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3、计算机动动态监控控管理系系统河北理工大大学 李志志2006年年6月28日前言经过近300年的大大规模建建设，我我国城市市集中供供热面积积已经建建成约330亿平平方米。这这项彻底底改观了了我国城城市形象象的巨大大成就在在显着提提高了人人民生活活质量水水平、改改善人民民生活方方式的同同时，也也为我国国能源的的合理利利用、环环境保护护实现新新的跨越越奠定了了坚实的的基础。因因此，尽尽快探索索和建立立适合我我国国情情的、以以节能降降耗为基基本目标标的城市市集中供供热集约约化运行行模式的的任务就就成为我我们当前前最紧迫迫的任务务之一。以完成城市市集中供供热基础础建设为为特征的的过去330年集集中供热热发
4、展，我我国供热热运行管管理从理理论和技技术这两两个层面面都基本本套用了了供热系系统的静静态设计计理论体体系和相相应的技技术方法法。实践践证明，应应用这套套静态设设计理论论体系和和技术方方法是不不能适用用于真实实动态运运行供热热过程的的。根据据我们亲亲身参加加的数千千万平米米供热网网调节运运行的体体会以及及对部分分热网运运行的调调查了解解，困扰扰热网科科学化运运行管理理的“热网平平衡问题题”普遍存存在。而而引发“热网平平衡问题题”的根源源正是出出自热网网静态设设计理论论派生的的所谓“在流量量平衡基基础上的的温度管管理方法法”。在这这种不断断改头换换面的理理论方法法指导下下，几乎乎所有探探索节能能
5、供热的的部门都都投入了了极大的的人力、物物力，从从每年供供暖的第第一天起起就对热热网展开开不停的的调整，直直至供暖暖的结束束，结果果仍不尽尽如人意意。最终终只能无无奈的实实施在热热网不平平衡情况况下通过过增加供供热量缓缓解与不不热户的的供需矛矛盾。这这种在“三个被被迫”压力下下的供热热（不热热户被迫迫投诉、供供热部门门被迫增增大热源源、过热热户被迫迫开窗）最最终导致致了能源源的大量量浪费，增增大了供供热成本本，把供供热部门门推入了了进退两两难的被被动。因因此，建建立热网网运行管管理的动动态平衡衡运行理理论方法法实际上上就成为为热网实实现节能能降耗科科学化运运行的关关键问题题。我们们在20005
6、年年提出了了“基于线线性系统统理论的的热网平平衡方法法研究”，经过过05、06取暖暖季在乌乌鲁木齐齐房产局局供暖所所1200万平米米供热系系统运行行的跟踪踪实验表表明，应应用周期期供热量量调节热热网平衡衡的方法法不仅是是一个理理论上可可行的方方法，而而且也是是一个便便于操作作使用的的方法，它它很好的的解决了了这个困困扰供热热界多年年的难题题。我们先后参参与的220多个个供热网网的计算算机监控控管理系系统的建建设和运运行实践践表明：在正确确的运行行管理理理论指导导下，在在可靠和和完善的的全网热热量计量量的基础础上，充充分发挥挥计算机机可以实实时完成成对大量量数据的的采集和和存储功功能；可可以快速
7、速完成对对大量数数据的统统计分析析和决策策功能以以及对多多个设备备进行实实时控制制的计算算机综合合能力，热热网计算算机监控控系统完完全能够够胜任热热网科学学化管理理的工作作，甚至至起到单单凭人力力难以完完成的细细致和准准确作用用。特别别当把热热源和热热网作为为一个统统一的系系统交给给计算机机管理后后，它的的可靠分分析决策策与控制制能力会会强有力力的支撑撑起节能能降耗的的科学化化管理。2005-2006年取暖季我们在乌鲁木齐房产局供暖所热网运行的“锅炉热网统一计算机监控管理系统”以节煤24、节电27、单耗供热下降为0.56GJm2（183天供暖）的初步运行成果充分说明了只要把科学正确的运行和管理
8、理念与具有时代特征的计算机技术有效地结合起来，供热计算机系统就会对动态运行的供热实行动态的规划和决策管理，从而把我们以节能降耗为目标的科学供热推向前进，引向深入。1、 节能供热的的基本规规律在20022年颁布布的国家家标准室室内空气气质量标标准GGB/TT188883-20002中明明确规定定了具有有冬季供供暖条件件的居民民室内温温度为116-224。（供供热界普普遍执行行16-220）。显显然，这这个标准准的颁布布实质上上已经原原则确定定了冬季季城市供供暖一定定要看天天气论供供暖的基基本供暖暖方式。也也只有看看天气论论供暖才才有可能能实现居居民室温温经常保保持在一一个稳定定而舒适适的范围围。
