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换热站利用通断时间控制原理实现节电方法 

对换热站节能运行另辟新径，利用通断时间控制原理提出了一个新的节能措施，在实际运行中，既能保证供热质量，又达到节电的效果，可以作为供热行业又一个良好的节能手段，适合于广泛推广。

一、前 言

随着我国经济的快速发展，严酷的市场经济环境使我们供热企业面临着巨大的挑战。为提高企业生存能力，必须加强企业管理，采用新技术、新产品达到节能降耗、降低供热成本、增加企业效益的目的。我们知道，供热采暖系统消耗的主要是燃料、水和电，是我们节能减排控制的主要内容，主要对应设备是锅炉、管网系统和水泵。本文主要针对热网中换热站改变常规运行方式实现节约电能的效果进行分析，利用通断时间控制原理提出了一个新的节能措施，在实际运行中，既能保证供热质量，又能达到节电效果，可以作为供热行业又一个良好的节能手段，适合于广泛推广应用。

二、现状及提出想法

目前供热企业的换热站在设备选型和系统流程方面有一定的差异，但主要设备仍是水泵、换热器和辅助设施，条件好的企业装备了变频器和热网监控装置。在实际供热运行中，换热站对二次网基本是采用定流量运行，在初寒期和末寒期一般每天分两个或三个供热时段，周期平均为8~12小时；寒冷期多为连续供热运行。在换热站的运行操作中，主要的节能手段是降低循环水泵电耗，一般可以采用安装高效节能水泵、变频器、现场或远程自控、选择合理的水泵匹配形式和加强二次网运行调节等办法，还可以根据室外气温的变化进行间断供热运行。这些方法已经在各个供热企业广泛使用，尽管由于设备选型、人员素质和管理经验存在一定的差异，使得节能效果各有不同，但总体来说还是取得了显著的经济效益。经过一系列的技术更新改造，如果换热站实现了前面提到的设备和技术手段，那么其换热站已经基本具备了目前供热行业的先进水平，而在现有的条件下进一步节能挖潜是我们接下来要研究的课题。

在2008年笔者有幸参加了一次项目审查会，会议内容是对清华大学在长春的热计量项目进行评审，项目题目为《基于分栋热计量的末端通断调节与热分摊技术的研究与示范》，也就是我们现在实行的“通断时间面积法”的初始形态，这种方法的基本思路就是利用通断时间的变化来适应供热负荷的需求，通过统计热用户通断供热的时间比来进行热计量分摊。在了解了其工作原理后，我觉得可以把通断时间控制的理念运用到换热站的实际运行操作中，在保证供热质量的前提下，进一步实现节能降耗。

三、换热站通断时间控制基本思路

通断时间面积法的核心是通过对进入热用户采暖系统的循环水进行通断控制来实现该户的室温控制，保持供用热量平衡。对于换热站的循环水泵来说，常规的调控方式为连续运行和分时段的间歇运行，而连续运行耗电高，分时段间歇运行室温变化大、供热效果较差，那么我们就按照通断时间控制的基本思路来调整换热站的运行方式。其操作控制原则可以这样理解：在连续运行的基础上，设定适宜的换热站循环水泵通断运行周期，利用循环水的蓄热能力和建筑物的热惰性，实现换热站的节能运行。具体来说这种方法是应用于换热站的实际运行时段，在此期间根据现场实际条件确定循环水泵运行的通断时间和周期，如连续运行45分钟、停15分钟；连续运行60分钟、停10分钟等，其运行周期分别是60分钟和70分钟。若是按照前一种运行周期与全天连续运行比较，每天可以累计减少运行时间360分钟，相当于全天四分之一时间停止循环水泵运行，减少了用电消耗。而这种“化整为零”的运行方式对于热用户来说几乎没有感觉，避免了用户室温变化大反响强烈的问题。我们知道当循环水泵停止运行时，用户室内采暖系统中储存的热水仍在继续对外放热，并且房屋的热惰性影响同样可以在停止供热之后一定时间内维持室温缓慢下降，特别是目前普遍应用的地板辐射采暖方式室温下降更加缓慢。这样一来换热站通断时间控制方法既可以实现换热站节能运行，又不会引起热用户的反感。

