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摘要：介绍了生活热水电蓄热系统利用控制器以及温度传感器自动控制电锅炉在夜间22：00至5：00低谷电价期间启动，通过蓄热循环泵、蓄热水箱进行循环蓄热，在白天使用时通过换热器进行热量交换，把蓄热水箱储存的热能释放出来转换成生活热水系统热能进行利用。由于本方案采用夜间低谷电价，不但降低了运行费用，而且对整个电网起到了“削峰填谷”的作用。
关键词：电蓄热；自动控制
Abstract：Living hot water system makes use of the controller and temperature sensor to automatic control the electric boiler operation in the 22:00/PM to 5:00/AM ,which applying the trough electricity price,recircling to store heat by the recircling pump and water tank.It can exchange heat by heat exchanger.The heat in the storing heat water tank can be released in the daytime,that used in the living hot water system.The proposal uses the trough electricity price in the night,which not only decreasing the operation cost, but also balanceing the municipal electricity net.
Keywords: electric storing heat；automatic control
中图分类号：TU822文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
项目为大连某高档公寓式酒店，酒店部分共12层，内有280户，其中四楼为健身房和桑拿，共计30个淋浴喷头。由于春季、夏季、秋季市政热力管网均不供应蒸汽热源，所以生活热水系统只能选用电锅炉蓄热方案。如果选用燃煤锅炉，环保不符合要求；选用燃油锅炉运行费用太高。电蓄热方案利用夜间低谷电价不但降低了运行费用，而且还对电网起到了“削峰填谷”的作用。在晚上10：00时，启动电锅炉进行蓄热，热量储存在蓄热槽中，当温度传感器检测到温度达到95℃时，停止电锅炉工作。储存在蓄热槽中的热量供第二天使用。
酒店内的生活热水供应采用了蓄热电锅炉的形式。蓄热系统方案设计该蓄热系统晚上用电低谷期制热，全量蓄热，白天不开主机，以节约运行成本。
本工程蓄热电锅炉设计内容如下：
2 蓄热电锅炉的选型
以下为热量计算公式及数据：
Q=C*M*（TR- TL）
TL：自来水基础水温，按冬季管网供水50C 。
TR：加热后生活热水供水温度。
C：水的比热，1 kcal /kg.度
M：生活熱水的质量，kg。1 kg水等同1L水。
Q：供热量kcal。1kcal=1/860kwh。
2.1 楼内共280户，根据规范每户最大日用600C水量240L，全日总用水量240 X280=68m3
计算全日总供热负荷Q=1*68000*(60-5) =3740000kcal=4348 kwh
使用时间3h。
尖峰负荷为4348 kwh /3h=1450 kw
2.2 楼内30个淋浴喷头，每个喷头用600C水量180L/h，使用时间12h，按照70%的使用率进行设计。
计算全日总供热负荷Q=1*180*30*12*0.7*（60-5）=2494800 kcal=2900 kwh
尖峰负荷为2900 kwh/12h=242 kw
2.3 根据以上计算，整个项目全日总负荷为4348+2900=7248 kwh
尖峰负荷为 1450+242=1692 kw
大连地区低谷电时间段为22：00~5：00合计7h,采用全量蓄热系统，将第二天生活热水换热用的负荷全部储存起来，设计2台电锅炉的选型为：
7248 kwh/7h/2台=518 kw，因此设计选用2台540 kw的电锅炉，总功率1080 kw。
3 蓄热水箱几何体积的选型
V—蓄热水箱几何容积，m3
N—电锅炉选用功率，kw
Ng—谷电时段值班电锅炉功率，kw（本项目无值班电锅炉）
tx—蓄热的各时间段时间,h
η—锅炉效率，一般取98%
Δt—蓄热水箱的可利用温差(蓄热水箱可利用温差为500C)
η1—蓄热水箱的保温效率，一般取95%
k—蓄热水箱的容积利用系数，一般取0.95
ρ—热水的密度, 1000kg/ m3
