集中供热系统中的物联网技术应用

何嘉

集中供热系统中的物联网技术应用

何嘉

（北京博大开拓热力有限公司，北京，100176）

目前我国集中供热系统面临能源利用率低、管理机制不完善等挑战。基于物联网技术及体系架构，结合我国集中供热系统应用现状和面临的挑战，从数据采集、信息读取、信息判断与反馈三大方面提出了将物联网体系融入集中供热系统的新方法、新思路，能够在更好的安全性和交互性下，实现热量、流量、时间及温度等参数的在线实时采集与监测，推动热计量领域的深入发展。研究表明：物联网技术应用是集中供热系统科学管理的不二法门。

集中供热系统；物联网；监管；实时；交互

引言

所谓物联网技术，实质上是通过利用诸如射频识别、红外感应器、激光扫描及GPRS等信息传感器，依据所约定的相关协议，把物品或物体的具体信息与互联网相连接，实现二者之间的信息交换，最终达成智能化管理、监控、跟踪、识别及定位等目的的一种技术。物联网技术于1999年首次提出，最初目的在于促进“人与物”及“物与物”之间在信息层面上的职能交互[1]。伴随着当今信息技术持续发展，尤其是进入新世纪以来，物联网技术受到大中小型企业的高度重视，纷纷将其运用于商业及管理中，且取得了十分突出的成绩。我国诸多行业，诸如物流、电网、公共安全、医疗卫生、工业自动化控制及国防军事等，也开展了物联网试点工作，促使我国物联网技术得到推广与应用，进而为企业工作带来了新方法、新思路，同时也为企业商业化发展的深入提供了科技化及便利化的新模式。

1　集中供热系统

1.1集中供热系统应用现状

集中供热在我国北方地区实施已经几十年了，供热系统在整个城市中成为非常重要的基础设施。在建筑高速发展、城市规模越来越大，且环境温度不断升高时期，供热系统出现多余供热、自动控制滞后、用户需求反馈不畅等问题；更重要的是大气环境质量迫切需要改善。提升能源利用率、提升城市人民生活水平，二者需求非常迫切。

我国城镇在集中供热发展方面，在诸如北京、唐山、哈尔滨及沈阳等大中型城市，均已建成规模宏大且体系完善的城镇供热设施：在热网及热源方面已形成一定规模，在用户设备及自动控制装置方面也已较为完善。我国集中供热主要集中在两方面，一是为区域锅炉房与热电联产，二是为中央空调、电及燃气等方式的供电提供辅助[3]。

1.2集中供热系统面临的挑战

在热源供热锅炉运行热效率方面，国家先进水平标准为80～85%，而我国供热系统仅达到65～70%，低于先进标准近20个百分点。对于低热效率产生的主要原因，主要是燃用煤大多是散烧，未经过筛选及洗选等环节，而这些细末及灰粉多的高原煤往往难以与供热锅炉燃烧要求相符。因此，我国供热锅炉在低负荷下运行较为普遍，机械不能充分发挥燃烧作用，导致出现较大的热损失和过剩空气系数、以及较严重的排烟热损失等问题。这类问题往往也与管理人员管理水平低、缺乏最基本的自动控制及操作能力等因素相关。对于城市供热相关要求而言，不仅在规模方面需要不断扩大，在供热覆盖率方面也尚在强化，而且供热系统相应供热可靠性及能源有效利用率方面也必须得到大幅提升，对科学性及合理性提出了更严格要求。

2　物联网体系结构

我国重视供热控制系统的发展，对供热系统在节能减排方面的相应要求上也越发明确。在整个供热事业发展进程中，努力学习国外先进技术，广泛汲取国外有益经验。但在现实运用当中，由于种种限制因素，并未将所引进的技术及经验充分利用起来[4]。而若要将技术和设备、人员操作与管理等方面的问题有效解决，需供热企业及有关部门强化监管，在实际操作中对其弊端及时了解与掌握，并强化其掌控能力。此外，目前对于设备检测、能耗检测及管理记录等标准均比较模糊，对相关部门监管供热企业造成了不利影响，导致无法有的放矢实施节能减排工作，而是仅依据人员经验对设备进行供热温度等参数的调控，缺乏合理性、科学性。

应用物联网技术和体系促进集中供热系统智能化发展，技术路径可行。整个物联网体系总共分为三层，分别为感知层、网络层及应用层，如表1所示。

2.1感知层

所谓感知层，就是利用传感器对物品信息进行采集和感知，而在传感节点处，通过信息的处理与通讯，便和其他物联网节点及有关应用之间形成了交互，进而促进实现信息传递。现今所指的传感器包括射频识别、红外感应器及激光扫描等，目的在于促进物联网相应数据感知与设施控制的实现，它是整个物联网结构当中最为核心的基础环节。

表1　物联网体系结构

2.2网络层

所谓网络层，即将现行的互联网等网络作为基础，运用云计算技术对数据进行储存及分析感知，负责感知信息的传送及路由寻址服务的提供，促进物联网应用层及感知层相应数据通信的实现[2]。

2.3应用层

应用层，作为物联网欲达成的终极目标，对感知层所采集的各种信息进行实时处理：将事先制定好的程序输入后，开始对信息进行分析，尔后进行相应操作、提供反馈信息，最终促进智能化在管理中的应用。应用层的最终目的在于分析与处理传送来的数据，并与各种行业的需求相结合，依据各种指标，制定与之相应的处理方式，得到最终结果。

