒定室温、节约能源的目的。
（二）对室外的气候变化自动补偿提高生活质量。在采暖季里，室外的气候也时常变化。室内用户一方面由于工作在外等原因，另一方面也缺少相应的专业知识，所以很难做到正确地根据室外气候变化，科学地调节温控阀。而NDSP系统可以根据物业中心输入的室外气候参数，按照事先确定的专家算法及时调整第3级网络中的每～个自动/温控锁闭阀，以适应室外温度变化，提高生活舒适度。
（三）平衡热力系统做到完美无缺。有数据表明，如果整个热力系统的运行能处在一个动态的平衡状态，那么系統的能耗将大大降低。在采取室内温控阀的情况下，管网末端的压力与流量变化幅度大，而且不可预测，在管网上端不论采取什么措施都改变不了被动适应的局面。NDS系统由于在系统的末端有热量表和有自动温控阀的共同作用，使得所有末端用户的状态改变可在发生前就自主地反馈回来，这样热源一端就可以根据末端的水流及温度变化迅速计算出现后的方案，通过控制变频泵、自动阀等手段来平衡水流。
（四）提高热费收缴率。DNS系统的收据服务器可以控制任何一个温控锁闭阀的开启和关闭，只要将用户的交费记录输入到数据服务器，只有交了钱的用户才能实现供热。如果你的收据服务器跟INTERNET网络连接力赛，只要你拥有适当的权限，那么在世界角落的任何一台能上网的电脑前，都可以通过此系统的管理界面向管理的任何一台设备（恒温锁闭阀、压力调节器等等）下达关闭或开启的指令。也就是说，每年热力公司的收费人员只要提着一台笔记本电脑来到各个小区，把交热费的用户输入电脑，那么远端的锁闭阀就自动开启了。
供暖系统自动化程度的完善就等同于生产力的提高。从长远来看，虽然前期建设会增大投资费用，但是在长期运行的过程中具有了节水、节电、节能的显著特点，值得推广。
参考文献
[1] 梁山伟.供热系统的高能耗分析与节能管理[J]-应用能源技术2010
[关键词]供热 自动化 控制 节能
中图分类号：TU833+.1文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）17-0305-01
一、城市集中供热系统的现状
（一）老式住宅能源浪费严重
在老式住宅大部分是单管垂直串联的供热管路，室内的温度用户自己无法调节，又由于集中供热系统采取24h连续供热，供热效果比间竭供热较好，当白天温度高时用户只能开窗等浪费能源的方式进行调节。虽然许多城市目前已经进行了大规模的管网分户改造，但只是将垂直串联系统改为水平串联系统，进户端加装锁闭阀只是起到提高收费率的作用。而由于住户单元系统缺少控温手段，这样的改造并没有达到建筑节能的目的。
（二）恒温调节阀没有起到预想作用
虽然新建住宅的供热系统是分户控制的双管并联方式，每户加装锁闭阀，每组散热器上有温度控制阀，但是由于并没有实行热计量收费，加上恒温控制阀需要人工调节比较烦琐，所以用户一般都把温控阀开到最热限度，就不再调节。导致以节能为目的的温控阀形同虚设，没有起到调节温度，节约能源的作用。
（三）管网调节不及时，能耗增大
室内采取温空阀调节温度是一种变流量的调节方式，对于一个户内控制设备完善的系统（加装了温控阀与热量表的双管并联系统），就必须有外网的相应控制措施与之相配合，否则，会引起水力失调，使整个系统的热耗增大。可是由于用户在温控阀的使用上缺乏经验，存在很大的盲目性和随机性，导致热网的流量失调。当供热系统的实际循环量超过设计循环流量时，其系统的供回水温差必然减小。也就是说，进水温度不变，回水温度升高，管网的能耗迅速增大，陷入一种大流量小温差的落后运行方式。
二、完善中心及各分站的变频控制
（一）采用变频控制节能分析
风机，是传送气体装置。水泵，是传送水或其它液体的装置。就结构和工作原理而言，两者基本相同。现先以风机为例加以说明。