蓄热水箱通过热交换器将热量传递给生活热水的，考虑蓄热水箱内热水最高温度不超过1000C，可利用温差按500C计算。
V=（1080*7*0.98*3600）/（50*0.95*0.95*1000*4.18）=141 m³
因此本项目蓄热水箱体积为141 m³，根据设备间空间，设计水箱尺寸为8.5 m（长）m *5.5（宽）*3 m（高）。
4 容积式换热器、蓄热循环泵的选型计算
根据供热尖峰负荷，选用1台容积式换热器，换热量为1700 kw，二次侧生活热水设计温度600C/50C。设计2台供应二次侧生活热水变频泵，按最低供水温度350C计算，每台流量为（1700/2）X0.86/30=24 m3/h，设计选用2台流量30m3/h，扬程40 m生活热水供应泵，按照2台变频配置。
蓄热循环泵流量要满足带走电锅炉的加热所产生的热量，1台540 kw电锅炉对应1台循环泵，锅炉为即热式电锅炉，进出水温差按200C考虑流量为540*0.86/20=23 m3/h，设计选用3台流量25m3/h，扬程19 m一次侧蓄热循环泵，按照2台变频1台备用配置
整个生活热水电蓄热系统包含电锅炉、蓄热水箱、蓄热水泵、仪表阀门及控制系统。
控制系统中包括：温度传感器6套、压力传感器1套、液位传感器1套、DN125电动阀门含执行器4套。
整个系统应该实现五种工况的自动切换：电锅炉蓄热、电锅炉单供热、蓄热槽供热、电锅炉和蓄热槽联合供热、电锅炉蓄热供热。自控系统用于控制热水系统在不同工况下的运行和参数检测，具有下述基本功能：
(1) 根据工况要求，控制电动阀门的开关。
(2) 电锅炉的开关及传感器各种信号收发控制。
(3) 水泵开关及各种信号的收发控制。
(4) 通过安装在系统中的传感器自动检测温度。
(5) 通过接触器、执行器控制蓄热各种工况的切换。
(6) PLC彩色触摸屏显示、记录各种设备运行参数。
5 生活热水系统电锅炉蓄热工作流程、系统
电热水锅炉控制系统
Electric hot water boiler control system
结构图
Framework chart
6 控制系统运行环境要求
-10℃<环境温度≤55℃。
环境湿度≤95%。
海拔高度≤2000m
无水滴灰尘及油性灰尘之场所。
无腐蚀易燃性之气体、液体。
坚固无震动之场所。
保证良好通风。
室内安装使用。
7 自动控制
(1) 在自动情况下，系统启动各组加热管相互联锁，加热管根据热水锅炉温度变化率，实现模糊温度控制，系统设备根据运行模式与相应的控制温度进行控制，控制图：
图 电热水锅炉运行控制系统
Fig.Electric hot water boiler operation control system
(2) 系統停止后，各设备按程序依次停止，其流程见下图：
图电热水锅炉停止控制系统
Electric Hot Water Boiler Stop Control System
8 控制系统性能特点
控制精确：高精度压力、温度监控系统可保证调节参数精确。
运行稳定：PI、PID调节功能可保证装置运行平稳、出口参数稳定。
调节灵敏：工业级控制器、电动执行器反应迅速，保证生产工艺要求及采暖舒适性要求。
性能可靠：核心配件均采用国外著名厂商产品、集成热工行业世界顶尖技术、性能卓越、质量可靠。
全智能化：全自动无人值守、节省运行维护费用。
功能多样：功能强大的控制器可提供定时、报警等多种模拟、数字信号输出及计算机接口等延伸功能。
安装简便：结构紧凑、占地空间小；减温水接口方向可根据现场调整，装置可整体法兰对接于热力管网中，安装快速简便。
操作简单：友善的控制界面可轻易实现人机对话，保证参数设定和指令输入的正确操作，并附带手动操作装置，保证意外情况下仍可正常使用。
9 生活热水控制系统调试
9.1调试步骤
调试前准备→设备外观和安装工程质量检查→环境温湿度、卫生及电源的检查→接地系统的检查→传感器、执行器接线的检查→单体设备的检查与测试→PLC功能测试→受控设备单体动作和功能测试→系统调试（包括软件功能测试）→系统验收
9.2调试方法
开机前要求所有的设备根据设计图纸进行对照。系统管道流向要求作箭头标志，明示管道系统的流向。对有油漆脱落或有局部破损的地方应进行修补。
9.2.1 检查蓄热电锅炉上所有阀门位置是否正常；
9.2.2 检查各控制及安全保护设定是否正常；
9.2.3 检查控制箱指示灯是否正常；
9.2.4 检查水泵、软化水装置等设备的电源电压是否正常；
9.2.5 检查水泵、换热器、蓄热电锅炉等设备的进出口压差是否正常；
9.2.6 检查要求启动的回路上的阀门是否正常开启；
上述各部位发现有不正常必须立即修正，方可正常投入运行。
9.3系统开机步骤及工况调试
9.3.1系统待机工况
