智慧供熱(rè)已經成爲我國集中供熱(rè)領域的(de)重要環節和(hé)發展方向，但是各地智慧供熱(rè)采取的(de)技術路線和(hé)示範項目不盡相同，本文通(tōng)過分(fēn)析供熱(rè)行業智慧供熱(rè)現狀，結合目前存在的(de)主要問題和(hé)行業痛點，提出了(le)智慧供熱(rè)的(de)發展目标，討(tǎo)論了(le)智慧供熱(rè)的(de)主要技術路線和(hé)實現路徑，以及下(xià)一步智慧供熱(rè)行業的(de)發展方向。

智慧供熱(rè)定義

智慧供熱(rè)是利用(yòng)人(rén)工智能、雲計算(suàn)、大(dà)數據、仿真系統及物(wù)聯網和(hé)數字孿生等技術對(duì)供熱(rè)系統的(de)熱(rè)源、熱(rè)網、熱(rè)力站、熱(rè)用(yòng)戶這(zhè)四大(dà)部分(fēn)的(de)生産和(hé)調度運行一體化(huà)管理(lǐ)，對(duì)系統内重要設施設備和(hé)運行參數實時(shí)監控，對(duì)系統進行負荷預測、生産運行分(fēn)析和(hé)策略優化(huà)，實現按需供熱(rè)和(hé)精準供熱(rè)。

國内智慧供熱(rè)相關發展

2019年中國城(chéng)鎮供熱(rè)協會發布了(le)《中國供熱(rè)藍皮書(shū)2019———城(chéng)鎮智慧供熱(rè)》，2020年黑(hēi)龍江省和(hé)河(hé)北(běi)省相繼發布了(le)地方标準DB23/T 2745—2020《黑(hēi)龍江省城(chéng)鎮智慧供熱(rè)技術規程》和(hé)DB13(J)/T 8375—2020《城(chéng)市智慧供熱(rè)标準》，标志著(zhe)智慧供熱(rè)已經被列入未來(lái)城(chéng)市發展規則。

北(běi)京市爲積極響應率先建設碳中和(hé)城(chéng)市目标，促進供熱(rè)行業節能減碳，實現北(běi)京市制定的(de)“按需供熱(rè)、精準供熱(rè)”目标，于2022年5月(yuè)份發布了(le)《供熱(rè)系統智能化(huà)改造技術規程第1部分(fēn):熱(rè)源、熱(rè)網和(hé)熱(rè)力站》《供熱(rè)系統智能化(huà)改造技術規程第2部分(fēn):熱(rè)用(yòng)戶》征求意見稿。

《供熱(rè)系統智能化(huà)改造技術規程第1部分(fēn):熱(rè)源、熱(rè)網和(hé)熱(rè)力站》規定了(le)熱(rè)源、熱(rè)網和(hé)熱(rè)力站現場(chǎng)踏勘及評估、智能化(huà)改造、源網站協同、施工與驗收及運行維護的(de)要求，主要包括供熱(rè)系統中熱(rè)源、熱(rè)網和(hé)熱(rè)力站的(de)設備以及控制系統的(de)智能化(huà)改造。《供熱(rè)系統智能化(huà)改造技術規程第2部分(fēn):熱(rè)用(yòng)戶》規定了(le)現場(chǎng)踏勘及評估、改造技術要求、施工與驗收、運行與維護的(de)技術要求，主要是供熱(rè)系統中熱(rè)力入口至用(yòng)戶的(de)供熱(rè)系統智能化(huà)改造。

國内智慧供熱(rè)試點情況

目前，國内部分(fēn)省、市在供熱(rè)系統的(de)部分(fēn)環節中進行了(le)智慧供熱(rè)系統的(de)建設和(hé)嘗試。其中黑(hēi)龍江和(hé)吉林(lín)省的(de)智慧供熱(rè)主要采取實施到樓棟熱(rè)力入口的(de)技術路線，也(yě)進行了(le)部分(fēn)實施到居民用(yòng)戶的(de)嘗試;河(hé)北(běi)省以實施到居民用(yòng)戶爲主;陝西的(de)試點以基于通(tōng)斷面積法的(de)方式爲主，北(běi)京的(de)試點采用(yòng)多(duō)種型式，詳見表1。

表1 國内主要城(chéng)市計劃智慧供熱(rè)試點情況彙總表

以上統計的(de)試點中，運用(yòng)物(wù)聯網技術的(de)智慧供熱(rè)試點占比不足30%，其中熱(rè)用(yòng)戶實現智慧供熱(rè)約20萬戶，樓宇實現智慧供熱(rè)約2 500萬平方米。

