引言智慧供热系统改变传统的供热方式，利用现有信息化业务产生的数据，进行数据的集成与在线业务的拓展。同时结合现代工业产品具有的时代特点，通过结合“互联网+”思维模式，利用积累的大量历史数据和大数据算法，实现关口能耗分析、楼栋能耗分析、户内热表实时监测分析等，实现供热的智能调节，达到节能降耗的目标，推动经济效益。智慧供热系统的主导思想是通过对供热过程进行“数字化管理”达到节能降耗、科学管理的目的。1智能供热系统介绍目前我国供热领域数据信息化系统分为3种模式：（1）供热系统监视控制，主要体现在热源核心智控系统、智慧供热换热站智控模式、公用建筑按时段按区域智控系统，形成源网荷储全流程的监视控制；（2）基于用热计量技术，应用热表将热计量数据自下而上应用于指导供热系统运行，主要体现在通断时间面积法、户用热量表法、温度面积法、流量温度法、散热器热分配计法；（3）智慧供热信息系统，通常包括多种信息系统的跨领域融合，包括GIS地理信息系统、设备管理系统、室内测温系统、客服缴费系统、调度与指挥系统、大屏幕驾驶舱监控系统及能耗分析系统等[1]。众多数据系统难以产生整体协作价值，数据对接机构不畅，对实现按需供热、精准供热帮助较小，反而易造成极大的资源浪费，各系统的巨大投资未能产生预计的节能价值。与此同时，国内目前常用的数据处理方式多为人工计算，拟合曲线和经验数据相结合的方法进行，工作量巨大且容易产生误差，该方法易受各种自然因素的影响，造成供热指导性不强。本研究以天津市某企业建设的数据分析系统为例，介绍该系统的建设思路、构建基础、功能实现及系统展望，全面分析当前供热模式下，通过搭载智慧供热手段，利用实时监控数据分析指导供热运行的情况，进而达到供热稳定、高效节能、绿色环保的目的。2系统建设基础2.1数据分析系统主要功能供热生产数据分析系统，即以实时数据采集监控形成的数据库系统为基础，综合智能监测预警、专业数据分析等技术构建，主要实现以下功能：（1）构建实时数据平台：以实时数据库为基础，通过采集原有模式下运行温度、压力、流量等参数，建设供热生产全环节在线实时监控采集、数据分析以及在线分析预警平台。形成全流程可追溯、可监控、可调取的功能。（2）能耗综合分析：基于实时数据库平台，引入专业数据分析技术，对能耗情况进行实时监测分析，通过对标管理，查找能耗差异性原因，形成负荷预测，优化生产运行。（3）设备状态监测预警：基于实时数据库平台，引入智能监测预警技术，实时监测设备运行状态，以设备运行参数阈值为限定条件，通过后台计算，提前发现设备故障，降低安全生产风险。（4）生产数据大屏展示：以实时数据库平台为基础，实现供热生产数据的实时刷新、趋势分析及生产报表等功能；可直观显示关口及换热站实时运行参数，便于现有智慧供热体系下，调度平台策略的制定及下发，并结合实时数据验证操作结果。2.2实时数据库监控平台供热实时数据库监控平台主要用于完成集中供热系统中整个热网及各个换热站的监测、采集和控制任务，是构建数据分析系统的基础，可以协助热网调度和维护人员完成操作，使热网能够安全、稳定、节能地运行。供热实时数据库监控平台分为现场仪表设备、计量部分、控制部分、通讯部分、电源部分等。远程计量监控前端与无线通信设备进行连接，将运行参数和报警等信息全部上传到数据分析系统的服务器端，热网监控模块对热用户数据进行显示、存储、分析和处理，并通过内部局域网与相关科室的终端机相连，使所有终端机均可远程调阅热网数据参数、数据表格、数据分析图形，实现数据共享，进行热网管理[2]。供热实时数据库监控平台部署在数据中心，由热力企业总控中心统一进行控制管理，每个控制终端通过授权认证，可在权限范围内进行控制管理。权限认证可以使用简单的口令认证，也可以使用身份认证锁方式进行严格认证。供热实时数据库监控平台可以将控制对象和权限划分层次，如按各个科室的管理范围和职能进行划分。每个科室按照本部门的换热站管理范围，由软件系统分配相应权限进行远程控制和监测，公司的数据分析系统保留最高控制权限，但在正常运行时不干涉科室的运行和控制，当科室发生严重故障（如：严重事故、停电、网络故障等）无法进行远程控制时，才由公司数据分析系统接管控制权限进行控制，以保证正常生产。供热远程监控构建示意图如图1所示，数据分析系统构建示意图如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.019.F001图1供热远程监控构建示意图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.019.F002图2数据分析系统构建示意图现有运行数据通过供热远程监控采集的基础上，将实时数据采集存储，形成供热公司自有大数据中心。