城市集中供熱智能化與智能熱網的構建思考

孟瑜 趙彤 王亞杰 于蘭 李勝男 劉璐

摘? 要：我國智能化的腳步不斷加快，各行各業逐漸開始走智能化的發展道路，城市集中供熱系統也在逐漸的智能化，本文就針對城市集中供熱的智能化構建進行幾點思考。首先對當前我國在城市集中供熱的現狀和問題進行簡單的闡述，然后針對為什么構建智能熱網進行簡單的解答，對供熱系統所涉及的技術進行簡單的分析，最后對智能熱網的設計、運行與調節進行詳細的論述并進行最后總結，希望對相關從業者提供簡單參考。

關鍵詞：集中供熱? 智能化? 智能熱網? 思考

中圖分類號：TP302 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）03（a）-0021-03

Thinking on the Intellectualization of Urban Central Heating and the Construction of Intelligent Heat Network

MENG Yu? ZHAO Tong? WANG Yajie? YU Lan? LI Shengnan? LIU Lu

（Changchun Institute of Technology， Changchun， Jilin Province， 130000 China）

Abstract： With the rapid development of intelligence in China， all walks of life gradually begin to take the road of intelligent development， and the urban central heating system is also gradually becoming intelligent. This paper makes some reflections on the intelligent construction of urban central heating. First of all， the current situation and problems of urban central heating in China are briefly described， and then the simple answers are given to why the intelligent heating network is built， and the technologies involved in the heating system are simply analyzed. Finally， the design， operation and regulation of the intelligent heating network are discussed in detail and summarized， hoping to provide a simple reference for relevant practitioners.

Key Words： Central heating; Intelligent; Intelligent heat grid; Thinking

隨著我國的城鎮化進程不斷加快以及國家對生態環境保護力度的不斷加大，傳統的城市供熱系統已經無法滿足目前我國的發展需要。智能熱網的構建不僅能夠滿足城鎮化不斷加大過程中人民對美好生活的需要，還能有效降低由于供熱對生態環境造成的污染。建立一套智能化的城市集中供熱系統已經勢如破竹，急需建立和完善。

1? 城市集中供熱的現狀與問題

1.1 城市集中供熱的現狀

相對于一些發達國家來說我國的城市集中供熱較晚，集中供熱大致開始于20世紀90年代，其主要采取單一能源，以燒煤發電的方式進行集中大面積的供熱，相比于西方的多能源供熱來說，存在一定的不足之處。目前隨著我國經濟的不斷提升，科技的不斷發展，生態環境保護意識的不斷加強，城市集中供熱的方式也逐漸從單一煤炭資源供熱，轉為以煤炭供熱為主，新能源供熱為輔的多能源供熱方式[1]。盡管還存在很多的不足之處，但也在不斷的發展和進步，盡量減少集中供熱帶來的各種問題和弊端。

目前我國在集中供熱方面的技術有了很大的提升，基本實現了自動化供熱，在很大程度上減少了勞動力的使用以及能源的消耗，形成了我國自己的供熱行業標準。雖然我國的供熱行業已經基本實現自動化，但是在很多數據處理，設備操作方面還離不開人工的管理和運行，尤其是一些小城市的供熱系統，其自動化水平更低，不能算真正的自動化系統，更不要說智能化系統。智能化系統是我國未來城市集中供熱發展的方向，雖然現在還存在技術水平不夠、認知不足等問題，但在我國對節能、生態保護等方面的重視程度來說，一定會加大智能化供熱系統的建設，找到適合我國實際情況的智能化供熱系統[2]。

1.2 城市集中供熱存在的問題

目前我國集中供熱問題主要是系統故障率高、供熱能力不足、供熱質量不高、供熱技術不到位等，其主要表現為供熱的效果在不同區域存在很大的差距，存在進出區域過熱和遠處區域過冷;供熱系統經常發生故障，導致供熱無法進行正常運行;供熱故障無法自動報警，需要消耗大量人員進行不定時檢修;供熱無法滿足市民的基本需求，供大于需;收費標準不合理，不完善，麻煩[3];供熱系統技術不到位，導致能源消耗大，能源流失快等。另外城市集中供熱系統還存在不同地區發展進步不同，甚至部分地區還未實現供熱的現象。實現各個城市供熱系統標準和發展進度的統一以及全面供熱也是城市集中供熱的問題，也是實現智能化供熱所要面臨的困難與挑戰。

