穆婧怡 宋妍 王永貴 田梓儒 李明蒔

摘 要：為應(yīng)對(duì)氣候變化，我國(guó)承諾在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、在2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。當(dāng)前我國(guó)北方集中供熱碳排放量較大，占建筑運(yùn)行碳排放的比重達(dá)到26%。推進(jìn)集中供熱低碳發(fā)展亟須科學(xué)合理、清晰明確的技術(shù)路徑指引。在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)約束下，研判集中供熱低碳技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，分析各項(xiàng)技術(shù)對(duì)低碳發(fā)展目標(biāo)的影響，構(gòu)建我國(guó)北方集中供熱發(fā)展技術(shù)路徑。

關(guān)鍵詞：供熱；末端控制

一、引言

目前環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，煤炭產(chǎn)業(yè)尾氣大量溫室氣體的產(chǎn)生，導(dǎo)致全球溫暖化加劇。全球溫度的上升引發(fā)了眾多環(huán)境問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)防災(zāi)減災(zāi)署發(fā)布的一份報(bào)告顯示，2000 年至 2019 年，全球報(bào)告氣候相關(guān)災(zāi)害 6681 起，比上一個(gè) 20 年增長(zhǎng) 82.7%，其中，洪水災(zāi)害從上一個(gè) 20 年的 1389 起增至 3254 起，風(fēng)暴災(zāi)害從 1457 起增至 2034 起。此外，干旱、山火、極端氣溫等災(zāi)害以及地震、海嘯等地質(zhì)相關(guān)災(zāi)害發(fā)生次數(shù)也顯著增加。

目前在供暖行業(yè)大部分企業(yè)使用的熱源仍是煤炭，要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排工作就要實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)型，我國(guó)具有豐富的地?zé)崮芄┡?、生物液體燃料、生物天然氣等資源條件，但由于技術(shù)成熟度不夠和開(kāi)采經(jīng)濟(jì)費(fèi)用大等因素影響，利用規(guī)模相對(duì)有限。地?zé)崮芄┡抢玫叵聼崴M(jìn)行供暖的方式，通過(guò)打井的方式向地下2000m處抽取熱水，經(jīng)過(guò)過(guò)濾以及軟化后可被用于供暖，這種方式極大的改善了我國(guó)煤炭資源短缺的問(wèn)題，但由于開(kāi)采過(guò)程中需要高額的費(fèi)用，以及需要回灌等問(wèn)題，使得這種方式?jīng)]有廣泛運(yùn)用。

我國(guó)企業(yè)也存在諸多問(wèn)題，經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)綜述如下；傳統(tǒng)供暖末端技術(shù)不具備有效的調(diào)節(jié)手段，導(dǎo)致管網(wǎng)運(yùn)行熱損耗高；職工的數(shù)據(jù)管理水平和維護(hù)能力不足，使得系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中局部能耗量大；以及管網(wǎng)老化等問(wèn)題。在這種嚴(yán)峻的背景下，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)對(duì)供熱末端技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化是一個(gè)值得探索的重點(diǎn)領(lǐng)域。

二、智能控制技術(shù)的優(yōu)化研究

（一）系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究

隨著社會(huì)的進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)愈加的發(fā)達(dá)，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)使供暖行業(yè)邁向了新的領(lǐng)域。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由四部分組成：監(jiān)控中心以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域、熱用戶前端的智能控制器、有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、末端的傳感器。

（1）末端的傳感器：傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變化電路和輔助電源組成，分為有線傳感和無(wú)線傳感。用于感受到供暖系統(tǒng)末端的數(shù)據(jù)變化。

（2）有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：用于傳輸系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中的數(shù)據(jù)變化 。

（3）監(jiān)控中心以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域：它是由PC端、大數(shù)據(jù)技術(shù)和互聯(lián)技術(shù)組成。通過(guò)大數(shù)據(jù)處理框架和云計(jì)算對(duì)供暖系統(tǒng)達(dá)到精準(zhǔn)控制的作用。大數(shù)據(jù)技術(shù)主要有四個(gè)特點(diǎn)：1、大量性，可以通過(guò)分布式儲(chǔ)存，可以對(duì)供暖過(guò)程中逐時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄；2、高效性，如今大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程更加的高效，能夠從供暖過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式處理，進(jìn)而可以有效地防止建筑的熱惰性。3、多樣性，它可以接受到不同種類的數(shù)據(jù)像流量、溫度、壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合；4、價(jià)值性，這是大數(shù)據(jù)技術(shù)的一個(gè)重要的特征，從供暖過(guò)程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在價(jià)值。

