石兆玉,计算机在供热系统优化节能控制中的应用特点

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1、计算机在供热系统优化节能控制中的应用特点石兆玉杨德敏杨同球清华大学四川绵阳海源科技西南自动化研究所摘要:国家十一五规划中明确指出：五年内节能20%。根据供热系统耗能比重和现状，集中供热的节能潜力非常大。安装优化节能集中供热控制系统，并依此提高运行管理水平，可取得事半功倍的节能效果。基于多年持久的调查、研究、试验、产品开发和实际应用，我们体会到：只有从集中供热的特点出发，才能使集中供热控制系统既可靠又简单、价低，达到既确保人体舒适又真正节能的目标！本文将对优化节能集中供热控制系统的热力学模型、计算机控制方案、节能效果、可靠性和软硬件选择原则等进行介绍。关键词：供热系统节能优化控制计算机控制单

2、片机控制智能控制一、集中供热控制系统的特点和目标概述据统计［1］：我国建筑能耗约占总能耗的1/3,供热空调能耗约占建筑能耗的l/3o而我国目前的供热系统能效只有30%,若供热系统的理想能效为70%（其中热源效率80%,热网热损失8%,基本消除冷热不均），尚有40%的节能空间，潜力是很大的。但节能的前提，必须满足居民的舒适性要求。供暖室温过低，违背“以人为本”的基本原则；室温过高，不符合节约型社会的建设。为此，国务院今年《关于加强节能工作的决定》（国发［2006］28号）对公共建筑的室温给于明确规定：冬天不高于20°C；夏天不低于26°C。供热系统设计、运行的最终目标，应该是在满足人们舒适性

3、要求的同吋最大限度地节能。多年来，我们将供热、自动控制、计算机（软硬件）等多专业结合在一起，根据上述目标，对国内集中供热的现状、集中供热控制的热力学模型、优化节能控制方案、节能效果、控制系统的软件和硬件进行了持久的调查研究，并通过产品开发、试验和实际应用，我们逐渐认识到，只有深入了解集中供热系统的特点,才能开发出适用、可靠、简单、价廉的供热监控系统。首先，必须根据集中供热系统的多变量、大迟后、非线性的系统特性，研制开发多输入、多输出的多环随动计算机监控系统。因为对于具有上述特性的供热系统，既要保证人体的舒适性又要达到节能目标，单靠采用多个常规控制器的组合，是很难实现的。由于多输入、多输出的

4、多环随动计算机监控系统，具有：及时检测参数，了解系统工况；均匀调节流量，消除冷热不均；合理匹配工况，保证按需供热；及时诊断故障，确保安全运行；健全运行档案，实现量化管理的功能，它可以使各种先进的技术措施得以落实。从某种意义上说，供热系统只有达到了这种高水平的运行，它的供热效果、节能目的才能最终实现。其次，要根据供热系统参数的渐变性和允许室温有一定的波动性的特点，计算机监控系统的设计不必像电厂等工业生产过程那样，要求快速、高精度的检测、控制。供热绝大多数为居民服务，室内温度只要达标，上下波动l°c左右，反而对健康有利。基于这些特点，供热监控系统，可以在较低的速度下检测，在较低的精度下控制，本

5、着“直接、简单、低速”的原则，进行软硬件设计，尽量减少中间环节，追求的质量标准是可靠、便于操作和“物美价廉”[2]。二、供热控制的热力学模型特点和节能效果分析根据热平衡方程：围护结构的传热量二散热器的散热量二系统热水的放热量,可以求得供热系统静态热力学基本模型，在参考文献[3]中以(3.42)式表示：Q/Qs二fq(tn,tsn,L,Ls,tw,tsw,tg,tsg,th,tsh,Sys)(1)式中：仇为供热系统热力学基本函数，表示相对热量Q/Qs与tn,tsn,L,Ls,tw,tsw,tg,tsg,th,tsh,Sys等参数之间的关系。Q,Qs—系统供热量，设计供热量；L,Ls—供水流量

6、，设计供水流量；tn,tsn一室内温度，设计室内温度；tw,tsw--室外温度，设计室外温度;tg,tsg—供水温度，设计供水温度；th,tsh—冋水温度，设计冋水温度；Sys—系统分类，主要与散热器种类有关：0—热风供暖，1—钢串片供暖,2—铸铁散热器供暖，3—地板辐射供暖。从(1)式可知，供热系统基本热力学模型属于多参数、非线性的犬滞后系统，采用属于并行算法的遗传算法可以求得优化数值解[4],从而可以制定供热系统的优化运行方案。在工程实践中，为了简化模型的求解，常常固定某些约束条件，得岀一些简单实用的调节方式。1.根据供热量调节供水流量一通常称为量调节。该调节方法,I!==!是把恒定供

7、水温度作为约束条件，此吋(1)式变为参数相关性函数(2)式:L/Ls=ft(tn,tsn,tw,tsw,tg,tsg,th,tsh,Sys)(2)式中：仇一量调节函数。表示相对流量L/Ls与tn,tsn,tw,tsw,tg,tsg,th,tsh,Sys等参数有关。具体函数见[3](3.57)式)。由于水泵的理论功率N和流量的三次方成正比，因此，量调节的水泵节电效果非常显著。但是：采用纯量调的方法，在外温等于5°C吋，系统