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Articles论文84 家电科技 Vol.3 2023 Issue 422家用中央电暖系统标准体系构建探讨Research on the construction of standard system of household central electric heating system 朱永国1 方庆朕1 唐雪瑾2 张艳丽2ZHU Yongguo1 FANG Qingzhen1 TANG Xuejin2 ZHANG Yanli21.宁波先锋电器制造有限公司 浙江宁波 315332；2.中国家用电器研究院 北京 1000371.Ningbo Singfun Electric Appliance Co.,Ltd.Ningbo 315332;2.China Household Electric Appliance Research Institute Beijing 100037摘 要：家用中央电暖系统符合国家相关政策，是家居供暖领域未来发展的趋势。由于中央电暖系统跨学科、跨专业领域的技术特征，给标准化工作和行业管理提出了挑战，中央电暖系统行业标准化工作的重要性和迫切性显而易见，而行业标准化工作需要一个科学、合理的标准体系。为确立科学、合理的标准体系，通过梳理中央电暖系统应用现状和标准现状，参考轻工、家用电器和智能家居系统标准体系以及相应的国家标准，构建中央电暖系统标准体系结构。中央电暖系统标准体系结构分为4个层次、31个系列，全面完整、层次分明、目标明确，同时兼顾了轻工、家用电器和智能家居系统相关要求等特点，为中央电暖系统行业标准的规划和制修订提供了依据。关键词：家用中央电暖系统；标准体系结构；多领域交叉技术Abstract:The household central electric heating system conforms to the relevant national policies and is the future development trend of the household heating fi eld.Due to the interdisciplinary characteristics of the central electric heating system,the standardization work and industry management are challenged.The importance and urgency of the standardization work of the central electric heating system is obvious,and industry standardization work requires a scientifi c and reasonable standard system.To build a scientifi c and reasonable standard system,by combing the application status and standard status of the central electric heating system,referring to the standard system of light industry,household appliances and smart home systems and corresponding national standards,the standard architecture of the central electric heating system is built.It provides the basis for the planning,formulation and revision of the industrial standard of central electric heating system.The standard architecture of the central heating system is divided into 4 levels and 31 series,which is comprehensive and complete,with clear levels and clear objectives.At the same time,it takes into account the requirements related to light industry,household appliances,and smart home systems.Provides basis for the planning and revision of industry standards for the central heating system.Keywords:Household central electric heating system;Standard architecture;Multi-territory cross technology中图分类号：TS01;TS07 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.03.0140 引言中国家电行业的市场竞争力一直居于世界前列，创新发展的家电技术是其内生原动力。近些年来，随着高品质家电市场需求的持续扩大，同时在国家相关政策的助推下，中国家电行业积极探索创新，涌现出了一批融合多领域交叉技术，跨学科、跨专业的新型家电产品。