散熱器聯(lián)網(wǎng)智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)

本期《水力雜志》開篇部分介紹民用供暖系統(tǒng)的歷史與發(fā)展。多少年來，行業(yè)對于節(jié)能和舒適度的關(guān)注有增無減，熱力技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步帶來了新的技術(shù)方案，涉及到系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造方式。

然后，我們將深入探討可以遠(yuǎn)程控制的熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的發(fā)展與遠(yuǎn)程通訊領(lǐng)域的發(fā)展同步，經(jīng)歷了模擬通訊線路到現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，功能日趨強(qiáng)大，范圍日益廣闊。在這種情況下，以散熱器供暖系統(tǒng)為重點(diǎn)，我們將深入研究市場上主要的技術(shù)和其工作原理，換言之就是熱力調(diào)節(jié)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。這類技術(shù)結(jié)合了不同的元件和傳感器，可以彼此交互，還可以通過先進(jìn)的功能輔助進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控。

這些方案是對機(jī)械恒溫或電子恒溫的革新，后者往往被分別稱作傳統(tǒng)恒溫閥和電子恒溫閥（參見第46期《水力雜志》）。

因此，后續(xù)內(nèi)容我們將從實(shí)用角度討論“聯(lián)網(wǎng)恒溫閥”，這個(gè)貌似簡單的術(shù)語涉及的卻是復(fù)雜的系統(tǒng)。

最后，通過專門的分析和不同系統(tǒng)方案的比較，我們會(huì)從降低能耗和熱舒適性能角度評(píng)估使用新閥門有哪些好處。正如我們將要看到的，這些層面會(huì)隨著日常習(xí)慣而顯著變化，因?yàn)楫?dāng)今我們生活的節(jié)奏更快了。

民用供暖系統(tǒng)熱力調(diào)節(jié)的歷史

從六十年代掀起大興土木的高潮開始，我們見證了供暖系統(tǒng)不同解決方案以及不斷完善的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所采用的日新月異的技術(shù)。這種技術(shù)革新關(guān)系到諸多不同方面，如對能源成本的重視和防止浪費(fèi)的需要，還有很重要的一點(diǎn)就是用戶對于環(huán)境熱舒適度更高的要求。

初期集中供暖系統(tǒng)的熱力調(diào)節(jié)與恒溫閥 

意大利大部分住宅都采用雙管垂直供暖方式，從歷史的角度看，這種設(shè)計(jì)方案適合于初期的集中供暖系統(tǒng)。穿過建筑物樓層的立管分別與每個(gè)散熱器連接，散熱器配備手動(dòng)溫控閥。這種供暖方式簡單易行，但卻決定了其很難進(jìn)行自主的熱力調(diào)節(jié)。

正是在這種情況下，熱力站最早的氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

這種方案簡單且相對經(jīng)濟(jì)，限制所產(chǎn)生的熱功率，特別是一年中氣候溫和時(shí)期（參見第57期《水力雜志》深度分析部分）。

這種氣候調(diào)節(jié)方式較明顯的缺點(diǎn)就是沒有考慮不同的居室內(nèi)部環(huán)境所需熱負(fù)荷，比如房間朝向、日照程度、第二熱源（如燈光、廚房設(shè)備、人員聚集等）。

不過，這種調(diào)節(jié)方式在恒溫閥問世前是唯一實(shí)用的方法。恒溫閥能克服傳統(tǒng)的垂直立管系統(tǒng)一些固有局限，其內(nèi)部的熱敏元件根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱器流量，從而保證每個(gè)房間的熱平衡。

雖然有上述這些積極方面，但是恒溫閥的安裝卻自始至終都要有一些技術(shù)技巧，來彌補(bǔ)它們在工作狀態(tài)下不可避免產(chǎn)生的水力失調(diào)，并防止出現(xiàn)惱人的噪音。

區(qū)域系統(tǒng)與恒溫閥的使用

七十年代起，區(qū)域系統(tǒng)開始大行其道，換言之就是系統(tǒng)的垂直立管不再與單個(gè)散熱器連接，而是與每戶的供暖系統(tǒng)連接，這就是人們熟知的水平供暖系統(tǒng)，每戶有自己的供暖供回水接口能實(shí)現(xiàn)與集中系統(tǒng)的相對獨(dú)立。

這種結(jié)構(gòu)的好處是通過安裝于入戶的區(qū)域閥與室內(nèi)溫控器結(jié)合使用，滿足了更加獨(dú)立的熱需求。當(dāng)溫控器反饋有熱量需求時(shí)，區(qū)域閥（通常為三通閥）直通一端打開，讓熱水經(jīng)過散熱器循環(huán)；反之，區(qū)域閥將供水旁通到回水主管。