（二）末端控制手段優(yōu)化研究

面積法是根據(jù)熱用戶的房間熱水?dāng)嗤〞r(shí)間和面積為參數(shù)，分?jǐn)偨ㄖ目偣崃?。具體計(jì)費(fèi)流程是，在接戶分環(huán)的水平式供暖系統(tǒng)中，各用戶的房間供熱干管上設(shè)置斷通控制閥，在各房間設(shè)置溫度控制器，測(cè)量室內(nèi)溫度和熱用戶的設(shè)定溫度，室溫通斷控制閥根據(jù)實(shí)測(cè)室溫與設(shè)定值的偏差來(lái)控制一個(gè)周期的占空比，以此調(diào)節(jié)房間的溫度，記錄并統(tǒng)計(jì)熱用戶的占空比時(shí)間，按照熱用戶的累計(jì)通斷時(shí)間與供暖面積來(lái)計(jì)量用熱量。這種方式與熱量表理論基礎(chǔ)不同，熱量表追求精度的度數(shù)而又將位置修正系數(shù)等模糊修正加以平衡是一種悖論。

基于通斷調(diào)節(jié)供暖系統(tǒng)具有較大的時(shí)滯性，通過(guò)對(duì)熱力模塊和水利模塊研究出一種適應(yīng)大慣性的供暖系統(tǒng)的調(diào)控方法。運(yùn)用自然國(guó)家自然科學(xué)基金提到的時(shí)間步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)外環(huán)境因素相耦合的方式實(shí)現(xiàn)雙頻率調(diào)節(jié)。達(dá)到具有預(yù)測(cè)功能和精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的多元控制目標(biāo)。低頻控制包括根據(jù)供暖系統(tǒng)的周期性動(dòng)態(tài)特征，以及室內(nèi)空氣溫度的未來(lái)一段時(shí)間趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判，將智能程序編寫到控制器中輸出滿足熱量需求的占空比，這一控制周期稱為第一時(shí)間步長(zhǎng)。高頻控制是在低頻控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，高頻控制主要針對(duì)太陽(yáng)輻射、通風(fēng)、室內(nèi)人員散熱等因素的熱平衡方法。在滿足最小周期和水力工況均勻的前提下，調(diào)節(jié)占空比來(lái)解決高頻因素的影響，這段占空比稱為第二時(shí)間步長(zhǎng)?？偨Y(jié)來(lái)看第二時(shí)間步長(zhǎng)就是在第一時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)和調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入多樣因素的調(diào)節(jié)過(guò)程。

（三）智能系統(tǒng)運(yùn)行研究

我國(guó)北方晝夜溫差超過(guò)了10℃，這就導(dǎo)致了白天供熱過(guò)剩；到了晚上又過(guò)少，熱量的損耗增多，系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)用了大數(shù)據(jù)技術(shù)、傳感器技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)等有效的減小能耗。

運(yùn)行過(guò)程中可分為以下步驟：1、系統(tǒng)末端控制部分：系統(tǒng)末端設(shè)備通過(guò)對(duì)末端散熱設(shè)備的供回水流量、溫度、壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器傳輸?shù)娇刂破髦校?、戶前監(jiān)測(cè)部分：智能控制器中的處理器將電信號(hào)和數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行反饋；通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳輸?shù)絧c端；3、監(jiān)控中心：反饋信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)區(qū)域網(wǎng)后開(kāi)始經(jīng)過(guò)云平臺(tái)分析重組，再通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算挖掘、分布式儲(chǔ)存和處理等；以映射的方式形成數(shù)據(jù)可視化圖形；通過(guò)數(shù)據(jù)曲線的變化和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行機(jī)械學(xué)習(xí)，找到管網(wǎng)能耗最大的區(qū)間將正確的參數(shù)重新編寫在智能控制器中，最終實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周偉.跨域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題多元共治：緣由、困境與突破[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2022，38（01）：169-176.

[2]任曉菲. 東北亞區(qū)域環(huán)境治理機(jī)制研究[D].東北林業(yè)學(xué)，2021.DOI：10.27009/d.cnki.gdblu.2021.000830.

[3]陸小成.生態(tài)文明視域下城市群綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新體系構(gòu)建[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2022，41（06）：15-24.DOI：10.13529/j.cnki.enterprise.economy.2022.06.002.

[4]孟德娟，張文雍，魏保義，潘一玲.綠色低碳，安全高效，全周期差異化指引——《雄安新區(qū)規(guī)劃技術(shù)指南（試行）》市政篇章解讀[J].城市規(guī)劃，2022，46（04）：84-87.

[5]Anonymous. Total Energies issues assay for Brazilian Atapu[J]. Oil & Gas Journal，2021，119

[6]Peter Fabris. Dept. of Energy issues model energy code determinations for commercial， residential buildings[J]. B

[7]王萍，王陳欣，朱璇.基于自動(dòng)化方法的教育人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)電化教育，2020（06）：7-15

[8]韓宗偉，王一茹，楊軍，孟欣，龐云嵩.嚴(yán)寒地區(qū)熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及展望[J].建筑科學(xué)，2013，29（12）：124-133.DOI：10.13614/j.cnki.11-1962/tu.2013.12.024.

[9] 董黎剛，厲星星.開(kāi)放化“智慧學(xué)院”的探索和實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31（06）：19-23.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2014.06.006.