气候补偿器的讨论

气候补偿器的认识

通过两次中法能源中心的参观，对气候补偿器产生了兴趣，课后查阅了一下资料后，对气候补偿器有了进一步的认识，并对此进行总结。

1 前言

随着国家经济建设水平的不断提高和人们生活水平的日益提高，在我国北方地区集中供热的规模也日益扩大。供需之间的矛盾也开始逐渐显现，集中体现在供热的成本、供热质量与用户舒适度、收费之间的矛盾。在通常情况下，供热系统应保证用户在整个采暖期内都满足设计室温20℃的要求。为使用户室温达到设计室温的要求，就必须在整个供暖期内，随室外气温的变化，随时进行供水温度、流量的调节，实现按需供热，以最大限度的节省能源，即必须对供热系统进行集中运行调节。气候补偿器便可以实现集中质调节和量调节。

2 气候补偿器的介绍

气候补偿器是一种自动控制仪表，其内部设有供热调节曲线。气候补偿器的工作原理是根据室外空气温度的变化和其内部设有的不同条件下的调节曲线求出恰当的供水温度，自动调节一次网的流量来控制二次网的供水温度，以满足用户侧热负荷的变化要求，从而实现供热系统供水温度的气候补偿，达到节能的目的。气候补偿器内部调节曲线的设置原则为根据所调节的供热系统所服务的对象，保证供热系统中典型用户室内空气温度要求得到满足。

气候补偿器的基本功能主要体现在:由于用户的室内散热器、换热站的换热设备等供热设备是按照设计工况进行选型设置的，而在实际应用中，室外空气温度往往高于设计温度，如果不及时根据室外空气温度变化情况调节换热站的供热能力，必然会造成换热站的供热量大于用户的热负荷需求而造成能源浪费。气候补偿器正是针对这一问题，根据室外空气温度的变化随时调整换热站二次网的供水温度，实现动态调节换热站的供热量。

供暖期间室外空气温度是变化的，特别是整个供暖期间建筑物的最大热负荷出现的时间比较短，同时在可实现热计量的分户热计量系统中，用户调节也会引

起供热系统供热量的变化。为了实现根据室外空气温度的变化提供所需供热量和适应分户热计量供热系统用户需求热量的变化，应在供热系统换热站安装气候补偿器，根据室外空气温度的变化和用户需热量的变化实施按需供热，实现节能。气候补偿器在供热系统中的安装示意图见图1。

气候补偿器的适用范围和功能特性如下：

1.根据室外温度变化控制三通调节阀来调节供水温度，避免建筑物中因过热而开启窗户的现象。

2.通过设定时间控制器，设定不同时间段的不同室温要求，可以减少房间夜间或无人时的供暖量。

3.能够使散热器恒温阀更有效地利用从太阳辐射、电器和人体等热源获得的额外热量，以节省房间和系统的供暖量

4.对于未安装散热器恒温阀的建筑，安装一个额外房间探头，可以利用太阳辐射等额外热量，维持室温稳定，节省供暖量。

3 气候补偿器设备介绍

本文选取了和中法能源中心使用的同品牌类似型号的西门子经济型气候补偿器进行介绍，见图2。

图2

3.1 系统原理

气候补偿节能控制系统依据室外环境温度变化，以及实际检测供/回水温度与用户设定温度的偏差,通过PI/PID方式输出DC0-10V信号控制阀门的开度。即通过调节一次侧冷/热媒流量达到控制出水/送风温度的目的，自动调整一次侧供水流量，间接控制二次侧供水温度，通过量调节控制，达到质调节的目的，最大化的节约能源，克服室外环境温度变化造成的室内温度波动，达到节能、舒适之目的。气候补偿节能控制系统具有高自动化、高效率、高应用性的特点。根据系统不同，节能率在5~10%之间。

3.2 系统组成

本系统由四种主要产品组成，均选用德国SIEMENS产品。系统示意图见图3。

1）气候补偿节能控制器：气候补偿节能控制器由温度控制器和时间设定器组成。

作用：依据供/回水温度，以及室外温度进行气候补偿温度控制和时段设定。

2）浸入式温度传感器

作用：检测供/回水温度(依据实际管径大小，可选捆绑式和浸入式两种)；

3）室外温度补偿传感器

作用：检测室外温度。

4）电动温控阀

作用：用于液体、气体系统管道介质流量的模拟量调节，是AI控制。（如一

次系统介质为水时，且水泵为变频运行或者介质为蒸汽时，阀门一般采用二通阀体；如一次系统介质为水时，且水泵为工频运行时，建议选用三通阀体，避免破坏水泵的运行工况，达到节电的目的。）

图3

3.3 系统特点

1）针对不同的现场工况，选择相应的曲线号，实现各种智能化节能运行模式，无人值守，性价比高；

2）通过微积分计算，提前预测温度变化趋势，控温准确；采用连续调节PI/PID控制方式,控制精度最高可达到0.5℃。

3）可由控制器读取当前实际供/回水温度、室外环境温度、控制器使用曲线号、设定供/回水温度、温控阀实际开度。

4）日期和时间显示，每日程序和每周程序设置，8个可编程时间段设置，手动开关控制，大屏幕液晶显示，快速夏令时设置，数字输入的定时器；

5）自动工作模式：启动分时段工作方式，按时段的温度设定自动改变；

6）手动工作模式：分时段设定的数据无效，连续执行现行的设定温度；

7）记忆功能，断电后已设定的数据不会丢失，备存72h；

8）低温保护，防冻功能；

9）控制供热温度，提高了舒适性，又避免不必要的能量消耗，节能效果显著。

冬季供热时出水温度与环境温度关系示意图见图4。

图4

4 气候补偿器的直（曲）线选择

本文介绍的西门子生产的经济型气候补偿器，其温度补偿性能曲线也是通用型的，不具有针对测试地区的调节曲线。

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、方式和国外产品类似。但这些产品的温度调节并不是公式型的，即控制温度并不符合修正后的水温调节公式。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，选择合适的温度调节直线是很重要的。

国内有些学者提出了用m、L表示概算热指标和散热器多装的比值，通过修正的水温调节公式进而得到最节能的直（曲）线。

5 气候补偿器的安装使用要求

1) 气候补偿器最适用安装于二次网采用定流量质调节换热站的供热系统中，是一种投资省见效快的节能措施。

2)安装于换热站的气候补偿器应该具备根据室外空气温度、二次网回水温度的变化调节二次网供水温度的基本功能。

3)选择气候补偿器应根据供热系统的特点选择适用的气候补偿器，并结合供热系统的调节方式选择与系统匹配的气候补偿器调节曲线。

4)安装有气候补偿器的供热系统是以换热站实行集中质调节为主、辅助于用户的调节来达到节能的目的的。

5)使用气候补偿器的供热系统应首先进行供热系统的水力初调节，减少供热管网的水力失调，从而减少热力失调。

在需要使用气候补偿器的场合，应该了解气候补偿器的基本功能及其适用条件，同时还应保证所选择的气候补偿器具有根据室外空气温度、二次网回水温度的变化调节二次网供水温度这一最基本功能。