技术装备名称

供热二次网户端智能平衡系统

技术原理

在每户供热入水管安装过滤网,在进水管或回水管安装一只无线流量调节阀,用于用户阀门流量控制,解决用户间热量失衡的问题。阀门采用LORA无线通信技术,电池供电,无需布线施工简单。

关键技术

LORA通信技术

主要技术参数

工作电压:DC 3.0V～4.2V

供电类型:内置锂电池

工作温度:-20℃～80℃

待机电流:≤6μA

无线收发平均工作电流:≤25mA

无线收发峰值电流:≤130mA

无线通信工作频段:470MHZ

无线通信速率:4.8kbps

无线通信发射功率:19dbm±1dbm

无线通信接收灵敏度:-112dbm

防护等级:IP68

技术产品特点

流量调节阀采用V型球阀调节方式,精准控制流速,调节精度为1%,共分100个开度可调,精准控制流速,进而精准控制回水温度及室内温度。

LORA通信特点:

1.信号无死角覆盖,保证设备全部上线:设备信号不受三大运营商信号限制,即使在手机没有信号的地方,Lora信号也可以全覆盖。

2.Lora通信设备能够实时控制:采用lora通信的阀门,随时都可进行开度调节和开关控制,没有延迟。

3.无通信费:lora通信设备不需要内置流量卡,不需要向通信运营商缴纳流量费,节省维护成本。

4.低功耗:Lora通信设备通信功耗低,在采用电池供电的情况下,相对于NB通信,电池使用寿命更长。

应用现状(或与该技术相关领域的能耗现状)及产业化情况

无线户端智能流量调节阀已经广泛应用于供热系统二次网,在,全国各地区大规模使用并推广,具有提高服务质量、精细化可视化平衡调控、实时监测阀门开度解决盗热问题、有效降低人工成本、科学指导维修运行等一系列优势

应用领域及适用范围

供热领域

节能减排效果(测算方法及依据)

以每个采暖季单平米能耗作为核算依据,使用此产品后,预计节能10%-20%。

节能量/年(吨标准煤/年)

根据项目规模核算确定

碳减排量/年(吨二氧化碳/年)

根据项目规模核算确定

已实施的典型案例情况

案例名称

宏府·鹍翔九天小区分户调控节能改造项目

案例地点

西安市

主要设备

无线户端智能流量调节阀、LORA基站

技术原理

本系统主要由无线流量调节阀、智能温度采集器、数据基站、远传系统以及软件平台组成。远传系统通过高可靠的LORA技术,通过无线收集所有无线控制设备和传感设备的数据信息,然后通过4G、VPN或宽带等方式将数据统一送入软件平台。

二次网节能调控系统

本系统在每户供热入水管安装过滤网,在进水管或回水管安装一只无线流量调节阀,用于用户阀门流量控制,无线流量调节阀加装回水温度传感器,用于测量回水温度。阀门采用大容量锂电池供电,远距离无线传输数据,无需任何布线。

系统选取约5%的典型用户每户室内安装一只无线智能温度采集器,采集用户室内温度信息,采集器采用锂电池供电,全无线传输,不需布线。

小区内根据需要安装无线网络基站,用于接收楼内无线智能温度采集器和无线流量调节阀的数据信号,并通过4G、VPN或者有线宽带等方式远传到供热公司软件平台。也可以将平台下发的控制命令通过无线传输到流量调节阀。上位机系统采用B/S架构,数据全部存入数据库系统,数据展示采用网页形式,配合多种图形、曲线等直观显示,并且可以在其他电脑不安装任何软件的条件下直接通过浏览器登陆系统,凭借相应的用户名密码查看相关数据。

软件平台通过对数据的实时监控分析,发出流量控制命令,根据温度预设和实时温度采集进行动态调整,并对异常情况及时做出反应报警。另外管理部门也可以直接通过系统下发控制指令。