在大数据中心基础上，形成数据分析系统，实现供热企业的生产实时数据展示、设备状态监测预警、能耗数据分析及综合分析系统。3数据分析系统功能实现3.1供热负荷预测随着供热规模的不断扩大，智慧供热手段的逐渐普及完善，供热服务已经摆脱了传统粗放型供热的模式，更加注重供热的精准度与热用户的舒适度，需要建立一种既满足节能降耗需求又确保室温达标的新型供热方式。数据分析系统通过与采集设备通讯、采集用户入户的室内温度数据、存储每家每户的温度历史数据，结合当时的气象预报数据，分析气象温度数据、标准服务温度数据、实际入户室内温度数据间的差异关系，对比实时换热站监控参数，建立基于室外温度参数指导下的换热站智慧调控模型，进而优化调整运行策略，保证室内温度舒适性。室外温度是影响室内热负荷的关键因素，利用天气预报值，可以计算建筑物相应的热负荷，即：Q=ftw=KS(tn-tw) (1)同时为保持建筑物得失热水平一致，维持室内温度处于达标状态，可将采暖设施散热量与建筑物热负荷相关联，从而得出热量平衡方程：Q=GCtg-thρ/3 600 (2)式中，Q——热负荷，W；K——建筑物传热系数，W/(m2·℃)；S——建筑物表面积，m2；tw——室外气温，℃；tn——室内舒适温度，℃；G——循环流量，m³/h；C——水的比热，J/（kg·℃）；ρ——水的密度，kg/m³；tg——供水温度，℃；th——回水温度，℃。由式(1)可知，当维持室内温度tn=20 ℃为固定舒适状态时，利用建筑物基本信息，得出建筑物热负荷Q与室外气象参数tw之间的关系，即室外温度tw变化时，热用户用热量按同一比例变化，此时建筑物热负荷Q是舒适供热状态下最基本耗热量。由式(2)可知，当建筑物热负荷Q为室外温度tw单值函数时，换热站运行状态参数，在不考虑改变水泵运行方式，即G维持不变时，供水温度tg与回水温度th的差值同样为室外温度tw单值函数，即仅受室外温度tw改变影响。由于建筑物热惰性及温度响应滞后性，通常以调节运行供水温度tg改变换热站的运行状态，从而建立供水温度tg与室外温度tw二者之间的关系，进一步建立以某一换热站为单位模型。在满足室内温度舒适的基本要求下，在某一室外温度条件时应提供的供水温度，即建立起换热站基于室外温度参数指导下的智慧调控模型。供热企业某一换热站采暖季室外温度与供水温度，如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.12.019.T001表1某换热站采暖季室外温度与供水温度参数日期11月1日11月15日12月1日12月15日1月1日1月15日2月1日2月15日3月1日3月15日室外温度12.88.27.01.0-3.0-4.71.4-2.010.09.7供水温度38.541.642.847.950.251.848.348.237.035.6℃因每一换热站分别具有独特的运行状态参数，当建立模型时，若采用传统人工统计拟合曲线的方法，工作量大且计算精确度低，很难应用于供热规模较大的供热企业。为解决这一问题，数据分析系统应具备与气象管理部门对接气象参数的功能，通过采集预报天气温度、实际天气温度及光照、雨雪等情况因素，自动预测计算与之对应条件下，满足室内温度需求时，换热站内运行策略，并出具小时运行报表。同时数据分析系统与用户室内温度采集模块对接，将用户实际室内温度值与舒适基准值比较，修正原有气象参数条件下基本热负荷量，得出修正系数α，即：α=QSQ=ts-twtn-tw (3)式中：ts——实际室内温度，℃；Qs——实际热负荷，W。修正系数不仅量化了该换热站理论换热效果与实际换热效果的差距，同时利用修正系数可以更加精确地调整换热站运行参数，对部分建筑节能效果较差或处于极端恶劣天气条件时，可以更客观地为该换热站调整更合理的运行参数。3.2设备状态监测预警在传统供热系统运行模式中，主要依靠周期性人工抄表、观察及记录等手段监控运行参数，数据处理量繁重、工作效率差。即便现有智慧供热技术已能够将实时运行数据上传至调度监控中心，但仍需要生产调度人员及时进行人工比对、发现异常数据，造成设备预警滞后，难以及时发现设备异常状态，严重威胁供热稳定。为解决这一问题，在数据分析系统中设置设备状态监测预警功能。通过对供热设备故障的辨析，整理分析故障反映出的类型特征、直观因素、外在表现、产生频次等，为供热设备状态预警、系统的建立提供原始信息和预警标准。将设备状态预警的传统架构和供热系统的故障模式结合，拟合出一套适合供热系统的预警理论知识。由于供热系统的故障发生通常没有规律可循，存在极强的随机性，同时发生的地点、时间、原因、影响的范围等差别较大，也为供热系统的稳定运行和抢修维护造成困扰，并且消耗大量的人力物力。