探讨智能供热系统技术分析

探讨智能供热系统技术分析

肖海洋

身份证号:370902198306151250

摘要 随着双碳政策的实施，对供热企业提出了新的要求和挑战，主要技术路线有两条，一条是可再生能源和余热废热利用，另一条是利用智慧能源系统，将新一代信息技术利用于供热系统中，提高热用户的舒适性，实现供热系统实时调节，提高供热系统运行效率，解决传统供热系统无法匹配运行工况的问题。本文通过介绍智慧供热中几个关键技术，提出智慧供热未来的发展方向。

        关键词：智慧供热；热用户；供热管网 ；互联网+

引言

供热行业高质量发展势在必行，信息技术应用驱动智能化供热是实现现代化供热管理的必由之路，也是低碳、绿色智能化管理的必然要求，但也同时应关注到供热网络安全管理体系还需进一步完善，智能算法优化、数据的挖掘还需进一步加强研究，供热行业从传统管理到现代化管理思路还需进一步转变。在下一步供热智能化建设中，以问题为导向，借助5G、人工智能、工业互联网等技术，充分挖掘和分析企业制约短板，不断注入企业发展新动能，助力企业转型升级，增强企业的市场竞争力[1]。

1、我国供热行业发展现状

        近年来，新技术日新月异、不断涌现，通过对我国供热行业的发展情况进行分析可知，管理水平、自动化控制水平及用户服务水业呈现出不断，升发展趋势。目前，智能化供热时代已来临，安全、舒适、绿色、低碳、智能成为供热行业的发展方向。供热行业智能化发展，有利于促进生产效率提升，用户满意度提高，在很大程度上节约人工成本，帮助企业提高经济效益，供热智能化对于供给侧降本增效及改善需求侧高质量需求具有重要意义[2]。

2、智慧供热背景

2.1双碳政策下节能减排的要求

        在双碳目标下实现高质量供热，是广大人民群众对舒适环境、美好生活的向往，也是对供热企业的挑战和机遇。一方面传统能源向绿色能源转变，逐步实现能源清洁化，另一方面，由传统集中供热模式转变为智能供热模式，从用户侧、管网侧、热源侧实现智能控制，在保证用户侧舒适性要求的前提下，实现全网智能、高效运行，降低供热能耗。

2.2供热企业发展需求

        随着城市化进程的快速推进，北方地区供暖能耗不断增加，对供热企业的节能降耗提出了更高的要求。随着疫情的不断变化，能源价格不断升高，对供热企业的商业运营提出了新的要求，对供热的安全性和稳定性也提出了新的挑战。在这样大大背景下，充分利用“互联网+”、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，实现智慧供热系统，推进能源生产、输送和利用的变革，提高供热企业的盈利能力[3]。

2.3热用户需求及热计量要求

        智慧供热是以满足人员热舒适性为目标，设置舒适的室内温度，供暖系统可以提供最优的热负荷，是实现供热系统精细化调节的基础。室内温度是否舒适受不同供暖阶段，不同建筑类型、用户人群情况（包括年龄、健康情况、性别、衣着等）等因素的影响，因此热用户按需求自行调节室内温度是最大限度满足热舒适性的方法。同时，供热管网和热源根据用户末端变化情况，及时进行反馈，实现节能运行。

3、智慧供热关键技术

智慧供热是在中国推进能源生产与消费革命，构建清洁低碳、安全高效能源体系的新时代背景下，以供热信息化和自动化为基础，以信息系统与物理系统深度融合为技术路径，运用物联网、空间定位、云计算、信息安全等“互联网+”
技术感知连接供热系统全过程中的各种要素，运用大数据、人工智能、建模仿真等技术统筹分析优化系统中的各种资源，运用模型预测等先进控制技术按需精准调控系统中各层级、各环节对象而构建具有自感知、自分析、自诊断、自优化、自调节、自适应特征，能够支撑供热的政府监管、规划设计、生产运营、需求响应过程中人的思考决策的新型供热系统。
        智慧供热系统是以传统供热系统关键技术为基础，利用传感技术，物联网、信息控制技术等在满足热用户需求的前提下，实现供热系统精准控制，快速反应，实现高效节能运行。同时，智慧供热系统可以获取大量数据，传输数据，分析数据，在供热系统运行过程中，实现控制系统自我学习，自我优化，在运行过程中，利用大数据，不断优化供热系统运行工况[4]。
3.1硬件设备
        供热系统硬件设备主要包括热源、供热管网和热用户。
3.1.1热源
        传统供热热源主要采用锅炉配合换热站，能源形式以化石能源为主，主要包括煤、石油、天然气等，对环境有污染，能源利用率较低，能源价格不断增加，盈利能力逐渐变差。近些年随着可再生能源和废热利用的不断发展，采用空气源热泵、水地源热泵、太阳能供暖、吸收式换热、（冷)热电联产、蓄热等技术的绿色能源项目不断增加，有效提高了热源的能源综合利用效率。同时，也对热用户与热源的用能控制调节提出了更高的要求。
3.1.2供热管网
        在智慧供热中，对于供热管网的控制目标主要是减少输送过程中的损失，主要有包括管网失水损失、管道散热损失，水力失调损失。水力失调损失是供热系统中最常见的问题，供热管网发生水力失调，经常导致局部过冷或过热，造成热源侧能源过度消耗。在传统供热管网中，一般仅在验收前进行一次水力平衡调试，无法适应热用户负荷的不断变化，运行过程中无法实现水力平衡。智慧供热中，管网中的电控阀可以根据热用户负荷，提前预判，调整阀门开度，保证整个供热管网运行过程中保持水力平衡。同时，实时监测供热系统补水量，当补水量超过设定值，及时报警，寻找失水点，最大限度减少管网失水损失。

