數字化智能控制技術在采暖供熱中的應用

林永輝（青海油田分公司質量安全環保處）

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：熱電聯產集中供熱、區域燃煤鍋爐、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。其中熱電聯產集中供熱是國家大力推行的主要供熱方式。

集中供熱系統末端，絕大部分用戶無溫度調節和計量手段。大部分地區采用的是統一按照供熱面積收費。當室內過熱時，用戶開窗散熱而不是關暖氣。由于無溫度調節手段，辦公樓、教學樓、寫字樓夜間和假期照常供熱，辦公樓、賓館、醫院、住宅等無人照常供熱。

1 我國目前熱計量的現狀

目前國內住宅產業及公共建筑正處于快速發展階段，而且在相當長的時間內呈上升趨勢，帶動了很多相關產業的發展。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、互為充分必要條件的就是溫度控制與熱量計量的發展問題。這是市場經濟發展的要求，人民生活水平提高的要求，也是節能與環保事業發展的要求。

根據建設部的要求，一些地區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控制，用戶不能主動控制室溫以實現節能。按熱收費，比以前進步了，實現了交易公開的原則，但是用戶不能主動控制以實現節能，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量參差不齊，有些熱計量表質量差，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，溫控除了節能、節資，它還能提高室內舒適度，提高熱網供熱質量。溫控與熱計量并重，相輔相成，用戶即可主動調節室內溫度，使有人員活動的房間達到舒適溫度，無人房間可主動關閉暖氣，達到節能的目的。

2 無線溫控與計量系統的性能與優勢

無線溫控系統的優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，節省人力成本，方便以后的設備維護。

2.1 雙向雙通道無線自組網技術

1）基于Zigbee無線聯網技術[1]，可靠性高、穩定、抗干擾、低功耗，網內所有閥電子控制執行器與GPRS無線網協調器，形成無線自組網絡，網絡擴展能力強，覆蓋范圍廣。

2）無線自組網絡，自行建構網狀動態路由，自行尋找最佳路徑，自行修復，當ZigBee網絡受到外界干擾，無法正常工作時，整個網絡可以動態的切換到另一個工作信道上，保證數據可靠傳輸。

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

4）具有遠程數據傳輸功能，無需人工抄表，便于小區管理和收費。

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

2.2 變速螺旋電子執行器

1）由無線模塊、控制模塊、微電機、傳動模塊、變速機構組成。

2）閥門的開與關采取變速螺旋桿電子智能控制，推動閥門的打開或閉合。

3）只在閥門開啟或關閉的短暫時間內，執行器才工作，功率小于2W。

4）當閥門開啟或關閉到位后，執行器處于待機狀態，耗電小于0.5W，執行器的溫度與環境溫度相當，不損傷閥門的壽命。

2.3 水暖控制閥

采用通斷截止閥，優點對水質要求低，使用壽命長。傳統的旋塞閥、球閥、蝶閥等，當水質較差時，容易失靈。

2.4 無線溫控與計量系統管理中心

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行器

1）監測各用戶溫控器及執行器的使用狀態。

2）溫控器或執行器工作異常時，報警提示。

3）用戶欠費時，發出提醒信息或鎖閥。

4）用戶可選擇預付費形式，避免欠費鎖閥。

2.4.3 安裝、調試及維護[2]

1）由于溫控系統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適當位置即可；無需穿墻、打洞、布線。

2）執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，將溫控器及執行器依次調試配對，給每對溫控執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：當用戶或管理中心人員發現溫控器異常，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：管理中心人員發現控制器異常，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構成

設備需求：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，將熱表的數據，接入無線網；無線GPRS協調器，用于與管理部門的數據遠程通訊。這些設備，就形成一個無線互聯網，其智能溫控管理系統見圖1。

系統架構說明：無線GPRS協調器，本身即為無線網的網路協調器，整個互聯網可以用一個樹狀來描述點與點之間的連接路徑關系，此樹狀結構存在無線GPRS協調器內；無線GPRS協調器直接與云端的服務器通訊，做雙向通訊；管理者可以經由瀏覽器，對整套系統做遠程管理。

4 無線溫控系統與市場現有產品比較

關于無線傳輸市場上能夠看到的無線產品基本上是有線與無線混合，即樓宇內的數據傳輸為有線，樓宇與控制中心之間的數據傳輸轉為無線傳輸。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，完全實現了無線傳輸，而無線雙向雙通道數據傳輸保證了數據傳輸的穩定可靠。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。執行器（控制器）性能比較見表1。

5 暖氣智能溫控與計量系統的應用[3]

基于Zigbee無線聯網技術生產的產品，已在歐洲得到廣泛應用；在熱計量改造方面，已應用山東、吉林等地區。由于系統集成度高、安裝維護簡單、方便管理，隨著應用的深入，暖氣智能溫控系統有望成為各地區首選的熱計量改造方案。智能溫度控制系統，是由溫控器和執行器配對組成，通過溫控器感應室內溫度與用戶設定溫度比較，會自動給執行器下達指令，關閉還是打開暖氣管的閥門。從而來達到控制室內溫度的目的。更重要的是，當室內獲得自由熱（又稱免費熱）時，如陽光照射，室內熱源——炊事、照明、電器及居民等散發的熱量使室溫有升高趨勢時，控制器會自動關閉閥門，不僅保持室溫合適，同時達到節能目的。按國標時間面積通斷法計費智能溫控系統中可以記錄各用戶的室內溫度、用熱時間、熱量表數據等，這些數據可以直接應用于“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能減排環保措施，

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

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.供熱采暖系統的溫控計量與建筑節能[J],東北電力學院學報,2002,22（3）:21-24.