中能暖虎?系列物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在智慧供熱領(lǐng)域的應(yīng)用

曲小秋

摘 要：當(dāng)前，智慧供熱正成為城市供熱系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)踐表明，依靠物聯(lián)網(wǎng)機(jī)組，由智能調(diào)節(jié)閥、DTU通信模塊、室溫采集器及暖虎?智慧供熱物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)組成的智慧供熱系統(tǒng)可以消除二次水力失調(diào)，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)精準(zhǔn)供熱、按需供熱、智慧供熱。

關(guān)鍵詞：智慧供熱;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能調(diào)節(jié);管理平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TU995文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）01-0142-02

Abstract： At present， smart heating is becoming the development trend of urban heating systems. Practice has shown that relying on the IoT unit， the intelligent heating system consisting of intelligent regulating valve， DTU communication module， room temperature collector and Zhongneng Nuanhu? intelligent heating IoT platform can eliminate secondary hydraulic imbalance， and realize accurate heating， on-demand heating and smart heating in cities and towns.

Keywords： smart heating;Internet of Things technology;intelligent regulation;management platform

在供熱系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，現(xiàn)有系統(tǒng)普遍存在缺乏量化數(shù)據(jù)信息、熱量輸配環(huán)節(jié)效能評(píng)估粗放、用戶冷熱不均等諸多問題。因此，智慧供熱正在被越來越多的企業(yè)關(guān)注，逐漸成為未來城市供熱系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。依靠物聯(lián)網(wǎng)機(jī)組，由智能調(diào)節(jié)閥、DTU通信模塊、室溫采集器及暖虎?智慧供熱物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)組成的智慧供熱系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供熱、按需供熱的有力保證，致力于消除管網(wǎng)水力失調(diào)、冷熱不均的難題[1]。采用智慧化供熱理念，運(yùn)用大數(shù)據(jù)回歸分析方法，對(duì)熱源特性與熱網(wǎng)特性進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，既能保證居民供熱安全，又能實(shí)現(xiàn)熱源最大節(jié)能。

1 城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)平衡的優(yōu)化原理

根據(jù)管網(wǎng)熱負(fù)荷計(jì)算公式、末端散熱設(shè)備散熱公式及熱平衡原理，熱媒載體平均溫度偏差1 ℃只會(huì)導(dǎo)致室溫0.5 ℃左右的偏差，而且熱媒載體平均溫度越低，熱媒載體平均溫度偏差對(duì)室溫偏差影響就越小。

要想達(dá)到二級(jí)網(wǎng)水力平衡，只需要控制管網(wǎng)流量偏差小于8%或者控制熱媒載體平均溫度偏差小于1 ℃即可。

2 城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)平衡的解決方案

采用回水溫度智能調(diào)節(jié)法，即取各熱用戶供熱環(huán)路的回水溫度為調(diào)控目標(biāo)值，通過智能調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制流量，進(jìn)行各并聯(lián)環(huán)路之間的熱量分配，最終達(dá)到二次網(wǎng)熱力平衡。這一方法可以避免流量法測(cè)量的復(fù)雜和低精度問題，有效提高了執(zhí)行效率，簡便易行。

智慧供熱系統(tǒng)由智能調(diào)節(jié)閥（分為單元智能調(diào)節(jié)閥和戶端智能調(diào)節(jié)閥）、DTU通信模塊（可選）、室溫采集器及暖虎?智慧供熱物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)組成。該系統(tǒng)采用控制策略智能算法，如室內(nèi)溫度控制法、回水溫度相對(duì)一致控制法等，實(shí)現(xiàn)樓宇（單元）間或戶間的熱力平衡，即“平衡調(diào)節(jié)、室溫均衡”。下面簡要分析系統(tǒng)主要設(shè)備的功能及用法。