一. 无线流量调节阀

无线电动流量调节阀外观图

1. 简介

根据每户的回水温度预设流量从而控制入户流量大小,全无线通信,内置锂电池供电,支持远程抄读及控制,防尘防水,IP68防护等级。

精准的流量控制:阀门根据预设值自动调节流量大小,实现不用用户流量的均衡按需分配。

2. 组成结构

无线流量调节阀阀主要由控制部分、执行机构、机械阀门组成。控制部分集成有无线传输模块;执行机构主要为电机驱动装置;机械阀门结构为V型球阀。

3. 产品特点

直观的液晶屏显示:阀门面板上有液晶屏显示,主要展示内容包括阀门状态、流量设定值、阀门编码、信号强度、电池电量等。

安全的防堵转:当有异物进入阀体或者由于污垢堵转后,阀门会自动切断供电电流,防止烧坏电机。

方便的现场配置:阀门集成有红外模块,可以使用配套的红外手持配置器将住户信息录入阀门内部作为编码。方便现场施工安装和后期维护。

灵活的现场操控:可以使用红外手持配置器直接操作阀门开关。使用手持器将阀门关闭后,住户温控器无法再开启阀门。

超长的电池寿命:流量调节阀使用内部锂电池供电,无需外接电源。内置电池可支持超过3000次阀门操作,使用寿命超过6年。

良好的质量:阀体材料为铜镀镍,防锈防腐蚀。流量调节阀V型开孔的球阀阀体,确保关闭严密,无泄漏,耐磨损,转动力矩小。

4. 流量调节模式与功能

该流量调节阀是通过对设定控制目标值(回水温度或室内温度)的实时检测与评判,来智能调节电动阀门的流量,从而切实改善系统的水力/热力平衡,提供系统的安全性,保证供热质量,减低系统损耗。本产品有以下参数可以设定:

1. 流量范围设定:由上位机(高级用户)设置基本流量范围,正常操作的流量将被限制在基本范围内。

2. 阀值保护设定:包括流量阀值(流量控制有效)、温度阀值(温度类控制有效)。当控制值与真实值的偏差小于阀值时,平衡阀(阀门)将保持不动。

3. 远程设置锁定/解锁:当平衡阀被锁定后,工作模式将失效,无法自动控制流量,阀门流量保持不变。

设备可以工作在回水温度控制、固定流量控制、室内温度控制三大类,详细分类及描述如下:

1) 固定回水温度模式:可设定回水温度,根据回水温度的设定值和实测值的对比来控制阀门的实际流量,从而达到智能控制供热平衡的目的。

2) 固定流量模式:可设定固定流量,从而达到人为控制流量的目的。受基本流量限制和锁定功能限制。

3) 全开、全关模式:控制平衡阀完全打开或者关闭。全开和全关过程不间断,根据执行器不同,行程大概70秒到150秒之间,不受基本流量的限制,但是受锁定限制。

二. 无线网络基站

1. 简介

无线网络基站外观图

无线网络基站采用采集及通信一体化集成设计,具有自主知识产权。设备CPU采用高性能处理器,使用嵌入式操作系统平台。网络基站集成有LORA扩频多信道无线技术,超大范围无线覆盖。

2. 产品特点

集成化设计,支持多任务运行。

可直接采用220V市电供电,无需电源转换模块。

采集功能:集成LORA无线技术,每个集中器的负载能力约为3000台,可支持我公司配套的无线阀门和传感设备等。

显示功能:实时显示电源、过载/短路,抄读,组网等功能。

实时时钟功能:可实现网络自动校时,整点抄读。

信息存储功能:32G字节非易失存储器,实现信息本地存储。

灵活配置功能:可配置抄读时间间隔、连接表号、楼号、单元号功能。

微处理器控制:灵活实现短路保护阈值、电流驱动修正。

独立远传模块设计:系统集成多种远传模块驱动,可支持我公司多种频段远传模块。

3. 技术参数

无线网络基站技术参数

软件平台

二次热网能源信息管控系统是建立在二次热网平衡调控终端硬件基础上的管理平台系统,可完成设备运行状态监测、运行参数设定、远程设备控制、统计分析和历史查询等功能,并能实时、安全、有效、方便地调控相二次网的水力工况与热力工况,以实现最佳运行效果。软件平台具备以下功能:

1. 数据远传采集功能

对用户阀门采集的供水温度、回水温度、室内温度、阀门开度、阀门状态、单位流量等内容进行实时监控和数据采集。

对室温采集器采集的用户室内温度信息实时监测上传,实现可视化精细化二次网系统管理。

2. 二次网远程精细化平衡调控功能

可远程对户端阀门进行平衡调控,消除系统水力失衡的问题,实现精细化可视化的二网平衡调节。平衡调控具有跟踪室温平衡调控、跟踪回水温度平衡调控等多种调控模式,满足不同类型小区的调控需求。

调控时系统具有回水温度补偿功能,不同类用户,如孤岛户、中间户散热量不同,因此需要对回水温度进行一定补偿,从而达到室温一致的调控目标。

系统具备基于大数据的室温建模功能,通过安装室温采集器的典型用户的室内温度,估测出没有安装室温采集器的用户的室内温度,从而找到真正的过热户,达到节能降耗、室温平衡的目的。

系统能够保存已经执行的平衡调控策略及调控参数,保存小区的阀门开度信息,实现阀门开度一键恢复。

3. 数据分析功能

1) 供暖效果分析

小区整体供暖情况分析功能,分析包含该小区的平均室温、最高室温、最低室温、达标率、小区供暖住户的室温分布情况等内容。

具有运行曲线绘制功能,系统对该供暖季的室温、室外温度、供回水平均温变化曲线进行记录绘制,方便对小区历史供热情况进行评判。

具备小区运行曲线分析功能,能够通过大数据统计出不同室外温度下的供水温度或回水温度,方便修订供暖运行策略。构成热源、一次网、热力站以及二次网、热用户的统一数据信息交换和智能分析基础,实现源网联动、精准供热、按需供热。