最早的溫控器作用非常有限，多年來伴隨著電子設(shè)備的發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)大，發(fā)展成所謂的計(jì)時(shí)溫控器。比如，它能夠在一天不同時(shí)段改變設(shè)定值，在更為復(fù)雜的裝置中還可以設(shè)定一周里每天的各個(gè)時(shí)段所需的溫度值。

早期區(qū)域系統(tǒng)最大的局限就是只能通過一個(gè)區(qū)域閥由一個(gè)室內(nèi)溫控器來管理整個(gè)住宅的供暖，所以這種系統(tǒng)無法滿足每個(gè)房間不同的溫度需求。不過，為了彌補(bǔ)這一不足，即便不能盡善盡美，先進(jìn)的區(qū)域系統(tǒng)做了更為細(xì)致的區(qū)分。例如后期住宅中常用的集分水器供暖方式，通過兩個(gè)區(qū)域閥劃分出日間區(qū)和夜間區(qū)，每個(gè)都由相應(yīng)的計(jì)時(shí)溫控器控制。

早期的電話線路遠(yuǎn)程控制

八、九十年代，電話和電子設(shè)備的發(fā)展使得溫控器遠(yuǎn)程控制的早期努力取得了進(jìn)展。開始，這種方案只出現(xiàn)在小型私人住宅中，特別是度假屋或者使用頻率不高的建筑中。實(shí)際上，這種方案未能在住宅中得到廣泛普及，原因是技術(shù)不夠成熟，成本過高。

考慮到其功能非常有限，這高昂的成本就更不合理了，因?yàn)樗旧现荒艽蜷_或關(guān)閉供熱系統(tǒng)。

智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制

在民用領(lǐng)域中，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)用的遠(yuǎn)程控制的是智能手機(jī)的廣泛普及，尤其是戶外或戶內(nèi)上網(wǎng)的便捷性。

智能手機(jī)相對于傳統(tǒng)手機(jī)有著超強(qiáng)的數(shù)據(jù)鏈接和計(jì)算能力，還可以安裝不同用途的專門應(yīng)用軟件（APP）。這一技術(shù)可以用有限的成本實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，為熱力調(diào)節(jié)領(lǐng)域也提供了創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。

近十年來，新型溫控器的問世，即人們常說的智能溫控器，可以接入互聯(lián)網(wǎng)，通過安裝在智能手機(jī)上的專用APP直接遠(yuǎn)程控制。這就使得復(fù)雜的遠(yuǎn)程控制成為可能，比如根據(jù)實(shí)際需求和習(xí)慣更改程序，實(shí)現(xiàn)舒適度和節(jié)能雙贏。

從封閉系統(tǒng)到物聯(lián)網(wǎng)

上面剛剛提到的智能溫控器取得了全面快速發(fā)展，從單一裝置過渡到成套的系統(tǒng)，增加了其他控制部件如安裝于散熱器上的電子溫控器。通過這種方式可以對每個(gè)室內(nèi)空間實(shí)現(xiàn)不同編程和調(diào)節(jié)，包括此前使用傳統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)不了的供熱系統(tǒng)中。

此類系統(tǒng)最初的管理方案是封閉的：調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)和運(yùn)行模式都要求制造商激活算法和邏輯。正因?yàn)槿绱?，此類系統(tǒng)的構(gòu)成部件只有彼此互聯(lián)才能工作。

不過，近年來的趨勢是越來越多地采用開放系統(tǒng)，彼此交互，還可以與不同制造商和不同應(yīng)用范圍的其它部件互聯(lián)互通。

這就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IoT），指普通物體連接到網(wǎng)絡(luò)上，彼此共享數(shù)據(jù)和信息，從而可以為用戶提供新型服務(wù)。比如，住宅中普通物體如燈、電源插座、傳感器等等。同樣地，熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身也成為智能網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分：溫控器、溫感探頭和閥門可以利用共享的數(shù)據(jù)和信息根據(jù)實(shí)際需求更好地調(diào)節(jié)供暖系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程控制熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

通過電話激活器進(jìn)行遠(yuǎn)程熱力調(diào)節(jié)

如前所述，電話激活器曾是可以通過遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)熱力調(diào)節(jié)的早期系統(tǒng)。為此，這類裝置包括一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)，一般稱為通道，可以開啟或關(guān)閉與之相連的電氣設(shè)備。根據(jù)所采用的技術(shù)，可以分為兩大類。

模擬電話激活器

是市場上最早出現(xiàn)的激活器類型，通過模擬信號(hào)電話線路遠(yuǎn)程控制溫控器。使用時(shí)呼叫與激活器相連的固定電話號(hào)碼，撥一組識(shí)別碼，然后是要激活的通道號(hào)碼。通道激活后就會(huì)改變供熱系統(tǒng)的狀態(tài)。

