供热系统的监控-智能建筑设备自动化系统

供热系统的功能有两个方面：一是为大厦的用户提供日常的生活用热水，另一是在天气较冷时，为空调系统的供暖提供热源。

供热系统中应用最广泛的是锅炉供热系统。锅炉分热水锅炉和蒸汽锅炉，热交换系统是以热交换器为主要设备，而这种热媒，通常是由自备锅炉房或市热力网提供的。

1.供热系统的工作原理

以燃气锅炉为例，供热系统的基本工作原理是：采用燃气锅炉将经过软化、除氧等措施处理的自来水加热生成水蒸气，然后通过汽水热交换器将水蒸气的热量传递给热水，最后将产生的热水经分水器供给用户或者空调机组使用。系统可以通过对循环泵的自动调节，配合电动二通阀的调节来控制热水供应的温度和压力，并在此基础上实现节能。在通常情况下，生活用热水系统和空调用热水系统的汽水热交换器是分开使用的，两者相互独立。

对于供热系统中的锅炉，其控制功能一般自成体系。受到众多因素的限制，建筑设备自动化系统通常只是通过通信网关等设备对锅炉的运行状态和有关参数进行二次监视和管理，出现故障时，产生报警信号，并不直接参与控制。对于供热系统中的汽水热交换器，有时采取自力方式对蒸汽阀门进行自动调节，此时建筑设备自动化系统也不参与相关的控制。

2.供热系统各部分的监控

供热系统主要包括热水锅炉房、换热站及供热网，下面重点对热水锅炉房和换热站的监控原理进行详细介绍。

（1）供热锅炉系统的监控原理 供热锅炉房的监控对象可分为燃烧系统及水系统两部分，采用直接数字控制器（DDC）进行监控，并把数据实时地送入中央监控站，根据供热的实际状况，控制锅炉及循环泵的使用台数，设定供水温度及循环流量。

1）锅炉燃烧系统：锅炉采用的燃料通常分为燃油、燃气和燃煤几种类型，而燃油、燃气和燃煤锅炉的燃烧过程不同，所以监控过程也不同。燃油与燃气锅炉称为室燃烧，是燃料随空气流喷入炉室中混合后燃烧的炉子；而燃煤锅炉为层燃烧，燃料被层铺在炉排上进行燃烧。由于室燃烧的炉污染小、效率高，且易于实现燃烧调节机械化与自动化，因此目前民用建筑已逐步开始采用燃气、燃油锅炉。

在燃气、燃油锅炉燃烧系统中，为保证燃气、燃油锅炉的安全运行，必须设置油压、气压上下限控制以及越限自动报警装置。此外，还应设置熄火保护装置，用于检测火焰是否持续存在。当火焰持续存在时，则熄火保护装置允许燃料连续供应；当火焰熄灭时，熄火保护装置及时报警，并自动切断燃料。为保证燃烧的经济、可靠，还要设置空气燃料比的控制，并实时监测加热温度、炉膛压力等参数。

燃煤锅炉燃烧系统的主要任务是：控制风煤比和监测烟气中的含氧量，以保证产热与外界负荷相匹配。具体而言，监控内容主要包括：

①监测温度信号：包括排烟温度，炉膛出口、省煤器及空气预热器出口温度，供水温度等。

②监测压力信号：包括炉膛、省煤器、空气预热器、除尘器出口烟气压力，一次风、二次风压力，空气预热器前后压差等。

③监测排烟含氧量信号：通过监测烟气中含氧量，反映空气过剩情况，提高燃烧效率。

④控制送煤调节机构的速度或位置，以达到控制送煤量的目的。

⑤控制送风量，以达到控制风煤比，使燃烧系统保持在最佳状态，燃料充分燃烧，并节约能源。

⑥自动保护与报警，例如蒸汽超压的保护与报警。(www.xing528.com)

2）锅炉水系统：锅炉水系统监控的主要任务有以下几个方面：

①系统的安全性：主要保证主循环泵的正常工作及补水泵的及时补水，使锅炉中的循环水不致中断，也不会由于欠压缺水而放空。

②计量和统计：测定供回水温度、循环水量和补水流量，从而获得实际供热量和累计补水量等统计信息。

③运行工况调整：根据要求改变循环泵运行台数或改变循环水泵转速，调整循环流量，以适应供暖负荷的变化，节省电能。

图3-9所示为2台热水锅炉和3台循环水泵组成的锅炉房水系统监控原理图，图中温度传感器T₁、T₂用来测量热水出口温度，P₃、P₄是安装于锅炉入口调节阀后的压力传感器，它们与锅炉出口压力传感器P₁测量值的差，间接反映了两台锅炉间的流量比例，流量通过调节阀V₁、V₂进行调节；温度传感器T₃、T₄、T₅和流量传感器F₁构成对热量的测量系统；压力传感器P₁、P₂则用于测量网络的供回水压力；补水泵与压力传感器P₂、流量传感器F₂及旁通调节阀V₃构成补水定压调节系统。

（2）热交换系统 热交换系统是以热交换器为主要设备，通过监测水力工况，以保证要求的供热水参数，实现热水系统的正常循环。图3-10所示为采用直接数字控制器（DDC）控制的热交换系统监控原理图。

图3-9 锅炉房水系统监控原理图

注：P₁～P₄为压力传感器，其余符号说明同图3-8。

图3-10 热交换系统监控原理图

注：P₁、P₂为压力传感器，其余符号说明同图3-8。

流量传感器F与温度传感器T₅、T₆构成热量计量系统，DDC通过测量这三个参数的瞬时值，可以得到每个时刻从供热网输入的热量，再通过软件的累加计算，即可得到每日的总热量及每季度总耗热量。

压力传感器P₁、P₂用来监测外网压力状况，及时把信号送入到DDC中。

由温度传感器T₁、T₂监测二次热水出口温度，送入DDC中，并与设定值比较得到偏差，按PI控制规律进行调节，DDC再输出相应信号，去控制热交换器上一次热水/蒸汽电动调节阀V₁、V₂的开度，调节一次热水/蒸汽流量，使二次热水出口温度控制在设定范围内，从而保证空调系统采暖温度。

热水泵的起/停由DDC发出的信号进行控制，并随时监测其运行状态及故障情况，监测信号实时地送入DDC中，当热水泵停止运行时，一次侧热水/蒸汽电动调节阀自动完全关闭。