具备能耗分析功能,掌握小区实际的能耗数据情况并对能源供给合理性进行有益评价。

2) 二网平衡效果分析

系统可以按照回水温度或室内温度不同的数据源进行统计并显示,直观的显示回水温度平衡情况以及室温平衡情况,并且能够对具体的温度区间评判参数进行自行设置。

能够通过大数据分析室温与回水温度、流量、阀门开度的关系,建立各类参数对室温的影响模型,判断该小区的实际平衡情况,优化调控方案。

二网平衡可分区、分楼栋、分单元逐层分析,精确判断二网平衡情况,精确判断各支线阀门开度合理性并进行合理调整。

具有历史平衡分析功能,能够直观地看出项目平衡的变化情况,判断平衡调控系统在调控过程中起到的实际作用。

3) 单个用户供暖情况曲线分析

可查询分析每个用户的基本情况、阀门开度和历史供热曲线以及平均室内温度与平均户外温度变化曲线,根据曲线对用户的用热情况进行初步判断,如存在故障可有的放矢的进行维修处理。

4. 其他功能

1) 基础信息管理功能:系统能够对项目基本信息、用户基本信息、各个分支、阀门设备、室温采集器设备进行有效管理。

2) 历史数据查询功能:可查询住户的各项历史数据,包括历史供回水温度,历史室内温度、阀控历史记录、房间历史数据等等,方便建立数据库指导来年供热运行,同时方便对小区供热整体情况进行评估。

3) 报表导出功能:以Excel的形式导入住户的测温节点信息、阀门信息、用户信息等。可查询该小区在时间区间内的台帐信息,能够导出用户房间信息、阀门信息、运行数据等相关台账报表。能够将全部的阀控记录或者筛选之后的数据以Excel表格的形式导出并存储。

4) 添加备注功能:具备用户备注功能,如家里有特殊情况用户,可进行相备注,根据用户需求调控,进而避免多次投诉。

5) 异常标记功能:室温或者回水温度异常,可进行手动标记,方便时候检修,也避免无效数据影响小区整体供热情况分析。

6) 快速搜索功能:在快速搜索框内输入要搜索的内容,系统会在数据显示区进行全文搜索,显示相关的条目。

7) 盗热稽查功能:系统能够实施监测未交费用户的流量、回水温度、阀门状态等供热参数,监测盗热行为,提升收费率,降低由于盗热带来的经济损失。

8) 故障报警功能:软件平台具备系统故障分析功能。可根据设备不同的运行情况分析可能存在的故障,如:管道堵塞、户间水力失调、进水温度异常、回水温度异常、疑似窃热、室温异常等。并且对故障设备的数据以不同的类别进行区分和显示,便于管理人员及时发现故障并进行处理。平台能够根据报警用户处理状态、处理超时状态、报警类型等内容进行快速筛选,筛选后可将名单导出或者派单,进行有效的处理。

9) 权限管理功能:具有权限管理功能,对不同职级用户设置不同权限,保证系统使用安全性。

10) 预留软件接口:能够与现有的收费软件平台及自控平台对接。

5. 平台主要界面

1) 系统登录界面

系统登录界面

使用电脑、手机、平板等设备,通过浏览器输入网址,根据根据用户名密码即可登录管理平台系统。

2) 数据分析界面

平台主界面

进入系统后,进入数据分析界面。可以根据提示进入表具信息、室温录入、台账报表、小区能耗、供暖历史、楼宇视图、平衡分析、阀控历史等功能模块。

3) 户端平衡调控界面

户端平衡调控界面

户端平衡调控界面可以对小区所有用户进行批量平衡调节,包括自动调控以及手动调控两种模式,在此界面还可对用户平衡情况进行分析,也可通过高级筛选筛选出放水用户不热用户等。

