智慧供熱已經成爲我國集中供熱領域的重要(yào / yāo)環節和發(fā／fà)展方向，但是各地智慧供熱采取的技術路線和示範項目不盡相同，本文通過(guò)分析供熱行(háng / xíng)業智慧供熱現狀，結合目前存在的主要(yào / yāo)問題和行(háng / xíng)業痛點，提出了智慧供熱的發(fā／fà)展目标，讨論了智慧供熱的主要(yào / yāo)技術路線和實現路徑，以及下(xià)一步智慧供熱行(háng / xíng)業的發(fā／fà)展方向。

智慧供熱定義

智慧供熱是利用(yòng)人工智能(néng)、雲計算、大數據、仿真系統及物聯網和數字孿生(shēng)等技術對(duì)供熱系統的熱源、熱網、熱力站、熱用(yòng)戶這四大部分的生(shēng)産和調度運行(háng / xíng)一體化管理，對(duì)系統内重要(yào / yāo)設施設備和運行(háng / xíng)參數實時監控，對(duì)系統進行(háng / xíng)負荷預測、生(shēng)産運行(háng / xíng)分析和策略優化，實現按需供熱和精準供熱。

國内智慧供熱相關發(fā／fà)展

2019年(nián)中國城鎮供熱協會(huì)發(fā／fà)布了《中國供熱藍皮書2019———城鎮智慧供熱》，2020年(nián)黑龍江省和河北省相繼發(fā／fà)布了地方标準DB23/T 2745—2020《黑龍江省城鎮智慧供熱技術規程》和DB13(J)/T 8375—2020《城市智慧供熱标準》，标志着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)智慧供熱已經被列入未來城市發(fā／fà)展規則。

北京市爲積極響應率先建設碳中和城市目标，促進供熱行(háng / xíng)業節能(néng)減碳，實現北京市制定的“按需供熱、精準供熱”目标，于(yú)2022年(nián)5月份發(fā／fà)布了《供熱系統智能(néng)化改造技術規程第1部分:熱源、熱網和熱力站》《供熱系統智能(néng)化改造技術規程第2部分:熱用(yòng)戶》征求意見稿。

《供熱系統智能(néng)化改造技術規程第1部分:熱源、熱網和熱力站》規定了熱源、熱網和熱力站現場踏勘及評估、智能(néng)化改造、源網站協同、施工與驗收及運行(háng / xíng)維護的要(yào / yāo)求，主要(yào / yāo)包括供熱系統中熱源、熱網和熱力站的設備以及控制系統的智能(néng)化改造。《供熱系統智能(néng)化改造技術規程第2部分:熱用(yòng)戶》規定了現場踏勘及評估、改造技術要(yào / yāo)求、施工與驗收、運行(háng / xíng)與維護的技術要(yào / yāo)求，主要(yào / yāo)是供熱系統中熱力入口至用(yòng)戶的供熱系統智能(néng)化改造。

國内智慧供熱試點情況

目前，國内部分省、市在供熱系統的部分環節中進行(háng / xíng)了智慧供熱系統的建設和嘗試。其(qí)中黑龍江和吉林省的智慧供熱主要(yào / yāo)采取實施到樓棟熱力入口的技術路線，也進行(háng / xíng)了部分實施到居民用(yòng)戶的嘗試;河北省以實施到居民用(yòng)戶爲主;陝西的試點以基于(yú)通斷面積法的方式爲主，北京的試點采用(yòng)多種型式，詳見表1。

表1 國内主要(yào / yāo)城市計劃智慧供熱試點情況彙總表

以上統計的試點中，運用(yòng)物聯網技術的智慧供熱試點占比不足30%，其(qí)中熱用(yòng)戶實現智慧供熱約20萬戶，樓宇實現智慧供熱約2 500萬平方米。

