中能暖虎?系列物联网设备在智慧供热领域的应用

曲小秋

摘 要：当前，智慧供热正成为城市供热系统的发展趋势。实践表明，依靠物联网机组，由智能调节阀、DTU通信模块、室温采集器及暖虎?智慧供热物联网平台组成的智慧供热系统可以消除二次水力失调，实现城镇精准供热、按需供热、智慧供热。

关键词：智慧供热;物联网技术;智能调节;管理平台

中图分类号：TU995文献标识码：A文章编号：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

在供熱系统实际运行中，现有系统普遍存在缺乏量化数据信息、热量输配环节效能评估粗放、用户冷热不均等诸多问题。因此，智慧供热正在被越来越多的企业关注，逐渐成为未来城市供热系统发展的趋势。依靠物联网机组，由智能调节阀、DTU通信模块、室温采集器及暖虎?智慧供热物联网平台组成的智慧供热系统是实现精准供热、按需供热的有力保证，致力于消除管网水力失调、冷热不均的难题[1]。采用智慧化供热理念，运用大数据回归分析方法，对热源特性与热网特性进行优化调控，既能保证居民供热安全，又能实现热源最大节能。

1 城镇供热管网平衡的优化原理

根据管网热负荷计算公式、末端散热设备散热公式及热平衡原理，热媒载体平均温度偏差1 ℃只会导致室温0.5 ℃左右的偏差，而且热媒载体平均温度越低，热媒载体平均温度偏差对室温偏差影响就越小。

要想达到二级网水力平衡，只需要控制管网流量偏差小于8%或者控制热媒载体平均温度偏差小于1 ℃即可。

2 城镇供热管网平衡的解决方案

采用回水温度智能调节法，即取各热用户供热环路的回水温度为调控目标值，通过智能调节阀自动控制流量，进行各并联环路之间的热量分配，最终达到二次网热力平衡。这一方法可以避免流量法测量的复杂和低精度问题，有效提高了执行效率，简便易行。

智慧供热系统由智能调节阀（分为单元智能调节阀和户端智能调节阀）、DTU通信模块（可选）、室温采集器及暖虎?智慧供热物联网平台组成。该系统采用控制策略智能算法，如室内温度控制法、回水温度相对一致控制法等，实现楼宇（单元）间或户间的热力平衡，即“平衡调节、室温均衡”。下面简要分析系统主要设备的功能及用法。

2.1 智能调节阀设备

智能调节阀分为单元智能调节阀和户端智能调节阀，由阀体和智能执行器两部分组成。调节阀安装在各楼宇（或单元）间供暖环路回水管道上，可以解决二级网水平失调问题;安装在各户间供暖环路的回水管道上，可以彻底解决二级网水平失调及垂直失调问题。

智能调节阀内置温度传感器、智能算法和通信接口（CAN、RS485或NB-IOT），可以通过操作员站或移动端（手机APP）进行远程监控。调节阀采用V形球芯设计，具有等百分比调节特性，调节精度高且使用寿命长。智能执行器可以快速安装到调节阀上，并能作为调试工具选用。

智能调节阀的性能参数如下。一是显示，通过人机界面显示工作参数、运行状态信息、故障报警等。二是参数设置，通过人机界面对运行模式切换、自检、目标参数调整、控制阀门开度、偏差修订等进行设定。三是自诊断故障与报警，运行过程中能自诊断出现的异常情况（电动机过流、阀门卡滞等）并进行报警。四是调节，具有控制系统的调节功能，内部具有专用的算法，可检测温度、压力、压差或流量信号，支持远程/就地、自动/手动调节功能。五是休眠，NB-IoT通信单元可以采用休眠和唤醒工作方式，节约电力能源。六是阀门初始位置识别，通过运行自诊断程序，能够识别确认阀门的初始位置。

通信功能有三个方面。一是蓝牙无线通信，可与手机通过蓝牙连接，手机APP作为执行机构的人机界面，与阀门控制器进行数据交互。二是RS485通信，采用MODBUS-RTU通信协议。三是物联网通信，通过NB-IoT通信技术，实现与云平台的数据互通。