四、现场应用

2008年3月下旬，我们在两个换热站进行了10天的通断时间控制运行尝试。当时是在换热站内实行人工控制，运行一小时然后分别停止10~30分钟，将其运行效果、供热参数和实际用电量进行详细记录。经过前后运行结果对比，在运行工况和供热效果基本不变的条件下，平均节电率达到10%以上，取得了令人满意的效果。在接下来的采暖期中我们扩大了实施通断时间控制方法的换热站数量，要求下属的各个供热分公司推广应用。而在实际应用中又发现了新的问题，如果在换热站内通断时间控制运行是实行人工控制，操作人员工作量增加，不易实现准确定时控制。对于无人值守换热站操作就更加困难，巡检人员按照巡检顺序，在每个换热站停留10~20分钟，手动操作系统启停，造成了运行人员操作强度较大，而且往往由于巡检路线较长，换热站数量较多，使操作的可行性受到很大的制约。在运行了一段时间后，广大职工发挥聪明才智，经过多次尝试，创造出利用电子定时器与变频器相结合，来实现通断时间控制调节的方式。

我们选用的电子定时器是一个以微电脑处理器为核心，配合电子电路等组成的电源开关控制装置。该装置可以最多设定每天20组、每周140组开与关，最小时间间隔为1分钟，可按照设定的开启时间长度和关闭时长来循环工作。下图是现场应用的电子定时器实物图。

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下图为电子定时器控制原理图：

该装置利用电子定时器、中间继电器KA3以及转换开关ZK配合完成对变频器的控制。在选定的工作时段内控制点为常闭点，变频器运行；在非选定时段内控制点为常开点，变频器停车。通过转换开关的切换，可实现变频器的手动运行、自动运行及运行停止。为了防止强电串入变频器增设中间继电器KA3，以保证进入变频器的线路为无源信号。

具体接线图如下：

虚线框部分为增加的电子定时器装置线路。其它为原有电气线路，改造所需材料：一台电子定时器，一个三相转换开关，一台中间继电器，5米左右的控制线。全套改造需要投入资金150~200元左右。改造设备安装、接线简单，两名普通电工配合半小时内就可以基本完成。

五、实施效果

目前长热集团已经有187座换热站实行通断时间控制，这些换热站都安装了变频器和电子定时器，由各生产单位根据具体情况进行运行操作。

1、用户室温变化情况

在冬季供热期间选取23-2换热站4号楼211室和6-7换热站（独立楼栋）1004室作为用户室温检测对象，这两个用户都连接了远程室温监测系统。为了验证效果，将室外温度、通断时间、和室温情况绘制在了一个图表上。

图一曲线运行周期为通90分钟、断30分钟，对应非节能建筑；图二曲线运行周期是通40分钟、断20分钟，并且在早晚两个期间有几个小时的连续运行，对应节能建筑。通过室温检测情况看出，用户室温仅在一、两度之间变化。从两个用户室温对比上看，节能墙体的用户较非节能墙体用户，室温降低较缓慢，蓄热时间长。另外通断运行周期对室温的影响不大，室外气温变化对室温影响较小蒸汽流量计，蒸汽流量表，蒸汽计量表，蒸汽表，涡街流量计。

2、换热站运行方式对比

图三是两个换热站同一天分别实行通断运行和连续运行的实际参数对比曲线，其中4-3站在24小时内共停运7次，累计停运时间3.5小时，运行曲线呈波浪形；8-6站是连续运行，运行曲线较平缓。

图四是两个换热站同一天分别实行通断运行和间歇运行的实际参数对比曲线，其中体育馆站在24小时内共停运7次，累计停运时间3.5小时，运行曲线呈波浪形；锦水路站是间歇运行，夜间停运3.5小时，运行曲线较变化较大。

换热站实行通断运行方式的实际参数曲线接近于连续运行曲线，并且可以减少运行时间，比间歇运行曲线波动平稳得多。

3、节能效果

初步统计，在每个采暖期11月中旬至12月、2月至3月中旬期间节能效果比较明显。2010年至2011年采暖期最高节能达23%，平均节能约12%。在供热之初和供热收尾阶段以间歇运行为主，1月份以连续运行为主，节能效果约在2～4%左右。2010年采暖期与2009年采暖期相比，在面积增长情况下，降低用电量8.25%，去除其它因素，换热站通断时间控制方式平均节电约7%左右，降低运行成本100余万元。

涡街流量计