市政工程论文
摘 要： 为提高用户与供热系统的人机交互性, 解决供热、用热双方在室温参数等信息上的不对称性, 提出供热企业应从室温的采集、调控、显示等方面着力加强人机交互界面的建设, 以使智慧热网更加完善、更加友好。
关键词： 智慧热网; 人机交互界面; 室温监测; 用热体验度; 信息不对称性;
Abstract： In order to improve the man-machine interaction between users and heating system and solve the information asymmetry between supply and heat users on room temperature parameters, this paper puts forward that heating enterprises should strengthen the construction of man-machine interaction interface from the aspects of room temperature collection, regulation and display, so as to make the intelligent heating network more complete and more friendly.
Keyword： intelligent heating network; human-computer interface; room temperature monitoring; thermal experience; information asymmetry;
我国北方城市居民采暖经历了由分散小锅炉到区域中小锅炉房再到更大规模集中供热的发展历程, 这一历程具有节能降耗的发展客观性与绿色环保的历史必然性。新时期, 在新技术条件下, 集中供热必须继续遵循绿色低耗的发展规律, 集信息化、自动化、智能化的智慧热网, 则代表了集中供热的发展方向。
1、 智慧热网
智慧热网系统是以各种形式的热源、多种形式的热媒、流体输配管网、热力站、用热单元和储能设备为基础, 将现代先进的物联网技术、智能控制技术和大数据分析回归技术等与热源、热网、用热单元高度集成, 形成以供热生产输出、供热信息调控、管网水力分析、计量能耗分析、室温采集于一体, 可进行数据采集、计量、处理、分析、诊断及自动化综合优化远程控制的新型热网系统。智慧热网主要由4部分架构而成:感知层、网络层、数据层、应用层。室温参数就是智慧热网感知层中一个重要的运行参数。
2、 室温参数及其对智慧热网的意义
智慧热网的建设是智慧城市建设的重要组成部分, 也是实现智慧民生的重点领域。智慧民生的重心在于民生, 故智慧热网在解决供热企业节能降耗和自身精细化管理的同时, 应更加关注用户的用热体验度, 而与用户用热体验度息息相关的则是室温参数。《太原市城市供热管理条例》第三章第二十二条规定:“居民热用户室温应当保持在18℃±2℃”。因此, 供热期终端热用户室内温度是供热、用热双方确定供热效果是否达标的重要参数。
智慧热网中的用户采暖状态分析子系统就是以用户室温参数采集为基础建立的, 目的之一就是监测用户室内温度, 及时评判用户室内供热是否达标, 了解用户室内供热状态, 降低用户供热投诉和减少供热纠纷的发生。在智慧热网感知层众多的现场数据采集设备里, 安装在用户室内的温度远程采集监测装置, 是唯一能直接反馈用户终端实际供热效果的感知设备。该设备采集的室温参数, 通过网络层上传至数据层的用户采暖热指标 (室温) 评价分析数据库中, 供应用层统计分析用户供热效果分布;该数据还可同热计量管控系统相结合, 得出平均管网输送效率, 诊断供热能耗问题, 建立用户能耗模型;与热力站供热参数、室外气温等数据结合, 得出供热单元的供热综合效率, 进而建立该供热单元的供热效率模型。在实时监测用户室温的同时, 采集用户预设室温数据, 结合室外气温, 分析用户用热行为习惯, 最后通过应用层及时优化调控运行工况, 在保证用户用热体验度的同时, 节能降耗。智慧热网只有及时、准确、合理地采集监测用户室内温度及预设温度, 才能真正做到按需供热。
智慧热网要实现从“源—网—热用户”的整网数据信息完整、准确、详尽的闭环感知体系, 就必须形成覆盖热源、热网、热力站运行参数, 以及热用户计量管控和无线室温采集为闭环的信息传感层建设。只有这样才能更加科学系统地指导供热系统精细化运行管理。
3、 室温参数采集与调控现状
