“双碳”背景下智慧供热发展与探讨

文／李程 国贸物业酒店管理有限公司 北京 100164

韩鹏 北京市热力集团有限责任公司输配分公司 北京 100164

引言：

自21世纪以来，我国经济水平得到了高速发展，城市人口数量不断增多，对于热能的需求量也在持续增长，各大供热企业也获得了飞速发展，与此同时社会各界也对于供热企业的节能减排工作提出了全新的要求，尤其是在双碳背景下，供热企业也必将向着低碳环保、高效灵活的方向逐步推进。供热企业在发展过程中必须要全面提升自身的管理水平，通过灵活应用各种先进的技术手段，将以往粗放型的管理模式逐步转向为精细化管控，充分发挥科学技术的应用价值，最大限度的减少碳的排放量，满足节能减排工作的实际需求。此外，还需要逐步融入智能化自动化和数字化技术管理理念，对供热企业的发展现状进行不断的优化和改进，促使供热企业获得更大的经济效益，供热企业发展过程中利用智能供热技术，能够进一步优化供热系统的运行效率，真正实现节能减排工作的需求，促使供热企业走向可持续发展道路，所以如何建造更加完善的智慧供热体系，需要相关从业人员进行全面的探讨和分析。

1.智慧供热概述

根据目前的研究成果，智慧供热系统正处于初级发展阶段上，没有形成全面的定义，而随着科学技术的逐步推进，大数据技术、物联网技术的应用范围越来越广泛，由此所建造出的信息物联交互网络形成了新的网络平台。为了能够进一步提升物联网和信息网对于各种信息数据的采集效果，全面提升数据处理质量，就需要充分利用智能化管理系统为相关工作人员提供可靠的技术支持，而智慧供热系统就是在保证用户室内温度达到标准的情况下，尽量减少能源的消耗，这是就需要搭建热源、换热站、用户三级联动平台，逐步从初始的人工调节曲线转化为智慧供热系统自主调控运行，而工作人员则只需要负责供热系统的监控和保障。现如今，大部分的企业都逐步融入了信息化技术，建立起了信息化管理平台，数据监控平台以及地理信息系统，但是并没有将其与生产设备进行直接关联，各个系统之间相对比较独立，很难真正实现数据信息的共享，也在一定程度上影响了系统功能的正常发挥。

2.智慧供热发展途径

2.1 智慧设备网

利用智能供热技术建立的智慧设备网，可以将用户、热力站、热网以及热源等4 个部分进行有效的关联。热源就是这可以将能源转化为满足人们供热需求热能的相关设备，实现热源的智慧化就是对于热源的压力、温度、流量等相关数据进行有效的采集，并且对这些数据进行学习分析预测，从而实现对动力设备的智能化管控。热网主要负责连接热力站和热用户以及热源和热力站，连接热力站和热源的网络称为一次网；连接热用户和热力站的网络称为二次网，对其进行智能化主要就是对于关键节点的数据进行监测，完成井式井盖的智能监测和警报。热力站也可以称之为换热站，可以将热源提供的高参数热量转变为可以被用户使用的低参数热量的相关设备，对其进行智慧化主要就是针对热力站内部的压力流量温度进行相应的采集，并且对数据信息进行分析预测，这样就能够对所有的设备进行智能化的管控。热用户就是从二次网中获得热量的用户终端，其主要包含楼栋内的热力入口、住户系统以及公共管道，建设智慧化系统需要负责采集热力入口的温度、流量、压力等相关数值，更加真实准确的反映出建筑物内部的住户室内温度，并且对热力入口进行智能化的管理。