2.1 智能調(diào)節(jié)閥設(shè)備

智能調(diào)節(jié)閥分為單元智能調(diào)節(jié)閥和戶端智能調(diào)節(jié)閥，由閥體和智能執(zhí)行器兩部分組成。調(diào)節(jié)閥安裝在各樓宇（或單元）間供暖環(huán)路回水管道上，可以解決二級(jí)網(wǎng)水平失調(diào)問題;安裝在各戶間供暖環(huán)路的回水管道上，可以徹底解決二級(jí)網(wǎng)水平失調(diào)及垂直失調(diào)問題。

智能調(diào)節(jié)閥內(nèi)置溫度傳感器、智能算法和通信接口（CAN、RS485或NB-IOT），可以通過操作員站或移動(dòng)端（手機(jī)APP）進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。調(diào)節(jié)閥采用V形球芯設(shè)計(jì)，具有等百分比調(diào)節(jié)特性，調(diào)節(jié)精度高且使用壽命長。智能執(zhí)行器可以快速安裝到調(diào)節(jié)閥上，并能作為調(diào)試工具選用。

智能調(diào)節(jié)閥的性能參數(shù)如下。一是顯示，通過人機(jī)界面顯示工作參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)信息、故障報(bào)警等。二是參數(shù)設(shè)置，通過人機(jī)界面對(duì)運(yùn)行模式切換、自檢、目標(biāo)參數(shù)調(diào)整、控制閥門開度、偏差修訂等進(jìn)行設(shè)定。三是自診斷故障與報(bào)警，運(yùn)行過程中能自診斷出現(xiàn)的異常情況（電動(dòng)機(jī)過流、閥門卡滯等）并進(jìn)行報(bào)警。四是調(diào)節(jié)，具有控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，內(nèi)部具有專用的算法，可檢測(cè)溫度、壓力、壓差或流量信號(hào)，支持遠(yuǎn)程/就地、自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)功能。五是休眠，NB-IoT通信單元可以采用休眠和喚醒工作方式，節(jié)約電力能源。六是閥門初始位置識(shí)別，通過運(yùn)行自診斷程序，能夠識(shí)別確認(rèn)閥門的初始位置。

通信功能有三個(gè)方面。一是藍(lán)牙無線通信，可與手機(jī)通過藍(lán)牙連接，手機(jī)APP作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的人機(jī)界面，與閥門控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。二是RS485通信，采用MODBUS-RTU通信協(xié)議。三是物聯(lián)網(wǎng)通信，通過NB-IoT通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)的數(shù)據(jù)互通。

2.2 DTU通信模塊

DTU通信模塊是無線數(shù)據(jù)終端通信設(shè)備，基于NBIOT/3G/4G數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，專門用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，可實(shí)現(xiàn)斷網(wǎng)數(shù)據(jù)續(xù)傳功能。DTU通信模塊連接現(xiàn)場的智能調(diào)節(jié)閥、戶內(nèi)智能測(cè)溫器到暖虎云平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)DTU通信模塊的傳輸、存儲(chǔ)和配置等功能。

2.3 室溫采集器

室溫采集器采用數(shù)字測(cè)溫元件測(cè)量用戶室內(nèi)溫度，通過NB-IoT通信模式，將溫度數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，直觀地反映用戶室內(nèi)溫度變化情況。電子電路與墻壁電源插座集成在一起，外形小巧，重量只有105 g，具備安裝方便、功耗小、免維護(hù)、精度高等特點(diǎn)。室內(nèi)溫度采集器iZN-RT101是基于NB-IoT通信的高集成度產(chǎn)品，安裝方便，精度高，免維護(hù)，為供熱策略調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持。每個(gè)供暖用戶室內(nèi)都需要安裝一個(gè)室溫采集器，具體安裝位置可以根據(jù)室內(nèi)實(shí)際情況確定。

2.4 智慧供熱物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

暖虎?云服務(wù)平臺(tái)可以給客戶提供一站式體驗(yàn)，以打造智慧供熱專業(yè)平臺(tái)，為供熱企業(yè)提供專業(yè)產(chǎn)品和應(yīng)用服務(wù)，其主要由兩大部分組成。

