散熱器聯網智能調節系統

本期《水力雜志》開篇部分介紹民用供暖系統的歷史與發展。多少年來，行業對于節能和舒適度的關注有增無減，熱力技術領域的進步帶來了新的技術方案，涉及到系統及其調節設備的設計與制造方式。

然后，我們將深入探討可以遠程控制的熱力調節系統，它的發展與遠程通訊領域的發展同步，經歷了模擬通訊線路到現代網絡技術，功能日趨強大，范圍日益廣闊。在這種情況下，以散熱器供暖系統為重點，我們將深入研究市場上主要的技術和其工作原理，換言之就是熱力調節聯網系統。這類技術結合了不同的元件和傳感器，可以彼此交互，還可以通過先進的功能輔助進行遠程管理和監控。

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

因此，后續內容我們將從實用角度討論“聯網恒溫閥”，這個貌似簡單的術語涉及的卻是復雜的系統。

最后，通過專門的分析和不同系統方案的比較，我們會從降低能耗和熱舒適性能角度評估使用新閥門有哪些好處。正如我們將要看到的，這些層面會隨著日常習慣而顯著變化，因為當今我們生活的節奏更快了。

民用供暖系統熱力調節的歷史

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不同解決方案以及不斷完善的調節系統中所采用的日新月異的技術。這種技術革新關系到諸多不同方面，如對能源成本的重視和防止浪費的需要，還有很重要的一點就是用戶對于環境熱舒適度更高的要求。

初期集中供暖系統的熱力調節與恒溫閥 

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，這種設計方案適合于初期的集中供暖系統。穿過建筑物樓層的立管分別與每個散熱器連接，散熱器配備手動溫控閥。這種供暖方式簡單易行，但卻決定了其很難進行自主的熱力調節。

正是在這種情況下，熱力站最早的氣候調節系統應運而生。

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

這種氣候調節方式較明顯的缺點就是沒有考慮不同的居室內部環境所需熱負荷，比如房間朝向、日照程度、第二熱源（如燈光、廚房設備、人員聚集等）。

不過，這種調節方式在恒溫閥問世前是唯一實用的方法。恒溫閥能克服傳統的垂直立管系統一些固有局限，其內部的熱敏元件根據環境溫度自動調節散熱器流量，從而保證每個房間的熱平衡。

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技巧，來彌補它們在工作狀態下不可避免產生的水力失調，并防止出現惱人的噪音。

區域系統與恒溫閥的使用

七十年代起，區域系統開始大行其道，換言之就是系統的垂直立管不再與單個散熱器連接，而是與每戶的供暖系統連接，這就是人們熟知的水平供暖系統，每戶有自己的供暖供回水接口能實現與集中系統的相對獨立。

這種結構的好處是通過安裝于入戶的區域閥與室內溫控器結合使用，滿足了更加獨立的熱需求。當溫控器反饋有熱量需求時，區域閥（通常為三通閥）直通一端打開，讓熱水經過散熱器循環；反之，區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備的發展，其功能越來越強大，發展成所謂的計時溫控器。比如，它能夠在一天不同時段改變設定值，在更為復雜的裝置中還可以設定一周里每天的各個時段所需的溫度值。

早期區域系統最大的局限就是只能通過一個區域閥由一個室內溫控器來管理整個住宅的供暖，所以這種系統無法滿足每個房間不同的溫度需求。不過，為了彌補這一不足，即便不能盡善盡美，先進的區域系統做了更為細致的區分。例如后期住宅中常用的集分水器供暖方式，通過兩個區域閥劃分出日間區和夜間區，每個都由相應的計時溫控器控制。

早期的電話線路遠程控制

八、九十年代，電話和電子設備的發展使得溫控器遠程控制的早期努力取得了進展。開始，這種方案只出現在小型私人住宅中，特別是度假屋或者使用頻率不高的建筑中。實際上，這種方案未能在住宅中得到廣泛普及，原因是技術不夠成熟，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，因為它基本上只能打開或關閉供熱系統。

