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1、清华大学供暖节能改造及合同能源治理发布日期：2021-12-27浏览次数：33潍坊国建高创科技企划部潍坊国建高创科技有P艮公司简称国建高创是国冢苜批备案的节能服 务公司,2021年9月20日,国建高创与清华大学签订了供热节能工程, 将对清华大学260万方平米的供暖系统包括相关电,水系统进行技术改 造,并与清华大学共享工程节能效益和政策性收益.此次合作作为国内 校,企、银强强联合的典范,受到了各方面关注.近年来国家屡屡出台政策,鼓励各地在节能改造中实施合同能源治理.节能效劳公司是合同能源治理的实行者.与传统的设备供给商不同,节能效劳公司所提供的是整体节能解决方 案,卖的是节能量而不是单纯的产品.
2、潍坊国建高创科技 简称国建高创是国家首批备案的节能效劳公司,是节能效劳领域的领军企业.2021年9月20日,国建高创与清华大学签订了供热节能工程,将对清华 大学260万方平米的供暖系统包括相关电、水系统进行技术改造.国建高创提供工程改造方案及改造工程所需要的智能节能设备与系统,并负责工程的调研、设计、工程的改造以及节能设备的安装、调试和维护,并与清华大学共享工程节能效益和政策性收益.国建高创的投资收益从节能效益分成及争取国家政策专项补助奖励中回收和享 受.清华大学将投入一定金额的工程启动资金,且自工程投入图1国建高创与清华大学的签约仪式始即分享节能效益, 分享国家有关补助奖励, 在双方效益分享
3、合作结束后,获得节能设备产权及其后续产生效益的收益权.此次合作作为国内校、企、银强强联合的典范,受到了各方面关注.工程概况清华大学校园占地六千余亩,以南北主干道为线分为东区和西区,西区校园为老校区. 学校建筑面积为281.58万平米,供暖面积约为 260万平米,其中住宅面积约 63万平米,学生宿 舍面积约46万平米,教学、办公及其他供暖面积约110万平米,每年供暖周期为 4个月.该工程由国建高创承建,采用合同能源治理模式实施,投资总额4800余万元.清华大学供暖能耗现状清华大学供暖系统由两座锅炉房、12个换热站及热力管网组成.两座锅炉房分别为南区锅炉房9003锅炉房和高压锅炉房.南区锅炉房90
4、03锅炉房内现有3台20吨燃煤热水锅炉,供暖面积 705630.17平米.高压锅炉房内有 2台20吨和1台40吨燃煤热水锅炉,3 台20吨其中一台用于生活热水和 1台40吨燃气热锅炉,供暖面积 1887814.9平米. 清华大学供暖系统 2021年-2021年度能源消耗情况为：煤耗为 7万吨5500-6000大卡； 电耗为5720MWh ;水耗为91000m3. 工程方案设计 1、设计方向由于清华大学校园供暖面积较大,设备较多,在不同时期由不同的厂家建设,并且有局部设备已运行多年,在之前的条件和技术下做节能改造的难度较大.随着自动化技术水平的不断开展,相应的供暖节能技术也逐步提升,为此由国建高
5、创立项建立新的锅炉综合节能监控系统和各换热站节能限制系统,并对各公共建筑建立分时分区分温限制,建立GPRS通讯网络,将各换热站及锅炉房等重要参数实时传输到系统监控中央,监控各换热站及锅炉的设备运行状态及各分时分区分温限制设备的运行状态,并可向其发送调度指令.本次改造工程为供暖节能系统,以下简称SCADA 信息采集监控系统,建立锅炉监控系统、12个换热站监控站、分时分区分温限制、总控室、GPRS网络系统等.本次工程对所提供 SCADA系统的硬件、软件、技术效劳、工程效劳、技术培训、软件组态、 系统集成、包装运输、开箱检验、安装、现场调试、系统验收、到 SCADA整套系统运行等 各个环节负责.2、
