计量收费后供热系统的调节和控制研究报告
2021/1/21 9:26:26点击：
1 背景
1.1 现有供热收费体制下的运行调节方案
在现有供热按面积收费的体制下，由于用户没有调节散热器流量的手段，通过散热器流量的多少是由供热企业来控制。因此供热企业可以按定流量或分阶段变流量质调节的调节方案进行运行管理，即供热网的总流量在整个供暖期内保持不变或分阶段变一、二次流量，而在该阶段内只根据室外温度高低来调节供热网的供水温度就可以满足用户的供热要求。因此，从技术角度看，一个供热网要做到正常供热，只要在运行中：
A. 保证流量分配均匀：在初调节时把整个供热网的水流量分配调整到用户所要求的设计流量，即各管路的流量按供热面积多少分配均匀即可；
B. 保证合适的供水温度：对于一次网，由热源处根据室外温度的高低来控制热源出口的供水温度；对于二次网，只要热力站设计及初调节合理，在一次网供水温度调节适当的情况下即可保证二次网的合适供水温度。
这种运行方案的调节主动权在供热企业，它可以主动地调节、控制供热网的流量和供水温度即供热量，其调节的原则就是流量按供热面积均匀分配。
1.2 按热量计量收费后引起供热网运行调节的变化
把现行按面积供热收费体制改为按热量计量收费新的收费体制后，为了计量热量并且用户可以根据需要调节室内温度，因此每个用户都要安装热量计，并在每个散热器上安装温控阀。这样用户将根据自己的需求调节温控阀来控制室内温度，例如夜间客厅、无人居住房间均可以调低温度减少供热量、降低供热费用，从而调动了用户节能的积极性。这种调节，本质上是调节散热器的流量大小来调节散热器的供热量多少，从而达到控制室温。当用户需要调节室温时开大或关小温控阀，这时通过该用户散热器的热水流量就要发生变化。当众多用户调节自己的流量后，整个供热网的流量和供热量也将随之变化，而这个流量和供热量的变化是供热企业和热源处无法预知和控制的。这也就是说，分散的众多用户成为主动的调节者，而供热企业和热源处则由主动变为被动的适从者。这种变化必然带来新的课题：
A. 在供热企业不可能再维持供热网定流量质调节的方式下，供热网流量如何调节？
B. 在定流量运行时供热量随室外温度的变化有规律可循，但用户调节后供热网的总供热量随机变化增大，热源如何调节才能适应这种较大随机变化量的情况？
C. 在保证用户供热质量的前提下，供热企业如何运行才能降低运行费用、提高经济效益？
D. 供热网一次、二次系统的调节有何区别和联系？
1.3 供热企业的运行管理现状
几十年来我国集中供热行业一直是带有社会保障性质的公用企业，虽然近年来有所变化，但由于体制和观念的长期影响，使得供热企业的垄断性掩盖了竞争性、政策性亏损掩盖了经营性亏损，因此造成了运行管理水平、经济效益不高，对计量收费后供热网的运行调节变化在思想上还没有深入的认识。同时，目前绝大多数供热企业收费困难，企业只能停留在维持基本运行状态，无力进行技术改造，现有的调节设施无法适应计量收费后供热网运行调节的要求，在技术上也没有充分的准备来迎接这一新的形势。因此必须对计量收费后供热网运行所发生的变化进行深入的研究，提出适合我国运行管理水平、经济承受能力的调节策略和调节装备，使得这些调节策略先进可行、经济使用，保证计量收费后供热网既能可靠运行、满足用户的供热要求，同时又能高效节能、使供热企业的运行管理、经济效益都有一个明显的提高。
2 工作基础
2.1 掌握并发展了现有按面积收费体制下供热网运行调节方案的技术