家用中央电暖系统是典型的融合了多领域交叉技术的新型家电产品，也是在响应国家“煤改电”和质量提升政策背景下研制作者简介：朱永国，学士学位。研究方向：家电标准化。地址：浙江省慈溪市附海镇工业开发区。E-mail：。出来的高品质冬季供暖产品，受到了消费者的喜爱，具有较好的发展前景。家用中央电暖系统不是单一的加热设备，它是一个由多个单元和组件构成的系统，是融合了暖通（供热）技术、综合布线技术、自动控制技术、传感技术、网络通信技术、大数据处理技术和信息安全技术的综合体。这种多个不同领域技术的交叉融合也带来了一系列的新问题，如各组件间的兼容性和匹配性、通信和接口规范的协调性和统一Articles论文 85家电科技 Vol.3 2023 Issue 422性、多组件集成后的系统可靠性，等等。所有这些问题，需要新的规范和标准来实现技术协调和产品兼容，同时需要标准体系来实现规范和标准的协调统一性和全面完整性。目前中央电暖系统行业仍处于发展起步阶段，相关产品概念尚未形成广泛共识，消费者和企业的质量意识比较淡薄，在缺少相关标准，特别是系统标准的规范下，中央电暖系统行业发展面临极大的风险。同时中央电暖系统跨学科、跨专业领域的技术特征也给标准化工作和行业管理提出了挑战，当前行业标准化工作的重要性和迫切性显而易见。因此需要我们加快研究确立中央电暖系统标准体系，构建标准体系结构，依据标准体系表开展一系列标准的研制，使各类中央电暖系统的产品和安装服务质量能从系统层级、技术发展和生命周期等方面得到科学合理的评价，为企业设计生产、市场监管和消费者权益保障提供标准依据，为中央电暖系统行业的持续健康发展提供标准支撑。1 中央电暖系统的应用现状1.1 工程应用中的系统结构和层级1.1.1 工程应用中的系统结构当前中央电暖系统在工程应用时普遍采用了包含电暖单元、中央控制单元和联接器件三个部分的结构模式1。其中：（1）电暖单元由1台以上（不含1台）的终端加热（散热）设备构成。这里的加热（散热）设备又可称为电暖组件。（2）中央控制单元由监控系统、服务平台、计量装置、操作终端（如房间温控器、智能手机、电脑终端）等组件构成，又称控制组件，其中监控系统又包括感知、通信（含通信协议）、接口、网关/网络中继站（如路由器、集线盒）、存贮、中央处理器等部分。（3）联接器件包括用于电暖单元与中央控制单元之间电气和通信连接的各类器件。在运营要求简单的情况下，可不包括监控系统和服务平台，中央电暖系统可根据需要选择配置电暖组件和其他的控制组件。图1给出了在工程应用案例中较为常见的中央电暖系统结构示意图。1.1.2 工程应用中的系统层级由图1可以看出，中央电暖系统从整体到局部可以分为两个大的层级，第一层是系统层，第二层是子单元层。系统层是由子单元层通过有机组合构成的一个整体，即中央电暖系统；而子单元层是系统层的组成部分，它又可分为控制子单元层（也即中央控制单元，简称控制层）和设备子单元层（也即电暖单元，简称设备层）。相对来说，设备层比较单一，而控制层涵盖内容较多，技术进步空间最大。从未来的视角来看，设备层向多解决方案方向发展的可能性较大，但究其本质还是供热设备，所以设备层不再细分也可涵盖近期和远期需求；而随着NB-IoT普及后的成本下降、未来5G的商业化、边缘计算在智能网关上的应用以及低轨道卫星通信系统的实现等都会对控制层体系结构带来变化，因此需将控制层做进一步展开，以便将近期和远期需图1 中央电暖系统结构示意图Articles论文86 家电科技 Vol.3 2023 Issue 422求纳入其中。参考物联网体系架构的四个层级2，中央电暖系统的控制层至少可再分为三层，包括物理感知层、传输网络层、应用支撑层。其中传感器、计量装置属于物理感知层；通信协议属于传输网络层；服务平台、监控中心属于应用支撑层。1.2 中央电暖系统的应用1.2.1 操作方式的应用现状现阶段中央电暖系统的操作方式有三种：（1）用户使用电脑终端、iPad或智能手机等控制监控中心，监控中心把指令发给房间温控器，房间温控器再操控旗下的每台电暖组件。（2）用户使用服务平台控制监控中心，监控中心把指令发给房间温控器，房间温控器再操控旗下的每台电暖组件。通过以上操作方式，后台可以对电暖组件实现开关控制、调温控制、时间控制、巡检、自由编组、按天文时钟自动运行、故障报警等功能。（3）用户使用房间温控器对每台电暖组件进行手动或自动操控。1.2.2 通信方式的应用现状当前中央电暖系统各组件间的通信方式主要包括：（1）电暖组件与功率模块或房间温控器之间：通过有线（RS-485）或无线（RF射频或ZigBee）实现双向或单向通信。（2）功率模块和房间温控器之间：通过有线（RS-485）或无线（RF射频）实现双向或单向通信。（3）房间温控器或服务平台与监控中心（服务器）：通过远程无线通信（GPRS或Internet）实现双向或单向通信。1.3 应用总结从中央电暖系统的结构、层级和应用现状可以看出，中央电暖系统不是单个电暖组件，也不是多个电暖组件的简单拼凑组合，它是一个系统过程，除了传感器、计量装置、房间温控器、功率模块或电暖组件自身的技术规范和产品标准外，在各个组件之间、组件与监控中心之间、监控中心与服务平台之间，都存在通信协议、接口、网络安全和软件数据结构的匹配协调问题。同时，在各个组件集成后还存在着系统电磁兼容、系统综合性能、系统节能、系统健康、系统可靠性和系统智能性等因集成带来的新问题。厘清和构建家用中央电暖系统标准体系结构，就是要把中央控制单元和电暖单元内的各组件自身和它们之间以及系统集成后需要做的技术规范、产品标准、通信协议、互换接口要求等整理出来，为中央电暖系统行业内的标准规划和标准制修订提供可参照的方向和依据。2 国内外中央电暖系统标准现状2.1 国外标准现状IEC/TC 61针对电暖组件制订了IEC 60335-2-30、IEC 60335-2-61等安全标准；IEC/TC 59针对电暖组件制订了IEC 60675、IEC 60531、IEC 62999等性能和测试方法标准，但是上述标准未涉及集成后的中央电暖系统的性能和安全。