1项目概况

1.1目前现状

目前国内供热二次管网普遍存在不同程度的水力失调问题，近端住户室温偏高，远端用户室温偏低。为了解决孤岛用户的不热问题，只能提高换热站供热温度或流量，造成流量大的用户超供，并且增加了电耗，热耗。距离换热站近的沿程阻力小，散热面积小，供热能力强；距离换热站远的沿程阻力大，散热面积大，供热能力减弱，因此存在近端流量大远端流量小、近端供热强远端供热弱的问题。流量的分配是控制出来的，不是设计出来的。因此，必须采用合理的控制手段对每个供热站末端的流动进行控制，从而实现对整个换热站的水力平衡和热力平衡。

分析二网水力失衡的主要原因有:

（1）工程设计的理论计算值与实际数值的误差。

（2）施工工艺与设计的偏差。

（3）运行过程中运维不当导致的管道锈蚀堵塞

（4）后期用户增减及用热率不均衡导致的失衡等。

1.2传统调节方式

二网水利平衡的最终目的是为了实现热量在不同小区、单元、用户间的合理、均衡分配，降低运行的热耗、电耗损失。为解决这些问题，供热企业在不同角度对二次网平衡进行了改造和调整，各种方式的设备投入，人力成本，调节周期等相差悬殊，效果也不尽相同。由于现场工况的复杂，执行人员的能力不同，相同的调节方法也会产生差距较大的结果。

　常见的调节、改造方式有以下几种：

1.准确统计辖区内各单元分支的采暖形式，节能程度，距离热力站距离等，重新计算校核管网口径，通过安装短管阀门、节流孔板等进行调节。这种调节方法对技术要求相对较高，前期统计要考虑到管路老化堵塞等，计算改造复杂、改造成本较高。另外，山东地区存在小区供热面积每年发生变化情况，面积增加后动态调节差。

2.加装动态平衡阀，通常动态流量阀或动态压差阀进行调节，因设备精度、各单元需求差异等情况，也需要多次精细调整。采暖面积发生变化时需要重新调整。

3.各楼宇、单元安装流量表，按照二网总流量计算各分支单元的应设流量，并使用静态平衡阀进行控制。该方法投入成本较高，调节时互相扰动较大，需要多次调整，调节时间长。

4.使用专用设备采集各分支楼宇、单元的供回水温度，供回水压力，并利用通讯手段上传到计算软件，对流量和热量进行计算。将计算结果汇总发送到运营人员手中，再由运营人员手动调节静态平衡阀。该方法可以做到同时采集所有单元分支的数据，但调节仍然依赖人工。单次调节完成后还需要等待管网的响应，采集，并在此反馈给运营人员进行多轮的调节。

5.按照供回水温差平衡法，对每个分支单元的供回水温度进行测量，进行手动调节。这是传统换热站运营人员常用的调节方法。仅使用温枪对管道测温，人工对阀门进行调节。但由于需要大量人力，多次反复调节。不同人和温枪造成的温差较大，只能用于粗略的调整。

1.3项目目标

本项目旨在使热力公司投资最小收益最大的前提下，利用现有产品及技术手段，实现远程计量和温控的节能改造方案。本方案适用于老旧小区供热管网改造和新建小区供热管网建设，使得计量、温控、平衡、节能一步到位完成，通过物联网通讯技术，配合智慧供热上位机管理软件，实现终端设备数据实时抄读、实时监控等多种功能，达到节能减排，降低运营成本，提高企业效益的目的。

2系统设计

2.1调控策略

为寻求更便捷、精准的二次网平衡调整措施，我公司与国内知名供热专家合作研发，采用逆向思维方式，利用回水温度一致法原理实现二网智能调节系统。该系统简化数据采集的种类，提高了数据采集的精度，在理论与实际应用中均得到了验证。