3.1.3热用户
        热用户侧主要解决的问题有两个，一个是热舒适性问题，另一个是热计量问题。传统供热系统由于在运行过程中经常存在水力失调问题，导致近热源端过热，远热源端过冷的问题。采用智慧供热系统后，可以实时监测热用户室内温度，结合室外温度的变化，提前预测各管路的供热负荷和流量，提前调整阀门开度，适应各用户末端变化，保证热用户的热舒适性要求。
3.2物联网及控制系统
        物联网及控制系统是智慧供热系统与传统供热系统的最主要区别，主要包括数据采集和传输系统、执行器、大数据分析系统。
3.2.1数据采集和传输系统
        数据采集和传输系统主要通过供暖系统的温度、压力、流量传感器和热量表对热用户、供热管网和热源进行实时监测，对供热系统各种数据完成现场采集，并利用物联网上传至控制平台。智慧供热系统通讯网络一般采用无线网，包括无限自组网、网桥连接和GPRS传输等，采用网络时钟同步技术，保证供热系统数据实时性和控制的正确性。
3.2.2大数据分析系统
        大数据分析系统是智慧供热的技术核心，是供热系统运行可靠性和节能性的重要保障。大数据分析系统可以有效提高运行水平，主要包括以下内容，用户数据负荷预测、识别供热系统重要设备参数、调节供热系统参数、运行安全性和故障诊断、最佳供热工况诊断、自我学习优化等。
  3.2.3执行器
        执行器主要包括供暖系统中的各种控制阀门，变频水泵等可以调节供暖系统流量和供回水温度的设备，是供热系统能够完成的实现者。接收控制平台发出的控制指令，准确可靠的完成供热系统调节，实现智慧供热系统维持在最佳工况运行。
4、智能供热发展方向
4.1提高智能供热适应性
        随着生活水平的不断提高，热用户的需求差异开始体现出来，人员由于年龄、健康情况、衣着等因素，对舒适温度范围有或大或小的差异，热用户需实现室温控制，逐步实现按需用热，按热计费，因此，对热用户侧的室温监测、热量计量和热量调节提出了更高的要求。供热管网和热源对供热系统的热用户的监测和调节实时都在变化，供热系统成为全动态系统，在变动过程中，利用大数据分析，快速、准确的寻求最佳运行工况是智能供热系统优劣的关键。因而充分利用大数据技术和人工智能技术带来的技术变革，提高智能供热系统的适应性成为未来发展的重点。
4.2推进老旧小区智能化供热
        我国城市化进程已经完成大半，新建建筑逐步减少，老旧小区众多，供暖能耗大，用户末端调节能力差，有巨大的节能潜力。如何将智慧供热系统应用于老旧小区改造中，直接影响到智慧供热节能潜力大小。老旧小区改造中，硬件设备和物联网控制系统多数都在供热企业管理范围，但热用户末端和用户端执行器和传感器布置在住户内，现场情况差异性极大，是智能供热改造的最困难点。
5、总结
        随着物联网技术和人工智能技术的不断革新，智能供热已经成为供热系统发展趋势。智慧供热可以提高供热质量，适应供热多样性，提高供热系统运行水平，实现最优化运行。
参考文献：
        [1]王东，孙宝玉，张玉中.吸收式热泵在集中供热中的应用分析[J].区域供热，2015,002：79-81
        [2]王昭俊.智慧供热的目标：满足人的热舒适需求[J].煤气与热力，2019,07：08-11
        [3]田兴涛，智慧供热系统关键技术浅析[J].中外能源，2019,07：16-20
     [4] 周玉萍. 燃气电厂热网智能化改造的分析与思考[J]. 电子乐园, 2019(26):1.