6、系统节能综合改造技术举措锅炉限制采用 DCS限制系统,以保证锅炉平安、节能运行.同时,锅炉限制系统数据能通 过GPRS无线通讯上传到系统监控中央,将锅炉的主要运行参数实时传送.通过换热站就地限制系统的平安、节能、优化运行,以实现优质效劳和节能减排.同时,能 将换热站的运行参数通过 GPRS无线通讯实时传送到系统监控中央,也能接受并执行系统控制命令.管网分时分区分温限制根据各公共建筑的用热规律,本地限制箱实现现场限制,合理调配供热量,节约能源.同时,能将各阀门的运行参数通过GPRS无线通讯实时传送到系统监控中心,集中限制.系统监控中央监控整个热网运行,包括各锅炉房、换热站、管网运行.核心节能技术
7、1、公共建筑分时分区分温限制根据公共建筑的用热规律,在建筑物内无人办公时降低各区域/楼栋的供热量,节约能源.2、循环泵变频调速根据热用户用热需求设定循环水流量和压差,调节循环泵转速,减少阀门截流损失, 有效节约水泵电耗.3、精确限制供暖温度根据室外温度和室内温度的需求,系统监控中央下达室外温度值,就地限制换热站二次网供水温度或二次网回水温度并进行自动限制,保证二次网的供水温度或二次网的回水温度在设定值上.根据二次网的流量和进出口温度计算供热量,根据不同的气温设定不同的供热量,通过一次网调节阀和二次网水泵变频器调整供热量以到达气候补偿的目的.这样就可以预防在供暖的初期和末期过高供热,节约能源；能
8、保证在室外温度最低期间保证用户采暖温度, 提升供热质量和效劳质量.4、供热计量换热站就地限制系统具备供热计量功能.换热站就地限制系统接收二次网进出口的温度和流量,计算换热站的供热量,并根据气温自动调整供热量.5、无人值守换热站自动化限制改造后, 换热站就地限制系统自动限制换热站的平安运行,并将换热站的运行工况实时传送到系统监控中央.假设出现任何异常,会进行保全处理并向监控中央发出报警,以指示维修人员到现场维护.工程建设内容1、锅炉监控系统(1)锅炉限制采用 DCS限制系统锅炉限制系统采用 DCS集散监控系统,整个系统包括操作层与过程层.每台锅炉一个操作 员站.操作层包括传统限制功能(如：操作与
9、监视,数据归档与信息记录,趋势与报警)和 网络数据共享功能.过程层包括根本和高级的回路限制、高速逻辑、开关限制及数据采集功能.系统的现场限制站电源、主限制卡件、通讯卡件均采用冗余配置,以保证整个限制系统具有较高的可靠性.(2)热水锅炉限制方案锅炉自动限制系统分为燃烧限制系统、送风系统限制、引风系统限制、共用局部限制.复杂回路限制：本工程燃烧系统为链条炉,且为热水锅炉.锅炉局部的自动限制是锅炉 DCS自动限制的重点和难点,锅炉局部提供合格品质的热水以 供热用户使用,同时要保证锅炉自身运行的平安性和经济性.燃烧过程的限制又可以分成送风限制、炉排转速限制、炉膛负压限制一一这三个子系统相互关联.锅炉燃
10、烧限制最终目的要使出水温度保持在设定值.链条炉燃烧系统自动调节的最终目的是要使出水温度保持在设定值,克服自身燃料方面的扰动,保证负荷与出力的协调,同时使燃料量与给空气量相协调(风煤比),保证燃烧的经济性,引风量与送风量要相适应,维持炉膛负压在一定范围内,保证燃烧的平安性. 燃烧限制系统中主要有三个调节量：给煤量、风量、引风量.锅炉炉排限制对于该链条锅炉以锅炉出水温度为限制标志,对锅炉出水温度进行定温调节.出水温度是衡量热水量与外界负荷两者是否相适应的标志,引起出水温度变动的扰动来源有两个,其一是燃料量的扰动,又称根本扰动；其二是室外温度的变化引起的换热的扰动,又称负荷扰动.根本扰动容易通过自身
11、的闭环来克服,负荷扰动通过不同负荷条件下预置一个根本值,在根本值的左右进行限制.提升负荷扰动的提前限制量,预先进行调节,使出口水温保持定温.同时定温限制中不但需要判断温度的偏差,还需要判断温度的变化趋势. 通过结合温度的偏差及温度变化趋势,采用专家限制系统对每一个状态进行运算,采用最符合此状态的限制输出.同时由于环境温度的差异,使回水温度变化, 所以在调出口水温的同时必须根据回水温度与进水温度的偏差,相应地对输出参数进行一定的补偿或调整.根据室外的温度、锅炉的回水温度及热水出口流量计算出锅炉的总供热量.通过调节链条炉排转速、送煤闸门挡板的开度,限制燃煤量,适应实际的热负荷的要求,从而限制锅炉出
