系统集锅炉集中控制、气候补偿和分时分区控制三项技术于一体，主要通过监测热网运行的参数变化来分析热网的运行情况，并能保证供热系统安全稳定地运行，从根本上改善过量供热的问题，实现了按需供热，体现了热能利用效率的最大化，在北京市交管局培新街的集中供热网络中应用，节能效果显著。
1引言
随着人类文明化程度的提高，资源匮乏初见端倪，环境污染日趋严重，可见节能减排已成为一种必然趋势。2007年10月颁布的《中华人民共和国能源法》中已将节约能源定为我国继计划生育、保护环境之后的第三个基本国策。在这种背景下，对现有锅炉进行节能改造，在热网中运用先进的微机监控系统，采用天气驱动式专家供热控制系统的控制方式可以使锅炉在高效率下运行，不仅可以节约能源，并且可以减少排放从而改善了环境，顺应国家提出节能环保政策的趋势。
2系统原理
本锅炉房主要承担10.2万平方米公寓、办公及住宅的供暖任务。现有2.8MW燃气热水锅炉三台，循环水泵4台，两用两备，扬程40m，流量150m3/h。
结合锅炉房实际情况，根据业主要求，在不改变管网原有结构情况下，除了在管道上加传感器外，还配备一套供热自控系统，进行质调节[1]。即在不改变供热系统循环流量的前提下，通过改变网络的供水温度进行调节。系统原理图如图1-1所示：它所监测的主要参数有热网的供水温度、回水温度、烟气温度、供水压力、回水压力、供水流量等。
基本公式
Q1=Q2=Q3(1-1)
Q1=qV(tn-tw)(1-2)
Q2=KF(■-tn)(1-3)
Q3=Gc(tg-th)(1-4)
Q1——建筑物设计热负荷，W;
Q2——散热器放出的热量，W;
Q3——热水网路输送给供暖用户的热量，W;
q——采暖体积热指标，W/m3℃;
V——建筑物外部体积，m3;
tg——供水温度，℃;
th——回水温度，℃;
tn——室内设计温度，℃;
tw——室外设计温度，℃;
K——散热器传热系数，W/m2℃;
F——散热器散热面积，m2;
G——热水网路质量流量kg/s;
C——热水的质量比热;c=4.18kJ/kg℃。
由公式(1-1)www.china-heating.com可知：供热系统要保证锅炉供热量与建筑物的需热量一致，才能基本满足供暖舒适要求。本供暖系统编程基本公式：
Q1=qV(tn-tw)=?琢(18-?驻t-tw)(1-5)
α——建筑物系数;
18——编程室温;
由公式(1-5)可知，如果供热建筑物已定，则建筑物系数α已定，建筑物的热负荷只与编程室温和室外温度有关。
其中，编程室温主要与建筑物使用功能和使用特点有关。比如，办公楼与居民楼供热需求就大相径庭，办公楼晚上6：00到早上7：00这一时间段，几乎可以停止供暖，只要保证管路不结冰就可，但是居民楼必须保证24小时连续供暖，而居民楼不同的供暖时段其热量的供应也是不均匀的，如零点至凌晨5点这一时段，热量的供应就应适当的减小。这就是所谓的分时分区供暖。
另外一个影响因素就是室外温度tw，由于天气的变化，太阳的辐射，风力的变化，导致室外温度tw是逐时变化的，此时要求锅炉的供热量随着tw的变化而调整，这就是通常所讲的气候补偿。
校正公式[1]：
tg=tn+■(tg′+th′-2tn′)(■)1/(1+B)+■(■)(1-6)
th=tn+■(tg′+th′-2tn′)(■)1/(1+B)-■(■)(1-7)
其中，tn、tw、tg、th分别是室内设计温度、室外采暖设计温度、设计供水温度、设计回水温度;tn′、tw′、tg′、th′分别是运行时室内温度、室外温度、实际供水温度、实际回水温度;B为散热器指数。
对于本系统，供暖供水管上没有装温度传感器，所以只能读回水温度进行校正，即对公式(1-7)进行计算，得出设计回水温度。
本系统的控制过程见下面的简图。
3系统主要特点
根据不同的热负荷需求调节锅炉负荷，实现锅炉智能化运行，避免了司炉工之前“看天烧火”、凭借经验调整锅炉出力的做法。并且系统还可分时分段对用户供热，既保证了能源不浪费，又保证了用户舒适供暖。下面介绍系统的主要特点。
3.1集锅炉集中控制、气候补偿和分时分区控制三项技术于一体
①集中控制
