數(shù)字化智能控制技術(shù)在采暖供熱中的應(yīng)用

林永輝（青海油田分公司質(zhì)量安全環(huán)保處）

目前我國采暖能耗已占全國商品能源總消耗的14%以上，單位建筑面積采暖能耗為相同氣候條件下發(fā)達國家的3～5倍，這不僅造成了能源的浪費，同時也加劇了城市的大氣環(huán)境污染。供熱方式大致分為集中供熱和分戶供熱。集中供熱方式：熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱、區(qū)域燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐、電鍋爐、集中電動水源熱泵等為熱源，適用于人口居住密集地區(qū)。其中熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱是國家大力推行的主要供熱方式。

集中供熱系統(tǒng)末端，絕大部分用戶無溫度調(diào)節(jié)和計量手段。大部分地區(qū)采用的是統(tǒng)一按照供熱面積收費。當(dāng)室內(nèi)過熱時，用戶開窗散熱而不是關(guān)暖氣。由于無溫度調(diào)節(jié)手段，辦公樓、教學(xué)樓、寫字樓夜間和假期照常供熱，辦公樓、賓館、醫(yī)院、住宅等無人照常供熱。

1 我國目前熱計量的現(xiàn)狀

目前國內(nèi)住宅產(chǎn)業(yè)及公共建筑正處于快速發(fā)展階段，而且在相當(dāng)長的時間內(nèi)呈上升趨勢，帶動了很多相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，供暖體制改革也越來越多地受到重視，與供熱收費制度改革密切相關(guān)、互為充分必要條件的就是溫度控制與熱量計量的發(fā)展問題。這是市場經(jīng)濟發(fā)展的要求，人民生活水平提高的要求，也是節(jié)能與環(huán)保事業(yè)發(fā)展的要求。

根據(jù)建設(shè)部的要求，一些地區(qū)開始了熱計量試點工作，給用戶安裝了熱計量表，把“大鍋飯”式的采暖包費制改為按實際使用熱量向用戶收費，即按取暖面積收費方式改成了按計量收費，但沒有給用戶提供溫度控制手段或者只提供了最簡單的開關(guān)控制，用戶不能主動控制室溫以實現(xiàn)節(jié)能。按熱收費，比以前進步了，實現(xiàn)了交易公開的原則，但是用戶不能主動控制以實現(xiàn)節(jié)能，也就是不能主動地去省錢或是選擇其它方式供暖，不利于供熱體制的改革。

另外，由于市場上的熱計量表質(zhì)量參差不齊，有些熱計量表質(zhì)量差，計量誤差大，也造成供熱部門與用戶之間的收費糾紛。目前熱計量和溫控已能同步完成，熱計量的大面積推廣一定要在有溫控的前提下進行，溫控除了節(jié)能、節(jié)資，它還能提高室內(nèi)舒適度，提高熱網(wǎng)供熱質(zhì)量。溫控與熱計量并重，相輔相成，用戶即可主動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，使有人員活動的房間達到舒適溫度，無人房間可主動關(guān)閉暖氣，達到節(jié)能的目的。

2 無線溫控與計量系統(tǒng)的性能與優(yōu)勢

無線溫控系統(tǒng)的優(yōu)勢是無論對于舊樓改造還是新建樓宇，可降低施工成本，給用戶提供靈活的舒適溫度控制，便于集中管理，節(jié)省人力成本，方便以后的設(shè)備維護。

2.1 雙向雙通道無線自組網(wǎng)技術(shù)

1）基于Zigbee無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]，可靠性高、穩(wěn)定、抗干擾、低功耗，網(wǎng)內(nèi)所有閥電子控制執(zhí)行器與GPRS無線網(wǎng)協(xié)調(diào)器，形成無線自組網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)擴展能力強，覆蓋范圍廣。

