基于用戶室溫的智慧供熱技術研究與應用

文_于悅 北京京能熱力發展有限公司華源分公司

近幾年，隨著智慧城市的建設，基于現代通信技術、控制技術、物聯網技術的智慧供熱已成為人們關注的焦點。智慧供熱是指： 基于供熱物理網、供熱物聯網、人工智能、供熱系統的智能管理的供熱方式。智慧供熱系統的信息可以進行高度的集成及共享，熱源、熱網及熱用戶的運行信息能夠實時監測，并根據用戶室溫，通過負荷預測、數據分析及運行策略優化，給出最佳的運行決策方案。在滿足熱舒適的前提下，節能降耗。

智慧供熱的目標是滿足人的熱舒適需求，按需供熱，降低供熱系統運行能耗。因此，智慧供熱的核心任務是根據熱用戶的熱舒適需求，控制室溫。即基于室溫實時監測的數據，通過實時分析、科學決策、精準執行，實現智慧供熱的目標。

智慧供熱分為熱源、熱網、熱力站、熱用戶四方面智能化內容。

熱源是指將能源形態轉化為符合供熱要求的熱能形態的設施。 其智能化是指鍋爐房具備DCS 自動控制系統，具備采集熱源內介質溫度、壓力、流量等數據，并進行學習、分析和預測。對所有動力設備實現智能化控制和安全管理。如鍋爐設備、燃燒器及重要輔機設備等。

熱網是指連接熱源和熱力站，以及熱力站和熱用戶的供熱管線的總稱，前者為一次網、后者為二次網。其智能化包括關鍵節點數據 遠程監測、管線測漏、井室智能監測和井蓋防盜報警等。

熱力站亦稱換熱站，是指將熱源提供的高參數熱量轉換為適用于熱用戶的低參數熱量的設施。其智能化是指實現無人值守功能，集熱力站內介質溫度、壓力、流量等數據，并在就地及上位平臺進行學習、分析和預測，對所有動力設備實現智能化控制和安全管理。如閥門、循環泵、補水泵等設備。

熱用戶是指從二次網獲得熱量的供熱系統終端，包含樓棟熱力入口、樓棟內公共管道和住戶系統。其智能化是指采集樓棟熱力入口的供回水溫度、壓力、流量等關鍵數據和能夠反映建筑內部溫度的典型住戶室溫數據，對樓棟熱力入口或住戶進行智能化控制和安全管理。

典型住戶是指同一系統的室溫安裝應覆蓋近端、中端、遠端用戶，同一樓棟的室溫安裝應覆蓋邊戶、頂戶、底戶、中間戶等典型住戶。

1 智慧供熱技術路線

1.1 智慧供熱平臺

搭建智能化供熱管理平臺，由監控、仿真、室溫、氣象、生產調度、能管平臺等組成。實時采集現場相關實時數據，根據天氣情況和用戶室溫等參數，通過算法計算后下達指標。并且根據各用戶室溫的不同，在GIS 地圖中用不同的顏色區分展示出來，便于調度人員分析當前運行工況及人工參與下發指令調節。提高系統安全運行管理水平，實現熱源與熱力站的精準調度。

1.2 熱源、熱網和熱力站

1.2.1 熱源側實現鍋爐房智能化建設

對于獨網鍋爐房，通過氣象數據、室溫反饋、集群化管控，實現精準供熱。消化吸收先進的工業互聯網信息技術、鍋爐群控DCS 控制技術，并進行應用創新。在統一的時空框架下，對鍋爐房安全生產、節能環保和生產決策等生產全過程進行數字化的表達，并對相關屬性進行加工、處理、利用，實現信息的集成和共享，實現供熱生產管控一體化，建設“安全、高效、綠色、智能”的智慧化鍋爐房。

1.2.2 一次熱網側實現實時分析智慧化建設

對于市政熱網，通過“數字攣生”仿真建模和算法，并輔以物聯網在線監測數據，對數據庫參數內容進行實時計算和數據修正，建立高精度的一次熱網“數字攣生”在線分析系統，優化運行調度，改善全網冷熱不均，實現集中供熱的有效供給側調整。同時，根據智慧城市、“城市大腦”的建設要求，開展城市基礎設施智能化改造，構建“一網統管體系”。

