“感传智用”室温大数据智慧供热技术

智慧供热论坛大连~2025 刘俊杰 中国城镇天津大学环境科学与工程学院2025年11月25日 室内空气环境质量控制天津市重点实验室 环境维度面对：生命、生存、生活、生产、生态环境控制技术 服务对象：好房子等四好人居环境，载人飞行器、太空家园等深空密闭舱室环境，深海、地下等极端深海人居环境，洁净室、生物安全实验室等深净受控环 飞机座舱环境控制 项目支撑：国家973计划“大型客机座舱内空气环境控制的关键科尚题研究国家自然科学基金封团空间环境非稳态气流组织瑞流热运动机理研究美国波音中国商飞等企业资助项目 项目成果应用于国产大飞机C919的环控系统设计：座舱环境指标体系支播了我国商飞企业标准的理！手国产客机C919：研发的再循环高效过滤器成为首个国产背代环控系统组件：支撑C919适航认证及商业运行。 空间站通风系统流场仿真与实验验证技术 项目支撑：国家载人航天专项：谢产热产湿实验模拟装置等 “空间站环境生命保障系统通风系统流场仿真与实验验证”“空间站热控试验人体代 流场数值优化无死角输氧快速除气污染和热量 研究成果已在中国T字型空间站天和舱（核心舱）问天舱、梦天舱（实验舱）成功应用，在轨正常应用2年服务于4批次12名航天员在轨驻留时间超过420天 动态变风量控制洁净度温湿度压差梯度、能耗MPC机 研究背景 AI环境能源控制理念赋能传统暖通空调 背景 供热面积 近几十年来，我国集中供热发展迅速，集中供热系统在全球规模最大，热网结构也最复杂 口2022年，北方城镇供热面积167亿m² 口2012-2022年年均增长率达8.0%，10年总增长率达118%， 管道长度 口2022年，供热管道长度59.07万km，可绕地球将近15圈。 次网16.0万km，二次网43.1万km 背景 用户需求+人工智能 传统调控策略 口依据天气预报进行前馈控制俗称春天吃饭口建筑热负荷受室外温度、建筑围护结构、室内人员活动等多种因素的影响；口供热具有热情性特点，受环境供应参数影响退缓口导致供需匹配精度差能耗高热舒适性低 集中供暖大部分是按面积收费热用户无法自主进行调节国家及各地供暖政策规定：室内温度必须达到目标值18~20°C，供热更多倾向于福利而非商品：供热企业是城市服务业，盈利持续发展。 总体框架模型 热舒适智慧供热感-传-智-用一体化平台 1.室温采集传感器设计中国城中国城镇供热协会 产品样式（V1.0版本） ·插座型·开关型中国城移动型 产品特点（物联网特征） ·NB-IoT/4G/5G可选·低功耗，0.8kW-h/年，静态电流，小于3.5μA平模块化数据自组网中国城 2.传感器数量计算 最优传感器数量 室温合理率 采集得到数据，且在18~24℃区间的传感器数量占总传感器数量的比例 传感器漫盖率 在实际工程设计中般预先设置室温合理率为70% 据工程经验，室温合理率一般在60%~80%之间。 3.传感器部署规则 楼栋分布 楼间不均匀性：各楼栋不周程度的热力失调导致了楼栋之间冷热不均 型网平得小区楼栋接盖率津议值为10%30%（楼栋集中式分布未网平衡（或管路平衡状况差）小区楼栋覆盖率建议值为40%-50%（楼栋分敢式分布）在管网远端、中端及近端的楼栋均匀安装 楼内不均匀性：同一栋楼中各住户热力失调程度不同导致楼内住户室温冷热不均 楼内布 在同一栋楼的不同楼层均匀分布楼内测点设置应尽量分散在不同楼层，并分布在立管两侧每栋楼的边户应该有较大的覆盖率 维内位 选择户内的一个常规起居的房间安装户安装个传感器即可避免阳光直射和冷风渗透位产避开常开大功率电器的位置 可支持制定室源采集传感器相犬技术绳范 4.室温日变化模式分析 构建室温日变化模型进行聚类分析 1构造24小时观测天量X = [X1.X2..X2412 使用与自标值的偏差放大信导强度X: 使用 lcmeans 模型进行聚类 调控目标 13温降低室湿波动照度 2）主航道：使室温趋近设定值正偏差。 