我国现有大型供热网的运行调节可以分为两类：①人工观测或自动检测运行参数，少量手动调节--仅监测而不控运行参数；②自动检测、调节运行参数--既测又控。我们对手动调节提出了模拟阻力调节法，其特点是首先现场测得实际流量、压力，然后根据设计要求、通过计算机模拟计算得到在一定调节顺序下所应具有的流量，最后按照计算模拟结果去调节相关的阀门。该调节方法能够很好地克服调节时用户之间的相互耦合现象，从而简单方便、快速准确，已在多个小区推广应用。承担单位已开发了具有自主知识产权的集中－分散式的计算机控制系统，已经在国内多个供热网上得到应用。通过这些工作，掌握并发展了现有供热网运行调节技术。
2.2 开发了供热网水力工况模拟分析软件
该软件不仅可以模拟分析枝状网、环状网的流量、压力分布的水力工况，而且具有独特的性能：可以模拟各个阀门调节时的水力工况变化情况；可以模拟分析变频泵在不同频率下供热网的水力工况；可以进行供热网的可及性分析计算，以保证调节控制的作用得到可靠的发挥。该软件已在几十个供热网的调节控制分析中应用，有着极大的应用前景，对计量收费后供热网运行调节的模拟分析会起非常重要的作用。
2.3 完成了多个供热网运行管理计算机监控系统的实际工程
从1990年以来，先后完成了数十个城市的供热网计算机检测控制系统，积累了大量的实践经验和工程实施能力。深入的理论研究和丰富的实践经验，使得我们具有完成供热网变流量监控方面的能力。
2.4 初步研究探讨了计量收费后的供热网调节技术
根据国外的有关经验，并结合我国的实际情况，我们初步提出了一次网和不同热力站下的二次网的调节方案，即直连站、间连站、混连站的一次、二次网的调节控制方案。
3 实施计划
3.1 供热网现状调查
计量收费后供热网的运行将由现行的定流量运行变为流量运行，为了了解这一变化对企业运行管理带来什么影响和企业有什么技术应对，因此应调查现有供热网状况以及在计量收费后运行管理所可能面临的具体技术管理问题，如设备状况、改造具体实施的可能性、人员技术状况等，使将来的改造方案切实可行。
3.2 进一步研究一次网的调节控制方案，从理论、模拟分析上掌握关键技术
在按户依据热量计量收费后热量成为一种商品，用户有权决定自己购买多少热量，供热企业作为供应商应充分保证足够的商品以供用户购买。因此供热网调节的原则是在保证充分供应的基础上尽量降低运行成本。为保证充分供应，就要在任何时候用户都要有足够的资用压头。为此采用供水定压力控制和供回水定压差控制两种控制方法。但无论采用那种调节方法，都要涉及到以下几个主要技术问题：
A． 控制点的选定；
B． 控制点的设定值的确定；
C．供水温度的调节；
D． 如何合理、综合调节供水温度和控制点设定值，以尽量节省运行成本。
对上述问题，要进一步从理论、模拟分析上研究。
3.3 进一步研究二次网的调节控制方案，使其可行合理而又简便经济
由于二次网支路繁多，二次网的调节控制不可能完全像一次网那样，否则在投资、管理上，都无法实施。因此必须提出符合二次网特点的、不同于一次网的控制策略。主要技术问题为：
A． 控制设备的选择；
B． 那些支路需要设置控制设备；
C．支路上控制点的选定；
D． 控制设备设定值大的何确定；
3.4 有/无计量收费用户共网时的运行调节
从现在的按面积收费改为按热量计量收费需要对室内供暖系统进行改造，由于改造量非常巨大，只能逐步分期进行。因此一个大型供热网的所有用户不可能全部同时实施计量收费，必然会在一定时期内有/无计量收费的用户会同时由一个供热网供应。有计量收费的用户，一般应采用定压差控制，由于温控阀阻力系数大，所需资用压头高，同时又是变流量运行；而无计量收费的用户一般采用定流量控制，所需资源压头低，定流量运行。因此如何同时适应这两种用户的需要，处理好有/无计量收费共网过渡时期的控制，必须进行研究。
3.5 总结实施中的工程经验
在中国城镇供热协会指导下，技术委员会、清华大学、吉林热力公司和北京煤气热力工程设计院共同合作，在理论分析、模拟研究的基础上，选择合适的供热网进行调节运行试验，发现、总结实际工程中问题和经验，得到具有普遍性的成果，为今后我国供热网的调控大下基础。
