故宮博物院南熱力站智慧供熱系統的建設與應用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.06.039

中圖分類號：TP2；TP31；TU995 文獻標志碼：B 文章編碼：1672-7274（2025）06-0116-04

Construction and Application of Smart Heating System for the South Thermal Station of the Palace Museum

WANG Tianyu （PalaceMuseum，Beijing10ooo9，China）

Abstract： Against the backdrop of the country's strong promotion of energy conservation and emission reduction， as wellas the implementation of the Blue SkyPlan，the government，heating companies，and heating units are increasingly ataching importance to energyconservation and emission reduction in heating.This article elaborates on how the South Heat Exchange Station of the Palace Museum establishesa smart heating platform to unifythe management of heat sources，heating networks，and heating users，combined with advanced control technology， Internet of Things technology，scheduling and operation management， to reasonably regulate heat consumption， improve heating eficiency，maximize energy conservationand emisionreduction whileensuring heating demand，and reduce heating operation and maintenance costs.

Keywords： palace museum south thermal station; smart heating system; construction and application

1 智慧供熱系統的概念

智慧供熱系統是指在供熱控制中心建立智慧供熱平臺，并對熱源、熱網、熱用戶末端進行技術改造，通過物聯網技術將熱源、熱網、熱用戶的供熱參數等數據上傳至智慧供熱平臺，智慧供熱平臺根據天氣情況、時段情況等對熱源、熱網、熱用戶進行合理的調控，在保證熱用戶舒適度的前提下實現節能減排，其是城市智慧供熱系統中的子系統。

故宮南熱力站智慧供熱系統硬件由三部分組成：一是熱源控制系統（熱力站控制系統）；二是末端用戶控制系統，包含辦公區域的物聯網調節閥控制系統、室內溫度傳感器等；三是智慧供熱管理平臺，由數據服務器、監控計算機等設備構成，是智慧供熱系統的軟件平臺。

智慧系統軟件由兩個部分組成：一是控制平臺，控制平臺根據室外天氣、時間段、熱用戶室內溫度等情況從末端進行調節，根據熱用戶實際熱需求進行合理調控，反推回熱網、熱源，并監測熱源、熱網、熱用戶設備運行情況，保證安全穩定的運行；二是管理平臺，實現熱源、熱網、熱用戶控制系統數據的采集存貯分析，建立歷史數據庫，通過對比分析逐步優化智慧供熱系統。

2 故宮南熱力站熱用戶屬性

南換熱站終端用戶均為公建性質，有明顯的時段特性，共計12個分支在各分支管路安裝物聯網調節閥，并通過NB協議上傳至智慧供熱平臺，經過智慧供熱平臺策略運算后，下發控制命令，調節各分支閥門開度，達到合理用熱節能減排的自的。

3 智慧供熱系統功能

（1）智慧供熱系統定位及實現目標。智慧供熱系統是南熱力站供熱系統節能監控調度系統，是在已有供暖系統的基礎上實現的智能化節能控制工程，目的是建立一個數字化的“智慧供熱運行管理中心”，實現按需供熱、分時分區控溫的目的，使供暖管理人員能方便地利用運行管理中心對整個供熱系統的管理，其主要功能包括： ① 智慧供熱運行管理中心； ② 換熱站的無人值守自動控制系統； ③ 分時分區控制系統； ④ 室內溫度實時采集系統。

在不改變原系統外網流量、熱力站安全運行標準的基礎上達到以下節能控制目標：通過設備運行智慧供熱系統，實現“節能設備在線監控與管理”。系統采用人機交互方式進行操作，良好的人機界面，可直觀明了地顯示組態換熱機組、室外溫度、各供暖區域現場物聯網調節閥以及熱力站循環補水系統運行參數和室內溫度等參數，全中文界面，操作簡單、實用，并通過物聯網技術的融入，使供熱管理系統可在手機、IPAD等設備上查看及操作，使供熱系統的管理及調控更方便。

（2）通過在熱力站PLC中實時采集的室外溫度，自動控制換熱站一次網調節閥的開度，實現供暖負荷與室外溫度的自動氣候補償。

（3）供熱區域物聯網調節閥可根據不同性質的樓棟供熱需求信息進行分時分區控制，解決各熱用戶供熱需求不同的矛盾。

（4）室溫測控終端通過NB協議采集典型房間實時室內溫度，為調整供暖負荷提供依據，提高供熱質量的基礎上使熱能使用更合理，對一棟樓做多點室內溫度測量，室內溫度有對應的權值，通過計算得出中樞溫度，可將中樞溫度融入氣候補償中做微調。

（5）數據存儲與分析，為以后數據查詢、數據分析信息提供有效實時數據。

（6通過計算機系統實施對整個管網的各壓力、溫度、熱量等監控點的監測、控制，并通過無線網絡對室內溫度進行網絡傳輸，實現在控制室及手機終端進行遠程監視和遠程操作。

（7）通過各節能設備的聯合運行最終達到熱量分配均勻、供熱合理，實現按需供熱的目的。同時，能夠在技術水平上變革傳統的檢測方法，大幅度提升檢測的科技水平，從而在做好節能工作的同時為節能診斷工作提供運行平臺，實現節能減排的目的。

