室温采集设备在智慧供热中的应用
浅谈由鲁明热力承建的西安某热力公司南郊某小区分布式集中供暖项目智慧热网平台的搭建
鲁明热力 张伯星
鲁明热力 张伯星
新一代信息技术的发展促使各行业进行转型升级，“智慧”已经普 遍成为表述依靠新信息技术发展而转型升级的关键词。在供热行业，“智慧供热”已被正式提出并被行业内的有识之士广泛关注。而在智慧供热中， 热用户的室内温度采集显得尤为重要。室温监测数据不仅是采暖效果的 依据，更是构成智慧供热全网控制策略的数据基础。本文对当前主流室 温采集设备进行梳理比较，并选择适合的设备类型应用到供热企业智慧 平台中，为企业智慧供热平台提供基础数据，取得了良好的效果。
当前，我国正从国家战略高度推进运用“互联网 +”、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术赋能各行业的 转型升级，“智慧”已普遍成为描述这类转型升级特征的关 键词。城镇集中供热系统是支撑我国人民生产生活的重要能 源基础设施，是构建生态文明社会和中国特色新型城镇化的 重要内容。在“智慧城市”、“智慧能源”、“能源互联网”、“工业互联网”、“中国制造 2025”等相关概念的带动下，“智慧供热”已被正式提出，并已成为中国供热行业的关注焦点。
在智慧供热系统中，无论是热用户所处的需求侧，还是供热企业所处的供给侧，供热的代表性关键参数都是热用户室内温度。因此，室内温度监测是实现智慧供热的重要手段。室温监测数据信息不仅仅反馈热用户实时的室内采暖温度， 作为判断热用户采暖状态以及供热系统保障效果的依据；而且，供热的核心理念是为用户需求提供合适的温度，室内温度是调控最重要的参考依据，如果热力企业对室温不了解， 就会影响楼内失衡度的测算，使得二网调控失去了依据，调控节能的意义也就失去了一大半。供热调控势必逐渐精细化， 走向二次网，引入室温，基于室温的调控手段将是未来发展的趋势；更重要的一点，积累一个典型热用户室内温度与室外气候条件、供热参数、建筑热特性等相关联的历史数据库， 这个历史数据库构成了智慧供热全网控制策略的大数据分析基础。总之，室温采集是实现智慧供热的先决条件、必要条件。
室温采集设备的分类
随着仪表检测和数据采集技术的不断发展，室温采集设备也克服了早期存在的技术问题，变得更加稳定而高效。早期的室温采集设备一般是可移动的桌面摆放或壁挂式，位置无法固定，导致了一方面是不同热用户将测温装置放置在不同房间、不同位置，不利于供热单位判断典型热用户的实际室内温度情况，另一方面也无法避免受到外界因素的干扰。另外，早期的室温采集设备一般采用普通电池供电，由于设备耗电量大，电池寿命无法保障，频繁更换电池是保障测温装置长期可靠运行的难题。目前，技术的发展解决了这些问题，设备的固定安装及自带的移动报警功能，是测量的数据准确性得到保障；新的供电方式和锂电池技术的应用，以及室温采集设备耗电量的降低，成功解决了设备供电问题。目前，主流的室温采集设备按供电方式和通讯方式可做如下分类：
按供电方式分类
插座式
插座式室温采集设备采用 86 盒安装，可替换用户原有插座，取用户 220V 市电供电，并且设备功耗低，不会产生用户电费负担。此类型室温采集设备用户无法移动位置，并可利用数据补偿功能，针对不同用户安装位置不同，对采集到的数据进行补偿，以达到最终上传温度数据的准确有效。另外，防温升技术的应用使室温采集设备被当做插座使用时， 特别是较大功率用电设备使时
同样保证采集的数据准确， 不会对最终数据产生影响。
开关式
开关式室温采集设备可代替用户室内灯的开关，采集室内温度的同时，可实现控制室内灯具的开闭。此类室温采集设备采用单火线供电方式，既保证了设备稳定的供电需求， 又实现了设备本身耗电量极低。同时，温度修正功能也解决了安装位置过高所带来的数据准确性问题。锂电池供电