2）無線自組網(wǎng)絡(luò)，自行建構(gòu)網(wǎng)狀動態(tài)路由，自行尋找最佳路徑，自行修復(fù)，當(dāng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)受到外界干擾，無法正常工作時，整個網(wǎng)絡(luò)可以動態(tài)的切換到另一個工作信道上，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。

3）無線雙向雙通道傳輸，傳送數(shù)據(jù)時，收方反饋確認信號，否則重新傳送，保證數(shù)據(jù)傳送完整正確、不漏失。

4）具有遠程數(shù)據(jù)傳輸功能，無需人工抄表，便于小區(qū)管理和收費。

5）用戶可在溫控器上自行設(shè)定溫度、供暖時間等參數(shù)，采用非易失性存儲芯片，掉電數(shù)據(jù)不丟失。

2.2 變速螺旋電子執(zhí)行器

1）由無線模塊、控制模塊、微電機、傳動模塊、變速機構(gòu)組成。

2）閥門的開與關(guān)采取變速螺旋桿電子智能控制，推動閥門的打開或閉合。

3）只在閥門開啟或關(guān)閉的短暫時間內(nèi)，執(zhí)行器才工作，功率小于2W。

4）當(dāng)閥門開啟或關(guān)閉到位后，執(zhí)行器處于待機狀態(tài)，耗電小于0.5W，執(zhí)行器的溫度與環(huán)境溫度相當(dāng)，不損傷閥門的壽命。

2.3 水暖控制閥

采用通斷截止閥，優(yōu)點對水質(zhì)要求低，使用壽命長。傳統(tǒng)的旋塞閥、球閥、蝶閥等，當(dāng)水質(zhì)較差時，容易失靈。

2.4 無線溫控與計量系統(tǒng)管理中心

2.4.1 圖表/菜單式管理平臺

1）按國標：JG/T 379-2012，計算各用戶熱能的消耗值。

2）樓宇供熱溫度及熱能計量，各用戶熱量使用及計費。

3）生成用戶的暖氣使用明細報表，打印輸出用戶的繳費明細表。

4）以電子郵件或短信形式提醒用戶繳費（客戶選用）。

2.4.2 遠程管理用戶的溫控器及執(zhí)行器

1）監(jiān)測各用戶溫控器及執(zhí)行器的使用狀態(tài)。

2）溫控器或執(zhí)行器工作異常時，報警提示。

3）用戶欠費時，發(fā)出提醒信息或鎖閥。

4）用戶可選擇預(yù)付費形式，避免欠費鎖閥。

2.4.3 安裝、調(diào)試及維護[2]

1）由于溫控系統(tǒng)采用的是無線通訊控制，只需在管道間，用戶的入水管加裝控制器，用戶只需把溫控器掛在室內(nèi)適當(dāng)位置即可；無需穿墻、打洞、布線。

2）執(zhí)行器與閥門安裝類似于水閥安裝方式，安裝完成后，安裝人員只需手持配對器，將溫控器及執(zhí)行器依次調(diào)試配對，給每對溫控執(zhí)行器指定唯一的身份識別碼，便于通訊及以后維護。

3）溫控器：當(dāng)用戶或管理中心人員發(fā)現(xiàn)溫控器異常，可直接從掛墻上取下來，送到管理中心檢測，若確有故障，管理中心提供一臺新機，方便客戶使用。

4）控制器：管理中心人員發(fā)現(xiàn)控制器異常，可直接從管道間取下來，送到管理中心檢測，若確有故障，管理中心更換一臺新機，方便客戶使用，執(zhí)行器與閥門連接采用鑼扣式，拆裝特別方便。

3 暖氣溫控智能管理系統(tǒng)構(gòu)成

設(shè)備需求：無線溫控器，供給每一戶；無線閥控制器，控制每一戶的熱水水閥；無線適配器，將熱表的數(shù)據(jù)，接入無線網(wǎng)；無線GPRS協(xié)調(diào)器，用于與管理部門的數(shù)據(jù)遠程通訊。這些設(shè)備，就形成一個無線互聯(lián)網(wǎng)，其智能溫控管理系統(tǒng)見圖1。

