智慧供热助力城市节能减排

陈 爽

（天津市节能协会 天津 300193）

引言

随着社会发展和进步，我国不少地区“城市病”问题将日益凸显。为实现城市的可持续发展，从根本上解决城市发展的难题，大力建设智慧城市已成为当下世界范围内城市发展不可逆转的历史潮流。而智慧供暖作为智慧城市的重要组成部分，在国家相关政策、供能侧与用户需求等因素的刺激下逐渐被人们所关注。在供能侧，传统的集中供暖虽然解决了大部分片区的供暖问题，但随着太阳能、风能等可再生能源，地热、核电等新能源的使用，热源更加多元化，使我国供暖将呈现集中分布又相对分散的格局；在用户侧，受到消费升级观念的影响，追求舒适美观、个性化的装饰成为新一代热用户的基本特征；与此同时，每个人对于室温的敏感程度不同、所需的附加服务不同等也在无形的推动智能化设备的普及；此外，国家相继出台的各种方针政策，也力图将各种供热源进行优化配置，努力实现供需平衡，并尽可能减少的能耗和污染物排放，满足供热需求。

1 城市供热系统中存在的节能减排问题

1.1 管理方面

从管理层面出发，供热单位之间具有差距性和多元化，在人员配置和资源等方面会出现重叠和不合理现象，造成一定的浪费。部分供热单位的管理制度和控制系统并不超前，竞争机制不尽完善，也会存在个别规划不科学盲目建设的情况。

1.2 技术方面

煤和燃气作为主要燃料，燃烧后或多或少会对环境造成污染。供热管网会因老化或设备老旧等原因，产生跑冒滴漏，造成资源浪费。在末端用户方面由于水力失调使各个环路的流量输配出现不均衡，导致末端用户的室温冷热不均，室温偏高的用户被迫开窗散热，大量热能流失。

2 智慧供热的含义及特点

2.1 智慧供热的含义

智慧供热是信息技术、人工智能技术与先进供热技术的深度融合，贯穿于供热设备制造、系统规划设计、系统建造、人才培养、运行维护、供热服务全寿命的各个环节及相应系统的优化集成，用于解决供热行业全过程中的复杂性和不确定性问题，提高资源配置效率，实现资源优化。在保证供热设备安全运行的前提下，最大限度地节能环保是智慧供热的基本宗旨。

广义智慧供热是以人为基础、以供热系统为载体、以信息技术为先导，在新一代人工智能技术与先进供热技术的深度融合基础上，形成的新一代供热技术[1]。广义智慧供热包含以信息技术为先导的狭义智慧供热，狭义智慧供热包括智能运行、智能管理和人才培养。

2.2 智慧供热的特点

从供热发展趋势上来看，城市级热网能有效地保障供热安全和能源的高效利用。未来随着城市发展，以企业或区域为单位的中小型热网将越来越多，最终汇入到城市级热网，尤其是大中型城市的热网将更加庞大，同时可再生能源等多种热源也会汇入进来更加多元化，而用户按需供热的期望也将日益增高。因此在保障热网安全与高效的同时，又要满足客户的个性化用热需求，依靠现有的供热系统是难以做到的，我们必须通过建设实施智慧供热加以应对。也就是通过信息化与工业化的两化融合，实现在安全的前提下对整个热网调控给出最优化调度方案[2]。

智慧供热是要在保证供热设备安全运行的前提下，最大限度地节能环保。因此智慧供热系统具有可监测、可调节、可计量、可预测的特征，能够实现系统的绿色、安全、经济、高效运行。具体来看，智慧供热主要体现在智能调度、智能调节、智能诊断、智能维护、管理及服务[1]等方面：

（1）智能调度。系统可以通过自动分析每栋建筑物热负荷特性，对热负荷进行精准预报，进而调整热源、热网、换热站、末端用户的运行模式，优化调整调度方案，达到节能减排效果。

（2）智能调节。热用户可以根据自己的温度需求对室温进行调节控制，比如不使用或利用率低的空间可以降低温度，减少能源浪费。

（3）智能诊断。通过对供热数据的采集与分析，及时对异常情况进行诊断，并进行提醒，为后续提出解决方案提供依据。

（4）智能维护。通过地理信息系统技术和智能处理算法对供热系统各环节的日常巡检、维修、保养等活动进行智能的排班、路径规划、服务质量与考核分析[1]。

3 智慧供热系统中的节能减排

供热运行管理系统、客户服务与评价系统、收费管理与支付系统是智慧供热系统主要内容。其中供热运行管理系统就是将传统低效的管理和运行方式进行改进，减少资源浪费现象，保证热源、热网和末端的每个环节的高效节能运行。具体来说就是，建立热源、一次网、换热站、二次网、楼栋热力入口、热用户等数据信息系统，通过有线、无线互联网，实现信息共享，利用系统云计算平台进行热负荷预测、热力平衡计算分析、虚拟工况热网水力分析计算模拟，并实时进行热网远程智能优化运行调节控制。