4) 小区总体供热的效果视图界面

本页面可以直观的看到以单元为单位的总体供热情况及管道走向。

小区总体视图

5) 楼宇户间平衡视图界面

楼宇供暖效果阀门视图

在此视图下可以直观的看到各户的阀门开度大小以及供回水温度信息,并通过不同的颜色直接展示各户室温或者回水温度的高低。

6) 楼宇稽查管理视图

楼宇稽查管理视图

在此视图下可以对没有缴费的用户进行稽查,有效避免盗热行为。

7) 平衡分析界面

楼宇平衡视图

历史平衡曲线

在此视图下可以分析各个楼宇之间的平衡情况以及历史平衡曲线。

8) 用户供暖情况历史曲线

用户历史供暖曲线

在此试图下可看到所选用户用户的基本信息,历史供暖曲线,阀控历史等内容。

改造成效

1. 精准把控二网平衡,节能成效显著提高

此项目能够实现二网平衡精细化调节,避免由于二网热量不均衡造成的能源浪费,同时二网平衡后可以将循环泵频率降低或者更换小泵,因此也能够大幅降低电耗。

2. 信息技术赋能平衡手段,二网实现可视化、精细化平衡调控

在传统二网运维工作中,由于楼宇与换热站的距离不同、住户楼层不同、管网走向不同导致供热水量无法实现均匀分配,形成了供热质量差异大、住户室温差异大的现象。为了满足低温户的供热质量,只能加大供热水温或者流量,使得高温户的温度更高,低温户只有少许改善甚至没有改善。这样不但造成了很大浪费,低温户也会由于供热问题长期投诉,影响供热公司的服务质量。

此次改造实现每一户的入户端安装无线流量调节阀,全面实现设备运行状态监测、运行参数设定、远程设备控制、统计分析和信息实时查询等功能,实时、安全、有效、方便地调控相应二次网楼宇间和楼宇内的水力工况与热力工况,有效调节楼宇平衡情况及户间平衡情况,确保所有住户的供热均衡与舒适。

3. 实时监控阀门开度,盗热问题全面解决

传统热力公司在供热过程中,均会出现部分用户的盗热现象,私开阀门、误开阀门屡见不鲜,通过此次项目改造实施,将所有不用暖用户阀门全部关闭,并在软件稽查管理视图中实时关注供回水温度情况,盗热问题可全面解决。

4. 被动报修变主动维修,显著提升服务质量

此次改造能够实现热力公司对所有用户供暖情况的实时把控和及时调控,能够做到不等用户投诉,提前发现用户室内温度及供回水温度的异常变化,并将供热异常用户及时导出,真正做到早发现、早派单、早解决,提升供热服务质量和供热效果。

5. 信息化操控高效快捷,人力成本大大降低

在传统二网运维工作中,供暖季缴费用户开阀全凭人力挨户完成,经常会导致开阀不及时、错误开阀的情况发生,而且针对用户温度是否达标的信息,我们无法及时掌握,大多时候只能基于用户报修、投诉等方式知晓,无法保障供暖服务质量。经过此次改造,我公司利用物联网技术与计算机技术实现供热信息采集、远程控制与调节,完全实现后台一键开关阀,解决了人工调控的低效、失误问题。另外改造后,投诉工单量会有大幅下降,可以减少供暖季维修人员的数量。

6. 供热问题直观反映,运维服务工作有章可循

分户调控软件可实现每一户的供回水温度采集,客服人员可在软件上实时看到报修用户的阀门开度、供回水温度情况及历史曲线,有针对性的进行回复并且将情况反馈至维修人员,维修师傅上门后可通过阀门上显示的数据做初步诊断,有的放矢完成维修工作,使我公司的维修更有效、更高效。

7. 智慧供热平台完整,精细管理科学调控

无线室内温度采集器让运行人员可以实时掌握典型用户家里的室内温度,根据室内温度每日逐时变化情况及平均温度做负荷预测及调整,使能源站能耗运行更为合理,进而节约运行成本。

主要节能技术参数

单平米气耗由9.355m³/㎡降低至7.420m³/㎡

案例特点

采用工业级无线通信方案,基于高可靠LORA通信技术,信号稳定、抗干扰能力强,传输距离远,阀门信息、室内温度随时掌控。Lora技术是由一家法国公司在2015年研发成功的长距离微功耗通信技术,后被美国升特(Semtech)半导体公司收购,把该技术产业化后全球推广。我国近年来已经快速成长为Lora技术的全球最大市场之一,每年出货量2000万片以上,广泛应用于表具集抄、工业监控等多个领域。中兴通讯成立了中国Lora技术联盟(CLAA),以推进该技术在中国的本地标准化和市场推广。普赛通信是CLAA联盟会员单位,与几百家会员单位一起致力于Lora通信技术本地化。阿里巴巴公司也采用了Lora技术作为阿里巴巴智慧物流和智慧园区的标准解决方案。

LORA无线通信技术具备的优势是:

a. 相对NB无线通信方式,阀门无需插流量卡,实时通讯且没有通讯费;

b. 阀门功耗极低,锂电池供电可用六年;

c. 通信信号稳定可靠,适合大面积安装,无通讯死角,NB通讯模式无法实现信号全覆盖,三大运营商信号不好的地方NB信号也比较弱;

阀门可以实时控制。

应用效果(年节能减排效果及经济效益)

每采暖季每平米降低气耗1.935m³,每平米节省能源成本4元,每采暖季共减少能耗费用172.7万元

适用范围/应用对象

供热系统

目前已实施案例数量

全国范围内合作200余家热力企业,应用效果良好