集中供熱的智慧化管理與控制策略探討

高飛 楊波

摘 ? ?要：智慧供熱技術(shù)不僅能夠解放繁重的體力勞動(dòng)，還將進(jìn)一步解放腦力勞動(dòng)，為供熱行業(yè)決策者提供更多管理及創(chuàng)新的空間。智慧供熱將提供安全、舒適、便捷的供熱系統(tǒng)，不斷滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要，推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步。本文基于集中供熱的智慧化管理與控制策略探討展開論述。

關(guān)鍵詞：集中供熱;智慧化管理;控制策略

1 ?引言

智慧化換熱站是實(shí)現(xiàn)智慧供熱的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，只有在換熱站建設(shè)過程中對(duì)換熱器、水泵、閥門及管道工藝等暖通硬件設(shè)備的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，同時(shí)高質(zhì)量建設(shè)換熱站各種溫度壓力測(cè)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)換熱站電動(dòng)閥-水泵聯(lián)動(dòng)、補(bǔ)水泵與水箱液位聯(lián)動(dòng)等連鎖措施，才能實(shí)現(xiàn)換熱站的按需供熱和熱源能力不足時(shí)的熱量調(diào)控，對(duì)供熱企業(yè)的科學(xué)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和精細(xì)化管理起到了積極的作用。由此將不斷提升供熱系統(tǒng)的智能化、信息化水平，才能實(shí)現(xiàn)環(huán)保與民生改善的雙贏。

2 ?智慧化供熱現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)在為人們的日常生活和工作提供著極大的便利，但是，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，也加速了各行各業(yè)的變革，以電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)為核心的數(shù)據(jù)共享和智能化已經(jīng)成為了各行各業(yè)在未來的發(fā)展方向。作為供熱企業(yè)，關(guān)乎百姓在冬季的正常生活和資源的大量消耗，供熱工作中如何更好地引入智慧化的管理，決定著供熱企業(yè)能否滿足當(dāng)下的時(shí)代和居民需求，也就是決定了集中供熱企業(yè)在未來的發(fā)展前景。供熱管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)熱特性研究不僅對(duì)于供熱系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行是非常重要的，比如說確定熱源和水泵的啟停時(shí)間、根據(jù)熱負(fù)荷調(diào)節(jié)熱源的供熱量以滿足建筑的熱需求，減少建筑供熱能耗，提供建筑供熱質(zhì)量等;同時(shí)對(duì)于研究可再生能源供熱（比如風(fēng)能、太陽能等）也是必須的研究?jī)?nèi)容?？稍偕茉淳哂须S機(jī)性、波動(dòng)性、不確定性的特點(diǎn)，當(dāng)利用可再生能源供熱時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成供熱系統(tǒng)的波動(dòng)，影響供熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供熱質(zhì)量。而供熱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)熱特性的研究不僅可以為可再生能源供熱提供安全供熱的保障，同時(shí)通過供熱系統(tǒng)熱動(dòng)態(tài)特性研究獲得并利用供熱系統(tǒng)的熱慣性，可以提高可再生能源供熱的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。但是與供熱管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)熱特性建模相比，動(dòng)態(tài)熱特性建模需要追蹤流體在管道中的傳遞時(shí)間、流體在傳輸中的熱損失以及管網(wǎng)在當(dāng)前時(shí)間之前的溫度分布，所以動(dòng)態(tài)熱特性建模將更加復(fù)雜。

3 ?集中供熱系統(tǒng)的構(gòu)成

城市的集中供熱系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，對(duì)于其內(nèi)部設(shè)備和結(jié)構(gòu)的構(gòu)成都有著很高的要求，組成元素很多，而組成元素之間的構(gòu)建方式又會(huì)使系統(tǒng)的運(yùn)行呈現(xiàn)出不同的效果，如果元素的構(gòu)建不合理，就會(huì)影響到集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行水平。集中供熱系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成要素主要包括熱源、熱力網(wǎng)和熱用戶，熱源指的是供熱的熱源，是供熱系統(tǒng)建設(shè)的重要基礎(chǔ);供熱網(wǎng)指的是集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于集中供熱系統(tǒng)功能的發(fā)揮也有著關(guān)鍵性的作用;熱用戶指的是供熱系統(tǒng)的最終服務(wù)用戶，是整個(gè)集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的末端要素。所以在城市的集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要求設(shè)計(jì)方必須要嚴(yán)格控制好集中供熱系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成，對(duì)相關(guān)要素進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮出集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