2? 堅持構建智能熱網的原因和未來發展方向

2.1 堅持構建智能熱網的原因

煤炭屬于不可再生能源，隨著煤炭資源的不斷減少，未來使用煤炭資源所要耗費的成本將會不斷地增加。開發新能源進行集中供熱不僅可以降低集中供熱的成本，用于技術的研發，還會減少煤炭資源的消耗速度[4]。另外使用煤炭資源進行供熱，還會造成空氣的污染和生態的破壞，使用新興清潔能源能夠有效減少由于供熱產生的生態環境污染的問題。除此之外，還有一個很大的原因，就是我國城鎮化水平不斷提高，人民對美好生活的水平也在不斷提高，因此現有的供暖能力已經無法滿足人民對于美好生活的需要。我國急切需要進行構建智能熱網，提升目前的供暖系統和相關技術和設備，解決目前城市集中供熱存在的問題，以滿足人們對供暖的需求。

2.2 智能熱網未來的發展方向

智能熱網的未來發展方向一定是依靠強大的互聯網，將供熱站、供熱通道以及用戶進行緊密連接，實現緊密的互聯和互通，實現和智能電網類似的發展模式。目前智能熱網雖然處于初級階段，但未來一定是以提升供熱系統的智能化和自動化，依靠大數據以及云計算等強大的先進技術，實現數據收集分析以及管理智能化，使城市集中供熱系統更加的簡潔與科學，減少能源在傳輸過程中消耗嚴重以及供熱不均等問題[5]。

3? 淺析供熱系統的相關技術

3.1 環保技術

供熱系統的環保技術主要是對燃燒產生的煙氣進行處理的相關技術，煙氣的處理主要包括除塵、脫硫、脫硝等。煙氣的除塵主要使用靜電除塵和布袋式除塵等兩種除塵技術，通過使用靜電除塵設備和布袋式除塵設備，將煙氣中的塵土進行收集，以免煙氣中的塵土進入大氣，造成污染。目前這兩種技術都存在不同的問題，但布袋式除塵技術相對更好，靜電除塵技術存在除塵環境適應性差，不穩定的問題，布袋式除塵技術不僅解決了靜電除塵所面臨的問題，還具有體積小、使用時間長以及除塵效果質量高等優點。煙氣的脫硫主要采用噴霧干燥、煙氣循環以及濕式石膏-石灰石等技術進行煙氣脫硫，在實際的使用過程中，濕式石膏-石灰石煙氣脫硫技術使用的頻率和范圍會更加的高[6]。這是由于該煙氣脫硫技術比較成熟，脫硫率高以及能源消耗相對較少等優點。煙氣的脫銷主要采用的是SCR、SNCR技術，或者兩種技術共同使用。在實際的煙氣脫硝過程中，我國主要采用SNCR或者兩種技術共同使用，其原因在于SCR技術在使用過程中會對其他系統造成干擾，而使用另外一種技術或者兩種技術共同使用能夠有效減少此類問題的發生。

3.2 節能技術

供熱系統的節能技術主要是在不降低能源產生和使用的情況下，通過減少能源的消耗，能源的充分利用等實現能源的節能所運用的技術。其主要包括分布式變頻、管網優化、渾水供熱、氣動泵等節能技術。分布式變頻節能技術主要原理是將各個供熱站進行相互連接，不僅可以實現各個供熱能源站之間的能源轉移，將能源將充足向不足的能源站進行調動，減少能源的浪費，還能更大程度的穩定供熱管道內的氣壓，增強供熱管道的穩定性。管網優化技術是指將管道長期磨損和使用過程的部分更換成新型的能夠較少阻力的器件，減少能源在輸送過程中的消耗。渾水供熱節能技術主要是將一級管道多余的壓強轉移到二級管中，作為二級管道供熱的動力，能夠有效降低能源的不必要浪費。另外還會和壓水泵、節能變頻等技術進行使用。循環水泵是供熱系統最大的耗能設備，氣動泵主要作用于循環水泵，代替目前經常使用的電動泵，利用多種形式實現持續供熱，確保有效降低循環水泵中能源的消耗，實現整個供熱系統能源消耗的降低。