4 项目进度安排
2002.3-2002.12：调查、理论分析研究、落实试验基地条件
2003.1-2003.9：落实、实施供热网的调节控制改造
2003.10-2004.4：测试供热网的运行情况
2004.5-2004.8：总结完善、完成项目报告。
5 项目预期目标
5.1 预期目标
A、得出计量收费后不同形式热力站的一次网控制方案，以及具体算法和相应的控制软件；
B、 得出二次网的控制方案及相应的算法软件，使其经济合理，适合我国供热网的具体运营体制和管理水平；
C、提出有/无计量收费用户共网运行条件下供热网控制方案、算法和控制软件；
D、在具有计量收费装置、中等规模供热网上实施运行调节，总结出经验；
E、 对适应计量收费后相应控制产品的开发提出指导意见。
5.2 社会、经济效益分析
供热质量的好坏，直接关系到千百万人的基本生活状况。如果供热网运行调节完善的话，会给人们创造出一个舒适的家庭环境，使人们感到我们社会的温暖，有利于社会稳定和发展。反之会成为社会的不稳定因素，近几年一些城市发生的情况是值得重视的。因此，本项目顺利实施，具有积极的社会效益。
一个中等规模供热网循环泵的功率都在几百千瓦以上，其一年运行所花费的电费也要几百万元，而像北京这样的大城市，其运行电费一年近千百万元。在保证供热质量的前提下，如果运行调节策略合理，可以节约运行电费5～10％，这样一年可具有几十万元到上百万元。我国北方中等规模以上的城市都具有供热网，因此在全国（北方）角度来看，其节电程度非常剧大，具有极其可观的经济效益。
6 目前进展情况
本课题已列入国家高技术应用部门发展项目，目前吉林市热力总公司已落实了项目的实施场地，其它单位也正积极开展有关研究工作。
1.1 现有供热收费体制下的运行调节方案
在现有供热按面积收费的体制下，由于用户没有调节散热器流量的手段，通过散热器流量的多少是由供热企业来控制。因此供热企业可以按定流量或分阶段变流量质调节的调节方案进行运行管理，即供热网的总流量在整个供暖期内保持不变或分阶段变一、二次流量，而在该阶段内只根据室外温度高低来调节供热网的供水温度就可以满足用户的供热要求。因此，从技术角度看，一个供热网要做到正常供热，只要在运行中：
A. 保证流量分配均匀：在初调节时把整个供热网的水流量分配调整到用户所要求的设计流量，即各管路的流量按供热面积多少分配均匀即可；
B. 保证合适的供水温度：对于一次网，由热源处根据室外温度的高低来控制热源出口的供水温度；对于二次网，只要热力站设计及初调节合理，在一次网供水温度调节适当的情况下即可保证二次网的合适供水温度。
这种运行方案的调节主动权在供热企业，它可以主动地调节、控制供热网的流量和供水温度即供热量，其调节的原则就是流量按供热面积均匀分配。
1.2 按热量计量收费后引起供热网运行调节的变化
把现行按面积供热收费体制改为按热量计量收费新的收费体制后，为了计量热量并且用户可以根据需要调节室内温度，因此每个用户都要安装热量计，并在每个散热器上安装温控阀。这样用户将根据自己的需求调节温控阀来控制室内温度，例如夜间客厅、无人居住房间均可以调低温度减少供热量、降低供热费用，从而调动了用户节能的积极性。这种调节，本质上是调节散热器的流量大小来调节散热器的供热量多少，从而达到控制室温。当用户需要调节室温时开大或关小温控阀，这时通过该用户散热器的热水流量就要发生变化。当众多用户调节自己的流量后，整个供热网的流量和供热量也将随之变化，而这个流量和供热量的变化是供热企业和热源处无法预知和控制的。这也就是说，分散的众多用户成为主动的调节者，而供热企业和热源处则由主动变为被动的适从者。这种变化必然带来新的课题：