目前主要采用(yòng)的(de)技術包括室溫采集、戶用(yòng)物(wù)聯網智能閥、單元物(wù)聯網智能閥、雲平台等，絕大(dà)多(duō)數是供熱(rè)系統的(de)自動控制、遠(yuǎn)程調節、無人(rén)值守廠站、各類平衡和(hé)計量技術的(de)升級與完善，使用(yòng)後的(de)效果迥異，尚需要更多(duō)供熱(rè)實際案列的(de)驗證。

試點中存在的(de)主要問題：(1)各類智慧供熱(rè)的(de)試點，主要集中在“源-網-站-戶”的(de)供熱(rè)系統的(de)某個(gè)環節，未能實現全系統的(de)數字化(huà)、信息化(huà)和(hé)智能化(huà)管理(lǐ)；(2)部分(fēn)智慧供熱(rè)試點物(wù)聯網設備應用(yòng)較少，隻是原有供給側調控的(de)優化(huà)；(3)大(dà)部分(fēn)供熱(rè)企業都是根據各自業務特點進行智慧供熱(rè)探索，尚缺乏指導性、權威性的(de)标準、規範及技術導則；(4)無線通(tōng)訊技術多(duō)種多(duō)樣，還(hái)需經過實際工程檢驗和(hé)驗證最适合供熱(rè)系統的(de)通(tōng)訊技術；(5)目前物(wù)聯設備、智能化(huà)産品标準不統一，質量和(hé)性能良莠不齊，有待國家盡快(kuài)制定相關标準。

智慧供熱(rè)的(de)目标

基于對(duì)智慧供熱(rè)的(de)理(lǐ)解，并結合目前國内實施的(de)部分(fēn)項目，筆者認爲智慧供熱(rè)要确定如下(xià)主要目标:

(1)解決供熱(rè)資源的(de)水(shuǐ)力失調、分(fēn)配不均問題；(2)系統的(de)全網自動調節，無需手動調試；(3)實現熱(rè)力站無人(rén)值守的(de)監控與控制；(4)利用(yòng)雲計算(suàn)平台對(duì)運行數據充分(fēn)挖掘和(hé)分(fēn)析整理(lǐ)，實現精準供熱(rè)。

技術發展

智慧供熱(rè)系統構架

智慧供熱(rè)基本架構由智慧基礎軟硬件設施、雲平台、AI算(suàn)法、工業物(wù)聯網、5G通(tōng)訊、智慧控制産品等聯合搭建，實現人(rén)機設備互動、源網互動的(de)智慧供熱(rè)生态系統。智慧供熱(rè)控制策略并非一成不變，每一區(qū)塊有量身定制的(de)控制模式、控制系統。同時(shí)，智慧供熱(rè)将系統的(de)每一個(gè)區(qū)塊有機結合到一起，不僅是從一網換熱(rè)站到二網控制終端的(de)結合，更是各個(gè)區(qū)域換熱(rè)站到能源站的(de)結合，通(tōng)過雲平台大(dà)數據、AI智能分(fēn)析等手段，實現系統的(de)整體調控。

智慧供熱(rè)系統的(de)架構，可(kě)以用(yòng)“端邊網雲智”來(lái)形容。端，主要指各類感知設備;邊，主要指邊緣計算(suàn)器;網，主要指數據傳輸通(tōng)訊方式;雲，主要指平台的(de)AI算(suàn)法、數據管理(lǐ)等;智，主要指各種應用(yòng)場(chǎng)景等。

智慧廠站

在換熱(rè)站一級網供水(shuǐ)側配置物(wù)聯網電動調節閥，一級網回水(shuǐ)、二級網供水(shuǐ)側配置物(wù)聯網超聲熱(rè)量表，同時(shí)在廠站動力系統配置物(wù)聯網循環水(shuǐ)泵及數據采集箱，将數據通(tōng)過5G通(tōng)訊傳送至雲平台，在實現對(duì)供熱(rè)系統參數的(de)實時(shí)監控和(hé)調節的(de)同時(shí)，實現源—網—站的(de)優化(huà)調度和(hé)大(dà)數據分(fēn)析。詳見圖2。

智慧熱(rè)用(yòng)戶

在熱(rè)用(yòng)戶端配置新型供熱(rè)計量系統、物(wù)聯網智能閥、用(yòng)戶室溫采集系統，将物(wù)聯網智能系統與用(yòng)戶高(gāo)度融合，運用(yòng)室溫采集終端及時(shí)反饋修正運行調控，實現智能調節。

根據建築不同的(de)情況，智慧供熱(rè)可(kě)以實施到樓棟熱(rè)力入口和(hé)用(yòng)戶入口兩種方式。

單管串聯和(hé)雙管垂直系統。公共立管在居民家中，入戶改造影(yǐng)響居民生活，實施難度高(gāo)，改造後效果不明(míng)顯。所以改造從熱(rè)源實施到樓棟入口，即在典型住戶、典型位置安裝智能室溫采集器，樓棟/單元熱(rè)力入口設置物(wù)聯網平衡閥，實現樓棟單元間的(de)精準調控。詳見圖3。