4 ?智慧化管控原理

換熱站智能控制系統(tǒng)通過對(duì)模擬量和開關(guān)量信號(hào)的采集，利用現(xiàn)代工業(yè)自控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的人工操作模式向現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化的模式轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與無人值守。智慧化管控的原理，實(shí)際上就是利用了物聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)是信息技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是利用電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)在商品與商品、人與商品之間形成更加智能的聯(lián)系。由于商品也是物品，所以這個(gè)網(wǎng)絡(luò)被稱作物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)的工作原理主要分成3個(gè)部分，第一個(gè)部分是對(duì)物品的全面感知，這個(gè)部分實(shí)際上就是對(duì)商品進(jìn)行較為詳盡的描述，收集商品相關(guān)的各種信息。之所以叫做全面感知，就是這個(gè)信息采集過程中是模擬用戶的感知進(jìn)行信息采集的，所以對(duì)于商品的信息采集的更加全面。信息采集之后，需要對(duì)信息進(jìn)行統(tǒng)一的處理封裝然后集中存儲(chǔ)到處理器當(dāng)中。最后就是當(dāng)用戶的需求信息發(fā)送到控制系統(tǒng)之后，智能化地對(duì)商品信息進(jìn)行篩選和匹配，對(duì)于滿足用戶需求的信息進(jìn)行處理和傳輸。也就是說，物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路實(shí)際上是信息采集、傳送和處理與一體的智能化管控網(wǎng)絡(luò)。

5 ?高效熱源技術(shù)

我國(guó)城市集中供暖系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，熱源是整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵構(gòu)成要素，也是集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，目前我國(guó)很多地區(qū)在進(jìn)行城市集中供暖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于熱源技術(shù)比較落后，所以給環(huán)境和生態(tài)帶來了巨大的負(fù)擔(dān)。因此隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷落實(shí)，城市集中供熱系統(tǒng)中已出現(xiàn)了高效熱源技術(shù)，高效熱源技術(shù)與傳統(tǒng)熱源技術(shù)相比，能夠有效提高社員的利用率，降低對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響。

6 ?智能供熱技術(shù)

智能供熱技術(shù)主要針對(duì)的是集中供熱系統(tǒng)的管網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)節(jié)和運(yùn)行，該技術(shù)在使用的過程中，能夠?qū)Τ鞘泄嵯到y(tǒng)內(nèi)的相關(guān)要素以及供熱過程進(jìn)行分析，獲取集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息，輔助相關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，這能夠促進(jìn)城市集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行水平的進(jìn)一步提升。通過各類傳感器獲取的數(shù)據(jù)，經(jīng)大數(shù)據(jù)分析，可得到可視化分析結(jié)果。直觀的顯示各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及其相互之間隱含的關(guān)系，使其更容易被接受。通過各類數(shù)據(jù)挖掘算法，深入數(shù)據(jù)深層，挖掘出以往不易發(fā)現(xiàn)或被人忽視的規(guī)律。如哈爾濱工業(yè)大學(xué)王素玉等人通過數(shù)據(jù)挖掘方法，考慮建筑物熱惰性，引入當(dāng)量室外空氣溫度的概念，找出了當(dāng)前供熱負(fù)荷與之前幾天的室外空氣溫度的關(guān)系。在信息處理中，大量數(shù)據(jù)的解決非常復(fù)雜，通過人工智能代替及模仿人類思維能夠很好地解決這一問題。供熱過程中負(fù)荷變化以往多數(shù)是通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)值來調(diào)整。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的非線性映射能力、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力和并行信息處理能力，非常適用于供熱系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，從而對(duì)負(fù)荷調(diào)整起到輔助決策的作用。常用的其他預(yù)測(cè)方法還有小波分析法、支持向量機(jī)法、混沌理論預(yù)測(cè)法等。不同方法之間的輸入變量和預(yù)測(cè)對(duì)象不盡相同。遼寧工程技術(shù)大學(xué)王東亞等人選取室外溫度、室外風(fēng)速、日期類型、光照率、時(shí)間、供水流量、供水溫度、回水溫度等八個(gè)參數(shù)作為輸入變量，對(duì)供熱系統(tǒng)日負(fù)荷了預(yù)測(cè)。清華大學(xué)馬濤等人通過考察供回水溫度、室外溫度、歷史室溫等因素中與預(yù)測(cè)室溫關(guān)系最為密切的歷史信號(hào)點(diǎn)，用小波分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而對(duì)供熱系統(tǒng)負(fù)荷進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

7 ?結(jié)束語

當(dāng)前供熱還主要依靠燃煤電廠提供熱源，電廠運(yùn)行難免對(duì)大氣造成一定的污染，而霧霾治理工作日益嚴(yán)峻，熱力企業(yè)粗放式的管理越來越難以適應(yīng)發(fā)展的需要;煤改氣、煤改電造成的能源成本急劇升高，而且脫硫除塵、排放指標(biāo)的定量考核也造成運(yùn)行成本的升高。只有靠計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)代替人工經(jīng)驗(yàn)、靠自動(dòng)化控制代替人力勞動(dòng)，運(yùn)用現(xiàn)代化的科學(xué)管理技術(shù)、自控設(shè)備的有效運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)換熱站的智慧化、自動(dòng)化運(yùn)行目標(biāo)。

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