系統(tǒng)架構(gòu)說明：無線GPRS協(xié)調(diào)器，本身即為無線網(wǎng)的網(wǎng)路協(xié)調(diào)器，整個互聯(lián)網(wǎng)可以用一個樹狀來描述點與點之間的連接路徑關(guān)系，此樹狀結(jié)構(gòu)存在無線GPRS協(xié)調(diào)器內(nèi)；無線GPRS協(xié)調(diào)器直接與云端的服務(wù)器通訊，做雙向通訊；管理者可以經(jīng)由瀏覽器，對整套系統(tǒng)做遠程管理。

4 無線溫控系統(tǒng)與市場現(xiàn)有產(chǎn)品比較

關(guān)于無線傳輸市場上能夠看到的無線產(chǎn)品基本上是有線與無線混合，即樓宇內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸為有線，樓宇與控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)為無線傳輸。對于新樓施工尚可，但對于舊樓熱改，需穿墻鉆洞、穿線管、布線，施工成本高，工期長。

無線溫控系統(tǒng)，完全實現(xiàn)了無線傳輸，而無線雙向雙通道數(shù)據(jù)傳輸保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。施工無需穿墻鑿洞、布線，特別簡單方便，因省去了布線工程，所以一般水暖工即可完成安裝。執(zhí)行器（控制器）性能比較見表1。

5 暖氣智能溫控與計量系統(tǒng)的應(yīng)用[3]

基于Zigbee無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，已在歐洲得到廣泛應(yīng)用；在熱計量改造方面，已應(yīng)用山東、吉林等地區(qū)。由于系統(tǒng)集成度高、安裝維護簡單、方便管理，隨著應(yīng)用的深入，暖氣智能溫控系統(tǒng)有望成為各地區(qū)首選的熱計量改造方案。智能溫度控制系統(tǒng)，是由溫控器和執(zhí)行器配對組成，通過溫控器感應(yīng)室內(nèi)溫度與用戶設(shè)定溫度比較，會自動給執(zhí)行器下達指令，關(guān)閉還是打開暖氣管的閥門。從而來達到控制室內(nèi)溫度的目的。更重要的是，當(dāng)室內(nèi)獲得自由熱（又稱免費熱）時，如陽光照射，室內(nèi)熱源——炊事、照明、電器及居民等散發(fā)的熱量使室溫有升高趨勢時，控制器會自動關(guān)閉閥門，不僅保持室溫合適，同時達到節(jié)能目的。按國標時間面積通斷法計費智能溫控系統(tǒng)中可以記錄各用戶的室內(nèi)溫度、用熱時間、熱量表數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用于“時間面積通斷法”，用于計算各用戶所消耗熱量的費用，滿足熱力公司對用戶收費的需求，從而解決了供熱末端用戶的溫控與計量問題。

溫控與熱計量并重，相輔相成，可滿足用戶對室內(nèi)舒適程度的需求，同時滿足多用熱多繳費、少用熱少繳費的收費原則，并可以實實在在地改善供暖用戶的供暖狀況，是一項利國利民且卓有成效的節(jié)能減排環(huán)保措施，

根據(jù)測算,末端增加溫度調(diào)節(jié)手段并通過改變計量方式使此溫度調(diào)節(jié)手段被有效利用,可使供熱能耗降低35%～40%，真正使國家的節(jié)能減排政策落到了實處。因此，數(shù)字化智能控制技術(shù)在采曖供熱中必將得到廣泛的應(yīng)用。

參考資料：

[1]ZigBee Alliance.ZigBee Specifications.version 1.0r13,December 2006.

[2]王文生,程秀君.淺析住宅供熱分戶熱計量[J].山西建筑,2004,30（6）:83-84.

[3]李洪,王毅.供熱采暖系統(tǒng)的溫控計量與建筑節(jié)能[J],東北電力學(xué)院學(xué)報,2002,22（3）:21-24.