文/宁波先锋中央电暖科技有限公司 朱永国
成都彩虹电器（集团）股份有限公司 毛旭春
万源众享联盟科技（北京）有限公司 张亚晨
导语
伴随消费升级、煤改电、碳达峰及碳中和等产业政策的实施和智能化技术的应用，催生了一种新型家用电供暖方案，这就是家用中央电暖系统。那么，何为家用中央电供暖系统？家用中央电供暖系统与传统的家用电暖器或室内加热器有何区别？中央电供暖系统如何构成及有何特点或优势？其标准如何规划和实施？本文针对上述问题展开分析探讨。
关键词
中央电暖系统；节能；模块
1 定义
一项新技术或新产品的诞生及伴随而来的标准化工作，其首要问题是先厘清和规范所涉及的基本概念。即先建立概念体系，再完善技术体系，继而再规划标准体系——这是技术创新及其标准化推进的基本路径。
1.1 家用中央电供暖系统
即通过唯一的中央控制单元，以使一个以上的固定式电能供暖组件集中控制与协调运行的适合家居或类似场所使用的一组设备。
家用中央电供暖系统由两大部分——即中央控制单元和电能供暖单元组成。
各个功能单元又由若干功能组件组成，如电能供暖单元由若干类型相同或不同的电能供暖组件（即常见的室内加热器或其他电供暖器具）组成。
在本文语境下，家用中央电供暖系统可简称为家用中央电暖系统、中央电暖系统或电暖系统。
上述概念描述中至少有两个重要的关键词：中央、系统。
中央，特指（系统中）控制功能的集权化和唯一性，即在系统中唯一存在的具有主导权的控制中枢（中央处理器组件）；系统，特指一个以上相互关联的事物的存在形式或运行形态。在中央电暖系统中，特别强调了系统中具有一个以上的电能供暖组件。
由此，中央电暖系统也可描述为：由一个以上的电能供暖组件，通过唯一的中央控制单元集中控制，使之协调运行的适合家居或类似场所使用的一组设备。
需要说明的是，中央电暖系统尽管是现有技术与现有产品的重新组合与应用，但却是一套新型的家用电供暖解决方案。
中央电暖系统与传统的电暖器/室内加热器相比，不论在技术层面还是标准化层面都有不同。主要包括：
（1）控制方式由“各自为政”变为集中控制；
（2）运行方式由各自独立变为彼此协调；
（3）质量控制与标准化，由“点（单一性）”变为“面（系统性）”。
中央电暖系统与传统的室内加热器或其他类地电热供暖设备相比，不论在产品层面还是运行层面都表现出较大的比较优势：
（1）可便捷的实现电供暖过程的节能，即系统性行为节能。通过对不同取暖需求的分析预设和对家居供暖方案的总体设计，利用诸如智能化等软硬件技术手段，对电暖系统的各个部分实施集中控制和统一协调，在满足取暖需求的前提下实现节能。
（2）可使智能化技术更容易在电供暖领域得到应用且使其技术优势最大化。
（3）可使电取暖的舒适性得以提高。
（4）可最大限度的提升电取暖的性价比。
1.2 中央控制单元
即中央电暖系统的集中控制中枢，由相应的功能组件构成。
中央控制单元可由中央处理器组件、通信组件、存贮组件、感知组件、操作终端、网关/网络中继站、云服务平台等组成。
构成中央控制单元的上述组件，可统称为中央控制单元的功能组件或控制组件。
其中，各控制组件可分布在云服务平台或本地。
1.3 电能供暖单元
即由中央电暖系统的电热转换组件（含热量输出装置，下同）构成。
在本文语境下，电能供暖单元也可简称为电暖单元。
电热转换组件可以是传统室内加热器或类似电热转换器具。
构成电暖单元的上述组件，可统称为电暖单元的功能组件或电暖组件。
1.4 网络型中央电暖系统
（1）网络控制型
完全依赖云服务平台和广域互联网运行的中央电暖系统。
从当前产业状况看，这一类型的中央电暖系统更多在理论上存在或可行。
（2）网络辅助型
部分功能依赖云服务平台和广域互联网运行的中央电暖系统。
其中，依赖云服务平台和广域互联网的功能可包括：售后服务、远程诊断、系统升级等。
这是当前应用较多的系统构架类型。
1.5 本地控制型中央电暖系统
不依赖云服务平台和广域互联网运行的中央电暖系统。
中央控制单元的各个组件均设在本地，与电暖单元构成本地局域运行网络。
本地局域网络可以是无线或有线的，或两者兼而有之的。
这也是当前应用较多的系统构架类型。
1.6 操作终端
用于对电暖系统实施人工设置和/或控制的装置。操作终端与电暖系统的其他组件（如电暖组件和云服务平台）之间可通过有线的或无线方式连接。
通过专用APP，手机可成为电暖系统的移动式操作终端。
1.7 网关/网络中继站
电暖系统内部各功能组件互联和本地各功能组件与云服务平台互联的交汇中心。
在网络控制型/网络辅助型电暖系统中，网关通过广域互联网连接云服务平台，通过有线或无线方式与本地相关功能组件互联；在本地控制型电暖系统中，网络中继站通过有线或无线方式与本地相关功能组件互联。
2 系统构架
2.1 系统层级
中央电暖系统可分为三个层级，即系统层、单元层、组件层。其构成与分布示意图见图1。
2.2 网络型系统构架
（1）网络控制型系统
由云服务平台、感知组件、通信组件、存储组件、操作终端、网关等构成中央控制单元，由若干电暖组件构成电暖单元。云端和本地组件通过广域互联网互联，本地组件通过有线或无线方式实现彼此互联。其构架示意图见图2。