各建筑按照面积安装散热片后，单位散热片的散热量平衡即可认为是建筑热力平衡。在其他条件不变时，二次网均温的平衡即是热力的平衡。其中各单元（户）供回水均温计算中若供水温度基本相同，即可取各分支回水温度为核心指标，通过电调阀自动控制流量，进行各分支之间的热量分配。最终达到二次网热力平衡。使用回水温度一致法，可以避免流量法测量的复杂和低精度问题，有效提高了执行效率和成本，简便易行。

2.2系统架构设计

根据对二次网水利失衡调节程度的需求，可以以楼宇、单元或户为单位进行设备安装。

1)整个二网平衡系统架构包括户用室温采集器、智能回温控制阀、单元热量表、数据采集箱和系统服务软件；

2)智能回温控制阀（户调节阀）根据用户实际负荷进行调节，智能温控阀安装在用户供热回水端；

3)单元热量表采集每个单元的用热量、流量、供回水温度等，单元热量表安装在供水端;

4)数据采集箱包括电源、4G数据集抄器、采集箱，数据采集箱与热量表、智能温控阀通过MBus总线连接，通过4G网络实现与上位机平台的通讯，实行数据传输和控制功能；

5)系统服务平台包括服务器或者云平台、上位机服务系统。

2.3调节方法、步骤

（1）各末端设备安装在回水管道末端，对回水温度进行采集，并通过物联网实时上传到系统服务器。

（2）系统通过统一汇总，结合换热站相关的二次网供回水温度，变频器设定，热量表等数据，以户外均温与抽样用户室温为参考，自动计算出每个末端设备的目标温度与调节速率等参数。

（3）系统再通过物联网将数据按目标下发，每一台设备收到命令后自动执行并反馈。

（4）设备根据设定的目标回水温度与采集到的实际回水温度进行比较，如果实际温度高于目标温度，则减小阀门开度，过低则增加阀门开度。设备会根据实际温度与目标温度差距大小自动控制调节幅度与频率，防止管网波动并确保调节结果稳定后再进行下一次判断。

（5）系统获取并分析调节结果，计算二次网失调度曲线与平衡率。维护人员只需要在移动端APP或电脑前操作即可完成二次网水利平衡的调节。

2.4技术创新性

二网平衡系统采用了几项创新的应用，用以解决在二次网水力失衡调节中遇到的难题。

（1）由于温度采集相比较流量测量和热量测量成本低，精度高。因此解决了因为误差导致的二次网水利失衡无法精确调整的问题。

（2）采用物联网传输方式，采集数据和下发命令实时到达，解决了人工测量误差与人工调节周期过长无法避免管网整体温度发生变化的问题。

（3）设备自带电动调节阀，可以实现同时调节与模糊控制，以动态的方式进行调节，将水力失衡逐步降低到一个可接受的范围内。解决了人工分别调节需要的大量时间与人力；电动调节阀的精度和幅度可以做到更加精确，同时数据可以被存储到服务器进行分析。

（4）由于设备采用电池供电，无线通讯，大大降低了安装成本。不需要布线，市电转换等工作，降低了维护难度和风险。

（5）由于采用了物联网即时通讯的方式，效率大大提高，单个小区的调节仅需要几个小时。选择适当的时机不会对用户造成干扰。

在调节完成后即确立了各个分支的阀门开度比例关系，此时命令阀门保持在开度不再变动。当户外温度发生变化，只需要提高或降低二次网整体供回水温度，各分支保持同比例上升与下降，不会打破管网平衡。

3主要设备介绍

3.1室温采集器

无线室温采集器是一款基于物联网技术的温度采集器，让用户足不出户可以实时掌握供热区域的室温变化。能够为供热平衡调节提供精确的决策依据，并可与热网自动化控制系统构成供热闭环控制,实时调节热力、水力工况，从而降低能耗，提高用户满意率。

在典型住户（冷山、顶层、底层、中层住户）家安装室内温度采集器，总体配置原则为第1000平方米配置1台室内温度采集器，冷顶底的占比为40%，中层住户的占比为60%，将室内温度数据传输至调度中心，以便操作人员实时掌握用户室温变化。