3.1、 室温参数采集
在冬季城镇供热工作中, 大量的供热企业被用户室内温度不易采集的问题困扰着, 不同于热源、一次网、热力站、二次网等各项参数容易采集与控制, 用户室内温度数据通常只能靠供热运行人员挨家挨户实测获得。测量数据时间滞后, 数据误差大, 有时还有错误发生, 生产调度很难及时准确掌握用户的室温情况, 无法进行及时准确的运行调节, 造成热网热平衡失调现象, 有的用户室温超标, 有的用户室温不达标, 智慧热网更无从谈起。为保证室温低的用户需求, 运行调节往往采用整体提高热网供热温度的办法。在供热品质不佳现象的背后隐藏着巨大的能源浪费。
为此, 太原市热力集团有限责任公司 (以下简称太原市热力集团公司) 从2011年开始建立“用户室温远程监测系统”, 截至2018年年底, 已安装14 710台室温监测设备, 监测设备分布在各个热力站的远端、中端和近端供热用户室内, 通过数据传输系统将室温参数分色实时显示在太原市热力集团公司总调度室大屏幕上。根据气温变化及各个测温点传回来的测温数据, 生产调度可以及时调节热源厂出水温度, 保证用户的室温达标, 进而做到精细化管理, 科学供热。
实施“用户室温远程监测系统”后, 调度人员和热网自控系统可以实时掌握用户室内温度, 了解不热用户的具体区域, 及时进行热平衡调节, 使各区域用户室温接近, 用户室温合格率提高了0.3%, 节能率达到5%, 提高了供热质量, 降低了能耗。
在用户室温远程监测系统的建设过程中, 也遇到了一些问题。因为用户自身的非专业性和主观性, 有些用户将测温装置放在散热器附近或阳台窗台等位置, 造成测得的温度失真;有些用户频繁、随意更换监测位置, 造成采集的温度波动较大;有些用户损坏遗失测温装置, 造成监测设备失效;也有供热运行人员在向用户家中发放测温装置的过程中, 遇房屋空置或为防止用户损坏丢失测温装置, 未按要求安装在指定用户室内。就测温装置本身而言, 其自身电池续航能力、信号通信能力、抗干扰能力等原因, 导致采集的室温失真或失效, 很大程度上影响了供热终端用户室温采集的效果。
目前太原市热力集团公司安装的室温监测装置, 只限于用户室内温度的监测采集功能, 虽可以通过网络层将室温参数上传到调度中心, 以调节热源或热力站出口温度, 实现供热单元的热平衡。但对于用户而言, 仍处于被动接受来自供热系统提供的热量。室温参数无法调控, 用户无法根据自身用热舒适度来调节自身室内温度, 用热体验度也就无法得到提高, 也无法促使用户更好地进行节能。
3.2、 室温参数调控
根据《中华人民共和国节约能源法》以及住建部依据此法制定的《民用建筑供热计量管理办法》, 要求人们“必须按照规定安装用热计量装置、室内温度调控装置和供热系统调控装置”。中华人民共和国行业标准《供热计量技术规程》中也明确指出:“室内温控是住户按照热量计费的必要前提条件”。
由此可以得出, 热计量只有在用户利用室内安装的温控装置主动调节的情况下, 才能达到节能降耗的目的。用户通过温控阀, 根据自身对用热舒适度的不同要求, 自行设定理想温度值进而得到所对应的阀门开度, 控制入户供水流量, 防止因为室内过热而开窗, 实现分户温度控制, 从而达到节能减排的目的。
但是, 在太原市的新建建筑中, 却很少有室内温控阀的安装, 大部分安装的是流量调节阀或普通球阀。普通流量调节阀由于没有温度感应装置, 只能通过人体感知, 进而手动调节阀门开度。相较于温控阀, 其温度感知滞后, 流量调节精度低, 使得用户自主调节的节能效果大打折扣。
对于用户家中均安装了温控阀的小区, 也不能实现对整个供热系统的集中管理与控制, 在用热高峰期和低谷期, 由于过多温控阀同时段动作, 使供热系统的水力工况变化很大, 常常导致温控阀控制失灵。这样, 一方面影响了节能效果, 另一方面缩短了温控阀的使用寿命。
在目前的室温调节装置中, 均只能解决用户家中过热情况, 无法解决用户因供热温度较低或未达标而希望调高供热温度的问题, 用户处于被动的状态, 因而用户用热体验度较低。在理想供热温度这一参数上, 供、用热双方仍处于信息不对称状态。
4、 加强对室温采集与调控建设的对策
室温采集、调控的对象均为室内温度, 但将室温采集、调控分裂独立运行, 则不能最大化地节能降耗。因此, 建议在智慧热网用户板块的设计和建设中, 充分统筹和集成与用户室温乃至用户用热体验度相关联的数据监测、采集、显示和控制, 着力改善用户与供热系统的人机交互性, 积极推广具有较好人机交互界面的温控面板的安装。