（2）网络辅助型系统
同样由云服务平台、感知组件、通信组件、存储组件、操作终端、网关等构成中央控制单元，由若干电暖组件构成电暖单元。与网络控制型系统的区别在于，系统的中央处理器组件设在本地。其构架示意图见图3。
2.3 本地控制型系统构架
本地控制型系统的中央控制单元与电暖单元均设置于本地，基于局域网的需要，仍设有“网络中继站”。其构架示意图见图4。
2.4 组件的存在形式
从实物维度看，中央电暖系统中除云服务平台和电暖组件的物理边界是相对明确的，而存在于本地的组件，如中央处理器组件、通信组件、存贮组件、感知组件、操作终端、网关/网络中继站等则可以被集成于一个物理实体中；感知组件的一部分可能被置于电暖组件中。
3 系统运行
3.1 中央电暖系统运行的普遍性特点
（1）自动互联与形成系统
中央电暖系统产品由系统制造商或系统集成商提供，不同组件遵循同一专有互联协议和接口标准，当安装完毕通电后，即可实现互联并形成系统。
（2）非近前控制/操作
互联网与通信技术的应用，可利用操作终端（包含手机，下同）实现对系统中的各组件进行非近前、非直线的控制与操作。
（3）统一控制
中央电暖系统中的电暖组件的运行均由中央控制单元统一控制，以发挥“中央集权”的系统性优势。
（4）协调运行
中央电暖系统中的电暖组件，不再是一个个孤立存在和各自独立运行的电供暖设备，它们要根据不同应用场景和取暖需求“伺机而动”、协同运行。
3.2 中央电暖系统的运行
3.2.1 运行流程
（1）用户利用操作终端完成用户注册和系统各功能组件的识别确认与互联；
（2）用户利用操作终端完成系统中各组件的个性化设置；
（3）系统进入运行状态。
3.2.2 应用场景分析
（1）常态场景
以多房间、多电暖组件的家居为例。
各个房间的电暖组件视具体的取暖需求可采用相同或不同的类型（如直热式、储热式、热泵式等）和规格，以发挥各类电暖组件的技术优势。
确定各个房间的具体取暖需求的影响因素，可包括人的年龄、体质、居家状态；房间功能、朝向、保温效果、装修差异等；
确定不同类型电暖组件的影响因素，可包括：对升温快慢、气流强度、恒温程度等的要求。如，风扇式、对流式、可见发光辐射式、热泵空调等电暖组件温升快，但断电即降温，且热量传输方向性较强，适合局部快速升温取暖；充液式、储热式电暖组件温升慢，但恒温效果好；风扇式和热泵空调有较强空气流动，噪声大，不宜用于浴室或在睡眠时使用；可见发光辐射式电暖组件，光强刺眼，易生燥热感，不宜用在卧房，不宜为婴幼儿童供暖，等等。
（2）节能场景
以多房间、多电暖组件及多人口家居为例。
结合对系统的个性化设置和系统的自主学习能力，掌握家居不同成员的作息规律和对取暖的需求（温度、时间、强度等），掌握各个房间的热学参数，结合室外温度和人体健康需求，自主控制各个房间电暖组件的启停时机、运行时长、运行状态等。在满足取暖基本需求或取暖舒适度需求的前提下，实现行为节能。
行为节能的基本规律是：按需启停，按需用好“提前量”，按需控制负荷量。这里的“需”，不仅仅来自家居成员取暖的主观感受，还包括对人体健康取暖的客观需求。用好“提前量”的典型例子是，对充液式和蓄热式电暖组件的按需提前断电，充分利用所留余热/蓄热。如，根据居家人员的就寝规律，将电暖组件提前启动或提前调至大负荷运行状态，让居家人员进入卧房时感到舒适；随着居家人员进入睡眠，则将电暖组件的负荷调低或处于间歇运行状态，以维持最佳睡眠所需室温。
3.3 数据流及控制指令流
中央电暖系统运行中所产生的数据和所需要的指令，通过有线或无线方式在系统中的各个组件之间传输和使用。
不同类型的中央电暖系统，其数据和指令均通过网关/网络中继站集散。具体的流动形态是：
——操作终端将人工设置信息经网关/网络中继站传输至中央处理器组件、感知组件、电暖组件；
——传感器将感知到的信息经网关/网络中继站传输到中央处理器组件；
——中央处理器组件发出的控制指令经网关/网络中继站发送至其他功能组件；
——专门注册的手机通过访问网关/网络中继站获取系统运行信息或以操作终端名义发出操作指令；
——系统制造商或系统集成商在售后服务环节，如需要可利用云服务平台访问网关/网络中继站，获取系统运行数据或进行固件/软件升级；
——数据和指令的存储可有不同的解决方案，如存储在云服务平台或本地固件中。
4 结语
本文对中央电暖系统的框架设计，一方面是对现有解决方案的提炼与描述，另一方面也是对未来可能的解决方案的升级予以展望或提示。
相比传统电供暖方案，中央电暖系统的最大优势是利用技术整合手段，将传统电供暖方案与当前最新技术融合，利用系统性思维和方法，令传统电供暖焕发新的生命力。
随着智能化技术的应用和基于应用场景需求的技术开发，中央电暖系统将成为家居或类似环境下电供暖方式的新趋势，以其在实用性、舒适性、便捷性和实在性方面的优势为消费者提供新选择，也将为煤改电、“双碳战略”目标的实现作出贡献。
（责任编辑：张晏榕）
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