智能手機遠程控制

在民用領域中，真正實現實用的遠程控制的是智能手機的廣泛普及，尤其是戶外或戶內上網的便捷性。

智能手機相對于傳統手機有著超強的數據鏈接和計算能力，還可以安裝不同用途的專門應用軟件（APP）。這一技術可以用有限的成本實現萬物互聯，為熱力調節領域也提供了創新的機會。

近十年來，新型溫控器的問世，即人們常說的智能溫控器，可以接入互聯網，通過安裝在智能手機上的專用APP直接遠程控制。這就使得復雜的遠程控制成為可能，比如根據實際需求和習慣更改程序，實現舒適度和節能雙贏。

從封閉系統到物聯網

上面剛剛提到的智能溫控器取得了全面快速發展，從單一裝置過渡到成套的系統，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室內空間實現不同編程和調節，包括此前使用傳統裝置實現不了的供熱系統中。

此類系統最初的管理方案是封閉的：調節、數據和運行模式都要求制造商激活算法和邏輯。正因為如此，此類系統的構成部件只有彼此互聯才能工作。

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

這就是物聯網技術（IoT），指普通物體連接到網絡上，彼此共享數據和信息，從而可以為用戶提供新型服務。比如，住宅中普通物體如燈、電源插座、傳感器等等。同樣地，熱力調節系統本身也成為智能網絡不可或缺的一部分：溫控器、溫感探頭和閥門可以利用共享的數據和信息根據實際需求更好地調節供暖系統。

遠程控制熱力調節系統

通過電話激活器進行遠程熱力調節

如前所述，電話激活器曾是可以通過遠程控制來實現熱力調節的早期系統。為此，這類裝置包括一個或多個觸點，一般稱為通道，可以開啟或關閉與之相連的電氣設備。根據所采用的技術，可以分為兩大類。

模擬電話激活器

是市場上最早出現的激活器類型，通過模擬信號電話線路遠程控制溫控器。使用時呼叫與激活器相連的固定電話號碼，撥一組識別碼，然后是要激活的通道號碼。通道激活后就會改變供熱系統的狀態。

模擬電話激活器可以完成以下簡單的功能：

遙控啟動供暖系統；

遙控關閉供暖系統。

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

不同于傳統的激活器，此類激活器運用GSM技術，也是移動電話系統所采用的技術。利用快捷的數據傳輸速度、數字通信和SMS短信服務等，可以完成以下功能：

遙控啟動供暖系統；

遙控關閉供暖系統；

傳送實際運行狀態；

傳送測得的溫度值；

傳送報警信號。

這種方案至今仍在住宅系統中偶爾使用。雖然與更先進的方案相比有其局限性，但其優點是非常經濟實用，尤其是可以不必始終保持互聯網連接。

先進的遠程熱力調節

近十年來，互聯網的普及和手機日益強大的功能催生了先進的遠程熱力調節系統：通過把傳統的調節器如溫控器或散熱器溫控器接入互聯網，使得通過安裝在便攜裝置（智能手機、平板等）上的專門應用遠程控制它們成為可能。我們可以稱之為封閉式系統，因為構成它們的裝置是根據制造商開發的協議和規則只在彼此之間進行通信。

工作原理

遠程熱力調節系統通過主要元件間協同完成不同的功能。

熱力調節裝置

根據系統類型，一般有一個或多個溫控器、溫感探頭和控制閥門開關的執行器。除了各自的功能外，在先進的熱力調節系統中，這些裝置可以通過無線通信協議彼此對話，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行安裝。

通訊網關

使系統可以聯網，從而使先進的遠程控制成為可能。既可單獨也可以集成于另一裝置上，比如集成在主溫控器內部。其最主要的功能就是接入互聯網，并通過網絡管理熱力調節系統和用戶要遠程控制的裝置之間的雙向數據流。

遠程管理應用軟件

由先進熱力調節系統生產商專門設計的軟件，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。作為一個交互界面，用戶通過它可以編程、管理和顯示熱力調節系統的狀態。