12、口温度.锅炉出口温度限制的设定值由地区环境温度设定.锅炉出口温度曲线图由系统自动求取,为了保证一些实际情况的需要,限制系统中参加一个可由用户随时设定的偏置量.在燃烧限制的投运过程中,采取一定的步骤.先在稳定负荷下要求能够限制好整个系统,在有更多的运行经验后再拓展至各种负荷情况.限制中主要根据负荷情况设定对应炉排转速(煤量)和送风量.送风限制：根据煤源的特性以及经验数据确定风煤比,设置比值调节回路, 通过链条排的给煤量调节送风量,使燃烧到达最好的燃烧效率.风煤比可参加一个人工干预的偏置量.引风限制：设置一个前馈调节回路,通过调节引风量调节炉膛负压,将送风量作为前馈信号,以保证引风系统的稳定性,炉
13、膛负压限制在要求的范围内,使锅炉能平安运行.炉膛负压的调节在整个燃烧系统中相对具有独立性,可以作为一个单独的对象来设计限制.为保证引风提前于送风运作,引入鼓风作为前馈.(3) 一次供热管网测量限制系统在一次供热管网系统设置锅炉补水限制,该限制采用液位和压力限制. 同时设置下监测回路：总供水线的温度和压力测量；总回水线的温度和压力测量；循环泵前压力测量报警；软化水箱液位测量报警.2、换热站就地/自动限制系统(1)就地限制站在各换热站设置本地限制系统就地限制换热站的运行,并将本站的测控数据及参数传至监控中央,对热网进行调度治理,保证热力管网的正常运行.(2)就地限制站主要任务负责独立完成该供热区域
14、运行参数的采集、监测及自动限制,通过自动调节来满足该区供热需求,同时接受监控中央指令,向上传送有关数据.根据室外温度,自动设定二次供水温度,也可人工现场设定二次供水温度.自动限制二次供水温度在设定值上.自动补压限制,使二次水压保持在设定点,限制精度为0.5%.现场限制柜设置人机接口显示屏,以便现场显示操作.界面参数显示.监视二次网循环泵变频器运行.(3)就地限制站结构监控站将整个管网的参数传至监控中央,调度中央对热网进行调度治理.现场限制系统由本地监控站和现场仪表组成.本地监控站配置现场限制器PLC及GPRS通讯设备,现场仪表配置压力、温度、流量、液位、变频器等设备.(4)换热站的限制原理二次
15、管网供回水管加温度和压力检测,回水管加流量计,可计量供热量,同时作为限制室温的参量.当室外气温升高时,PLC提取此温度下设定的供热量(设定值根据经验取得,也可随时修改),通过变频器调节二次网循环水流量,限制供给用户的热量,从而限制用户室 温保持恒定.由于二次网供热负荷下降,一次网供水温度会升高,这样降低锅炉负荷,从而使一次网供水温度恒定,到达节煤的目的. 温度限制方式：温度限制回路负责调节换热机组二次侧供水温度,本方案温度限制算法采用的是模糊限制算法.模糊限制算法是近年来迅速开展的一种限制算法,由于不需要建立精确数学模型,因此具有阶跃响应速度快、 精确度较高、对参数变化不敏感及整定更容易等特点
16、, 充分表达了智能限制方法对于被控对象的良好适应性.在温度限制中引入模糊限制代替传统PID限制可以很好的解决温度滞后造成的调节振荡,能明显改善监控系统的稳态和动态性 能,因此我们将模糊限制算法引入换热器二次侧供水温度的调节.调节原那么：限制幅度,逐渐调匀.由于系统的大惯性及传输延迟,因此不能连续调节,否那么 将引起系统振荡.两次调节的时间间隔不能太短,而应采取“等等看看的策略,待温度基 本到达稳定后再进行下次调整.整个调节不是一两次完成,而是逐渐趋于一致的动态过程, 因此,每次阀门调节的幅度不能太大,以保证系统的稳定.根据二次网回水流量计算供热量,根据不同的气温设定不同的供热量,通过调节阀门,