目前主要(yào / yāo)采用(yòng)的技術包括室溫采集、戶用(yòng)物聯網智能(néng)閥、單元物聯網智能(néng)閥、雲平台等，絕大多數是供熱系統的自(zì)動控制、遠程調節、無人值守廠站、各類平衡和計量技術的升級與完善，使用(yòng)後(hòu)的效果迥異，尚需要(yào / yāo)更多供熱實際案列的驗證。

試點中存在的主要(yào / yāo)問題：(1)各類智慧供熱的試點，主要(yào / yāo)集中在“源-網-站-戶”的供熱系統的某個環節，未能(néng)實現全系統的數字化、信息化和智能(néng)化管理；(2)部分智慧供熱試點物聯網設備應用(yòng)較少，隻是原有供給側調控的優化；(3)大部分供熱企業都是根據各自(zì)業務特點進行(háng / xíng)智慧供熱探索，尚缺乏指導性、權威性的标準、規範及技術導則；(4)無線通訊技術多種多樣，還需經過(guò)實際工程檢驗和驗證最适合供熱系統的通訊技術；(5)目前物聯設備、智能(néng)化産品标準不統一，質量和性能(néng)良莠不齊，有待國家(jiā)盡快制定相關标準。

智慧供熱的目标

基于(yú)對(duì)智慧供熱的理解，并結合目前國内實施的部分項目，筆者認爲智慧供熱要(yào / yāo)确定如(rú)下(xià)主要(yào / yāo)目标:

(1)解決供熱資源的水力失調、分配不均問題；(2)系統的全網自(zì)動調節，無需手動調試；(3)實現熱力站無人值守的監控與控制；(4)利用(yòng)雲計算平台對(duì)運行(háng / xíng)數據充分挖掘和分析整理，實現精準供熱。

技術發(fā／fà)展

智慧供熱系統構架

智慧供熱基本架構由智慧基礎軟硬件設施、雲平台、AI算法、工業物聯網、5G通訊、智慧控制産品等聯合搭建，實現人機設備互動、源網互動的智慧供熱生(shēng)态系統。智慧供熱控制策略并非一成不變，每一區塊有量身定制的控制模式、控制系統。同時，智慧供熱将系統的每一個區塊有機結合到一起，不僅是從一網換熱站到二網控制終端的結合，更是各個區域換熱站到能(néng)源站的結合，通過(guò)雲平台大數據、AI智能(néng)分析等手段，實現系統的整體調控。

智慧供熱系統的架構，可(kě)以用(yòng)“端邊網雲智”來形容。端，主要(yào / yāo)指各類感知設備;邊，主要(yào / yāo)指邊緣計算器;網，主要(yào / yāo)指數據傳輸通訊方式;雲，主要(yào / yāo)指平台的AI算法、數據管理等;智，主要(yào / yāo)指各種應用(yòng)場景等。

智慧廠站

在換熱站一級網供水側配置物聯網電動調節閥，一級網回水、二級網供水側配置物聯網超聲熱量表，同時在廠站動力系統配置物聯網循環水泵及數據采集箱，将數據通過(guò)5G通訊傳送至雲平台，在實現對(duì)供熱系統參數的實時監控和調節的同時，實現源—網—站的優化調度和大數據分析。詳見圖2。

智慧熱用(yòng)戶

在熱用(yòng)戶端配置新型供熱計量系統、物聯網智能(néng)閥、用(yòng)戶室溫采集系統，将物聯網智能(néng)系統與用(yòng)戶高度融合，運用(yòng)室溫采集終端及時反饋修正運行(háng / xíng)調控，實現智能(néng)調節。

根據建築不同的情況，智慧供熱可(kě)以實施到樓棟熱力入口和用(yòng)戶入口兩種方式。

單管串聯和雙管垂直系統。公共立管在居民家(jiā)中，入戶改造影響居民生(shēng)活，實施難度高，改造後(hòu)效果不明顯。所(suǒ)以改造從熱源實施到樓棟入口，即在典型住戶、典型位置安裝智能(néng)室溫采集器，樓棟/單元熱力入口設置物聯網平衡閥，實現樓棟單元間的精準調控。詳見圖3。