2.2 信息物联网

利用智能供热系统建立的信息互联网，需要从边缘层、网络层出发完成信息数据的采集、传输、储存等工作，智慧供热系统运行过程中，信息互联作为其中的重要途径，能够保证信息数据的完整性，其中网络层主要负责各项信息数据的传递，利用感知设备来获得各项信息，确保其能够更加安全可靠的输送到应用平台，以此来完成数据的传输和接入功能，其主要包含4G、5G、物联网、固网等等，其中所包含了巨大的信息数据量，同时也面临着更加严格的服务要求，充分利用先进的信息技术，确保能够真正实现高效的互联功能。边缘层主要就是利用实时操作系统和边缘分析算法等相关技术，在靠近设备以及数据源头的边缘进行数据的预处理和存储等相关功能，以此来提高整个系统的反应敏捷度，尽量减少网络堵塞现象的产生，并且与云端数据协同分析。Lass 层是指云服务中的基础设备服务主要包含存储网络以及其他的基本计算资源，用户也能够根据自己的实际需求部署和运行任意的软件，主要包含操作系统和应用程序。

2.3 智慧应用平台

在建设系统应用平台时，应从平台服务以及供热系统等多个角度出发，建造供热运营管理体系、生产体系、政府监管系统、人工智能服务、数据服务以及通用平台服务等等，在整个智慧供热系统运行过程中，智慧应用平台类似于人类的大脑，能够对供热系统的运行进行有效的管理，以此来保证系统时刻处于安全高效的运行状态，更好的满足人们的实际需求。供热应用系统主要面对的服务对象是供热生产和运营单位以及政府部门，能够完成安全检查、应急指挥、智能客服、收费管理、能耗分析、服务监管、检测管理、报表管理、供热计量以及生产监控等多种功能，平台的服务主要包含数据服务、监测服务以及人工智能服务等等，通过建立预测模型、仿真模型、控制模型等，为人们的实际需求提供智能化服务，并且完成数据信息的计算处理分析，保证各项数据信息的安全性和完整性，提供更加精准的服务。

3.现存问题

3.1 耗能增大

第一，城市内部供热不均匀。随着现代城市的飞速发展，对于供热的需求也在不断的提升，而供热过程中导致能源消耗急剧增长的主要原因就是，供热系统自动化控制水平以及相关单位的管理水平，由于供热系统严重失衡，存在非常明显的冷热不均匀问题，加大了能源的消耗，甚至还会产生大量的热能浪费。部分运营企业为了能够保证用户的供热效率而加大能源的使用，产生了非常严重的污染现象，同时也会影响到能源的可持续利用。第二，运行管理问题。供热系统运行过程中经常会出现水力失调的现象，其主要因素就是控制设备以及控制手段不佳，需要进一步提升相关运营单位整体的管理能力，才能够真正实现低碳发展的目标。第三，系统热效率问题。在城市煤改电煤改气的过程中，能源的消费相对比较昂贵，为了能够进一步提升热效率，减少热损失，加大潜热的利用是非常关键的。第四，管网效率低，由于管网保温形式选择不恰当，保温效果不够明显，经常会出现水力失调或者滴漏跑冒的现象，其中水力失调是导致热损失的主要因素，需要对这一部分的内容进行有效的改进，才能够有效减少能源的消耗。

3.2 缺少整体供热体系

目前，大部分城镇并没有建立完善的供热网络系统，很难真正实现精准供热的目的，达不到节能减排的要求，其自身的运行管理水平也有待提升。供热企业要想真正实现精细化发展，切实提高服务效率，就需要具备充足的数据作为支持，进一步挖掘供热企业潜在的节能潜力，而就目前的实际状况来看，由于供热企业并没有大规模的普及信息化自动化技术，严重影响了行业的高水平发展。在新型城镇化快速发展的背景下，供热企业也需要牢牢抓住转型升级的机遇，加强新型技术的引进力度，通过新技术的创新和应用，促使供热企业得到长远发展有效提升能源的利用率，满足低碳节能环保的要求，在保证供热效率的同时，切实提高企业的经营管理效率。

3.3 热源不足

目前城镇内部现有的热源供应严重不足，很难满足热负荷的增长，以往有条件的北方城镇地区会利用周边的热电联产或者使用燃煤锅炉进行供热，随着热负荷的不断增加供应能力，出现了严重的不足。很多区域需要从更远的地区或者更大规模的电厂来引热，在环保压力的影响下，燃煤锅炉房其运行成本更高，也逐渐被燃气锅炉取代，其他可再生能源以及清洁型能源占有率相对较低，很难满足热源持续增长的要求。

