互补供热系统控制策略的研究
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作者:薛翔远
摘 要：随着社会发展，环保越来越受到人们的重视，而采用更加合理更加先进的调控模式和控制策略可以更有效的提高供热系统的热量利用效率，对实现节能减排具有重要意义。本文在制定整个供暖季互补供热系统的调控模式后又确定了热网系统、太阳能-燃气热泵系统调节的方式。再通过模拟得出上述两种系统的最佳能源配比，进而制定出该互补供热系统的最优控制策略以提高其热量利用效率。
关键词：互补供热;热效率;调控模式;控制策略
1 绪论
在技术不断革新的今天互补供热技术应用越来越多，其在控制策略方面存在的问题也逐渐暴露了出来。同时由于我国的供热系统与国外并不相同，我国是以燃煤锅炉为主，因此国外较为先进的供热调控技术并不适用于我国[1]。在此背景下本文以太阳能-燃气热泵与热网互补供热系统为切入点，对供热系统的调控模式和控制策略进行研究，以提高其热量利用效率。
2 互补供热系统的调控模式
太阳能-燃气热泵与热网互补供热系统可根据热负荷与气候条件的实时变化来进行调控，其系统形式如下图所示。该系统的运行模式可根据是否加入热网分为两种。当太阳能-燃气热泵供热系统在满足用户采暖需求的前提下又能保持较高效运行时，可以不加入热网供热系统。此时的互补供热系统调控模式为通过调节燃气机的转速来调节供热量。而当太阳能-燃气热泵供热系统达不到用户采暖需求或运行效率较低时，可加入热网供热系统进行补热。此时的互补供热系统调控模式为通过对热网供热系统进行分阶段质调节。
3 互补供热系统的调节方式
3.1 热网供热系统的调节方式
现今运用较多的集中调节方法主要有以下五种[2]：质调节;量调节;分阶段变流量质调节;间歇调节;质-量调节。本文针对太阳能-燃气热泵与热网互补供热系统的特性，采用分阶段变流量质调节的方式对其进行调控。同时为防止水力失调，本文设定的质量流量比大于等于0.6，即60%、80%、100%。将上述三种比例带入到模拟建筑中可知，将分阶段变流量质调节分为三个阶段带入到供暖中期会更加合理高效。首先为供暖初期与供暖中期间的过渡段，可将质量流量设定为0.8kg/s。其次为供暖中期，可将质量流量设定为1.0kg/s。最后为供暖中期与供暖末期间的过渡段，也可将质量流量设定为0.8kg/s。
3.2 燃气热泵供热系统的调节方式
燃气热泵的运行是依靠燃气机对压缩机的驱动。同时燃气热泵系统还可以在最大负荷下运行，但从用户热负荷及机组运行效率两方面考虑，一般情况下燃气热泵均处于部分负荷运行状态[3]。本文所采用的燃气热泵系统由电子膨胀阀来进行流量调节。而电子膨胀阀的优点主要有以下两个方面。首先电子膨胀阀具有传递速度较快的优点，可减小供热系统的滞后性所带来的不利影响。其次电子膨胀阀未来在控制精度提升方面有更大的发展空间，例如可针对无级调速燃气热泵供热系统进行全电子转速控制等。
4 互补供热系统的最佳能源配比计算
由于太阳能为不稳定热源，因此本文的最佳能源配比計算只包括燃气热泵系统与热网系统这两部分。而二者中燃气热泵相对来说，其特点包括节能效果好、初投资高、受建筑方案制约等。因此在燃气热泵与热网互补供热系统中大部分的设计热负荷可由燃气热泵系统来承担，燃气热泵承担热负荷的模拟占比设为40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%。通过模拟可得，当该比例逐渐增加时，燃气热泵与热网互补供热系统的标煤耗量在逐渐较少。当该比例从70%增加到100%时，该系统的标煤耗量降低幅度较小。因此最终燃气热泵供热系统所承担的设计热负荷设定为70%，热网供热系统承担设的计热负荷确定为30%即是最合理的能源配比方案。
5 系统控制策略的制定
互补供热系统是根据热负荷来调节的，其中燃气热泵供热系统通过改变燃气机的转速来进行调节，而热网供热系统的调节方式则为分阶段变化流量的质调节。同时在供暖初期与末期可不必加入热网，只运行太阳能-燃气热泵系统。仅在供暖中期加入热网并分担约30%热负荷，且变化流量的质调节是由热网分阶段进行的。首先在供暖初期与供暖中期间的过渡段，可将质量流量设定为0.8kg/s。其次在供暖中期，可将质量流量设定为1.0kg/s。最后在供暖中期与供暖末期间的过渡段，也可将质量流量设定为0.8kg/s。通过模拟可知以上控制策略确可提高供热系统的热量利用效率，实现节能减排。
参考文献：
[1]李联友.分户计量供热系统应用的分析[J].煤气与热力，2008，28（4）：14-15.
[2]温化霆.太阳能-燃气热泵与热网互补供热仿真研究[D].沈阳建筑大学，2013.
[3]Strand R L，Uhrich D T.Thermostat for a variable capacity HVAC and method for providing a ramping set point on a setback thermostat：U.S.Patent 5，314，004[P].1994-5-24.
作者简介：薛翔远（1989-），男，辽宁沈阳人，硕士，研究方向：建筑环境与设备工程。
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