4 智慧供熱管理平臺

4.1智慧供熱管理平臺主要特點

（1）實時監控與數據采集。該平臺利用布置在供熱系統各個位置的傳感器和物聯網設備，實時采集溫度、壓力和流量等數據。這些數據會不斷被監測和分析，以確保系統在最佳參數下運行。如果出現任何異常或潛在問題，如溫度波動或設備故障，平臺會立即向管理團隊發送警報，以便及時采取措施。

（2）先進的數據分析與預測性維護。通過大數據和機器學習算法的集成，該平臺不僅分析實時數據，還儲存歷史數據以進行長期趨勢分析。這使得預測性維護成為可能，可以在問題發生之前識別潛在故障。預測模型可以預見系統故障或性能下降，從而幫助減少停機時間并避免高昂的維修費用。

（3）能源優化與效率提升。平臺的一個顯著優勢是能夠優化能源消耗，通過分析外部天氣條件、建筑物的使用情況以及內部溫度需求，平臺可以實時調整供熱輸出，以匹配建筑的實際需求。這種動態調整能夠減少能源浪費，降低運營成本，并提升整個系統的效率。

（4）集中控制與遠程訪問。平臺提供了一個集中控制界面，使得操作人員可以遠程管理供熱系統。無論是在現場還是遠程，操作人員都可以調整系統參數、查看性能指標，并采取必要措施以確保供熱不中斷。遠程訪問還可以簡化故障排除過程，減少現場干預，節省時間和資源。

（5）用戶友好的界面與可視化工具。平臺具備直觀且用戶友好的界面，配備先進的可視化工具。操作人員可以輕松瀏覽系統的各個組件，查看性能儀表板，訪問實時數據分析。這種數據的可視化表現幫助操作人員快速識別問題，做出科學決策，并確保供熱系統的平穩運行。

（6）與其他智能建筑系統的集成。智慧供熱管理平臺與內其他智能系統（如能源管理、安全系統和照明系統）無縫集成。這種互操作性使得不同建筑功能之間能夠協調管理，從而進一步提升整個設施的效率和可持續性。

4.2智慧供熱管理平臺的功能

（1）用戶登錄功能。

（2）地圖導航。地圖導航功能按照換熱站及建筑的實際位置利用百度地圖直觀顯示，并標明一次、二次管網實際走向，點擊某個換熱站或建筑，則跳轉到對應的控制畫面，在導航地圖中關聯各換熱站及建筑的關鍵數據，則可通過地圖導航界面了解供暖系統運行狀況。

（3）熱源管理。熱源管理為換熱站控制，點擊左側菜單欄的名稱畫面跳轉到對應的監控畫面，畫面按實際的設備、工藝管線、測點進行布置，很直觀的了解各換熱站的設備、工藝管線情況，及各設備運行狀態，并可對相應參數進行調控。

（4）主要參數修改。分時分區控溫設置：時間段設置，每天劃分為5個時間段，格式是按24小時制設置，可輸入開始時間和結束時間進行分段，實現分時分區溫度控制。系統默認工作日（周一至周五模式），正常實現分時分溫，點擊進入節假日模式（周末，元旦，寒假）等非正常上班期間選擇此模式，此溫度為防凍溫度，設定防凍回水溫度值或者室內溫度值。

氣候補償參數在對應室外溫度設置時的補償值，該補償值將疊加到基礎值上。最終控制目標值為分時分溫和氣候補償兩種控制方式的疊加，分時分溫控制保證了隨時間推移對熱量需求的不同而合理調整熱量供應，氣候補償則保證了根據天氣情況的不同對熱量需求不同的調整，還可以加入晴天/陰天、風力影響等的因素，以及根據測得的中樞室內溫度對控制目標值進行修正，達到在保證供暖質量的同時，按需供熱、節能減排的目的。

（5）循環泵自動調頻功能。根據用戶需要循環泵可以手動設定頻率，也可以采取恒壓差，恒流量等策略控制。

（6）補水泵自動調頻功能。根據用戶需要補水泵可以手動設定頻率，也可以恒壓力策略控制。

（7）累計熱量，累計流量、耗電量等、熱效率轉換等計算統計功能。

（8）運行參數查詢及報表打印功能。

（9）用戶權限設置：系統默認提供兩個權限用戶，一個是用戶級別的，高級權限，可實現用戶所有賬戶的增刪改查；另一個是操作員權限，只能設置查看系統參數。對于系統需要設置的參數、按鈕，用戶必須登錄系統，否則不能設置系統參數，只能查看。

（10）歷史趨勢分析曲線。歷史趨勢分析曲線包括換熱站與樓棟智能控制器等主要運行參數溫度、壓力、流量、閥門開度等參數的變化趨勢，可以查詢某個時間段的主要控制對象的趨勢走向。