供热系统应具备快速及时准确进行自动预警的能力，根据基础测量设备对流量、压力、温度等运行数据的监控，通过设定在系统中的硬件模块将监测到的信息传输到中央控制器，对监测的信息进行分析和辨识，通过事前设定的预警阈值比较，展开预警系统，及时得到管网及设备的运行状态和故障信息，提前做出反应对策[3]。数据分析系统将监测预警的实时运行数据分为阈值预警与规则预警，阈值预警就是预先设定好设备参数的浮动范围，正常运行时允许在波动范围内规则性浮动。当参数值超过浮动范围时即发出预警信息，例如管网流量压力波动预警、水泵电流电压波动预警等。部分参数的预警阈值在采暖季的不同阶段是动态变化的，利用供热关键参数判断采暖季的阶段，进而设定参数的动态阈值。规则预警就是将人的故障判断经验转化为设备故障规则，整合供热系统中经常出现的故障参数，设定一个合理警戒线值，通过故障规则引擎触发设备警戒从而预警设备故障。例如供热系统在夏季充满水的状态下，按自然周统计丢失水的总量，假如丢失水的总量超过自然周均值的10%，则规则预警报出预警问题，提示供热工作人员巡视供热系统是否存在不正常泄漏。除此之外还包括除污器阻塞预警、耗热量超标预警、补水箱液位预警等规则预警，通过这些规则，判断设备故障的可能。3.3能耗数据分析能耗分析功能是数据分析系统最基础也是最核心的功能，能耗水平的高低也是衡量一个供热企业服务质量及节能降耗水平的关键佐证，数据分析系统可实现日耗热量分析计算、实时耗热量分析计算、能耗历史趋势、能耗历史修正、换热站能耗排名及水电消耗及排名功能。其核心技术即利用采集的数据进行归纳、分析和整理，实现基础热力管理功能，包括热力的计划管理、热力数据的统计和分析[4]。通过对接热计量表数据，计算用户的能耗和能耗平衡，统计分析当日各换热站的日均能源消耗量（单位建筑面积的热量、电量、水量的消耗）；根据管网的实时数据对实时能耗情况进行计算并与标准能耗指标进行对标管理，对超出标准能耗指标一定范围内的数据进行提醒，并能够对其历史情况进行跟踪和综合分析，发现能耗异常情况。能耗分析功能通过监视区域换热站的热量、水量、电量消耗水平，从日常运行数据中辨析以上3类主要能源总体消耗程度、单位建筑面积消耗程度较高的区域换热站、供热建筑及负责运维管理的供热中心，也可以通过定量分析连续运行参数趋势线，直观显示供热参数不正常的区域换热站和供热建筑，及时发现供热问题、解决问题，使供热企业节约能源消耗成本、助力双碳目标、降低系统运行费用。数据分析系统同时具备能耗指标统计系数管理功能。能耗指标的统计在传统意义上是热、水、电与面积的比值，在实际计算中，环境因素、建筑设计情况、管道新旧及布局等情况都会对能耗情况产生影响。系统对每个能耗指标提供系数配置功能，将实际计算的结果与系统相结合，统计出更符合实际运行情况的数据；将实时能耗指标与历史能耗指标进行对标，进行同比、环比能耗指标对比，判断当前能耗指标是否合理，各站实时能耗指标进行对标管理，找出运行最优换热站作为标杆。通过树立标杆换热站并与之进行数据对标，可以准确、客观地判断供热计量关口、热网系统的整体运行水平，发现问题、解决问题，梳理系统能源利用现状和中远期节能空间及方向[5-7]。4结语传统的供热运行基于多种因素的人工操作和调整，具有很大程度的主观性和非关联性，受操作人技能水平高低限制，易产生误操作。数据分析系统中的智能调节指导技术充分利用自动化、数据沉淀等技术实现供热系统自控调节、水力平衡以及优化运行方案等高级应用功能，将系统归纳整理出的操作方案以图表形式展现，操作人员只需按照方案要求调整运行模式即可，提升运行调节效率的同时又能节省人力物力。（1）数据分析系统中的智能调节指导技术可以加强自动化、数据化等信息手段进行信息化建设，有效整合利用系统数据，满足统一协调管理需求。在数据分析系统的进一步开发策略中，将继续集成中继泵站运行参数、经营收费数据及客服数据，更加全面地分析现有模式下的供热质量、革新供热管理手段，使管理工作有广度、有深度，让资源高效配置，实现集中决策管理。（2）数据分析系统的建立促进企业节能管理创新，改变企业在供热节能领域的管理方式，以技术更新带动管理方式的更新，将传统的面向用户的管理模式，变为面向数据的管理模式，将生产过程中的所有节点全部以数据的形式体现，使管理的过程更加科学、智能。促进企业技术创新，数据分析系统的引入，将“互联网+”的思维模式与传统供热行业的转型升级更好地结合在一起，以该项目为基础，在以后的生产过程中更多地应用大数据技术创造的成果，享用技术创新带来的便利。（3）应用数据分析系统可以帮助优化负荷结构、查找管理盲点、强化耗能分析与指标评比、加速推进针对落后技术的提升改造，并进一步以推广节能技术应用、智能化调控运行为重点，提升企业节能管理标准化和现代化水平，实现运营效益的提高和供热服务质量提升，具有明显的经济效益和社会效益。