86型无线室温采集器创新型的温度采集器，相比传统温度采集器，它采用常见的墙壁插座和灯开关形式，内置最新的物联网无线通讯模块（NB-IOT），具体如下特点：

尺寸：86*112*35mm

固定安装：标准86盒安装方式。

安装方便：体积小，安装方便。

兼容性好：直接替换家中老开关、插座。

安全性高：机械开关、插座，隔离取电。

通讯稳定：NB-IOT通讯，信号稳定

超低功耗：静态功耗小于0.5W

测温范围：-30℃~70℃

测量精度：±0.5℃/±0.1℃(可选)

显示精度：±0.1℃

3.2物联网平衡阀

物联网平衡阀是热网平衡和节能控制的关键设备，它能够通过物联网通讯技术实现远程的调节，配合监控软件将室温数据及时发送给物联平衡阀，可实现对单元或用户入口流量的自动调节，实现室温的达标。

　物联网平衡阀主要主要具备以下特点：

1)物联网平衡阀集执行器、温度传感器、平衡阀于一体，可与监控中心平衡系统软件对接，可以自行完成回水温度自动调节，也可以接受上位软件的开度指令完成开度调节。

2)物联网平衡阀支持有线RS485接口、NB-IOT、4G无线网络多种通讯模式。

3)物联网平衡阀整体低耗电设计，可以使用电池供电，确保5年免维护；

4)既可以有线供电安装，也可以免布线、免供电、免开挖安装。

5)可测量及读取回水温度参数，温度传感器应采用不低于±0.3℃精度等级的传感器，分辨率达到0.1℃。

6)执行器控制精度1%。可以通过手机程序现场设定阀门最大开度和最小开度。

7)可以设定定期自动巡检周期以清洗除垢，可以设定自动巡检开度范围。

8)整体IP68防护等级，适用于地井等潮湿场所使用。

9)执行器具有紧急手动功能，在电源故障或执行器故障时可以手动打开或关闭阀门。

3.3数据集控箱

数据集控箱是用于实现热量采集和阀门控制功能，支持4G无线、有线方式与服务器通讯。

数据集控箱包括：箱体、智能采集器（或无线网络传输模块）、电源、开关等，安装在热量表附近，通过数据线连接到智能采集器上。

智能采集器用于无线远程抄表和阀门的调控,支持M-Bus和RS-485总线,支持主流国标热表、水表、电表、气表，可连接M-Bus和RS485两种总线标准的热量表;集成以太网和2G/4G/NB-IOT通讯模块，可快速准确地实现仪表数据采集、存储、上传和阀控等功能。

智能数据采集器

功能特点

为服务器与阀门远程管理提供网络链路

工业级设计，满足恶劣应用环境需求

精选工业级器件

优化电磁兼容设计

工业级品质，7X24h稳定运行

产品器件均为知名供应商提供，品质可靠

科学的外观设计，体积小而轻，轻松实现各种环境的快速壁挂安装

水力平衡作为节能的基础，据北京建筑大学给出的数据，管网20%-30%的热量损失在二次网不平衡上，将二次网水力也调平，才可真正达到所谓的“全网平衡”，才可为节能提供真正意义的“基础”。

二网平衡的调控方式可采用单元调节或户调节两种方式实现，配合典型室温采集器和二网平衡软件实现二网平衡，消除二次网水力不平衡造成的热损失。

单元调节方式：以单元为最小调节单位。

优点：可以有效解决水平失调（单元与单元间失调）问题，后续维护工作量小。

缺点：不能解决垂直失调（楼上与楼下间的失调）问题。

户调节方式：在每户加装户端平衡阀，以户为最小调节单位。

优点：可有效解决垂直失调（楼上与楼下间的失调）问题，并且对欠费用户可以进程进行开关进户阀操作。

缺点：增加了成本和安装工作量，后续维护工作量大。

用户可根据现场实现情况和预算选择不同的方案。

二网平衡监控系统开发请认准e时代软件。