锂电池技术的发展，使室温采集设备的供电问题得以解决。不同于以上两种类型的市电供电方式，此类室温采集设备采用高性能锂电池供电，在保证数据采集和上传频次要求的前提下，能实现 3 年以上的供电时间，这大大缓解了更换电池所带来的的各种麻烦。同时，锂电池供电保证设备安装位置灵活，可根据数据采集要求安装在合适位置，安装位置自诊断功能和低电量报警功能也保证了设备采集数据的准确性和更换电池的及时性。
此类室温采集设备为锂电池供电类型的发展和延伸。把能量块封存在采集设备中，防护等级高，供电时间长。配以先进的无线传感技术，在保证温度变化幅度和采集上传频率的前提下，可提供 10 年以上的供电时间。
按通讯方式分类
NB － IoT 通讯方式
窄带蜂窝物联网（NB － IoT）技术的兴起和商用化， 使得基于 NB － IoT 技术的室温采集设备得以大发展。此类室温采集设备具有覆盖广、功耗低、连接数量大和成本低的特点。尤其近年来 NB － IoT 通信模块成本和通讯资费的降低，有利于大批量采购和使用，并且通过中国移动、中国联通和中国电信三大运行商现有基站进行网络部署，省去了用户建网的麻烦和费用。
LoRa 通讯方式
LoRa 是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，是诸多 LPWAN 通信技术中的一种。基于 LoRa 技术的室温采集设备无需依靠运行商就可以完成网络部署，具有布设快，成本低的特点。在小区、农场、产业园等封闭区域，特别是信号较弱地下环境，LoRa 技术优势明显。但同时基于LoRa 技术的室温采集设备面临私有技术垄断、数据安全和网络安全等问题。
综上所述，室温采集设备无论是按供电方式上分类，还是从选取通讯方式上分类，其都有各自明显的优缺点及后期发展的优势和限制。所以，智慧供热系统在室温采集设备的选择上要根据自身供热系统的实际情况和需求，针对不同室温采集设备的特点进行选择。最终，实现采集数据的准确性、有效性和实用性。
本项目中室温采集器的选型
本项目由热力公司直管到户，本小区性质为老旧小区改造项目，业主平均年龄偏大，故业主普遍反对将市电供电式温度传感器置于家中，部分业主对传感器产生的电费抱有怀疑态度。本小区建筑面积175000平方米，热用户1278户，小区建筑类型为多层建筑，建筑分布较为分散。
综合以上两点，本项目最终确定的室内温度传感器为基于数传电台433MHz的无线能量块式温度传感器。本传感器优点为独立供电，传输距离较远，可覆盖小区内所有楼层，并且不产生额外的数据通信费用。
室温采集的功能应用
室温采集数据是判断供热系统保障效果的依据，同时担负着为智慧供热全网控制策略提供基础数据库的重任。智慧供热平台中多个功能模块都需要热用户室温采集对其提供数据支持，包括热网监控与能耗分析模块、二网平衡负荷预测模块、GIS 地理信息模块和客服收费系统模块等。如图1 所示。首先，室温采集数据可以丰富和完善热网监控功能，使热网监控系统不但能监测热源、热网、换热站的基本数据， 而且可以监测热用户的室内温度数据，形成一个完整的监控体系。同时，室温的采集监控可以使供热系统精准供热，促使能耗分析系统有的放矢，达到降耗节能的效果；其次，室温采集数据为二网平衡调控提供依据，根据热用户室温，可
以通过水力平衡阀对各单元楼，乃至各个用户进行调节，达到二次热网水力平衡自动控制的目的。而负荷计算系统的核心功能包括热用户需求侧负荷预测，明确用户室温需求对负荷预测显得尤为重要；然后，GIS 地理信息系统是供热系统基础数据录入的主要入口，支持与其他相关系统进行数据交互，实现数据的集成显示和统一管理。热用户室内温度数据的录入，为这一功能提供了数据支撑；最后，客服和收费系统是为用户提供服务，智慧服务的终极目标是提高客户满意度，变被动服务为主动服务，直观了解用户最关心的室内温度问题，采取主动调控方式满足用户需求是实现这一目的的基本条件。同时，室温采集数据对供热收费提供有力的数据保障。
室温采集设备作为智慧供热系统的触角和神经末梢，为智慧供热提供基础数据支持，将实现如下功能：
多终端实时数据显示； 历史数据查询和汇总； 数据图形化统计分析； 设备故障报警；
室温上下限报警； 操作记录日志；
系统采集参数远程设置； 多系统对接 API 功能等。