9、同时时，这个个标准也也明确了了节能供供热的相相关方向向性内容容，大力力推行节节能建筑筑，大力力推广节节能保温温材料，减减少供热热管网损损失，提提高热源源热效率率等等都都是节能能供热应应当考虑虑的重要要内容。因因此，在在我们执执行看天天气供暖暖这个基基本供暖暖方式时时密切关关注相关关节能成成果的发发展，并并且作出出相应的的调整，将将会对节节能供热热产生良良好的效效果。我们认为，看看天气供供热实质质上可以以进一步步明确为为看每一一天的天天气供热热。我国国北方室室外气温温的变化化实际是是受两个个天气变变化规律律的支配配。一是是以年为为周期的的四季气气候变化化，这个个规律会会造成室室外气温温的变化化范
10、围在在冬季严严寒地区区最冷时时下降到到零下330-40。京、津津、唐地地区下降降到零下下15左右。因因此，这这个规律律对室外外气温变变化的影影响是一一个温度度变化范范围大、但但变化缓缓慢的长长周期过过程，平平均到每每1天的影影响，气气温变化化都不大大于1。但是是应该重重视的是是，影响响室外气气温变化化的另一一个规律律是日复复一日的的昼夜温温差变化化规律，这这是一个个以天为为周期、温温差变化化约为110左右的的高强度度短周期期影响过过程（不不计短时时寒、暖暖流袭扰扰）。唐山市一周环境温度实测曲线（2005.1.13 2005.1.19）图一、唐山山供暖季季一周环环境温度度实测曲曲线计算分析表表明
11、，昼昼夜100温差变变化在初初、末寒寒期要求求昼夜供供热量有有40左左右的差差别，在在严寒期期也有220左左右，（因因各地计计算温度度不同而而不同）。因因此，执执行看天天气节能能供热方方式就必必须要立立足看当当天气温温变化进进而区分分昼夜温温差的对对应供热热方式。而而初寒、严严寒、末末寒的大大规律环环境温度度变化对对于供热热的影响响则反映映为对昼昼夜供热热量平均均值的缓缓慢微量量调整。因此，对于于经常的的环境平平均气温温变化不不大的天天气情况况，其供供热过程程可以用用以下周周期函数数表示（一一个取暖暖季可看看作由多多个相邻邻稳定的的天气区区间和突突发的寒寒、暖流流区间组组成） （1）式中气气温
12、变化化不大的的相邻几几日供热热周期函函数时间变变量周期 =1天天周期数数 =00、1、2、3根据环境气气温变化化确定的的供热量量函数的的计算式式可由下下式（22）确定定,（2）式中在在一天中中的实测测环境温温度或预预测环境境温度 ,设计室室内供热热温度 设计计计算温度度热指标标供热面面积 进进一步明明确和强强调这种种供热思思路正是是针对目目前大多多数供热热部门正正在执行行着与此此相反的的思路，即即用一个个照顾每每天夜间间低气温温的稳定定供热量量完成每每天的供供热，而而忽略了了每天都都有100温差的的变化。特特别当连连续多天天气温变变化不大大的情况况，相应应的供热热量也不不分昼夜夜，保持持不变。
13、显然，这种貌似合理的平稳供热方式是不把太阳当回事的粗放供热方式。尤其在热网不平衡情况下，热源被迫升温，再叠合这种不分昼夜稳定供热的方式，引发大量能源浪费是必然结果。这种供热方式在热电联产供热系统中尤为突出。2、 关于热网平平衡调节节的理论论和技术术问题我国城市集集中供热热普遍采采用热源源质调节节供热方方式。显显然，当当热源管管理立足足于根据据昼夜气气温变化化调节供供热量时时，热源源供热过过程将实实施如式式1给出的的周期供供热过程程。热源源的供水水温度、回回水温度度也将相相应的呈呈现为经经常变化化的状态态。由于于热源的的供热是是依赖于于循环水水的流动动把热量量输送到到各个热热力站和和热用户户的，
14、因因此，热热源供热热量的变变化过程程在各个个热力站站和热用用户端观观察，就就会在时时间上产产生滞后后的差异异。在离离热源较较近的用用户能够够较早的的感受到到热源供供热量的的变化，而而在远离离热源的的用户则则要延迟迟一段时时间才会会开始这这个过程程。因此此，通过过比较各各热力站站的供热热温度进进行平衡衡调节的的方法就就失去了了比较的的基础各热热力站的的温度在在每一个个瞬时都都可能是是不同的的。根据“基于于线性系系统理论论的热网网平衡方方法研究究”推导建建立的热热源与热热用户基基本供热热关系式式可以给给出描述述热源与与各热力力站的供供热方程程组（33），即即供热网网的动态态运行数数学模型型。（3）
15、式中第第i个热力力站收到到热源的的热量函函数热源的的供热量量函数从热源源传输供供热量到到第i号热力力站的时时延时间间第i号号热力站站得到的的热量与与前推时时间热源源供出总总热量的的比例系系数时间变变量热力站站编号变变量热力站站总数由该供热方方程组可可以看出出，各热热力站在在任何一一个时刻刻得到的的热量、分别对应了由当前时刻向前推不同时间、的热源供热量、。并且热力站从热源得到热量的份额大小由比例系数、确定。显然，热网的热力平衡问题就是要通过选择合理的热力站设备和选择调整一、二次网的运行参数最终确定一组合理的比例系数、，使得各热力站能够根据自己所辖供热面积的大小得到相应热源供热量的合理份额。因此，由方程组（3）可以得出热网平衡判别式：在确定了从热源传输供热量到各热力站的延时
