中能暖虎?系列物聯網設備在智慧供熱領域的應用

曲小秋

摘 要：當前，智慧供熱正成為城市供熱系統的發展趨勢。實踐表明，依靠物聯網機組，由智能調節閥、DTU通信模塊、室溫采集器及暖虎?智慧供熱物聯網平臺組成的智慧供熱系統可以消除二次水力失調，實現城鎮精準供熱、按需供熱、智慧供熱。

關鍵詞：智慧供熱;物聯網技術;智能調節;管理平臺

中圖分類號：TU995文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）01-0142-02

Abstract： At present， smart heating is becoming the development trend of urban heating systems. Practice has shown that relying on the IoT unit， the intelligent heating system consisting of intelligent regulating valve， DTU communication module， room temperature collector and Zhongneng Nuanhu? intelligent heating IoT platform can eliminate secondary hydraulic imbalance， and realize accurate heating， on-demand heating and smart heating in cities and towns.

Keywords： smart heating;Internet of Things technology;intelligent regulation;management platform

在供熱系統實際運行中，現有系統普遍存在缺乏量化數據信息、熱量輸配環節效能評估粗放、用戶冷熱不均等諸多問題。因此，智慧供熱正在被越來越多的企業關注，逐漸成為未來城市供熱系統發展的趨勢。依靠物聯網機組，由智能調節閥、DTU通信模塊、室溫采集器及暖虎?智慧供熱物聯網平臺組成的智慧供熱系統是實現精準供熱、按需供熱的有力保證，致力于消除管網水力失調、冷熱不均的難題[1]。采用智慧化供熱理念，運用大數據回歸分析方法，對熱源特性與熱網特性進行優化調控，既能保證居民供熱安全，又能實現熱源最大節能。

1 城鎮供熱管網平衡的優化原理

根據管網熱負荷計算公式、末端散熱設備散熱公式及熱平衡原理，熱媒載體平均溫度偏差1 ℃只會導致室溫0.5 ℃左右的偏差，而且熱媒載體平均溫度越低，熱媒載體平均溫度偏差對室溫偏差影響就越小。

要想達到二級網水力平衡，只需要控制管網流量偏差小于8%或者控制熱媒載體平均溫度偏差小于1 ℃即可。

2 城鎮供熱管網平衡的解決方案

采用回水溫度智能調節法，即取各熱用戶供熱環路的回水溫度為調控目標值，通過智能調節閥自動控制流量，進行各并聯環路之間的熱量分配，最終達到二次網熱力平衡。這一方法可以避免流量法測量的復雜和低精度問題，有效提高了執行效率，簡便易行。

智慧供熱系統由智能調節閥（分為單元智能調節閥和戶端智能調節閥）、DTU通信模塊（可選）、室溫采集器及暖虎?智慧供熱物聯網平臺組成。該系統采用控制策略智能算法，如室內溫度控制法、回水溫度相對一致控制法等，實現樓宇（單元）間或戶間的熱力平衡，即“平衡調節、室溫均衡”。下面簡要分析系統主要設備的功能及用法。

2.1 智能調節閥設備

智能調節閥分為單元智能調節閥和戶端智能調節閥，由閥體和智能執行器兩部分組成。調節閥安裝在各樓宇（或單元）間供暖環路回水管道上，可以解決二級網水平失調問題;安裝在各戶間供暖環路的回水管道上，可以徹底解決二級網水平失調及垂直失調問題。

智能調節閥內置溫度傳感器、智能算法和通信接口（CAN、RS485或NB-IOT），可以通過操作員站或移動端（手機APP）進行遠程監控。調節閥采用V形球芯設計，具有等百分比調節特性，調節精度高且使用壽命長。智能執行器可以快速安裝到調節閥上，并能作為調試工具選用。

智能調節閥的性能參數如下。一是顯示，通過人機界面顯示工作參數、運行狀態信息、故障報警等。二是參數設置，通過人機界面對運行模式切換、自檢、目標參數調整、控制閥門開度、偏差修訂等進行設定。三是自診斷故障與報警，運行過程中能自診斷出現的異常情況（電動機過流、閥門卡滯等）并進行報警。四是調節，具有控制系統的調節功能，內部具有專用的算法，可檢測溫度、壓力、壓差或流量信號，支持遠程/就地、自動/手動調節功能。五是休眠，NB-IoT通信單元可以采用休眠和喚醒工作方式，節約電力能源。六是閥門初始位置識別，通過運行自診斷程序，能夠識別確認閥門的初始位置。