云

提供存儲、處理和傳輸聯網的熱力調節系統數據的網絡數字服務。在系統建設中處在網關和移動裝置之間，它有諸多好處，包括同步系統各種數據，供遠程控制使用。另外，還包括執行系統運行邏輯：從生產角度講，這種方式可以簡化熱力調節裝置，降低成本。同時，生產廠家還可以通過簡便的更新隨時對系統進行優化和修改，維持部件的技術性能不變，包括先前已安裝的。

高級功能 

聯網熱力調節系統構架可以開發比簡單方案所能提供的遠程開啟或關閉之外更加先進的新功能。

高級編程

高級編程以漸進方式修改供暖系統編程，進行一系列優化。傳統的計時溫控器只能由裝置本身直接設定周、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，比如可以預先設定不在家的日子； 

意外情況管理，可以啟動臨時編程，比如臨時外出或者提前回家； 

創建并保存個性化程序，可以根據需要隨時設定。

自我學習

自我學習功能不需要用戶方面的任何參與，完全靠設備自主進行。

高級的熱力調節系統不間斷存儲供暖相關數據。利用這一特點和適當的數學模型，運行幾天后，系統會預計系統應答時間。其實，系統會了解需要多長時間使室內達到舒適溫度，從而以最佳方式管理實際啟動時間。

結合上述特點，一些溫控器還集成或選配人體感應器。借助得到的信息可以讓熱力調節系統適應設定的編程，從而根據實際在家人員情況使得系統的利用達到最優。

氣候數據集成

氣候數據集成可以讓熱調節系統通過互聯網直接收集氣候數據。這樣，系統不需要實際溫度傳感器就可以了解到外面的溫度。再結合上前面所說的自我學習功能，系統就可以利用這些數據提前管理系統的開機時間，從而在預期時段達到舒適條件。

另外，在更為先進的系統中，氣象數據可以在沒有外部溫感的情況下用來實現氣候調節。

定位

所有的智能手機都有GPS系統，通過它可以檢測到用戶的確切地理位置（定位）。一些先進的熱調節系統利用這些數據來實現兩個目的：

檢測室內什么時候沒人，避免系統無謂的啟動；

當檢測到用戶正往家走時啟動系統。

一般來說，用戶可以設定自家周邊一定的活動范圍，進入這一范圍，系統便采取上述調節措施。

歷史數據

系統會生成有關運行情況的歷史數據，如啟動時間和實測的溫度。這些數據收集起來，可以隨時供用戶查詢。它本身不是什么高級功能，但是可以自動分析消費情況，讓用戶正確使用并了解自己的供暖系統。

物聯網系統（ IoT）

與前面所說的熱調節系統發展類似，對其住宅中其他的常用設備通過遠程控制進行高級調節也相伴而生，比如照明、電器插座管理、報警系統、家用電器等等不一而足。市場上，這些不同系統也“聯網了”，但是它們的運行卻完全彼此獨立，是典型的封閉系統。不過，近年來開始向開放系統過渡，面向集成和與第三方應用及服務的交互，在不同類型的裝置之間共享信息和數據，包括分屬不同應用領域的裝置。因此，新技術讓不同性質的系統實現互聯互通，這就是人們常說的“物聯網（IoT）”。

物聯網系統理念的根源來自信息和互聯網領域重要的科技企業多年的耕耘，他們創建數字平臺，搜集和處理來自互聯網各種子系統的海量數據。這些信息被用來管理和優化處于同一智能網絡的所有物體的運行狀況與性能。

具體到熱力調節系統上，可想而知，它的效率會更高，因為它不僅可以利用供暖系統本身的信息，而且還有來自互聯網其它物體的信息。我們以照明系統或者報警系統的動作傳感器為例，利用簡單的信息，通過專門的算法就可以精準地了解用戶習慣，從而使舒適度的時間編程更加行之有效。

另外，對供暖系統運行狀態的不間斷監控還為提供技術服務打開了新的大門，比如進行更加高級的診斷。從這個角度講，用戶和安裝人員都可以實時地得知可能的異常情況或故障，采取更加迅速和精準的維修措施。

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