5.影响室温日变化模式的因素 使用回归模型分析影响因素及程度 1以具体特征为基础，定义多元线性回归方程+m.PuCT.Du.S.P.HPF+[m[R.F.Y.A]城 使用MNLogit计算统计变量 estimatedcoefficient：估计系数standarderror：标准误差oddsratio：比值率P-value：统计显著性 特征缩减 6.热力站有效室温的计算 使用滴值法（EV）计算热力站有效室温 对比方法：简单平均法（SA)、中位数法（MD)、加权平均法(WA) L计算室温采集设备的样本比重x,(t= 1..nj e 1.m)2. 计算室温采集设备的摘值建计算信息几余d -1-e 0 =1,...m)4计算每个室温采集设备的权量d, G-1m使用加权平均法计算有效室温ICTS,ax(-1..n) 7热力站热负荷预测 特征近择 Ontloor fempxoareweorher boaliffanonr tumidgwmd doctan 业务需求 热负有预测是热力站调控的前提条件 2 技术限制 单项模型在预测精确性和稳定性方面都有一定的不足 解决思路 组合预测可以发场每个单项模型的优点，规整其缺点 7.热力站热负荷预测 四种单项模型BPNN, RBFNN,SVR, XGBoost 权重计算方法 组合预测误差平方和最小法（minSSE） 四种评估指标MAE, CV-RMSE, MAPE R2 三组试验数据来自于卖际的二个热力站个采暖季的运行数据 实验结果 组合预测模型明显优于所有单项预测模型 7.基于DeepSeek的热负荷预测中国城镇中国 条件判断 大模型调用 8.动态仿真控制模型 基于Dymola平台的开源Modelica Buildings库 基于真实热力站系统 ■16万m，33栋建筑：69户室湿监测占9.4% LiZetal.AppliedThermalEngineering.2023.218:119241. 8.动态仿真控制模型 换热器模型验证 3房间热平衡验证 管道模型验证 次侧回水温度和一次侧供水温度T，测试误差小于8%，模拟能准确反映实际换热器工况。 训练集的RMSE为0.13C，验证集的RMSE为0.38C辨识精度高辨识参数满足要求。 根据总延时为1h，确定各管道流量和管径。最终显示延迟为1h最大为0.983 9.单区单一调控策略 适用范围 供热区域内的建筑物功能单用热需求较为统一。 调控策略 结合预测天气条件，基于热力站有效室温的反馈值和设定值偏差的预测反馈控制方法 利用预报的天气条件来确定二次仅供热系统的供水温度和流量：■在获取室温数提后，计热力站有效室温T量通过有效室温下的与设定T的差值，结合调节曲线对一次视供水温度下校正：■通过P控制器调节一次侧的阀门开度，以改变一次侧流量而调节二次侧供水温度。 管网延时明显小手建筑物热情性延时以室温为反馈调节热力站或热用户的热负荷是可行的 9.单区单-调控策略 室温稳定性对比 抗干扰性分析 灵活性对比 基于有效室温反馈控制，室温波动明显减小从±1.1℃降低到+0.3℃ 室温波动在+0.5℃C以内，不会出现室温累积上升的现象。 仅改变室温设定值，可实现室温实际值的变动。 10.多区混合调控策略 适用范围 供热区域内的建筑物功能多样，涵盖居民与商业等不同业态，用热需求不统一。 调控策略 集中控制结合分布式控制的混合控制方法，该方式属于双级调控 级调控通过最不利环路室温反馈来调节热力站的一次网阀门并度，保证总热量满足需求；二级调控通过每个环路的室温反馈控制该环路上分布式阀门开度，以实现热力解耦。 10.多区混合调控策略 办公建筑启动时间 室温波动分折 合控制住宅建筑室温波动明显降低自室温在19C附近波动。