基于物联网的建筑供热温度监测控制平台

颜庭辕 刘尚一 陈子光*

（黑龙江大学建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨150080）

1 概述

集中供热系统是我国供暖区居民日常生活的重要组成部分。据统计，我国集中供暖区面积已经达到160 亿立方米，覆盖人口超过两亿。而我国城镇集中供热系统存在技术条件及供热水平相对不均衡、产业分布不平衡的现象，主要供热城市单位能耗远高于发达国家水平；相关单位还依旧存在人工占比大能耗高、供热模式机械粗暴、智能化个性化不足等问题；供热站起点与用户终端之间少有信息回馈、供热不均、渗漏量大、没有可调节性等导致的供求端割裂，居民个性化需求难以实现的问题。而国内热网系统主要能源来自煤炭，由于煤炭处理工艺及技术手段欠缺容易造成不完全燃烧，导致有害气体的生成，造成了供热区比较广泛的空气污染。近年来该模式带来的空气污染问题及能源浪费受到普遍重视，故目前比较需要一类理想的供热管网调节系统。

2 温度控制平台

图1 智慧热网系统架构设计

该平台在供热自动化控制设施和技术的基础上, 利用新一代物联网、人工智能等技术，提出了供热“云、网、站、端”全流程综合解决方案。智慧热网综合管控平台包括供热设备、网络平台和智慧热网应用系统，借助互联网，利用自动化、信息化和智能化技术建设智慧热网调度平台，实现供热系统热源、输配系统及终端用户整个供热生命周期数据采集、数据挖掘分析与智能调控，同时与热源、总调度及一线的运行管理人员形成人机互动，通过人工智能系统建立快捷的智能服务通道，利用移动端供热公共平台更快更好地为用户提供智慧供热服务。智慧热网系统架构设计见图1。

2.1 集中供热系统的温度调节原理

建筑物热系统的调节主要取决于建筑物热负荷QW，耗热量包括三部分：分别是通过建筑围护结构的传热耗热量Q1；冷风渗透耗热量Q2；冷风侵入耗热量Q3。得出QW=Q1+Q2+Q3

式中：

c- 采暖水的比热容；G- 采暖水的流量；

t1- 采暖水的进口温度；t0- 采暖水的出口温度；

在一般情况下认为QW=Qh时热系统达到平衡。

由于各建筑的热面积、采用结构形式、地理位置等不同，最终耗热量(W/m2)会存在一定差异，相同条件下室内外温差也必须考虑。故保持管网整体流量的实时调整，使其能够满足用户设定的室内温度，实现最优供热、单位热耗最低。

2.2 动态调控方式

我国主要供暖方式分为连续和间歇供暖两类。针对不同的方式，室内温度调节的方法也不同，但本系统主要是通过控制流经阀门的供回水流量控制室内温度。

通过高精度室内传感器，其将传统热计量与供热控制阀门结合，通过云平台系统自动实现二级网智能平衡调节，换热站的二级网动态调控系统是实现质量同调的核心。解决二级网室内温度分布不均的问题，实现户与户之间的最大化温度平衡。通过均衡供热一项，节能率已经达到10%-15%。同时可以为热力公司提供快捷便利的二级网用户管理手段，针对收费管理、个别用户系统问题排查、二级网失水等问题提供了判断及管理的技术手段。

2.3 换热站简洁自控调控策略

换热站内一级网供水配置电动调节阀，回水配置超声热量表（带远传功能）,根据换热站供热负荷，匹配所需一级网热量,实现一级网热量按需分配；二级网供水配置超声热量表（带远传功能），能够实时监测二级网热量供给情况。

图2 换热站简洁自控调控策略

图3 智慧热网体验平台

图4 换热机组

换热站简洁自控调控策略如图2 所示，表阀可采集二级网供回水温度、供回水压力参数，经过RS485 转4G 通讯方式上传到物联网温度节能管理平台，云平台通过后台分析计算，给表阀下发控制指令，自动控制一侧的物联网电动调节阀开度，以达到对管道内流体的压力、流量、温度、等工艺参数的控制调节。

2.4 建立调控模型

基于信息化智慧热网监测控制平台，相关企业已进行了初步模型构建，图3 为模拟的智慧热网体验平台，其中包括一级网的电动调节阀和流量限制器及二级网的物联网平衡阀、手动流量平衡阀、动态阻力平衡阀等,主要模拟换热站间平衡调控策略和各末端用户间平衡调控策略, 同时也试验各种平衡阀门的功能性、优缺点, 为选择二级网平衡设备做好铺垫。图4 为换热机组，分别是主视图和侧视图，主要模拟图2 的换热站简洁自控调控策略。

3 技术特点

功能上，通过实时监测用户室内温度可以有效配合精密调节，云平台利用数据分析统计用户的日常温度标准，实现智能调控；用户温度收费取决于实际使用水量，而不是固定价格。在实现按需供暖同时完成了对人工操作的精简。

特点上，该系统采用换热站装置，可在实现简洁自控的同时，又实现数据远传（不仅传至调度中心，也可以传至云平台与二级网、终端用户实现联控）。对终端用户处的用户采用热量表法。还可实现平衡阀、户表和终端用户室内温度等数据同步远传至云平台，以终端用户温度作为反馈，实现同步调节。