模擬電話激活器可以完成以下簡單的功能：

遙控啟動(dòng)供暖系統(tǒng)；

遙控關(guān)閉供暖系統(tǒng)。

鑒于它們的局限性，這類裝置主要用于度假屋或不常居住的房子。

GSM電話激活器

不同于傳統(tǒng)的激活器，此類激活器運(yùn)用GSM技術(shù)，也是移動(dòng)電話系統(tǒng)所采用的技術(shù)。利用快捷的數(shù)據(jù)傳輸速度、數(shù)字通信和SMS短信服務(wù)等，可以完成以下功能：

遙控啟動(dòng)供暖系統(tǒng)；

遙控關(guān)閉供暖系統(tǒng)；

傳送實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；

傳送測得的溫度值；

傳送報(bào)警信號(hào)。

這種方案至今仍在住宅系統(tǒng)中偶爾使用。雖然與更先進(jìn)的方案相比有其局限性，但其優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用，尤其是可以不必始終保持互聯(lián)網(wǎng)連接。

先進(jìn)的遠(yuǎn)程熱力調(diào)節(jié)

近十年來，互聯(lián)網(wǎng)的普及和手機(jī)日益強(qiáng)大的功能催生了先進(jìn)的遠(yuǎn)程熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)：通過把傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器如溫控器或散熱器溫控器接入互聯(lián)網(wǎng)，使得通過安裝在便攜裝置（智能手機(jī)、平板等）上的專門應(yīng)用遠(yuǎn)程控制它們成為可能。我們可以稱之為封閉式系統(tǒng)，因?yàn)闃?gòu)成它們的裝置是根據(jù)制造商開發(fā)的協(xié)議和規(guī)則只在彼此之間進(jìn)行通信。

工作原理

遠(yuǎn)程熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過主要元件間協(xié)同完成不同的功能。

熱力調(diào)節(jié)裝置

根據(jù)系統(tǒng)類型，一般有一個(gè)或多個(gè)溫控器、溫感探頭和控制閥門開關(guān)的執(zhí)行器。除了各自的功能外，在先進(jìn)的熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，這些裝置可以通過無線通信協(xié)議彼此對話，一般所需能耗非常有限。對于上述許多裝置來說，這一特點(diǎn)使得使用電池作電源成為可能，從而避免了布線，大大地方便了在各種條件下進(jìn)行安裝。

通訊網(wǎng)關(guān)

使系統(tǒng)可以聯(lián)網(wǎng)，從而使先進(jìn)的遠(yuǎn)程控制成為可能。既可單獨(dú)也可以集成于另一裝置上，比如集成在主溫控器內(nèi)部。其最主要的功能就是接入互聯(lián)網(wǎng)，并通過網(wǎng)絡(luò)管理熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和用戶要遠(yuǎn)程控制的裝置之間的雙向數(shù)據(jù)流。

遠(yuǎn)程管理應(yīng)用軟件

由先進(jìn)熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)生產(chǎn)商專門設(shè)計(jì)的軟件，可以安裝在不同類型的智能電話或平板上，或者可以通過電腦訪問。作為一個(gè)交互界面，用戶通過它可以編程、管理和顯示熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)。

云

提供存儲(chǔ)、處理和傳輸聯(lián)網(wǎng)的熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字服務(wù)。在系統(tǒng)建設(shè)中處在網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)裝置之間，它有諸多好處，包括同步系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)，供遠(yuǎn)程控制使用。另外，還包括執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)行邏輯：從生產(chǎn)角度講，這種方式可以簡化熱力調(diào)節(jié)裝置，降低成本。同時(shí)，生產(chǎn)廠家還可以通過簡便的更新隨時(shí)對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和修改，維持部件的技術(shù)性能不變，包括先前已安裝的。

高級(jí)功能 

聯(lián)網(wǎng)熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)構(gòu)架可以開發(fā)比簡單方案所能提供的遠(yuǎn)程開啟或關(guān)閉之外更加先進(jìn)的新功能。

高級(jí)編程

高級(jí)編程以漸進(jìn)方式修改供暖系統(tǒng)編程，進(jìn)行一系列優(yōu)化。傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)溫控器只能由裝置本身直接設(shè)定周、日編程，而新方案還可以：

通過圖形界面編程，直觀、簡便好用；

按日歷編程，比如可以預(yù)先設(shè)定不在家的日子； 

意外情況管理，可以啟動(dòng)臨時(shí)編程，比如臨時(shí)外出或者提前回家； 

創(chuàng)建并保存?zhèn)€性化程序，可以根據(jù)需要隨時(shí)設(shè)定。

自我學(xué)習(xí)