办公建筑可根据办公时问进行室温调控，达到按需供暖的目的。 办公建筑调节时间：正常工况（工作时间提前两小时启动）为7：00~19:00低温供热工况为19:00~7:00 节热12%：节电16%：减CO，575t 项目案例中国城 现状/方案/效果 商业模式：天海环境能源人工智能联合实验室 节能科技公司 大连海心信息工程有限公司 ■提供警休设计和改造方累及运膏管理方案■物联网下二级网水力平街服务■整体的节能运行自控系统 1案例东北某集中供热系统 现存问题 热力站调节 传统的气候补偿模式：无法精确感知二次网未端的运行状态及热用户的受热效果：对用户反馈响应速度慢，供需匹配精度差：■供热系统能耗偏高、用户满意度较低 二次网 楼宇单元入口安装有球阀，起到截断和调控的作用■水力平衡效果不佳，存在较严重的冷热不均现象用户投诉率较高。 口直供区域实供面积97万平米，户数9千户： 口热力站7座，换热机组9个； 口热源为一座火力发电厂 1.1改造方案 室温采集传感器 数量610台 二次网 口以楼宇单元为最小调节单位，共安装静态平街阀953台： 口，在单元的回水管道上安装了483台管网未温采集设备，采集管道的回水湿度。中国城镇供 1.2改造效果 采样本数量为610户，平均湿度为23.35C，室温合理率69%。 室内温度分布规律基本一致，集中在19~25.9°C区间内。少部分用户低于19°C或高于26℃,投诉率由1.10%降低到0.94%，下降14.55% 四个热力站的近端中端和远端的回水温度接近一致，满足热力平衔的要求， 其余三个热力站的远端瑞回水温度与近端和中端相差较大原因在于远端的楼房培体没有保温，导致供回水温差较大。 1.2改造效果 室温稳定度 节热效果 所有的室温稳定度都在0.96以上，有一半是0.99，表明了室温波动小，稳定性良好。 本期每小时的热耗较同期值均有不同程度的降低，平均降低幅度为5.05% 采暖季热单耗由0.3381GJ/m降低到0.3178GJ/mz，降幅6.00% 调控策略能够保证室温的稳定性，使室内温度不因为外界环境的变化而波动，始终维持在一个较为恒定的值。 北京市某集中供热系统2. 案例二： 现存问题 热力站调节 供热系统的调控仅能针对热力站，无法精确感知热用户的取暖效果：只能根据用户的投诉情况获得一些模糊的反馈。 二次网 口热源为一座燃气发电厂：口东区热力站12栋楼，共1058户，供热面积17.48万平；口西区热力站8栋楼，共712户，供热面积8.67万平。 楼栋单元安装有关断阀，不具备水力调节功能：二次管网的水力失衡严重，冷热不均现象较严重，投诉率始终居高不下。 2.1改造方案 以室内温度作为反映用户取暖效果和实现热力站调节的参数。 室温采集传感器 行业标准《城慎供热工程智能化技术标准》（征求意见精）用户室温监润比例不应候于用户数量的20% 02 二次网 以楼栋单元为最小调节单位口每个单元安装物联网平衡阀和流量计，口共安装58套。 2.2改造效果 热力站有效室温稳定度 口西区热力站：20.85~21.75℃之间，波动小于±1℃口东区热力站：21.18~22.18℃之间，波动小于±1C口热力站的有效室温达到了设定的调控目标，能够维持在一个基本稳定的值 口室温稳定度为0.99的占大部分，只有一个设备一天的室温稳定度为0.94其余的都在0.95以上， 口表明了该项目的室温波动幅度较小，臭有良好的稳定性 2.2.改造效果 口本期每小时的耗热量较同期值均有不同程度的降低 口东区热力站平均降幅为5.24%，西区热力站平均降幅为6.11%口两个站平均热单耗为0.2846GJ/m2，降低6.05% 口西区热力站室温数盘共195户，平均温度为22.45℃，室温合理率66%。口室内温度主要集中在20~21.9、22~23.9和24~25.9°C区间内，极少部分用户低于19℃ 结论与展望中