1.2.3 熱力站側實現無人值守智能化

對于熱力站控制系統進行優化升級，實現無人值守功能，實時獲取并分析熱力站和熱網生產運行數據、氣象數據、用戶室溫數據，分析在天氣預測數據下，優化熱網水力平衡協調控制及應急調度控制邏輯及方案。并支持邊緣計算，實現戶站網基于室溫調控的協同。

1.3 熱用戶

熱用戶的住戶系統形式比較復雜，根據建筑的年代不同可分為單管串聯、雙管垂直和雙管分戶成環三類，建筑節能水平差異較大。根據不同基礎條件，結合室溫監測可分為2 個層次、2 個場景改造路線。

1.3.1 第一層次

單元級精準調控，適用場景：雙管分戶成環系統且具有熱計量安裝條件、具有部分調控裝置、實施條件好的現有居民建筑，可實現按需用熱。

首先在樓棟單元增加電動調節閥或物聯網閥等調節設備，利舊熱計量設備中的熱表、溫度等測點。并在典型用戶內增設室溫采集裝置，智慧供熱平臺根據溫度、壓力、用戶室溫和氣象預報等，通過AI 算法、邊緣計算等技術算出樓棟單元溫度或閥門的開度并下發指令。此時熱力站根據每個樓棟單元的溫度，通過算法調節熱力站一次側及二次測電動調節閥，達到聯動控制效果，實現對樓棟單元基于室溫的精準調控和安全管理。

1.3.2 第二層次

單元級靜態平衡調控，適用場景：熱單耗高且無調節手段或水力失衡嚴重且低溫投訴多的老舊居民小區。

以二次系統水力計算為基礎，判斷系統水力平衡度，并在樓棟單元采取平衡閥或噴射泵等調節平衡裝置，解決水平

失調和垂直失調問題。增加壓力、溫度測點，并在典型用內增設室溫采集裝置。智慧供熱平臺根據壓力、溫度、用戶室溫和氣象預報等，通過AI 算法、邊緣計算等技術算出樓棟單元熱量，下發給熱力站調節一次側及二次側閥門，實現對樓棟單元基于室溫的靜態平衡調控和安全管理。

1.4 用戶室溫

室溫采集器安裝于典型用戶室內，每棟樓安裝比例不低于每棟樓用戶總數量的20%，且每棟樓安裝不少于9 個點，每棟樓按遠、中、 近、頂、中、底、邊角戶安裝，通過NB傳至智慧平臺，參與上位計算。

2 典型案例

北京市通州區西上園小區，西上園居民面積為17.67 萬m2，公建面積為2.23 萬m2，供熱面積共計19.9 萬m2，共39棟樓，1977 戶。本次改造采用樓棟單元級精準調控路線，首先對典型用戶安裝室溫采集器，對每個樓棟熱力小室增加電動調節閥、邊緣計算器、熱表、溫度及壓力等測點，實現單元級水力平衡及精準調控，提高了供熱質量及用戶滿意度，項目共計投資85 萬元。改造前熱耗為0.28GJ/m2，電耗1.184kWh/m2，改造后熱耗為0.234GJ/m2，電耗1.06kWh/m2，每年節能金額約為27.5 萬元，投資回報周期約3a。

3 結語

隨著我國城鎮供熱需求的不斷增加和對供熱質量要求的不斷提高，智慧供熱已逐漸成為供熱系統發展的重要趨勢。通過智慧供熱改造可以實現供熱企業源-網-站-線-戶全面數字化、信息化，為“十四五”期間實現城市運行管理“一網統管”，打下供熱領域堅實基礎。可提高供熱質量，保障居民供熱舒適度，實現居民按需供熱，滿足人民美好生活的需求，提升居民滿意度，變接訴即辦為未訴先辦，并且推動企業構建“清潔低碳、安全高效”的現代供熱體系，節能減排效益明顯，實現集中供熱系統的安全、綠色、節能、 智慧。