关闭蓄热系统中的所有电动阀门→将所有电动装置（水泵、电锅炉等）处于停机状态→记录蓄热电锅炉进出口的温度，记录蓄热循环泵进出口压力。
9.3.2 蓄热电锅炉蓄热工况
打开对应回路的电动阀门→启动蓄热循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→启动蓄热电锅炉蓄热工况。
蓄热结束时，电加热管停止工作→关闭蓄热循环泵→恢复到待机工况。
9.3.3 蓄热水箱供热工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→蓄热水箱供热工况工况启动。
蓄热水箱释热结束时，系统恢复到待机工况。
9.3.4电锅炉直接供热工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→电锅炉直接供热工况启动。
电锅炉释热结束时，系统恢复到待机工况。
9.3.5电锅炉边蓄热、边供热工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→电锅炉边蓄热、边供热工况启动。
电锅炉边蓄热、边供热工况结束时，系统恢复到待机工况。
9.3.6水箱供热与电锅炉供热联合运行工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→水箱供热与电锅炉供热联合运行工况启动。
水箱供热与电锅炉供热联合运行工况结束时，系统恢复到待机工况。
运行结果正常。
10 结论
给生活热水电锅炉控制柜、PLC控制柜、蓄热水泵变频柜送电，此时PLC主页面显示出蓄热水箱的实际温度。晚上21：55，PLC控制柜发出指令，此时连接电锅炉和蓄热水箱之间的电动阀门执行器打开，蓄热循环水泵开始运转，22：00整，电锅炉自动启动投入运行。此时，安装在蓄热水箱内的温度传感器把温度信号传送到PLC，PLC屏幕显示水箱内的温度逐渐升高，当第二天3：20时，PLC显示温度达到95℃。此时PLC控制柜发出指令，电锅炉停止运行，5分钟后循环水泵停止运行，执行器动作将连接电锅炉与蓄热水箱的阀门关闭。系统运行成功。
整个酒店的生活热水系统采用传感器、执行器、PLC对电锅炉、水泵等设备进行控制，同时监测蓄热水箱的实际温度，运行效果良好。
参考文献
[1] 刘君华.现代检测技术与测试系统设计.西安:西安交通大学出版社,1999.
[2] 曲波等.工业常用传感器选型指南.北京:清华大学出版社,2002.
[3] 孙宝元等.现代执行器技术.吉林:吉林大学出版社,2003.
[4] 夏德.自动控制原理.北京:机械工业出版社,2000.
[5] 卢文科.数字温度、压力、流量测试仪的设计、计量技术.北京:电子工业出版社,2001.
关键词：电蓄热；自动控制
Abstract：Living hot water system makes use of the controller and temperature sensor to automatic control the electric boiler operation in the 22:00/PM to 5:00/AM ,which applying the trough electricity price,recircling to store heat by the recircling pump and water tank.It can exchange heat by heat exchanger.The heat in the storing heat water tank can be released in the daytime,that used in the living hot water system.The proposal uses the trough electricity price in the night,which not only decreasing the operation cost, but also balanceing the municipal electricity net.
Keywords: electric storing heat；automatic control
中图分类号：TU822文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
项目为大连某高档公寓式酒店，酒店部分共12层，内有280户，其中四楼为健身房和桑拿，共计30个淋浴喷头。由于春季、夏季、秋季市政热力管网均不供应蒸汽热源，所以生活热水系统只能选用电锅炉蓄热方案。如果选用燃煤锅炉，环保不符合要求；选用燃油锅炉运行费用太高。电蓄热方案利用夜间低谷电价不但降低了运行费用，而且还对电网起到了“削峰填谷”的作用。在晚上10：00时，启动电锅炉进行蓄热，热量储存在蓄热槽中，当温度传感器检测到温度达到95℃时，停止电锅炉工作。储存在蓄热槽中的热量供第二天使用。
