京源中科科技股份有限公司

基于大数据的供热节能测量监控系统应用与研发

      京源中科科技股份有限公司成立于2003 年，主营业务：智慧水计量产品及系统、智慧热计量产品及系统、智慧防汛技术、系统集成、软件开发、技术服务等。智慧热计量产品被住建部列为“全国建设行业科技成果推广项目”。
      京源中科不断创新提高计量技术，强化智能计量产品的成果转化，积极响应市局强检计量器具下移布局工作，主动承担社会责任，认真探索计量数据采集分析应用系统，加快建设面向社会的计量保障能力，为政府分忧、为社会服务。
      京源中科研发中心被认定为“北京市级企业科技研究开发机构”。于2015 年、2019 年连续被北京市市场监管局授予“专项计量授权单位”。2017 年被中关村标准化协会批准成立“能源计量分技术委员会”。
      公司申请专利及软著近100 项，参编各类技术标准20 多项。荣获“高新技术企业”“北京市专利示范单位”“中关村高新技术企业”“双软企业”“中关村标准化试点单位”“信息系统集成及服务三级资质”“北京市诚信创建企业”等。公司通过测量管理体系、信息技术服务、信息安全、社会责任、质量、环境、安全等管理体系，提升了企业管理水平。

      一、项目背景
     据2016-2021 年节能减排行业深度分析及“十三五”发展规划指导报告表明，能源结构调整，加快绿色、低碳发展， 提高能源系统效率，追求经济运行效益将成为今后发展的主要目标。通过产业结构调整、技术进步、能效标准管理，多管齐下节能提效，实现“能源总量和强度的双控”。
      随着我国对公共建筑节能要求的不断提高和供热收费体制改革，采用先进技术，改革供热模式和系统，供热按户计量、按用热量收费，取代按采暖面积均摊。在国家推行公共建筑供热系统和模式改革、节约能源、保护环境的背景下，新型供热控制及热计量系统的研究具有重要的现实意义。在冬季供暖期，公共建筑内的作息时间是相对固定的。在非作息时间内，如果依然采用和作息时间相同的温度进行供暖势必造成很大的浪费。因此对公共建筑进行节能改 造具有重要的作用。

      实现热计量运行状态与运行参数的监测与记录，提高系统自动化水平，便于发现故障，减少系统维护的投入，提高运行效率，减少人力资源的浪费。通过对公共建筑集中供暖系统的监测，积累运行信息数据库，建立优化数学模型，更好的分析供热运行，实现供热负荷按需调节，可以为供热系统的总体优化提供基础；建立系统监控平台，采用合理的热负荷调节方法，提高系统智能化水平，实现供热质量的提高，降低能耗，减轻环境污染，实现经济效益与社会效益的双赢。
      二、技术措施
      大数据云平台（结构图见图1）的建设，是该项目的主要核心技术，经过多年的项目研发经验积累和实际项目验证，具有超高的稳定性，免除了云计算的后顾之忧。用虚拟化进行服务器整合，将物理服务器硬件的利用率从15%提高到85%。资金的开销减少高达70%，同时管理运维等开销减少40%。使用虚拟化平台的 IT 基础架构，任何业务系统都可以轻松实现系统的高可用保护，操作配置更简单、灵活， 通过管理客户端可以随时更改和应用不同的高可用方案。使用虚拟化实现灵活的 IT 基础设施管理，将硬件计算资源进行整体规划，需扩展购置，并且可以将新的设备轻松加入现有基础设施平台，真正做到按需实现平滑的系统扩容。
      供热行业管理信息系统平台可通过专线或互联网方式与控制中心连接，得到采集终端上传来的锅炉房、换热站实时数据，历史数据存档，为后续统计分析积累大数据。当状态监控设备因状态超标而被触发时，监控管理平台会立刻收到警报信息，管理人员可以查看到该状态监控设备的具体位置及相关信息，管理员可查看报警后上传的状态数据。