4.搭建智慧供热体系的有效措施

4.1 精细调节

建设智慧供热系统不仅能够完成信息数据的实时采集传输工作，还能够充分利用在线监测系统对热网的实际运行状态进行远程调控，所以在未来供热系统发展过程中，企业必须要结合各个方面的因素进行全方位的考虑，包括建筑物的热能消耗特点、外界的气候条件、室内温度、室外温度等进行全方位的分析，结合专家建立的数学模型，将其引入到监控系统中获得真实的反馈数据。举例来说，在在中高低层用户以及前中末端，用户中可以结合水利工况模拟，利用智能软件系统对于热力平衡进行全方位的数据分析，利用这样的方式就能够及时调整用户供热系统的水力平衡，确保水利平衡向着更加精细化智能化的方向不断发展，有效解决供热系统运行过程中热量失调的现状，再结合用户的实际供热需求，进行相应的调整，这样就能够充分发挥智慧供热系统，精准调节合理调控的使用功能，以此来提高供热系统的运行可靠性。

4.2 改变供热模式

城市供热管网运行过程中，企业需要针对延伸二次供热管网进行有效的管理，也就是说，供热企业在发展过程中建造智能化的供热管网是未来发展的主要趋势。供热企业发展过程中，就必须加大相关的资金投入力度，建造更加智能化的供热管网，积极引进先进的技术手段，特别是目前在行业内部领先的设备和技术，将先进技术与互联网技术进行有机结合，充分凸显出供热管网的智能化自动化特点。此外，还需要对小区的供热管网进行有效的等级划分，利用流量计、温度计、压力表等设备，更好的满足小区集中供热过程中信息高度集成的实际需求，为生产调度中心进行远程传输调度提供便利，辅助完成信息的运算和整合，充分发挥相关维护人员对热量供给的调节作用，确保根据不同用户的热量需求，做好供水管网的调配工作，有效解决冷热不均衡的问题，以此来满足节能减排工作的实际需求，杜绝资源浪费的出现。

4.3 智能化管控

在大型的建筑物中，不同的建筑区域也会设置不同的室内温度点，这就要求智能供热系统需要同时连接多个恒温控制器，同时对这些控制器进行有效的管理。智能供热系统在管理过程中，其重点就是针对不同的房间以及不同的供热区域控制终端的热量排放，确保根据用户的不同需求实现热量的供应，在此前提下，特别是进行集中供热时，就能够充分利用智能恒温散热器阀门来取代传统的散热器阀门，这样就能够将房屋建筑划分为不同的区域，结合用户的实际生活习惯以及供热需求，对于不同区域的温度进行有效的控制。这一功能的实现主要就是通过减少散热器内部的热水流量来完成的，类似于传统的恒温阀，或者通过调节热水的流量，对室内的温度进行相应的调控，在供热管网不同部位的附件或者利用传感器可以对房间内部的温度进行测量，这样的情况下当传感器被放置到散热器附近是或者一旦靠近热源很有可能就会出现问题，致使温度测量的数据不够精准，从而达不到最佳的控制效果。随着科学技术的逐步发展，逐步提出了更加智能化更高精准度的恒温器，而且阀门也是针对散热器的实际特点来量身定制的，其主要的目的就是能够尽量减少误差，在众多解决方案中，一些先进的解决方案就是利用二级管网智能控制与直供系统进行结合，在一个制动器附近，如果放置热发生器，那么算法就可以利用传感器接收到的信息，加上加热终端以及适当的信号传递到热源，整个操作过程可以结合整体的热量需求来调整供热区域，但是同时也需要注意加热终端最佳水流限制了热发生器的频繁开关，从而也能够有效降低热发生器产生的损耗。