17、使供热量保持在设定值上. (5)换热站限制的任务及功能换热站采用间接换热方式,经过热交换器的二次水给用户供热.采暖系统根据与室外温度相对应的二次供水温度曲线, 通过循环泵变频系统来限制二次网流量,实现二次网负荷的限制.换热站有流量累计和热量累计.显示各种运行参数及设备运行状态.对各种参数有报警功能. 换热站内水箱装有液位变送器,将液位信号传至本地限制站,设置水位上下限报警.补水系统为变频定压补水,根据回水压力限制变频器调速,并具有水箱低限保护等功能.3、管网分时限制系统公共建筑分时分区限制系统是通过在建筑回水管道安装我公司自主研发的分时段温度限制 箱配合智能电动阀,实现建筑需要多少热能管网供给
18、多少热量,从而对大型公共建筑等分时段用热特点十分鲜明的建筑实现了智能分时段供热的限制系统.(1)系统组成电动阀门、电动阀门远程限制箱、供回水温度传感器及各种附件.(2)方案设计说明在楼栋(单元)前的回水管路上安装电动调节阀,在楼内安装温度限制箱,用户可以在温度限制箱上预先设定楼内所需要供暖时间(如7时至18时)和供暖温度(如 20C),在此段时间内,阀门翻开,进行供暖,使楼内到达预设温度；当下班后,楼内无人时,如下午18时后,阀门关闭,直至第二天 7时再自动重新开启阀门, 按预设温度正常供暖.当楼内温度 低于预设防冻温度(如 10C)时,阀门翻开,直到楼内温度超过10C,阀门关闭,预防冻坏管路
19、及预防楼内温度过低.图2分时分温限制器主界面(3)系统工作过程分时段节能限制系统经一个分时段温度限制箱和电动调节阀门,来实现分时段节能限制.该系统依据实际检测供/回水温度与用户设定温度的偏差, 通过优化限制方式输出 420mA信 号限制阀门的开度,即通过调节热水流量到达限制供暖温度的目的,自动调整热水流量, 通过量调节限制,到达质调节的目的,最大化地节约能源.(4)系统特点可进行不同时段、不同温度的限制；可分楼栋、分单元、分楼层单独限制温度；具有低温防冻功能、平安可靠；根据供热负荷的变化调节供热量,到达了节约能源的目的.4、热网监控中央(1)监控中央热网监控中央是整个热网的限制中央,对其热网系
20、统中各远程限制站的运行工况进行实时监测,根据热网参数对热网进行合理的调度、指挥.热网监控中央通过组网来连接各种设备,使他们之间进行数据交换.(2)监控中央具备的功能整体或局域供热系统的流程图显示,区域供热系统图、 过程模拟流程图的显示, 其中标有各关键数据、限制参数及设备；记录和显示重要点的历史趋势数据或图形；报表的生成与打印；在事故状态下可连续监测显示某一参数的实时变化；值班人员利用以上功能,分析判断热网的运行状态,动态的水力、热力工况是否正常,本工作站是系统主要监控窗口,须具有丰富的人-机对话界面.监控中央系统结构图利用网络效劳器调出各种运行参数,分析热网现状是否到达最正确运行,预测故障隐
21、患,完成各种运行参数、图表,下达换热站供热参数调节命令,调整供热运行状态；完成系统共用数据存储,各种数据交换,负责发送各种数据的调用命令,协调整个通讯协议,完成网络限制治理,保证通讯网正常运行.专家论证2021年5月,清华大学成立本工程技术方案论证组,并组织会议论证,专家组包括中国建筑学会暖通空调分会副理事长、 北京建筑设计研究院参谋总工吴德绳, 中国城镇供热协会副 理事长徐忠堂,住建部供热计量与节能工程技术研究中央主任蔡升辉,北京大学教授级高工于海凌,清华大学校园修缮治理中央主任许立冬等著名学者、专家.专家组认为,该方案有针对性,自动化程度高、限制精确、适应环境性强,在清华大学供热 系统整体节能优化限制方面具有先进性、科学性和可操作性, 并且该系统经过已经应用的节能改造工程验收,性能稳定可靠,建议实施.