      1.     物联网智能终端采集系统，是系统采集终端与设备的通信。上位机通过对GPRS 模块的配置，可以将智能终端连接到Internet。DHT11 接口用于连接温湿度传感器，实现对温度、湿度信号的采集。LED 指示灯可以实时显示DI、DO 及智能终端电源状态。本项目具有开放通信协议，自身带控制接口，能够为开发人员的工作带来便利，提高开发效率，节约开发成本等优点。
      2.     根据监测目标的实际情况制定切实可行的监测方案，通过标准的能源计量器具，获得真实的、准确的能耗数据远程监测参数。
对居民区的供暖锅炉房的供暖质量及能源消耗状况进行实时监测，及时发现、纠正用能浪费现象，制定合理科学的能源规划使用方案，根据不同行业、不同系统能源消耗综合水平和特点，进行数据分析，实时进行供热系统安全预警、运行预警和能耗预警。
能耗监测功能建设可分为感知、传输和智能处理三部分，实现了对供暖单位运行锅炉实时在线监测，为政府供暖管理提供了信息化手段。
      3.     基于大数据的公共建筑供热节能采集管理系统：在一个供热区域中，一般既有24 小时需热的热用户，也有只需要工作时间供热的热用户，家属楼，商户。两者的用热需求不一样，如果按照传统的供热方式，商户在晚上将白白浪费很大一部分能源，为此，要对商户进行单独的楼宇分时分温控制。楼宇分时分温控制器根据用户的设定室内温度需求，自动控制入户热水流量，从而达到按需供热，精确控制室内温度，满足不同时段用热的目的。
      三、具体成效
      供热系统信息管理平台基于物联网架构，对供热系统运行数据实时监测，实现了数据挖掘、自动化控制和能耗分析，解决了供热管网失调、管网“跑冒滴漏”等问题；为供热监管部门和供热企业提供“办公+互联网”的工作平台，实现在线培训、宣传和监管，提高了政府监管部门和供热企业的精细化管理水平。
      1.      降低供热系统能耗损失
      通过该平台的应用，可降低供热系统能耗损失。热源处的控制可实现平均节能20%，管网系统采用变频泵调节等技术可实现平均节能20%，末端用户管网的控制和热计量可实现平均节能30%，室外温度补偿及夜间供暖设定调整实现平均节能20%，每年仅北京市建筑供热节能产生直接经济效益近20 亿元。如果推广到全国，则可产生直接经济效益200 亿左右。
      2.      降低输水管网漏损
      通过该平台的应用，可降低供热系统的管网漏损。我国大部分供热系统的管网漏失在6%左右，通过该平台可使漏失率降低到1%以下的水平。以某热力公司为例，该热力公司每小时供热水量为8000t，失水量500t，日失水量高达12000t，供暖季失水量高达144 万t。热水流失不仅仅是水资源的浪费，还包括软化水的成本，加热水的热能，水从热源端运输到流失点水泵所消耗的电能。按全自动软水器水处理为例，生产 1 t 软化水的成本约8.5 元，按照温差80℃，每吨补水耗热量为0.336GJ，若锅炉的效率为75%，实际每吨补水耗热量为0.448    GJ，按照北京市平均热价约44.45 元/GJ 计算，生产1t 热水的热成本约19.9 元，因此，生产1t 热水的总成本约29 元。对于该热力公司，因热水流失产生直接经济损失4176 万元，通过该平台，失水率降低至1%，可减少直接经济损失3513 万元。
      3.      间接经济效益
      通过供热系统信息管理平台的应用，还可产生如下间接经济效益：促进供热企业管理方式转变，精化管理流程，杜绝安全隐患，降低企业运行与管理成本。提升城市公用事业能源管理的综合水平，提高城市防灾免灾能力。通过大数据融合和互联网技术，创新公用事业领域的产业发展空间，创造共享经济的新业态。