通信功能有三個方面。一是藍牙無線通信，可與手機通過藍牙連接，手機APP作為執行機構的人機界面，與閥門控制器進行數據交互。二是RS485通信，采用MODBUS-RTU通信協議。三是物聯網通信，通過NB-IoT通信技術，實現與云平臺的數據互通。

2.2 DTU通信模塊

DTU通信模塊是無線數據終端通信設備，基于NBIOT/3G/4G數據通信網絡，專門用于現場數據遠傳，可實現斷網數據續傳功能。DTU通信模塊連接現場的智能調節閥、戶內智能測溫器到暖虎云平臺，可以實現數據DTU通信模塊的傳輸、存儲和配置等功能。

2.3 室溫采集器

室溫采集器采用數字測溫元件測量用戶室內溫度，通過NB-IoT通信模式，將溫度數據上傳到云平臺，直觀地反映用戶室內溫度變化情況。電子電路與墻壁電源插座集成在一起，外形小巧，重量只有105 g，具備安裝方便、功耗小、免維護、精度高等特點。室內溫度采集器iZN-RT101是基于NB-IoT通信的高集成度產品，安裝方便，精度高，免維護，為供熱策略調整提供數據支持。每個供暖用戶室內都需要安裝一個室溫采集器，具體安裝位置可以根據室內實際情況確定。

2.4 智慧供熱物聯網平臺

暖虎?云服務平臺可以給客戶提供一站式體驗，以打造智慧供熱專業平臺，為供熱企業提供專業產品和應用服務，其主要由兩大部分組成。

2.4.1 暖虎?智能調節閥管理平臺。智能調節閥管理平臺采用云計算、大數據分析、負載均衡、高并發數據處理等技術，可與千萬數量級智能調節閥進行數據交互，采集、分析用戶供熱數據，通過先進的控制策略指揮智能調節閥工作，以熱力站供熱系統覆蓋區域的所有熱用戶為調節對象，最終使供熱系統實現水力和熱力平衡。

暖虎?智能調節閥管理平臺支持PC端和移動端訪問。當不同權限的用戶登錄后，系統會根據管理員預先分配給當前用戶的角色自動配置業務窗口，方便生產管理。該平臺的主要功能包括授權管理、天氣預報管理、基礎信息管理、設備管理、數據統計分析、日志管理、同步與控制、GIS等。通過移動端APP，用戶可以在線對閥門進行云端注冊，配置閥門接入的采集通道，設置控制方式，讀取故障信息，并進行新舊閥門替換、閥門開度調節等操作。用戶也可以隨時查看室內溫度、供暖環路的供回水溫度和流量等數據，智能調節閥基礎信息和健康狀態。

2.4.2 暖虎?無線室溫采集分析平臺。該平臺支持PC端和移動端訪問，室溫數據通過無線通信網絡推送至云平臺數據服務端處理;可接入上千萬個室溫采集器，兼容電信、聯通和移動網絡運營商的4G或 NB-IoT 通信方式;具備溫度查詢和分析統計功能，其結果可通過報表、棒圖、餅圖和曲線等多種方式展示;GIS地圖能直觀反映不同區域的供熱質量，便于用戶全面掌握供暖質量情況;可作為供熱企業提高運行管理水平和政府監管轄區內供熱質量的重要工具。

平臺具備室溫監測、數據統計、分析評價及系統日志等功能，支持按企業組織、系統工藝、地理位置、自定義方式查詢及展示。其中，企業組織維度支持到集團、分公司、班組，系統工藝維度支持到熱網、熱力站、供熱系統，地理位置維度支持到省、市、區、小區、樓宇、單元、熱用戶;室溫數據自動刷新周期為30 min，支持手動更新，自動刷新周期時間可調;支持對任意查詢結果進行分析，并通過圖表展示分析結果，分析結果可導出電子版或直接打印;支持在線修改報警限值、分析閾值、狀態設置等參數，所有操作、報警、故障信息記錄在系統日志中。

3 結語

物聯網等新技術與工業技術的深度融合使得工業進入智慧化時代，它是在個性化智能產品的需求驅使下，以物聯網、大數據等新技術為有力支撐而出現的新一代變革趨勢。智慧化依托智能融合技術，實現海量數據的存儲、計算與分析，通過智慧參與，提升決策能力，可以滿足智能控制由一級管網到熱力站、二級管網到單元，最終到用戶的全網控制。以暖虎?智慧供熱物聯網平臺為中心組成的智慧供熱系統，正是迎合這一趨勢的前沿產品，用以實現智能供熱的自動化、信息化和精細化，保證熱網安全、穩定運行。

參考文獻：

[1]賀平.供熱工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.