4? 智能熱網的設計、運行與調節

4.1 智能熱網的設計

我國的城市集中供熱系統主要采用直接供熱和間接供熱兩種供熱方式，直接供熱是經過一次官網直接將熱源供給市民，而二次供熱在熱源和市民之間增加的熱換站，熱源需要經過兩次管網供給市民。由于我國國情的特殊性，使用二級官網供熱的比例較大，但是經過二級官網進行供熱相比于一級官網來說，其能源消耗率會偏高。另外二級官網由于供熱面積大，會出現供熱不均，無法及時調控等問題。智能熱網在最初設計時就要考慮到供熱不均的問題，并沿用我國使用比例較大的二級官網，但要在二級管網的基礎上進行改進，在門洞設置水力平衡調節裝置，實現大面積的供熱而不出現供熱不均的問題。另外智能熱網在設計的時候還應具備熱能源分配調節、供熱系統自動化管理和控制、管網泄露檢測報警、供熱情況實時監控、每戶用量統計與預測等功能，實現真正意義上的智能化供熱系統。

4.2 智能熱網的調度和運行

首先要在智能熱網電力公司成立智能熱網電力調度室，在調度室設置一個實時監控供熱系統的平臺，及時的發現和處理在供熱過程中遇到的問題，保證智能熱網平穩的運行。另外將各個檢測系統歸納到一個管理平臺，加強各部門之間的合作，實行統一的監管和管理。另外還應加入大數據以及云計算等技術，加大在系統監管中數據收集與處理的數據，提高問題解決的反應速度和效率。以此實現熱換站的智能化無人監管、熱源的智能化控制和實時調度、供熱數據動態的顯示和管理、整個系統能源的消耗率實時查看、熱網故障實時報警等調度功能。其具體包括較少人員的干預問題以及問題無法及時處理的問題;熱換站人員配備成本高，維護困難的問題;實時進行全面分析，找到不利于供熱的問題所在;及時修改故障，解決故障無法檢修，增加安全系數;實時連接領導和客服系統，及時下達命令和回答市民問題等。

4.3 智能熱網的調節

目前我國的熱網調節方式主要是間接調節、質調節、量調節以及分階段調節這四種方式。其中質調節具體是指根據室外溫度的變化情況合理的調節水溫，使水溫達到合適的溫度，提高供熱的質量;量調節具體是指調節水流的大小，但是前提是室外溫度較為穩定，不發生大的變化。分階段調節是指根據一天室外溫度變化的幾個階段進行階段調節水的溫度和水流速度。分階段調節雖然更能滿足市民對于供熱的需要，提升對供熱系統的體驗，但是會增加供熱的工作量，增加成本投入。間接調節類似于階段調節，只是間接調節依據的使市民的工作時間，一側來進行調節。但是即便是分階段調節和間接調節還是存在熱能難以精確控制，導致供熱不均的現象發生。另外還具有無法實時調節和能源消耗大等問題。智能熱網的調節要從根本上解決現有調節問題，而現有調節問題實質上就是由于對信息的掌握不足，以及無法精確計算所需要的熱能。智能熱網的調節首先要全面掌握每個室外溫度最低熱量，而掌握該項信息不僅要求了解整個熱網各個區域的能源消耗，甚至于每一棟建筑物的能源消耗。另外為了降低熱網的滯后性，還需要緊密聯系供熱與耗熱之間的聯系，不僅可以滿足市民的需要，提升供熱的體驗，還能有效降低污染物的排放并降低能源的消耗，實現減少生態環境污染和資源消耗。

5? 結語

城市集中供熱是我國一項非常重要的民生工程，供熱系統逐漸智能化和自動化不僅僅是供熱系統的進步，也對我國的科技和經濟發展起到了促進作用。智能熱網的構建不僅實現了供熱系統的智能化，還減少了煤炭不可再生資源的消耗，減少了資源的消耗和浪費。因此構建智能化供熱系統是未來城市集中供熱發展的趨勢，智能熱網的構建也必須以科學合理、能源節約、環境保護為根本，加大技術創新，努力實現真正意義上的智能化城市集中供熱系統。

參考文獻

[1] 李鐵明.城市熱網智能調度系統的設計與應用[J].節能，2019，38（9）：81-82.

[2] 邱海平.淺談智能化運行管理在集中供熱系統中的應用[J].建筑工程技術與設計，2017（11）：4450-4450，5161.

[3] 高琨.集中供熱系統能耗分析及節能方案的應用[J].建筑工程技術與設計，2016（15）：3403-3403.

[4] 寧金香.供熱系統的節能技術與應用[J].中國化工貿易，2018，10（31）：145.

[5] 任杰.供熱管網熱力平衡優化控制[D].內蒙古：內蒙古科技大學，2020.

[6] 張健.供熱燃氣熱源效率及供熱管網水力計算的研究[D].濟南：山東建筑大學，2020.