圖3 樓棟熱(rè)力入口示意圖

分(fēn)戶成環系統。由于各熱(rè)用(yòng)戶單獨成環，可(kě)以獨立控制，因此可(kě)實現智慧化(huà)到熱(rè)用(yòng)戶。詳見圖4。

圖4 用(yòng)戶熱(rè)力入口示意圖

未來(lái)展望

清潔供熱(rè)是當前中國供熱(rè)行業發展的(de)首要目标，低碳清潔熱(rè)源通(tōng)常具有被動性、波動性、不确定性的(de)特點，通(tōng)常需要與其他(tā)可(kě)調控熱(rè)源聯網互補使用(yòng)。智慧供熱(rè)可(kě)借助信息物(wù)理(lǐ)融合調控能力，通(tōng)過實時(shí)優化(huà)調控降低清潔熱(rè)源波動對(duì)系統穩定運行帶來(lái)的(de)不利影(yǐng)響，在滿足供熱(rè)安全和(hé)用(yòng)戶需求的(de)前提下(xià)增強系統對(duì)低碳清潔供熱(rè)資源的(de)消納能力。

從發展方向上看，智慧供熱(rè)的(de)發展可(kě)分(fēn)爲以下(xià)三個(gè)維度:

1、打造全系統智慧供熱(rè)，實現供需側雙向調控

現狀自控系統的(de)缺陷主要是，盡管可(kě)以保障對(duì)最不利用(yòng)戶熱(rè)量的(de)供給，卻難以同時(shí)較好地适應其他(tā)用(yòng)戶需熱(rè)的(de)變化(huà)。智慧供熱(rè)就是通(tōng)過技術手段，解決整個(gè)系統的(de)聯調聯控，将熱(rè)用(yòng)戶對(duì)熱(rè)量的(de)真實需求，反饋到控制系統，使整個(gè)供熱(rè)系統完成自主适應及調控。

2、物(wù)聯感知與AI相結合，實現運維一體

智慧供熱(rè)系統通(tōng)過分(fēn)析與整合海量數據，可(kě)提供包括運行參數、各類室溫情況、水(shuǐ)力平衡度、水(shuǐ)電熱(rè)及燃料分(fēn)析等功能，比依據傳統經驗的(de)調節更加精準、更加及時(shí)。同時(shí)，智慧供熱(rè)系統能夠将先進的(de)經驗傳承。傳統人(rén)工管理(lǐ)模式獲得(de)的(de)經驗傳遞困難，各個(gè)供熱(rè)系統都有其特點，利用(yòng)人(rén)力去摸索需耗時(shí)數年之久。此外，利用(yòng)人(rén)力傳承，受到表達、理(lǐ)解、系統變化(huà)等多(duō)方面的(de)影(yǐng)響，難以做(zuò)到全面準确。智慧供熱(rè)不僅可(kě)以将各系統的(de)情況完整存儲下(xià)來(lái)，而且還(hái)能快(kuài)速适應系統的(de)變化(huà)。

3、将數字孿生技術運用(yòng)在智慧供熱(rè)

領域數字孿生(Digital Twin)是通(tōng)過數字技術，對(duì)物(wù)理(lǐ)世界進行鏡像化(huà)描述的(de)一種新方法，使物(wù)理(lǐ)世界與數字世界建立起實時(shí)的(de)雙向映射，從而可(kě)通(tōng)過數字世界對(duì)物(wù)理(lǐ)世界進行監控與幹預。

數字孿生具有天然的(de)靈活擴展能力，各類子系統都非常容易納入到數字孿生的(de)範疇内，也(yě)非常容易通(tōng)過接口被外界所集成，不必擔心形成數據孤島。同時(shí)，采用(yòng)三維可(kě)視化(huà)引擎集成展示城(chéng)市、熱(rè)源、管網、樓宇、場(chǎng)站、熱(rè)用(yòng)戶等各種設備的(de)細節結構及物(wù)聯網數據，并支持多(duō)種物(wù)聯網協議(yì)數據接入，是打通(tōng)現有自動化(huà)控制系統、監控系統、生産調度系統、客服系統、政務系統最有效技術手段。

建設空間大(dà)數據平台、物(wù)聯網平台、可(kě)視化(huà)平台，對(duì)供熱(rè)基礎設施運營狀況實現全生命周期的(de)監控管理(lǐ)、仿真、預測，實現供熱(rè)系統的(de)遠(yuǎn)程化(huà)、無人(rén)化(huà)、自動化(huà)、智能化(huà)的(de)控制。