1、对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。由下图1可以说明其节电原理：图中，曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q-H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率ΔN=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此在装有风机水泵的机械中，采用转速控制方式来调节风量或流量，在节能上是个有效的方法。
2、水泵的节能原理，许多补水泵都维持恒压的情况下改变给水量（流量Q）从图2可知：当流量Q1降至Q2若不改变水泵转速，扬程将升至B工作点，其功率可用H2*Q2来计算，对应面积BH20Q2。原A工作点功率Q1*HT图上面积AHTOQ1，两者所耗功率变化不大，如果我们降低转速至（2）即可节能Q2*H2-Q2*HT=Q2（H2-HT），图DBH2HT的面积即是节能值。再如流量变至Q3若仍以额定转速运行，所需功率Q3*H1，浪费能量为FCH1HT。与风机节能原理相同水泵电机输出功率正比于转速三次方关系，用变频器进行调速，流量下降，可保持恒压HT。若转速下降至额定转速的80%，轴功率下降至额定功率的51.2%，流量下降至Q3，若使扬程恒定，可使转速下降到额定转速的70%，此时，轴功率是额定值的34.3%，节能达65.7%，经济效益十分明显（如图1，2）。
三、NDS系统在供热系统中的优点分析
（一）补充完善分户计量方案。如前所述，温控阀由于操纵繁琐，加上用户缺乏使用经验和自主性不高等因素，使得温控阀没有发挥应有的作用，给整个分户控制计量方案带来缺憾。NDS一1系统把恒温控制部分改有热量表控制，室内的用热状况有用户（或管理部门）设定后，比如在不同的时间设定不同的供热条件要求，即可自动调节回水温度，进而达到恒定室温、节约能源的目的。
（二）对室外的气候变化自动补偿提高生活质量。在采暖季里，室外的气候也时常变化。室内用户一方面由于工作在外等原因，另一方面也缺少相应的专业知识，所以很难做到正确地根据室外气候变化，科学地调节温控阀。而NDSP系统可以根据物业中心输入的室外气候参数，按照事先确定的专家算法及时调整第3级网络中的每～个自动/温控锁闭阀，以适应室外温度变化，提高生活舒适度。
（三）平衡热力系统做到完美无缺。有数据表明，如果整个热力系统的运行能处在一个动态的平衡状态，那么系統的能耗将大大降低。在采取室内温控阀的情况下，管网末端的压力与流量变化幅度大，而且不可预测，在管网上端不论采取什么措施都改变不了被动适应的局面。NDS系统由于在系统的末端有热量表和有自动温控阀的共同作用，使得所有末端用户的状态改变可在发生前就自主地反馈回来，这样热源一端就可以根据末端的水流及温度变化迅速计算出现后的方案，通过控制变频泵、自动阀等手段来平衡水流。
（四）提高热费收缴率。DNS系统的收据服务器可以控制任何一个温控锁闭阀的开启和关闭，只要将用户的交费记录输入到数据服务器，只有交了钱的用户才能实现供热。如果你的收据服务器跟INTERNET网络连接力赛，只要你拥有适当的权限，那么在世界角落的任何一台能上网的电脑前，都可以通过此系统的管理界面向管理的任何一台设备（恒温锁闭阀、压力调节器等等）下达关闭或开启的指令。也就是说，每年热力公司的收费人员只要提着一台笔记本电脑来到各个小区，把交热费的用户输入电脑，那么远端的锁闭阀就自动开启了。
供暖系统自动化程度的完善就等同于生产力的提高。从长远来看，虽然前期建设会增大投资费用，但是在长期运行的过程中具有了节水、节电、节能的显著特点，值得推广。
参考文献
[1] 梁山伟.供热系统的高能耗分析与节能管理[J]-应用能源技术2010