（11）歷史報表分析。歷史報表分析包括換熱站，樓棟智能控制器等主要歷史數據的歸檔和管理，可以查詢某一時間段溫度、壓力、流量、閥門開度、水泵狀態的具體參數。

（12）耗熱量分析。耗熱量分析圖中包含各區域熱量、流量、單位面積熱量、單位面積熱量的分析，以及室內中樞溫度，并可根據分析數據進行閥門的開度控制。

（13）報警查詢、故障預測功能。監測系統通過對各種操作參數進行分析，在出現超壓、失壓、泄漏、斷電、設備故障等狀況時，能夠及時發現異常并進行診斷和自動操作保護，利用現場聲光，將警報信號發送到監測中心，并通過手機短信等方式通知有關人員。

5 手機App功能

手機App功能主要有：實時監控、數據分析、報警信息。

5.1實時監測

展示熱源的基本信息，并對熱源和相關設備的運行狀態進行實時監控，實現故障報警及時上傳。

5.2數據分析

（1）主要運行數據的趨勢圖以及歷史數據。

（2）其他相關設備數據的趨勢圖以及歷史數據。

5.3報警信息

（1）當前報警信息：當前存在未恢復的實時報警信息。（2）歷史報警信息：已恢復的報警信息，可供查詢。

6 分時分區供暖

分時分區供暖系統是南熱力站智慧供熱系統的核心特色之一。通過這一創新方案，供暖系統能夠根據實時需求和環境條件調節供熱的時間和溫度，從而確保能源效率、減少浪費，并為博物館的游客和工作人員提供舒適的環境。以下是分時分區供暖系統的關鍵特點和優勢：

（1）基于時間的供暖調度。系統設計能夠適應博物館的動態需求，考慮到開放時間、建筑物的利用情況以及外部天氣條件。供暖系統會在需求最高的時段供暖，減少非高峰時段的能源消耗。例如，系統可以在博物館關閉或夜間自動減少供暖輸出，而在白天博物館開放期間，增加供暖水平。這種調度不僅確保了舒適性，還優化了全天的能源利用。

（2）基于實時數據的溫度調節。平臺集成了來自外部天氣條件的實時數據以及建筑內部溫度傳感器的數據，以此來動態調節供暖系統。當外部溫度下降時，系統會自動增加供暖輸出，以保持室內舒適的溫度。相反，當天氣變暖時，供暖系統會減少供熱，以避免過度加熱和能源浪費。這種基于天氣變化的動態供暖策略確保了系統的高效運行，能夠及時應對室內外溫度的波動。

（3）精確控制的分區管理。分時分區供暖系統的一個核心要素是分區管理。建筑被劃分為多個供暖區域，每個區域都配備獨立的溫控裝置。這樣可以根據各個區域的具體需求、人員流動情況和空間功能進行精準的溫度調節。例如，展覽廳可能需要與辦公區域或儲藏室不同的溫度設定。通過分區管理，確保每個區域只獲得所需的供熱，進一步提高效率，減少能源浪費。

（4）節能與可持續性。通過結合基于時間的供暖調度、實時溫度調節和分區管理，系統能夠減少不必要的供暖負荷，減少整體能源消耗。這不僅顯著降低了能耗成本，還推動了博物館的可持續發展。分時分區供暖系統通過確保能源只在需要時和需要的地方使用，減少了能源浪費，從而降低了設施的碳足跡，并提高了供暖系統的整體環保效益。

（5）增強了用戶舒適度。系統的主要目標是為游客和工作人員提供舒適的環境，同時不影響能源效率。通過根據實時數據動態調節供暖輸出，確保博物館各區域的溫度保持在合理水平。分區管理的能力進一步增強了舒適性，確保每個部分的建筑都能保持在最佳的溫度水平。

7 管網平衡技術

管網平衡調節技術解決局部冷熱不均的問題，供熱管網是一個復雜的水力系統，系統中各環路間水力狀況的變化是相互影響和相互制約的，通過智慧供熱系統建設，換熱站控制系統、辦公區域控制系統的建設，在用熱過程中，按照熱力站、辦公區域實際所需熱量進行調節，在熱網供暖量充足時進行按需供熱，供暖量不足時均勻調節，徹底解決系統中出現的水力平衡失調的問題。

8 室內溫度采集系統

由于增加了供暖節能控制產品后，因此在采暖面積范圍內，如何對室內溫度進行有效的測量是一個值得關注的問題。通常以往都是使用人工測量方式，工作量很大，而且很麻煩。現在通過網絡傳輸上傳到智慧供熱平臺，這樣工作人員就能很容易地從電腦中得知辦公區的實際溫度，并根據需要對供暖溫度進行相應的調節。另外，計算機還會記錄全年供暖房間的溫度，便于查詢與打印。

9 結束語

根據故宮博物院供熱實際情況，如夜間各辦公區域用熱需求不同，進行分時分區控制，解決故宮博物院南熱力站供暖區域供熱不均衡、能耗較高的問題。故宮博物院南熱力站智慧供熱系統經過一年運行，同比上一年度熱消耗量降低 12% ，產生較大的經濟效益，取得良好的節能成果，達到節能減排目的。為推動故宮博物院供暖管理、節能減排提供出了行之有效方法。

參考文獻

[1]張承虎，張金生.二級網供熱系統水力調節及節能改造[J].區域供 熱，2017（4）：55-60.