自我學(xué)習(xí)功能不需要用戶方面的任何參與，完全靠設(shè)備自主進(jìn)行。

高級(jí)的熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)不間斷存儲(chǔ)供暖相關(guān)數(shù)據(jù)。利用這一特點(diǎn)和適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，運(yùn)行幾天后，系統(tǒng)會(huì)預(yù)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)答時(shí)間。其實(shí)，系統(tǒng)會(huì)了解需要多長時(shí)間使室內(nèi)達(dá)到舒適溫度，從而以最佳方式管理實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間。

結(jié)合上述特點(diǎn)，一些溫控器還集成或選配人體感應(yīng)器。借助得到的信息可以讓熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)適應(yīng)設(shè)定的編程，從而根據(jù)實(shí)際在家人員情況使得系統(tǒng)的利用達(dá)到最優(yōu)。

氣候數(shù)據(jù)集成

氣候數(shù)據(jù)集成可以讓熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)直接收集氣候數(shù)據(jù)。這樣，系統(tǒng)不需要實(shí)際溫度傳感器就可以了解到外面的溫度。再結(jié)合上前面所說的自我學(xué)習(xí)功能，系統(tǒng)就可以利用這些數(shù)據(jù)提前管理系統(tǒng)的開機(jī)時(shí)間，從而在預(yù)期時(shí)段達(dá)到舒適條件。

另外，在更為先進(jìn)的系統(tǒng)中，氣象數(shù)據(jù)可以在沒有外部溫感的情況下用來實(shí)現(xiàn)氣候調(diào)節(jié)。

定位

所有的智能手機(jī)都有GPS系統(tǒng)，通過它可以檢測到用戶的確切地理位置（定位）。一些先進(jìn)的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用這些數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：

檢測室內(nèi)什么時(shí)候沒人，避免系統(tǒng)無謂的啟動(dòng)；

當(dāng)檢測到用戶正往家走時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)。

一般來說，用戶可以設(shè)定自家周邊一定的活動(dòng)范圍，進(jìn)入這一范圍，系統(tǒng)便采取上述調(diào)節(jié)措施。

歷史數(shù)據(jù)

系統(tǒng)會(huì)生成有關(guān)運(yùn)行情況的歷史數(shù)據(jù)，如啟動(dòng)時(shí)間和實(shí)測的溫度。這些數(shù)據(jù)收集起來，可以隨時(shí)供用戶查詢。它本身不是什么高級(jí)功能，但是可以自動(dòng)分析消費(fèi)情況，讓用戶正確使用并了解自己的供暖系統(tǒng)。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（ IoT）

與前面所說的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)展類似，對其住宅中其他的常用設(shè)備通過遠(yuǎn)程控制進(jìn)行高級(jí)調(diào)節(jié)也相伴而生，比如照明、電器插座管理、報(bào)警系統(tǒng)、家用電器等等不一而足。市場上，這些不同系統(tǒng)也“聯(lián)網(wǎng)了”，但是它們的運(yùn)行卻完全彼此獨(dú)立，是典型的封閉系統(tǒng)。不過，近年來開始向開放系統(tǒng)過渡，面向集成和與第三方應(yīng)用及服務(wù)的交互，在不同類型的裝置之間共享信息和數(shù)據(jù)，包括分屬不同應(yīng)用領(lǐng)域的裝置。因此，新技術(shù)讓不同性質(zhì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，這就是人們常說的“物聯(lián)網(wǎng)（IoT）”。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)理念的根源來自信息和互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域重要的科技企業(yè)多年的耕耘，他們創(chuàng)建數(shù)字平臺(tái)，搜集和處理來自互聯(lián)網(wǎng)各種子系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)。這些信息被用來管理和優(yōu)化處于同一智能網(wǎng)絡(luò)的所有物體的運(yùn)行狀況與性能。

具體到熱力調(diào)節(jié)系統(tǒng)上，可想而知，它的效率會(huì)更高，因?yàn)樗粌H可以利用供暖系統(tǒng)本身的信息，而且還有來自互聯(lián)網(wǎng)其它物體的信息。我們以照明系統(tǒng)或者報(bào)警系統(tǒng)的動(dòng)作傳感器為例，利用簡單的信息，通過專門的算法就可以精準(zhǔn)地了解用戶習(xí)慣，從而使舒適度的時(shí)間編程更加行之有效。

另外，對供暖系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的不間斷監(jiān)控還為提供技術(shù)服務(wù)打開了新的大門，比如進(jìn)行更加高級(jí)的診斷。從這個(gè)角度講，用戶和安裝人員都可以實(shí)時(shí)地得知可能的異常情況或故障，采取更加迅速和精準(zhǔn)的維修措施。

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