酒店内的生活热水供应采用了蓄热电锅炉的形式。蓄热系统方案设计该蓄热系统晚上用电低谷期制热，全量蓄热，白天不开主机，以节约运行成本。
本工程蓄热电锅炉设计内容如下：
2 蓄热电锅炉的选型
以下为热量计算公式及数据：
Q=C*M*（TR- TL）
TL：自来水基础水温，按冬季管网供水50C 。
TR：加热后生活热水供水温度。
C：水的比热，1 kcal /kg.度
M：生活熱水的质量，kg。1 kg水等同1L水。
Q：供热量kcal。1kcal=1/860kwh。
2.1 楼内共280户，根据规范每户最大日用600C水量240L，全日总用水量240 X280=68m3
计算全日总供热负荷Q=1*68000*(60-5) =3740000kcal=4348 kwh
使用时间3h。
尖峰负荷为4348 kwh /3h=1450 kw
2.2 楼内30个淋浴喷头，每个喷头用600C水量180L/h，使用时间12h，按照70%的使用率进行设计。
计算全日总供热负荷Q=1*180*30*12*0.7*（60-5）=2494800 kcal=2900 kwh
尖峰负荷为2900 kwh/12h=242 kw
2.3 根据以上计算，整个项目全日总负荷为4348+2900=7248 kwh
尖峰负荷为 1450+242=1692 kw
大连地区低谷电时间段为22：00~5：00合计7h,采用全量蓄热系统，将第二天生活热水换热用的负荷全部储存起来，设计2台电锅炉的选型为：
7248 kwh/7h/2台=518 kw，因此设计选用2台540 kw的电锅炉，总功率1080 kw。
3 蓄热水箱几何体积的选型
V—蓄热水箱几何容积，m3
N—电锅炉选用功率，kw
Ng—谷电时段值班电锅炉功率，kw（本项目无值班电锅炉）
tx—蓄热的各时间段时间,h
η—锅炉效率，一般取98%
Δt—蓄热水箱的可利用温差(蓄热水箱可利用温差为500C)
η1—蓄热水箱的保温效率，一般取95%
k—蓄热水箱的容积利用系数，一般取0.95
ρ—热水的密度, 1000kg/ m3
蓄热水箱通过热交换器将热量传递给生活热水的，考虑蓄热水箱内热水最高温度不超过1000C，可利用温差按500C计算。
V=（1080*7*0.98*3600）/（50*0.95*0.95*1000*4.18）=141 m³
因此本项目蓄热水箱体积为141 m³，根据设备间空间，设计水箱尺寸为8.5 m（长）m *5.5（宽）*3 m（高）。
4 容积式换热器、蓄热循环泵的选型计算
根据供热尖峰负荷，选用1台容积式换热器，换热量为1700 kw，二次侧生活热水设计温度600C/50C。设计2台供应二次侧生活热水变频泵，按最低供水温度350C计算，每台流量为（1700/2）X0.86/30=24 m3/h，设计选用2台流量30m3/h，扬程40 m生活热水供应泵，按照2台变频配置。
蓄热循环泵流量要满足带走电锅炉的加热所产生的热量，1台540 kw电锅炉对应1台循环泵，锅炉为即热式电锅炉，进出水温差按200C考虑流量为540*0.86/20=23 m3/h，设计选用3台流量25m3/h，扬程19 m一次侧蓄热循环泵，按照2台变频1台备用配置
整个生活热水电蓄热系统包含电锅炉、蓄热水箱、蓄热水泵、仪表阀门及控制系统。
控制系统中包括：温度传感器6套、压力传感器1套、液位传感器1套、DN125电动阀门含执行器4套。
整个系统应该实现五种工况的自动切换：电锅炉蓄热、电锅炉单供热、蓄热槽供热、电锅炉和蓄热槽联合供热、电锅炉蓄热供热。自控系统用于控制热水系统在不同工况下的运行和参数检测，具有下述基本功能：
(1) 根据工况要求，控制电动阀门的开关。
(2) 电锅炉的开关及传感器各种信号收发控制。
(3) 水泵开关及各种信号的收发控制。
(4) 通过安装在系统中的传感器自动检测温度。
(5) 通过接触器、执行器控制蓄热各种工况的切换。
(6) PLC彩色触摸屏显示、记录各种设备运行参数。
5 生活热水系统电锅炉蓄热工作流程、系统
电热水锅炉控制系统
Electric hot water boiler control system
结构图
Framework chart
6 控制系统运行环境要求
-10℃<环境温度≤55℃。
环境湿度≤95%。
海拔高度≤2000m
无水滴灰尘及油性灰尘之场所。
无腐蚀易燃性之气体、液体。
坚固无震动之场所。
保证良好通风。
室内安装使用。
7 自动控制
(1) 在自动情况下，系统启动各组加热管相互联锁，加热管根据热水锅炉温度变化率，实现模糊温度控制，系统设备根据运行模式与相应的控制温度进行控制，控制图：
图 电热水锅炉运行控制系统