A. 在供热企业不可能再维持供热网定流量质调节的方式下，供热网流量如何调节？
B. 在定流量运行时供热量随室外温度的变化有规律可循，但用户调节后供热网的总供热量随机变化增大，热源如何调节才能适应这种较大随机变化量的情况？
C. 在保证用户供热质量的前提下，供热企业如何运行才能降低运行费用、提高经济效益？
D. 供热网一次、二次系统的调节有何区别和联系？
1.3 供热企业的运行管理现状
几十年来我国集中供热行业一直是带有社会保障性质的公用企业，虽然近年来有所变化，但由于体制和观念的长期影响，使得供热企业的垄断性掩盖了竞争性、政策性亏损掩盖了经营性亏损，因此造成了运行管理水平、经济效益不高，对计量收费后供热网的运行调节变化在思想上还没有深入的认识。同时，目前绝大多数供热企业收费困难，企业只能停留在维持基本运行状态，无力进行技术改造，现有的调节设施无法适应计量收费后供热网运行调节的要求，在技术上也没有充分的准备来迎接这一新的形势。因此必须对计量收费后供热网运行所发生的变化进行深入的研究，提出适合我国运行管理水平、经济承受能力的调节策略和调节装备，使得这些调节策略先进可行、经济使用，保证计量收费后供热网既能可靠运行、满足用户的供热要求，同时又能高效节能、使供热企业的运行管理、经济效益都有一个明显的提高。
2 工作基础
2.1 掌握并发展了现有按面积收费体制下供热网运行调节方案的技术
我国现有大型供热网的运行调节可以分为两类：①人工观测或自动检测运行参数，少量手动调节--仅监测而不控运行参数；②自动检测、调节运行参数--既测又控。我们对手动调节提出了模拟阻力调节法，其特点是首先现场测得实际流量、压力，然后根据设计要求、通过计算机模拟计算得到在一定调节顺序下所应具有的流量，最后按照计算模拟结果去调节相关的阀门。该调节方法能够很好地克服调节时用户之间的相互耦合现象，从而简单方便、快速准确，已在多个小区推广应用。承担单位已开发了具有自主知识产权的集中－分散式的计算机控制系统，已经在国内多个供热网上得到应用。通过这些工作，掌握并发展了现有供热网运行调节技术。
2.2 开发了供热网水力工况模拟分析软件
该软件不仅可以模拟分析枝状网、环状网的流量、压力分布的水力工况，而且具有独特的性能：可以模拟各个阀门调节时的水力工况变化情况；可以模拟分析变频泵在不同频率下供热网的水力工况；可以进行供热网的可及性分析计算，以保证调节控制的作用得到可靠的发挥。该软件已在几十个供热网的调节控制分析中应用，有着极大的应用前景，对计量收费后供热网运行调节的模拟分析会起非常重要的作用。
2.3 完成了多个供热网运行管理计算机监控系统的实际工程
从1990年以来，先后完成了数十个城市的供热网计算机检测控制系统，积累了大量的实践经验和工程实施能力。深入的理论研究和丰富的实践经验，使得我们具有完成供热网变流量监控方面的能力。
2.4 初步研究探讨了计量收费后的供热网调节技术
根据国外的有关经验，并结合我国的实际情况，我们初步提出了一次网和不同热力站下的二次网的调节方案，即直连站、间连站、混连站的一次、二次网的调节控制方案。
3 实施计划
3.1 供热网现状调查
计量收费后供热网的运行将由现行的定流量运行变为流量运行，为了了解这一变化对企业运行管理带来什么影响和企业有什么技术应对，因此应调查现有供热网状况以及在计量收费后运行管理所可能面临的具体技术管理问题，如设备状况、改造具体实施的可能性、人员技术状况等，使将来的改造方案切实可行。
3.2 进一步研究一次网的调节控制方案，从理论、模拟分析上掌握关键技术
