室溫采集設備在智慧供熱中的應用
作者：admin 發布日期：2020-04-01 11:55:27
淺談由魯明熱力承建的西安某熱力公司南郊某小區分布式集中供暖項目智慧熱網平臺的搭建
魯明熱力 張伯星
魯明熱力 張伯星
新一代信息技術的發展促使各行業進行轉型升級，“智慧”已經普 遍成為表述依靠新信息技術發展而轉型升級的關鍵詞。在供熱行業，“智慧供熱”已被正式提出并被行業內的有識之士廣泛關注。而在智慧供熱中， 熱用戶的室內溫度采集顯得尤為重要。室溫監測數據不僅是采暖效果的 依據，更是構成智慧供熱全網控制策略的數據基礎。本文對當前主流室 溫采集設備進行梳理比較，并選擇適合的設備類型應用到供熱企業智慧 平臺中，為企業智慧供熱平臺提供基礎數據，取得了良好的效果。
當前，我國正從國家戰略高度推進運用“互聯網 +”、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術賦能各行業的 轉型升級，“智慧”已普遍成為描述這類轉型升級特征的關 鍵詞。城鎮集中供熱系統是支撐我國人民生產生活的重要能 源基礎設施，是構建生態文明社會和中國特色新型城鎮化的 重要內容。在“智慧城市”、“智慧能源”、“能源互聯網”、“工業互聯網”、“中國制造 2025”等相關概念的帶動下，“智慧供熱”已被正式提出，并已成為中國供熱行業的關注焦點。
在智慧供熱系統中，無論是熱用戶所處的需求側，還是供熱企業所處的供給側，供熱的代表性關鍵參數都是熱用戶室內溫度。因此，室內溫度監測是實現智慧供熱的重要手段。室溫監測數據信息不僅僅反饋熱用戶實時的室內采暖溫度， 作為判斷熱用戶采暖狀態以及供熱系統保障效果的依據；而且，供熱的核心理念是為用戶需求提供合適的溫度，室內溫度是調控最重要的參考依據，如果熱力企業對室溫不了解， 就會影響樓內失衡度的測算，使得二網調控失去了依據，調控節能的意義也就失去了一大半。供熱調控勢必逐漸精細化， 走向二次網，引入室溫，基于室溫的調控手段將是未來發展的趨勢；更重要的一點，積累一個典型熱用戶室內溫度與室外氣候條件、供熱參數、建筑熱特性等相關聯的歷史數據庫， 這個歷史數據庫構成了智慧供熱全網控制策略的大數據分析基礎。總之，室溫采集是實現智慧供熱的先決條件、必要條件。
室溫采集設備的分類
隨著儀表檢測和數據采集技術的不斷發展，室溫采集設備也克服了早期存在的技術問題，變得更加穩定而高效。早期的室溫采集設備一般是可移動的桌面擺放或壁掛式，位置無法固定，導致了一方面是不同熱用戶將測溫裝置放置在不同房間、不同位置，不利于供熱單位判斷典型熱用戶的實際室內溫度情況，另一方面也無法避免受到外界因素的干擾。另外，早期的室溫采集設備一般采用普通電池供電，由于設備耗電量大，電池壽命無法保障，頻繁更換電池是保障測溫裝置長期可靠運行的難題。目前，技術的發展解決了這些問題，設備的固定安裝及自帶的移動報警功能，是測量的數據準確性得到保障；新的供電方式和鋰電池技術的應用，以及室溫采集設備耗電量的降低，成功解決了設備供電問題。目前，主流的室溫采集設備按供電方式和通訊方式可做如下分類：
按供電方式分類
插座式
插座式室溫采集設備采用 86 盒安裝，可替換用戶原有插座，取用戶 220V 市電供電，并且設備功耗低，不會產生用戶電費負擔。此類型室溫采集設備用戶無法移動位置，并可利用數據補償功能，針對不同用戶安裝位置不同，對采集到的數據進行補償，以達到最終上傳溫度數據的準確有效。另外，防溫升技術的應用使室溫采集設備被當做插座使用時， 特別是較大功率用電設備使時
同樣保證采集的數據準確， 不會對最終數據產生影響。
開關式
開關式室溫采集設備可代替用戶室內燈的開關，采集室內溫度的同時，可實現控制室內燈具的開閉。此類室溫采集設備采用單火線供電方式，既保證了設備穩定的供電需求， 又實現了設備本身耗電量極低。同時，溫度修正功能也解決了安裝位置過高所帶來的數據準確性問題。鋰電池供電