Fig.Electric hot water boiler operation control system
(2) 系統停止后，各设备按程序依次停止，其流程见下图：
图电热水锅炉停止控制系统
Electric Hot Water Boiler Stop Control System
8 控制系统性能特点
控制精确：高精度压力、温度监控系统可保证调节参数精确。
运行稳定：PI、PID调节功能可保证装置运行平稳、出口参数稳定。
调节灵敏：工业级控制器、电动执行器反应迅速，保证生产工艺要求及采暖舒适性要求。
性能可靠：核心配件均采用国外著名厂商产品、集成热工行业世界顶尖技术、性能卓越、质量可靠。
全智能化：全自动无人值守、节省运行维护费用。
功能多样：功能强大的控制器可提供定时、报警等多种模拟、数字信号输出及计算机接口等延伸功能。
安装简便：结构紧凑、占地空间小；减温水接口方向可根据现场调整，装置可整体法兰对接于热力管网中，安装快速简便。
操作简单：友善的控制界面可轻易实现人机对话，保证参数设定和指令输入的正确操作，并附带手动操作装置，保证意外情况下仍可正常使用。
9 生活热水控制系统调试
9.1调试步骤
调试前准备→设备外观和安装工程质量检查→环境温湿度、卫生及电源的检查→接地系统的检查→传感器、执行器接线的检查→单体设备的检查与测试→PLC功能测试→受控设备单体动作和功能测试→系统调试（包括软件功能测试）→系统验收
9.2调试方法
开机前要求所有的设备根据设计图纸进行对照。系统管道流向要求作箭头标志，明示管道系统的流向。对有油漆脱落或有局部破损的地方应进行修补。
9.2.1 检查蓄热电锅炉上所有阀门位置是否正常；
9.2.2 检查各控制及安全保护设定是否正常；
9.2.3 检查控制箱指示灯是否正常；
9.2.4 检查水泵、软化水装置等设备的电源电压是否正常；
9.2.5 检查水泵、换热器、蓄热电锅炉等设备的进出口压差是否正常；
9.2.6 检查要求启动的回路上的阀门是否正常开启；
上述各部位发现有不正常必须立即修正，方可正常投入运行。
9.3系统开机步骤及工况调试
9.3.1系统待机工况
关闭蓄热系统中的所有电动阀门→将所有电动装置（水泵、电锅炉等）处于停机状态→记录蓄热电锅炉进出口的温度，记录蓄热循环泵进出口压力。
9.3.2 蓄热电锅炉蓄热工况
打开对应回路的电动阀门→启动蓄热循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→启动蓄热电锅炉蓄热工况。
蓄热结束时，电加热管停止工作→关闭蓄热循环泵→恢复到待机工况。
9.3.3 蓄热水箱供热工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→蓄热水箱供热工况工况启动。
蓄热水箱释热结束时，系统恢复到待机工况。
9.3.4电锅炉直接供热工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→电锅炉直接供热工况启动。
电锅炉释热结束时，系统恢复到待机工况。
9.3.5电锅炉边蓄热、边供热工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→电锅炉边蓄热、边供热工况启动。
电锅炉边蓄热、边供热工况结束时，系统恢复到待机工况。
9.3.6水箱供热与电锅炉供热联合运行工况
打开对应回路的电动阀门→启动一、二次循环泵→检查各个温度计、压力表、电流、电压是否正常→水箱供热与电锅炉供热联合运行工况启动。
水箱供热与电锅炉供热联合运行工况结束时，系统恢复到待机工况。
运行结果正常。
10 结论
给生活热水电锅炉控制柜、PLC控制柜、蓄热水泵变频柜送电，此时PLC主页面显示出蓄热水箱的实际温度。晚上21：55，PLC控制柜发出指令，此时连接电锅炉和蓄热水箱之间的电动阀门执行器打开，蓄热循环水泵开始运转，22：00整，电锅炉自动启动投入运行。此时，安装在蓄热水箱内的温度传感器把温度信号传送到PLC，PLC屏幕显示水箱内的温度逐渐升高，当第二天3：20时，PLC显示温度达到95℃。此时PLC控制柜发出指令，电锅炉停止运行，5分钟后循环水泵停止运行，执行器动作将连接电锅炉与蓄热水箱的阀门关闭。系统运行成功。
整个酒店的生活热水系统采用传感器、执行器、PLC对电锅炉、水泵等设备进行控制，同时监测蓄热水箱的实际温度，运行效果良好。
参考文献
[1] 刘君华.现代检测技术与测试系统设计.西安:西安交通大学出版社,1999.
[2] 曲波等.工业常用传感器选型指南.北京:清华大学出版社,2002.
[3] 孙宝元等.现代执行器技术.吉林:吉林大学出版社,2003.
[4] 夏德.自动控制原理.北京:机械工业出版社,2000.
[5] 卢文科.数字温度、压力、流量测试仪的设计、计量技术.北京:电子工业出版社,2001.