将现场的多个锅炉控制器的数据联网，上传到位于上位机的集中监控系统中，根据节能模型以及锅炉运行的理论最佳值，来处理数据，从而达到全部锅炉统一、协调地工作，节能效果最大化和延长锅炉寿命“两不误”。
②气候补偿
根据室外温度的变化，按照设定曲线模型对供水温度进行控制，实现供水温度与室外温度的自动气候补偿，避免产生室温过高而造成能源浪费，确保用户室内温度适宜。能够根据室外环境温度的变化及一天24小时的建筑物内不同的负荷，自动调整锅炉热负荷与之相符，保证锅炉在较高的效率下运行，从而达到节气的效果。
③分时分区
根据各种供暖的因素(不同的用户类型、数量、形式及特点等)合理调配锅炉启/停的台数、级数及组合方式等，保证锅炉每时每刻都在高效率的状态下运行，保证舒适采暖的同时又减少能源的浪费。
3.2全自动智能动态质调节
与大多数工程上使用气候补偿器控制电动调节阀不同，本系统通过控制锅炉启用台数和开启时间来实现对供水温度的调节。目前在国内使用的气候补偿器通常是进口的，如西门子、丹佛斯、霍尼维尔等厂家的产品，国内也有一些产品，基本控制原理和方式与国外产品类似[2]。由于大部分产品核心是单片机，计算能力有限，所以它们基本上是提供若干温度调节直(曲)线供用户选择，但是，影响供水温度的因素是很多的，如用户围护结构的材质、保温材料、建筑的朝向、小区的特点、用户暖气片的形式等等，有限的几条线是不可能满足所有用户的要求的。
而本套系统的最大优点是以组态软件为平台，根据用户用热性质，“量身定做”一套适合本用户自身特点的供热曲线，并且曲线形状根据用户需求可以随时分段调整。见图2-1。
3.3合理调配资源
避免一台锅炉一直运行，合理调配资源，定期切换锅炉运行，保证锅炉始终在高效率段运行。如下表2-1所示：“√”代表锅炉运行状态，“√主”代表以此台锅炉为主运行。
基本实现了全自动控制，由于锅炉燃烧过程是一个不稳定的复杂变化过程，各种各样的因素都会引起工况的变化。系统内加入了程序，系统可按照事先设定的模式运行，减少了锅炉工重复性劳动，大大减少了锅炉工的误操作，提高了锅炉运行效率。所以，工作人员的工作由操作变为监控，只要系统运行正常，不提倡工作人员干预系统的正常工作。图2-2是供热控制系统的锅炉运行状态。
4系统功能
本系统基于“集中管理，分散控制”的工业控制模式建立技术先进、稳定可靠、经济实用且便于二次扩展的集监视和计算机调度管理于一体的监控系统，并且系统具备良好开放性[3][4]，以完成对整个锅炉热网系统各环节变量参数进行实时跟踪显示。工艺流程以直观醒目的方式呈现画面上。而且，还可以根据客户的要求提供多种报表打印和历史数据保存等功能。
其主要功能如下。
4.1数据、状态显示及打印
系统配有温度、压力、流量等传感器，经数据传输，可实时显示当前的数据变化，还可以显示一些开关量的变化，例如：锅炉的运行和停止状态。而且可对传输数据进行存储和打印。
4.2运行数据实时曲线
趋势曲线用来反映变量随时间的变化情况，可以观察任意时间段的数据变化趋势。如图3-1所示，可以显示任意时段的炉前温度的变化曲线，这样锅炉工可以直观分析锅炉的负荷变化，做出反应。
4.3历史数据报表查询打印
数据报表是反映锅炉系统中的过程数据、运行状态等，并对数据进行记录、统计的一种重要工具。www.china-heating.com它既能表现系统中实时的运行情况又能对长期的运行过程数据进行统计、分析，使管理人员能够掌握和分析运行过程情况。运行数据查询如图3-2所示。
4.4中央调度及远传功能
正因为有了数据传输功能，可以对多台锅炉的运行进行“监视”，这样控制中心便可根据情况进行调度。还可以实现远传[5]。
4.5故障报警功能
可以根据现场要求将变量的报警信息进行存储，并且可以灵活的进行历史报警的查询、打印。只要锅炉出现故障，报警画面就会立刻提示锅炉故障原因。
5应用效果
以北京市某锅炉房的供暖节能改造工程为例，在没有采取其他任何的措施，只是在旧的系统上安装了本供热控制系统，通过几个采暖季的运行实践证明，一方面大大提高了采暖用户的舒适度，另一方面每年可以节约燃气10%～14%，一个采暖季，节约天然气10多万立方米，节约燃气费用可达10万元以上，还节约了近30%的燃烧机耗电费用，得到用户的一致好评。
因此，该系统具有自动化程度高、运行稳定、可靠性高、测量精度高、成本低和软件实用等特点。