4.4 建立国家标准与规范

目前我国并没有针对智慧供暖系统建立统一的标准，所以，国家部门也应该结合时代快速发展的要求，尽快出台智能供热方面的规范和标准，以此来促进智慧供热行业的长远发展。现如今，我国有部分地区已经出台了相应的技术指标，在一定程度上解决了城市之间技术壁垒的问题，作为现代化城市建设中的重要组成部分，智慧供热系统具备良好的节能减排效果，同时也能够有效提升服务水平是未来供热行业发展的主要趋势。在双碳背景下，为了能够更好的缓解供热行业面临的现状，就必须为智慧供热系统的设计规划提供更有效的指导方案，以此来促进智慧供热技术的长远发展，加快智慧供热技术的推广力度，以此来促进整个供热行业的积极转型和升级为智慧化城市建设，能源利用以及提升行业管理水平提供可靠的技术支持。

4.5 建立多能互补系统

所谓的多能互补系统就是对传统的分布式能源进行拓展，利用一体化管理理念，在能源工程领域方面进行拓展应用，将分布式能源全部作用于一个大的系统内，形成多种形式的能源互联网，并不是将多种不同类型的能源进行简单的叠加，而是在系统高度上利用不同品位的能源进行互补利用，统筹各种能源之间的转换和配合，以此来获得最高的能源利用率。要想真正实现都能互补，就需要建立以互联网加为前提的智能能源利用系统，确保能够实现各种能源的协调利用，进一步加大清洁能源的使用力度，提升供热系统的运行效率，这种模式非常适用于城镇供热系统，能够对城镇以及周围的清洁系统进行综合利用，真正实现低碳节能的目的。结合当地的实际状况，建立完善的多能互补系统，形成多热源联合运行的管理模式：首先，以热电联产为主要热源，通过常熟管道技术实现跨区域的供热；第二，有地热资源的地区，可以使用阶梯利用的方式满足该地区的热能需求；第三，以区热源为辅，其主要包含燃气调峰锅炉房、工业余热以及低品位能源利用，在工业区有备压机工蒸汽能够满足生产要求的情况下，可以结合季节的变化，合理使用蒸汽进行供热；第四，以农业示范和旅游文化为背景的新城镇，当地的水源土地资源相对比较丰富，可以利用浅层的土壤源热泵和水源热泵进行供热，实现区域的供热需求；第五，确定各种不同能源的使用比例以及该地区不同热源的最佳工况建立供热网络，真正实现全市一张网的目的。

4.6 用户管理

现代化城市发展过程中，通过建立智慧供热系统，对于系统运行过程中产生的各项信息数据进行有效的采集和分析，结合用户的实际需求，对供热系统进行自动化智能化的调节，还可以完成采暖管理的数字化评价定量化，对供热系统的运行进行精细化的管控，更好的满足用户的实际需求，同时还具备节能减排的功能。建设智慧供热系统重点就是要求按需供热，结合用户的实际热能需求，对按需需求进行深入理解，结合供给侧的各方面因素进行全方位的考虑，只有这样才能够真正实现为用户服务，提升管理水平的双重目标。首先，为用户服务就是结合用户的实际需求自行调节，以此来提高居住舒适度，更好的满足节能减排的要求，根据计量进行收费更合理，也能够被广大用户所接受，能够全面提升供热服务效果。此外，在智慧供热系统下针对用户进行管理，更加重视客户的服务质量和服务水平，建立完善的管理制度，进一步规范企业相关工作人员的行为，加强对工作人员的培训力度，通过建设智慧管理体系，为用户提供更加优质的服务。第二，在技术管理方面，根据用户的需求进行管理，可以实现温度和流量的自动化调节，对各项信息数据进行远程采集传说，最终就能够实现供热系统的可调节，可控制可计量等实际需求。

结语：

随着现代化社会信息技术发展的逐步推进，近几年来智能供热平台、控制设备也获得了长远的发展。热力企业、行业协会以及设备生产厂家都充分利用先进的技术手段，加大了对节能减排工作的研发调节力度。但是，就目前的实际状况来看，并没有形成智慧供热系统的统一规范和标准，缺乏更具使用性的应用体系，大部分的企业仍然停留在小范围的使用方面。所以，在未来发展过程中，必须要加大对智慧供热技术的进一步研究，确保技术更加成熟，能够逐步实现大范围的推广。