鋰電池技術的發展，使室溫采集設備的供電問題得以解決。不同于以上兩種類型的市電供電方式，此類室溫采集設備采用高性能鋰電池供電，在保證數據采集和上傳頻次要求的前提下，能實現 3 年以上的供電時間，這大大緩解了更換電池所帶來的的各種麻煩。同時，鋰電池供電保證設備安裝位置靈活，可根據數據采集要求安裝在合適位置，安裝位置自診斷功能和低電量報警功能也保證了設備采集數據的準確性和更換電池的及時性。
此類室溫采集設備為鋰電池供電類型的發展和延伸。把能量塊封存在采集設備中，防護等級高，供電時間長。配以先進的無線傳感技術，在保證溫度變化幅度和采集上傳頻率的前提下，可提供 10 年以上的供電時間。
按通訊方式分類
NB － IoT 通訊方式
窄帶蜂窩物聯網（NB － IoT）技術的興起和商用化， 使得基于 NB － IoT 技術的室溫采集設備得以大發展。此類室溫采集設備具有覆蓋廣、功耗低、連接數量大和成本低的特點。尤其近年來 NB － IoT 通信模塊成本和通訊資費的降低，有利于大批量采購和使用，并且通過中國移動、中國聯通和中國電信三大運行商現有基站進行網絡部署，省去了用戶建網的麻煩和費用。
LoRa 通訊方式
LoRa 是一種基于擴頻技術的遠距離無線傳輸技術，是諸多 LPWAN 通信技術中的一種。基于 LoRa 技術的室溫采集設備無需依靠運行商就可以完成網絡部署，具有布設快，成本低的特點。在小區、農場、產業園等封閉區域，特別是信號較弱地下環境，LoRa 技術優勢明顯。但同時基于LoRa 技術的室溫采集設備面臨私有技術壟斷、數據安全和網絡安全等問題。
綜上所述，室溫采集設備無論是按供電方式上分類，還是從選取通訊方式上分類，其都有各自明顯的優缺點及后期發展的優勢和限制。所以，智慧供熱系統在室溫采集設備的選擇上要根據自身供熱系統的實際情況和需求，針對不同室溫采集設備的特點進行選擇。最終，實現采集數據的準確性、有效性和實用性。
本項目中室溫采集器的選型
本項目由熱力公司直管到戶，本小區性質為老舊小區改造項目，業主平均年齡偏大，故業主普遍反對將市電供電式溫度傳感器置于家中，部分業主對傳感器產生的電費抱有懷疑態度。本小區建筑面積175000平方米，熱用戶1278戶，小區建筑類型為多層建筑，建筑分布較為分散。
綜合以上兩點，本項目最終確定的室內溫度傳感器為基于數傳電臺433MHz的無線能量塊式溫度傳感器。本傳感器優點為獨立供電，傳輸距離較遠，可覆蓋小區內所有樓層，并且不產生額外的數據通信費用。
室溫采集的功能應用
室溫采集數據是判斷供熱系統保障效果的依據，同時擔負著為智慧供熱全網控制策略提供基礎數據庫的重任。智慧供熱平臺中多個功能模塊都需要熱用戶室溫采集對其提供數據支持，包括熱網監控與能耗分析模塊、二網平衡負荷預測模塊、GIS 地理信息模塊和客服收費系統模塊等。如圖1 所示。首先，室溫采集數據可以豐富和完善熱網監控功能，使熱網監控系統不但能監測熱源、熱網、換熱站的基本數據， 而且可以監測熱用戶的室內溫度數據，形成一個完整的監控體系。同時，室溫的采集監控可以使供熱系統精準供熱，促使能耗分析系統有的放矢，達到降耗節能的效果；其次，室溫采集數據為二網平衡調控提供依據，根據熱用戶室溫，可
以通過水力平衡閥對各單元樓，乃至各個用戶進行調節，達到二次熱網水力平衡自動控制的目的。而負荷計算系統的核心功能包括熱用戶需求側負荷預測，明確用戶室溫需求對負荷預測顯得尤為重要；然后，GIS 地理信息系統是供熱系統基礎數據錄入的主要入口，支持與其他相關系統進行數據交互，實現數據的集成顯示和統一管理。熱用戶室內溫度數據的錄入，為這一功能提供了數據支撐；最后，客服和收費系統是為用戶提供服務，智慧服務的終極目標是提高客戶滿意度，變被動服務為主動服務，直觀了解用戶最關心的室內溫度問題，采取主動調控方式滿足用戶需求是實現這一目的的基本條件。同時，室溫采集數據對供熱收費提供有力的數據保障。
室溫采集設備作為智慧供熱系統的觸角和神經末梢，為智慧供熱提供基礎數據支持，將實現如下功能：
多終端實時數據顯示； 歷史數據查詢和匯總； 數據圖形化統計分析； 設備故障報警；
室溫上下限報警； 操作記錄日志；
系統采集參數遠程設置； 多系統對接 API 功能等。