现阶段市面上的室内温控面板, 相较于各自独立的温控阀和室温采集装置, 系统集成度提高了, 人机交互界面改善了, 温度数值更为直观, 用户调节温度更为便捷。它有效改善了供、用热双方在室温、阀门参数上的信息不对称性, 用户能够通过室内温控面板掌握入户热量表中供、回水温度, 流量, 耗热量, 远程调节阀开度等参数, 供热企业也可以通过室内温控面板向智慧热网平台回传的数据, 监测用户的室温、远程调节阀参数以及用户预设室温。它的工作机理是将设定温度值与实际室内温度做出比较得到的偏差信号, 由微处理器进行数据处理和运算, 得到输出控制信号, 以控制与面板无线连接的远程控制调节阀的开度调节入户流量。从中可以看出, 温控面板调控室温的方式与温控阀类似, 可将其认为是温控阀的数字化。虽然它使得用户调节自身室内温度更加便捷、直观、友好, 但是仍不能有效解决在用热高峰期和低谷期大量调节阀同时动作致使供热系统水力工况失衡的问题, 进而使得用户调试自身室温的目的失败。现在的温控面板虽然将室温采集与调控集成在了一起, 但室温调控功能仍是单一针对用户室内管路通断时间、流量大小的调控, 未实现对供热单元以及供热系统的优化调控, 未实现智慧热网的自动化与智能化。
所以, 建议应继续增加温控面板的功能, 将设定温度与实际室温通过网络层上传至智慧热网的应用层, 应用层可以根据当前的供热负荷适度调控管网水力工况, 优化热力站供水温度, 最终在管网水力平衡、热力平衡的状态下, 实现用户乃至众多用户对室温的同时分户控制。而当室温无法经阀门开度调节, 即用户预设温度高于入户供水温度时, 温控面板能将预设温度上传至应用层, 应用层根据室外气温及系统负荷状态, 进而指导热力站优化出口温度。作为智能温控面板, 还应能够通过温度控制器与热计量表以及电动调节阀之间的通信来控制室温在设定的数值附近小范围内浮动, 防止过热, 以达到很好的室温控制效果。多功能温控面板是智慧热网重要的用户感知终端, 在其帮助下, 智慧热网不仅能够充分掌握用户的用热习惯, 还能根据采集的参数及时调控热力站出口温度, 平衡热网水力工况, 进而实现节能降耗、按需供热。
温控面板在不断丰富集成功能的基础上, 还可以为用户提供更多更好的用热体验, 比如预设不同类型的供热模式菜单、用户自定义调控阀门开度、应用层远程辅助调控、热费管理等功能。在丰富功能的同时, 温控面板还应切实加强供电、防挪移设计, 提高美观性、实用性和便捷性, 如温控面板与用户室内楼宇对讲面板融合设计、温控面板与用户开关插座融合设计等, 以有效获取电能的同时防止用户恶意移动设备影响实际测量结果, 同时兼顾任何人群的便捷操作性, 最终使温控面板成为供热系统与用户间一个具有友好交互性的多功能用户终端。
太原市热力集团公司从2018年开始, 为进一步提高供热质量, 掌握热用户实际供热情况和更好地服务热用户, 专门在供热计量方案中, 从安装数量和位置上明确规定了新建建筑热用户温度控制测试点的技术要求。
其中之一就是将之前要求安装的远程控制锁闭阀调整为具有调控功能的电动角度阀。电动角度阀, 可以精确地控制入户的流量, 保证室温可以细致调节, 通过阀体的开关角度, 控制入户水流量的大小, 相比与开关锁闭阀来说更为合理。另外, 在室内测温点增加温度控制功能, 以实现监测室内温度的同时控制电动角度阀, 通过与计量表的通信来控制电动角度阀角度进而合理地控制入户的流量, 最终达到精确控制室温的效果。
供热计量方案关于热用户温度控制测试点安装数量和位置的技术要求是, 选取有代表性的采暖房间, 如楼栋的边、顶、底用户室内安装温度控制测试点。而开发商为节省成本, 并不是在全部用户家中安装温度测试点, 这在一定程度上制约了对于智慧热网的建设以及降低二次网的高能耗。对于每户都安装的远程电动角度阀而言, 没有做到一一匹配, 无形中也造成了电动角度阀的功能浪费。对于同一栋楼的用户而言, 也会造成用户用热体验度的差异, 阻碍供热计量工作的推进, 直接影响用户行为节能意识的培养。因此, 建议有关部门出台相应政策, 鼓励要求开发商配套完善用户室温监测控制系统, 推动用户有效节能行为的同时提高用户的用热体验度。
总之, 只有建立用户室温监测调控系统, 才能切实完成智慧热网从热源直至热用户的全数据信息系统的构建, 改变由热源向用户分配负荷的传统运行调节方式, 实现热用户、热网和热源的联动控制, 按需供热。只有优化用户室温监测调控系统, 才能改善用户用热体验度, 提高用户的获得感, 更好地促进用户节能。
参考文献
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