在按户依据热量计量收费后热量成为一种商品，用户有权决定自己购买多少热量，供热企业作为供应商应充分保证足够的商品以供用户购买。因此供热网调节的原则是在保证充分供应的基础上尽量降低运行成本。为保证充分供应，就要在任何时候用户都要有足够的资用压头。为此采用供水定压力控制和供回水定压差控制两种控制方法。但无论采用那种调节方法，都要涉及到以下几个主要技术问题：
A． 控制点的选定；
B． 控制点的设定值的确定；
C．供水温度的调节；
D． 如何合理、综合调节供水温度和控制点设定值，以尽量节省运行成本。
对上述问题，要进一步从理论、模拟分析上研究。
3.3 进一步研究二次网的调节控制方案，使其可行合理而又简便经济
由于二次网支路繁多，二次网的调节控制不可能完全像一次网那样，否则在投资、管理上，都无法实施。因此必须提出符合二次网特点的、不同于一次网的控制策略。主要技术问题为：
A． 控制设备的选择；
B． 那些支路需要设置控制设备；
C．支路上控制点的选定；
D． 控制设备设定值大的何确定；
3.4 有/无计量收费用户共网时的运行调节
从现在的按面积收费改为按热量计量收费需要对室内供暖系统进行改造，由于改造量非常巨大，只能逐步分期进行。因此一个大型供热网的所有用户不可能全部同时实施计量收费，必然会在一定时期内有/无计量收费的用户会同时由一个供热网供应。有计量收费的用户，一般应采用定压差控制，由于温控阀阻力系数大，所需资用压头高，同时又是变流量运行；而无计量收费的用户一般采用定流量控制，所需资源压头低，定流量运行。因此如何同时适应这两种用户的需要，处理好有/无计量收费共网过渡时期的控制，必须进行研究。
3.5 总结实施中的工程经验
在中国城镇供热协会指导下，技术委员会、清华大学、吉林热力公司和北京煤气热力工程设计院共同合作，在理论分析、模拟研究的基础上，选择合适的供热网进行调节运行试验，发现、总结实际工程中问题和经验，得到具有普遍性的成果，为今后我国供热网的调控大下基础。
4 项目进度安排
2002.3-2002.12：调查、理论分析研究、落实试验基地条件
2003.1-2003.9：落实、实施供热网的调节控制改造
2003.10-2004.4：测试供热网的运行情况
2004.5-2004.8：总结完善、完成项目报告。
5 项目预期目标
5.1 预期目标
A、得出计量收费后不同形式热力站的一次网控制方案，以及具体算法和相应的控制软件；
B、 得出二次网的控制方案及相应的算法软件，使其经济合理，适合我国供热网的具体运营体制和管理水平；
C、提出有/无计量收费用户共网运行条件下供热网控制方案、算法和控制软件；
D、在具有计量收费装置、中等规模供热网上实施运行调节，总结出经验；
E、 对适应计量收费后相应控制产品的开发提出指导意见。
5.2 社会、经济效益分析
供热质量的好坏，直接关系到千百万人的基本生活状况。如果供热网运行调节完善的话，会给人们创造出一个舒适的家庭环境，使人们感到我们社会的温暖，有利于社会稳定和发展。反之会成为社会的不稳定因素，近几年一些城市发生的情况是值得重视的。因此，本项目顺利实施，具有积极的社会效益。
一个中等规模供热网循环泵的功率都在几百千瓦以上，其一年运行所花费的电费也要几百万元，而像北京这样的大城市，其运行电费一年近千百万元。在保证供热质量的前提下，如果运行调节策略合理，可以节约运行电费5～10％，这样一年可具有几十万元到上百万元。我国北方中等规模以上的城市都具有供热网，因此在全国（北方）角度来看，其节电程度非常剧大，具有极其可观的经济效益。
6 目前进展情况
本课题已列入国家高技术应用部门发展项目，目前吉林市热力总公司已落实了项目的实施场地，其它单位也正积极开展有关研究工作。
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