2.2 DTU通信模块

DTU通信模块是无线数据终端通信设备，基于NBIOT/3G/4G数据通信网络，专门用于现场数据远传，可实现断网数据续传功能。DTU通信模块连接现场的智能调节阀、户内智能测温器到暖虎云平台，可以实现数据DTU通信模块的传输、存储和配置等功能。

2.3 室温采集器

室温采集器采用数字测温元件测量用户室内温度，通过NB-IoT通信模式，将温度数据上传到云平台，直观地反映用户室内温度变化情况。电子电路与墙壁电源插座集成在一起，外形小巧，重量只有105 g，具备安装方便、功耗小、免维护、精度高等特点。室内温度采集器iZN-RT101是基于NB-IoT通信的高集成度产品，安装方便，精度高，免维护，为供热策略调整提供数据支持。每个供暖用户室内都需要安装一个室温采集器，具体安装位置可以根据室内实际情况确定。

2.4 智慧供热物联网平台

暖虎?云服务平台可以给客户提供一站式体验，以打造智慧供热专业平台，为供热企业提供专业产品和应用服务，其主要由两大部分组成。

2.4.1 暖虎?智能调节阀管理平台。智能调节阀管理平台采用云计算、大数据分析、负载均衡、高并发数据处理等技术，可与千万数量级智能调节阀进行数据交互，采集、分析用户供热数据，通过先进的控制策略指挥智能调节阀工作，以热力站供热系统覆盖区域的所有热用户为调节对象，最终使供热系统实现水力和热力平衡。

暖虎?智能调节阀管理平台支持PC端和移动端访问。当不同权限的用户登录后，系统会根据管理员预先分配给当前用户的角色自动配置业务窗口，方便生产管理。该平台的主要功能包括授权管理、天气预报管理、基础信息管理、设备管理、数据统计分析、日志管理、同步与控制、GIS等。通过移动端APP，用户可以在线对阀门进行云端注册，配置阀门接入的采集通道，设置控制方式，读取故障信息，并进行新旧阀门替换、阀门开度调节等操作。用户也可以随时查看室内温度、供暖环路的供回水温度和流量等数据，智能调节阀基础信息和健康状态。

2.4.2 暖虎?无线室温采集分析平台。该平台支持PC端和移动端访问，室温数据通过无线通信网络推送至云平台数据服务端处理;可接入上千万个室温采集器，兼容电信、联通和移动网络运营商的4G或 NB-IoT 通信方式;具备温度查询和分析统计功能，其结果可通过报表、棒图、饼图和曲线等多种方式展示;GIS地图能直观反映不同区域的供热质量，便于用户全面掌握供暖质量情况;可作为供热企业提高运行管理水平和政府监管辖区内供热质量的重要工具。

平台具备室温监测、数据统计、分析评价及系统日志等功能，支持按企业组织、系统工艺、地理位置、自定义方式查询及展示。其中，企业组织维度支持到集团、分公司、班组，系统工艺维度支持到热网、热力站、供热系统，地理位置维度支持到省、市、区、小区、楼宇、单元、热用户;室温数据自动刷新周期为30 min，支持手动更新，自动刷新周期时间可调;支持对任意查询结果进行分析，并通过图表展示分析结果，分析结果可导出电子版或直接打印;支持在线修改报警限值、分析阈值、状态设置等参数，所有操作、報警、故障信息记录在系统日志中。

3 结语

物联网等新技术与工业技术的深度融合使得工业进入智慧化时代，它是在个性化智能产品的需求驱使下，以物联网、大数据等新技术为有力支撑而出现的新一代变革趋势。智慧化依托智能融合技术，实现海量数据的存储、计算与分析，通过智慧参与，提升决策能力，可以满足智能控制由一级管网到热力站、二级管网到单元，最终到用户的全网控制。以暖虎?智慧供热物联网平台为中心组成的智慧供热系统，正是迎合这一趋势的前沿产品，用以实现智能供热的自动化、信息化和精细化，保证热网安全、稳定运行。

参考文献：

[1]贺平.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.