2.4.1 暖虎?智能調(diào)節(jié)閥管理平臺(tái)。智能調(diào)節(jié)閥管理平臺(tái)采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、負(fù)載均衡、高并發(fā)數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，可與千萬數(shù)量級(jí)智能調(diào)節(jié)閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采集、分析用戶供熱數(shù)據(jù)，通過先進(jìn)的控制策略指揮智能調(diào)節(jié)閥工作，以熱力站供熱系統(tǒng)覆蓋區(qū)域的所有熱用戶為調(diào)節(jié)對(duì)象，最終使供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水力和熱力平衡。

暖虎?智能調(diào)節(jié)閥管理平臺(tái)支持PC端和移動(dòng)端訪問。當(dāng)不同權(quán)限的用戶登錄后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)管理員預(yù)先分配給當(dāng)前用戶的角色自動(dòng)配置業(yè)務(wù)窗口，方便生產(chǎn)管理。該平臺(tái)的主要功能包括授權(quán)管理、天氣預(yù)報(bào)管理、基礎(chǔ)信息管理、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、日志管理、同步與控制、GIS等。通過移動(dòng)端APP，用戶可以在線對(duì)閥門進(jìn)行云端注冊(cè)，配置閥門接入的采集通道，設(shè)置控制方式，讀取故障信息，并進(jìn)行新舊閥門替換、閥門開度調(diào)節(jié)等操作。用戶也可以隨時(shí)查看室內(nèi)溫度、供暖環(huán)路的供回水溫度和流量等數(shù)據(jù)，智能調(diào)節(jié)閥基礎(chǔ)信息和健康狀態(tài)。

2.4.2 暖虎?無線室溫采集分析平臺(tái)。該平臺(tái)支持PC端和移動(dòng)端訪問，室溫?cái)?shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)推送至云平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)端處理;可接入上千萬個(gè)室溫采集器，兼容電信、聯(lián)通和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的4G或 NB-IoT 通信方式;具備溫度查詢和分析統(tǒng)計(jì)功能，其結(jié)果可通過報(bào)表、棒圖、餅圖和曲線等多種方式展示;GIS地圖能直觀反映不同區(qū)域的供熱質(zhì)量，便于用戶全面掌握供暖質(zhì)量情況;可作為供熱企業(yè)提高運(yùn)行管理水平和政府監(jiān)管轄區(qū)內(nèi)供熱質(zhì)量的重要工具。

平臺(tái)具備室溫監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析評(píng)價(jià)及系統(tǒng)日志等功能，支持按企業(yè)組織、系統(tǒng)工藝、地理位置、自定義方式查詢及展示。其中，企業(yè)組織維度支持到集團(tuán)、分公司、班組，系統(tǒng)工藝維度支持到熱網(wǎng)、熱力站、供熱系統(tǒng)，地理位置維度支持到省、市、區(qū)、小區(qū)、樓宇、單元、熱用戶;室溫?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)刷新周期為30 min，支持手動(dòng)更新，自動(dòng)刷新周期時(shí)間可調(diào);支持對(duì)任意查詢結(jié)果進(jìn)行分析，并通過圖表展示分析結(jié)果，分析結(jié)果可導(dǎo)出電子版或直接打印;支持在線修改報(bào)警限值、分析閾值、狀態(tài)設(shè)置等參數(shù)，所有操作、報(bào)警、故障信息記錄在系統(tǒng)日志中。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的深度融合使得工業(yè)進(jìn)入智慧化時(shí)代，它是在個(gè)性化智能產(chǎn)品的需求驅(qū)使下，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)為有力支撐而出現(xiàn)的新一代變革趨勢(shì)。智慧化依托智能融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算與分析，通過智慧參與，提升決策能力，可以滿足智能控制由一級(jí)管網(wǎng)到熱力站、二級(jí)管網(wǎng)到單元，最終到用戶的全網(wǎng)控制。以暖虎?智慧供熱物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為中心組成的智慧供熱系統(tǒng)，正是迎合這一趨勢(shì)的前沿產(chǎn)品，用以實(shí)現(xiàn)智能供熱的自動(dòng)化、信息化和精細(xì)化，保證熱網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀平.供熱工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.