3　物联网技术在供热系统中的应用

用物联网技术，能够将“人与物”及“物与物”之间形成有效连接，促进人们更为便捷地获取准确、科学的数据信息。为促使供热企业实现能耗降低目标，需准确掌握供热企业各项与能耗相关的数据，并根据所制定的节能减排总体目标，对能耗数据加以合理分析，进而采取与之对应的合理措施，促进供热系统最终实现节能减排。

3.1监控供热管道等重点节点数据

利用物联网技术，不仅能够实时监控供热各管道能耗及供热系统能耗总量，而且还可实时监控热网失水量及泵状态。

如图1所示，供热系统能耗控制作为整个供热系统具体节能减排工作中的基础环节，只有及时掌握最为真实准确的信息，方能为供热企业及相关部门“对症下药”提供依据和便利，并为供热系统节能减排问题的解决提供可靠支撑。

图1　物联网技术在供热系统中的应用

物联网技术在供热系统中的应用主要体现为以下三个方面：

（1）数据采集。在供热系统中，物联网技术主要有两种数据采集方式，分别为人工数据采集及自动数据采集。其中，自动数据采集主要通过将传感器安装在管网、用户热量表、换热站、热电厂及热源上，从而实现热量、流量、时间及温度等参数的采集；

（2）信息读取。通过对传感器所传送的数据信息进行识别，依据TCP/IP协议，将其转换为网络传输格式，再利用无线或有线等方式进行连接，促进底层数据上传及采集功能实现；

（3）信息判断与反馈。操作系统运用的乃是B/ S与C/S混合的软件体系结构，并运用Intranet B/S浏览模式实施状态监测。此种模式不仅操作清晰简便，而且还能为数据库安全提供保障。在系统管理方面，则利用C/S模式对数据库进行管理，具有较强交互性[5]。

3.2监控整体发热系统

通过以上三大方面的应用，对于管理方针而言，数据修改与查询具有更快响应速度；对于数据采集层而言，由于是对诸如用户、分布管网及锅炉等有关数据进行采集，并对断点予以续传，因此可为数据完整性提供保证，为上层分析决策提供充实依据；对于数据汇聚层而言，则主要包含有整个工业数据库当中数万点以上的数据容量，为数据传送的安全及稳定提供保证，还可为数据查询及储存提供便利。

当分析决策层完成上层分析决策平台构建后，利用报表及图像等方式，对供热系统数据予以直观显示，还可对历年数据进行比较和分析，进而为供热系统设备的报警及预警提供智能化管理。其操作流程为：利用Ioserver将管网、用户热量表、换热站及热电厂等进行录入，并输入至供热企业设备上，即可供检测流量、时间及压力等参数的传感器所用，通过传输网络将数据信息实时发送至供热厂监控室。监控室展示方式包含B/S网站展示方式及C/S大屏展示方式，在展示内容上，包含供热厂的水电气能耗计算分析数据、历史数据报表汇总及生产运营实时数据、抄表系统用户体验数据等，最终促进供热厂设备控制及检测的实现。同时，SQL数据库的同步数据及采集层的原始数据均被统一输送至工业数据库Historian当中，且与物联网平台Oracle数据库之间形成同步。把耗能指标输入于系统中，且实现程序是否安装完毕的自动判断，则可发送报警信息，或为数据调整提供支撑。

4　结束语

伴随当今物联网技术的日益发展，由于各种原因的限制与影响，我国供热系统在物联网技术应用方面还未能得到普及。为实现供热系统在监管上的强化，推动热计量工作的深入开展，物联网技术在供热系统管理中的应用为不二选择。

刘阳, 周德云. 物联网技术在集中供热室内温度监测系统中的

[1]应用[J]. 哈尔滨职业技术学院学报, 2014(5): 139-140.山红伟. 基于物联网的集中供热系统构建[J]. 科技视界,

[2]2016(3): 218.韩阿蒙, 孔德瀚. 基于广义超图的热计量表物联网的子图挖掘

[3]技术[J]. 信息系统工程, 2015(1): 24-25.杨关生, 仇明贵. 浅析物联网技术在燃气具热水系统中应用

[4][C]// 中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会、中国土木工程学会燃气分会燃气供热专业委员会2012年会论文集. 2012: 37-39.应胜斌, 雷必成, 周坤, 等. 基于物联网的禽畜智能养殖监控系

[5]统的设计[J]. 电子测量技术, 2014, 37(11): 86-89.

何嘉(1983-)，男，电气高级工程师，研究方向；暖通、电气、自控。

Applications on Internet of Things Technology in Centralized Heating System

HE Jia
(Beijing Bodakaituo Heating Co., Ltd., Beijing, 100076, China)

At present, the centralized heating system in China faces the challenge of low energy utilization and imperfectness of management mechanism. Based on the structure of Internet of Things (IoT), combined with China's status of centralized heating system application and challenges, from three aspects of data collection, including information loading, information judgment and feedback, new methods and ideas are put forward for conjunction of IoT Technology and centralized heating system, to realize realtime acquisition and monitor of parameters including heat, flow, time and temperature, which promotes a further development of heat metering field. Research shows that the IoT technology is the only proper course for scientific management of centralized heating system.

Centralized Heating System; Internet of Things (IoT); Supervision; Real-time; Interaction

TU833+.1

A

2095-8412 (2016) 05-1028-04工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.054