圖3 樓棟熱力入口示意圖

分戶成環系統。由于(yú)各熱用(yòng)戶單獨成環，可(kě)以獨立控制，因此可(kě)實現智慧化到熱用(yòng)戶。詳見圖4。

圖4 用(yòng)戶熱力入口示意圖

未來展望

清潔供熱是當前中國供熱行(háng / xíng)業發(fā／fà)展的首要(yào / yāo)目标，低碳清潔熱源通常具有被動性、波動性、不确定性的特點，通常需要(yào / yāo)與其(qí)他可(kě)調控熱源聯網互補使用(yòng)。智慧供熱可(kě)借助信息物理融合調控能(néng)力，通過(guò)實時優化調控降低清潔熱源波動對(duì)系統穩定運行(háng / xíng)帶來的不利影響，在滿足供熱安全和用(yòng)戶需求的前提下(xià)增強系統對(duì)低碳清潔供熱資源的消納能(néng)力。

從發(fā／fà)展方向上看，智慧供熱的發(fā／fà)展可(kě)分爲以下(xià)三個維度:

1、打造全系統智慧供熱，實現供需側雙向調控

現狀自(zì)控系統的缺陷主要(yào / yāo)是，盡管可(kě)以保障對(duì)最不利用(yòng)戶熱量的供給，卻難以同時較好地适應其(qí)他用(yòng)戶需熱的變化。智慧供熱就(jiù)是通過(guò)技術手段，解決整個系統的聯調聯控，将熱用(yòng)戶對(duì)熱量的真實需求，反饋到控制系統，使整個供熱系統完成自(zì)主适應及調控。

2、物聯感知與AI相結合，實現運維一體

智慧供熱系統通過(guò)分析與整合海量數據，可(kě)提供包括運行(háng / xíng)參數、各類室溫情況、水力平衡度、水電熱及燃料分析等功能(néng)，比依據傳統經驗的調節更加精準、更加及時。同時，智慧供熱系統能(néng)夠将先進的經驗傳承。傳統人工管理模式獲得(dé / de / děi)的經驗傳遞困難，各個供熱系統都有其(qí)特點，利用(yòng)人力去(qù)摸索需耗時數年(nián)之久。此外，利用(yòng)人力傳承，受到表達、理解、系統變化等多方面的影響，難以做到全面準确。智慧供熱不僅可(kě)以将各系統的情況完整存儲下(xià)來，而(ér)且還能(néng)快速适應系統的變化。

3、将數字孿生(shēng)技術運用(yòng)在智慧供熱

領域數字孿生(shēng)(Digital Twin)是通過(guò)數字技術，對(duì)物理世界進行(háng / xíng)鏡像化描述的一種新方法，使物理世界與數字世界建立起實時的雙向映射，從而(ér)可(kě)通過(guò)數字世界對(duì)物理世界進行(háng / xíng)監控與幹預。

數字孿生(shēng)具有天(tiān)然的靈活擴展能(néng)力，各類子系統都非常容易納入到數字孿生(shēng)的範疇内，也非常容易通過(guò)接口被外界所(suǒ)集成，不必擔心形成數據孤島。同時，采用(yòng)三維可(kě)視化引擎集成展示城市、熱源、管網、樓宇、場站、熱用(yòng)戶等各種設備的細節結構及物聯網數據，并支持多種物聯網協議數據接入，是打通現有自(zì)動化控制系統、監控系統、生(shēng)産調度系統、客服系統、政務系統最有效技術手段。

建設空間大數據平台、物聯網平台、可(kě)視化平台，對(duì)供熱基礎設施運營狀況實現全生(shēng)命周期的監控管理、仿真、預測，實現供熱系統的遠程化、無人化、自(zì)動化、智能(néng)化的控制。