基于用户室温的智慧供热技术研究与应用

文_于悦 北京京能热力发展有限公司华源分公司

近几年，随着智慧城市的建设，基于现代通信技术、控制技术、物联网技术的智慧供热已成为人们关注的焦点。智慧供热是指： 基于供热物理网、供热物联网、人工智能、供热系统的智能管理的供热方式。智慧供热系统的信息可以进行高度的集成及共享，热源、热网及热用户的运行信息能够实时监测，并根据用户室温，通过负荷预测、数据分析及运行策略优化，给出最佳的运行决策方案。在满足热舒适的前提下，节能降耗。

智慧供热的目标是满足人的热舒适需求，按需供热，降低供热系统运行能耗。因此，智慧供热的核心任务是根据热用户的热舒适需求，控制室温。即基于室温实时监测的数据，通过实时分析、科学决策、精准执行，实现智慧供热的目标。

智慧供热分为热源、热网、热力站、热用户四方面智能化内容。

热源是指将能源形态转化为符合供热要求的热能形态的设施。 其智能化是指锅炉房具备DCS 自动控制系统，具备采集热源内介质温度、压力、流量等数据，并进行学习、分析和预测。对所有动力设备实现智能化控制和安全管理。如锅炉设备、燃烧器及重要辅机设备等。

热网是指连接热源和热力站，以及热力站和热用户的供热管线的总称，前者为一次网、后者为二次网。其智能化包括关键节点数据 远程监测、管线测漏、井室智能监测和井盖防盗报警等。

热力站亦称换热站，是指将热源提供的高参数热量转换为适用于热用户的低参数热量的设施。其智能化是指实现无人值守功能，集热力站内介质温度、压力、流量等数据，并在就地及上位平台进行学习、分析和预测，对所有动力设备实现智能化控制和安全管理。如阀门、循环泵、补水泵等设备。

热用户是指从二次网获得热量的供热系统终端，包含楼栋热力入口、楼栋内公共管道和住户系统。其智能化是指采集楼栋热力入口的供回水温度、压力、流量等关键数据和能够反映建筑内部温度的典型住户室温数据，对楼栋热力入口或住户进行智能化控制和安全管理。

典型住户是指同一系统的室温安装应覆盖近端、中端、远端用户，同一楼栋的室温安装应覆盖边户、顶户、底户、中间户等典型住户。

1 智慧供热技术路线

1.1 智慧供热平台

搭建智能化供热管理平台，由监控、仿真、室温、气象、生产调度、能管平台等组成。实时采集现场相关实时数据，根据天气情况和用户室温等参数，通过算法计算后下达指标。并且根据各用户室温的不同，在GIS 地图中用不同的颜色区分展示出来，便于调度人员分析当前运行工况及人工参与下发指令调节。提高系统安全运行管理水平，实现热源与热力站的精准调度。

1.2 热源、热网和热力站

1.2.1 热源侧实现锅炉房智能化建设

对于独网锅炉房，通过气象数据、室温反馈、集群化管控，实现精准供热。消化吸收先进的工业互联网信息技术、锅炉群控DCS 控制技术，并进行应用创新。在统一的时空框架下，对锅炉房安全生产、节能环保和生产决策等生产全过程进行数字化的表达，并对相关属性进行加工、处理、利用，实现信息的集成和共享，实现供热生产管控一体化，建设“安全、高效、绿色、智能”的智慧化锅炉房。

1.2.2 一次热网侧实现实时分析智慧化建设

对于市政热网，通过“数字挛生”仿真建模和算法，并辅以物联网在线监测数据，对数据库参数内容进行实时计算和数据修正，建立高精度的一次热网“数字挛生”在线分析系统，优化运行调度，改善全网冷热不均，实现集中供热的有效供给侧调整。同时，根据智慧城市、“城市大脑”的建设要求，开展城市基础设施智能化改造，构建“一网统管体系”。

1.2.3 热力站侧实现无人值守智能化

对于热力站控制系统进行优化升级，实现无人值守功能，实时获取并分析热力站和热网生产运行数据、气象数据、用户室温数据，分析在天气预测数据下，优化热网水力平衡协调控制及应急调度控制逻辑及方案。并支持边缘计算，实现户站网基于室温调控的协同。

1.3 热用户

热用户的住户系统形式比较复杂，根据建筑的年代不同可分为单管串联、双管垂直和双管分户成环三类，建筑节能水平差异较大。根据不同基础条件，结合室温监测可分为2 个层次、2 个场景改造路线。

1.3.1 第一层次

单元级精准调控，适用场景：双管分户成环系统且具有热计量安装条件、具有部分调控装置、实施条件好的现有居民建筑，可实现按需用热。

首先在楼栋单元增加电动调节阀或物联网阀等调节设备，利旧热计量设备中的热表、温度等测点。并在典型用户内增设室温采集装置，智慧供热平台根据温度、压力、用户室温和气象预报等，通过AI 算法、边缘计算等技术算出楼栋单元温度或阀门的开度并下发指令。此时热力站根据每个楼栋单元的温度，通过算法调节热力站一次侧及二次测电动调节阀，达到联动控制效果，实现对楼栋单元基于室温的精准调控和安全管理。

1.3.2 第二层次

单元级静态平衡调控，适用场景：热单耗高且无调节手段或水力失衡严重且低温投诉多的老旧居民小区。

以二次系统水力计算为基础，判断系统水力平衡度，并在楼栋单元采取平衡阀或喷射泵等调节平衡装置，解决水平

失调和垂直失调问题。增加压力、温度测点，并在典型用内增设室温采集装置。智慧供热平台根据压力、温度、用户室温和气象预报等，通过AI 算法、边缘计算等技术算出楼栋单元热量，下发给热力站调节一次侧及二次侧阀门，实现对楼栋单元基于室温的静态平衡调控和安全管理。

1.4 用户室温

室温采集器安装于典型用户室内，每栋楼安装比例不低于每栋楼用户总数量的20%，且每栋楼安装不少于9 个点，每栋楼按远、中、 近、顶、中、底、边角户安装，通过NB传至智慧平台，参与上位计算。

2 典型案例

北京市通州区西上园小区，西上园居民面积为17.67 万m2，公建面积为2.23 万m2，供热面积共计19.9 万m2，共39栋楼，1977 户。本次改造采用楼栋单元级精准调控路线，首先对典型用户安装室温采集器，对每个楼栋热力小室增加电动调节阀、边缘计算器、热表、温度及压力等测点，实现单元级水力平衡及精准调控，提高了供热质量及用户满意度，项目共计投资85 万元。改造前热耗为0.28GJ/m2，电耗1.184kWh/m2，改造后热耗为0.234GJ/m2，电耗1.06kWh/m2，每年节能金额约为27.5 万元，投资回报周期约3a。

3 结语

随着我国城镇供热需求的不断增加和对供热质量要求的不断提高，智慧供热已逐渐成为供热系统发展的重要趋势。通过智慧供热改造可以实现供热企业源-网-站-线-户全面数字化、信息化，为“十四五”期间实现城市运行管理“一网统管”，打下供热领域坚实基础。可提高供热质量，保障居民供热舒适度，实现居民按需供热，满足人民美好生活的需求，提升居民满意度，变接诉即办为未诉先办，并且推动企业构建“清洁低碳、安全高效”的现代供热体系，节能减排效益明显，实现集中供热系统的安全、绿色、节能、 智慧。