3.1 供热信息系统

该系统主要由热网系统、地理信息、气象信息、智能监控系统、安全管理、用户室内温控及远程抄表、热计量收费系统、能源统计等组成[3]。供热信息系统能够高效收集各类技术参数，节约了大量的人力物力。而各个子系统数据可以为供热信息系统实现智能化运行和实现资源合理利用提供技术支持和数据基础。

3.2 热源环节的智慧化监控调度

无论是单热源局部区域供热，还是多热源的联网供热，都需要将热源的生产情况传输到智慧热网调度平台。在热源各机组和主管网出口安装温度、压力、流量和能耗计量装置，监控收集实时的供回水温度、压力、流量、热量、补水流量等重要数据；系统计算分析各环节能耗、各机组效率、预测热负荷，根据未来几天的天气预报信息，自动计算出未来几天的热量需求情况，并根据调度预案制定热源出口参数的运行策略，辅助于实时天气情况的修正，提前协调安排热源生产的规模和参数，保证供热管网运行稳定，根据需要优化调度热源生产，减少能源浪费，进而减少污染物排放。

3.3 换热站环节的智慧化监控

换热站内需要安装热计量表、调节阀、变频等智能设备设施。供热调度监控平台根据生成的需热量目标值通过对换热站智能调节阀实现自控运行[2]，使实际运行参数与目标值相匹配。此外，换热站需要监控调度人员随时掌握站内情况，对于无人值守站点一般通过换热站内各运行数据基本可以了解换热站运行情况是否正常，如果有异常情况出现可自动报警，调度人员会通过参数反馈进行远程操作，查找原因并解除异常。但是对一些特殊情况还需要视频监控来监视，例如站内地面是否有积水、是否有蒸汽、烟雾、是否有无关人员进入站内等情况，需要现场处理。此外，同时在非运行期还可以进行安全保卫监控。

3.4 建筑单元热力入口环节智慧化监控

监测热力入口处的供热参数，根据系统生成的目标值远程自动调整阀门开启度[2]。可以全面实现二网的动态水力、热力平衡调节，进而使供热管网运行调节灵活实现分阶段变流量的运行调节模式，在供暖初期、末期、寒期优化能源消耗，实现单位建筑的远程自控动态温控调节，达到节能减排效果。

3.5 热用户环节智慧化监控

用户供水温度、回水温度、流量等计量参数和顶楼、边户、底户这类典型用户的室内温度数据传送到供热调度监控系统。供热调度监控系统根据上传数据与目标值进行对比，为整个热网运行参数智能调节进一步的细化修正提供数据依据，可以实现更加精准的调节控制，节约能源。此外，热计量运行参数出现异常时还可以进行自动报警，监控人员可根据报警及时处理，进行远程操作开关调控，确保热网正常运行。

4 智慧供热节能减排的效果

智慧供热与传统供热的区别是“智慧”，就是将服务延伸至供热建设的各个环节及全寿命周期。整个供热系统将向高效率、高质量、精细化、低污染、低消耗、低成本、人性化发展。达到系统安全可靠、能源利用高效、低碳清洁经济的效果。城市供热系统中存在的节能减排问题通过实施智慧供热就可以迎刃而解。

2019 年天津某大学利用“智慧热网云平台”，实现源网一体化智能化管控，基于此平台的管控，已实现了区域内28 个热力入口的源网一体化的智能化管控。平台会收集热源情况、末端用户的使用习惯、供热所在地的实测温度和气象数据，提供给仿真运行的计算模型进行不断分析运算，推演出最佳的供热方案并反馈给管控平台，针对每个用户使用情况智能调节，实现三级供热精准化管控，大幅减少热量消耗，实现节能减排。

未来城市级供热管网的能源互联与服务互联是大趋势，它的建设和应用，能够加强供热行业管理，建筑能耗定额管理，基于清洁能源供热差别化补贴机制的节能管理；能够提高供热质量评价与保障。大数据如今已经应用广泛，但是真正去做好这项工作的城市和企业还不多。智慧供热通过数据采集、数据传输、数据分析、大数据挖掘、运维监控等，建立供热管理和运行的大数据平台，将是在节能减排、雾霾治理新形势下，提升管理水平和效率的发展方向，使供热系统更加安全、智能和绿色，促进城市的和谐、可持续发展。

结语

智慧供暖系统投入和使用，可以将运行中各种情况更加直观的展现，它可以通过数据来判断整体的生产运行情况，通过远程监控对设备设施进行相应的检测和控制。系统可以对换热站进行相应的温度、压力、流量的实时调节，从而实现末端用户室温和热源检测数据的相互匹配，以确保出现问题可以及时快速调整，避免能源浪费，真正实现“无人值守，远程操控”，大大节约了资源。它将是实现节能减排、清洁供热的重要手段，同时也是建设好智慧城市的重要一环。