欧盟针对家用和建筑电子系统（HBES）制定了EN 50090系列标准，IEC/TC 23在智能家居领域制订了IEC 63044系列标准。该系统（HBES和BACS）涵盖的应用程序包括暖气控制、空调控制、通风、智能电量计量等。但是，目前该控制系统（HBES和BACS）在行业应用方面还未普及，也不成熟，特别是在中央电暖系统行业内仍未被采用或者不完全采用。2.2 国内中央电暖系统标准现状 2.2.1 电暖组件标准现状 SAC/TC 46针对热泵、室内加热器、贮热式加热器和地暖制定了GB 4706.32、GB 30721、GB 4706.23、QB/T 4096、QB/T 4703、GB/T 39938等标准。住建部建筑环境与节能标准化技术委员会也从建筑环境和节能的角度制定了一个行业标准3。相对来说，目前电暖组件的相关标准还是比较完善和成熟的，它包含了安全、性能、节能、方法、产品等一系列的标准。2.2.2 控制组件标准现状SAC/TC 212针对电自动控制器制定了GB 14536.1等标准；SAC/TC 46针对功率模块、服务平台、智能控制单元、接口、结构及应用模型制定了GB/T 39392、GB/T 36426、GB/T 38052.2、GB/T 36424.1等标准；SAC/TC 67针对住宅和楼宇电子及控制系统制定了GB/T 39673.1等标准；SAC/TC 260针对网络安全、传输等制定了GB/T 25068.1、GB/T 15629.15等标准。目前控制组件标准尚待完善。2.2.3 中央电暖系统标准现状中国电力企业联合会制定了一个中央电暖系统团体标准4。该标准属于应用层面的标准，并未对组件之间和集成后的系统安全、性能、可靠性等提出具体要求。同时由于该标准覆盖产品范围比较广，从锅炉到热泵，从直热式、蓄热式设备到地暖式设备，它们在技术要求和应用工艺方面差异非常大，标准内容无法做到面面俱到，指导性多于实操性。浙江省品牌建设联合会也发布了一个中央电暖系统团体标准5，该标准侧重点为智能和直热，只是中央电暖系统的一个部分，也因为标准制定较早，标准中的性能和安全要求已落后于技术的发展。Articles论文 87家电科技 Vol.3 2023 Issue 4222.3 中央电暖系统标准现状总结由于中央电暖系统相关技术和市场尚处在发展起步阶段，加上跨越多个领域和需要有关部门的政策支撑等问题，标准化工作难度很大。目前中央电暖系统各组件的相关标准是由非中央电暖系统行业的不同组织开展制修订的，其侧重点有所不同，也没有统筹考虑在电供暖应用场景中的相互兼容和协调问题，在实际应用中可能需要调整组件的某些要求才能满足系统的运行条件，这些组件的相关标准就有可能需要修改或增加某些相关要求才能保障行业的利益。因此，目前各组件的相关标准未能完全解决组件标准的所有问题，还需要在电暖系统的应用实践中根据差异化的要求加以完善。集成后的中央电暖系统在应用层面虽然有一两个团体标准，但也只是初步解决了系统应用层面的部分问题，未能解决组件之间和集成后系统出现的新问题、新情况。3 中央电暖系统标准体系构建思路本文从中央电暖系统应用现状和标准现状着手，参考 标准体系构建原则和要求6、家用电器三维标准体系参考模型研究7以及相关行业的标准体系8来构建中央电暖系统标准体系。3.1 中央电暖系统标准体系的构建原则在构建标准体系时，本文认同并采用以下原则9：（1）中央电暖系统是跨学科和多专业领域下的现有成熟技术的集成与应用；（2）在标准制定方法和过程上，中央电暖系统标准只针对或涉及在系统集成与运行过程中产生的新的标准需求，和对现有学科与专业领域下的独立产品或方法标准中不适用“系统”集成与运行的部分进行补充或修改；（3）对现有学科与专业领域下的独立产品或方法的适用标准，应将其直接纳入标准体系或通过某种形式的技术文件将其纳入标准体系。3.2 中央电暖系统标准体系的分类依据参考轻工标准体系、家用电器标准体系和智能家居系统标准体系结构，结合中央电暖系统本身的结构、层级和标准化现状，本文拟采用系统层级、技术发展和生命周期这三个因素作为中央电暖系统标准体系的分类依据。由于中央电暖系统的层级多，各层级的技术发展和标准化程度也不相同，为使标准体系层次适当、划分清楚，覆盖的标准全面完整，标准体系结构的各个层次或各个类别在分类时需要根据这些层次或类别的内在逻辑和特点选择合适的分类依据。3.3 中央电暖系统标准体系基本结构3.3.1 中央电暖系统标准体系结构的四个类别为衔接配合轻工行业标准体系结构以及考虑中央电暖系统多层级的特点，中央电暖系统标准体系结构分为大类、中类、小类和系列四个类别，其中大类即中央电暖系统。从中央电暖系统的结构、层级和标准现状来看，系统与其子单元（中央控制单元、电暖单元）属于不同的层级，需要标准化的内容和范围完全不同，不会出现交叉重叠，因此可以分开作为单独的标准化对象。同时考虑对系统及其子单元的标准化，可以实现中央电暖系统被标准体系的全覆盖，为此中类在分类时采用了系统层级作为分类依据。按系统层级来分，中类具体分为了系统和子单元两个模块，其中，系统模块即覆盖集成后系统需要制定的所有标准，解决组件之间和集成后系统出现的新问题、新情况；子单元模块即覆盖控制单元和电暖单元需要制定的所有标准，解决组件标准在电暖系统的应用实践中需要完善的问题。在小类分类时，考虑到系统标准化主要是解决组件之间和集成后系统出现的新问题，而这些新问题又主要集中在安全、性能、节能、可靠性等技术发展方面，同时为确保这些问题得到解决还需要安装和服务的支持。因此，在针对系统标准化时，其小类采用了技术发展和生命周期作为分类依据。系统小类具体分为基础通用、安全、性能及测试方法、安装交付与服务四个模块，未来也可根据技术发展和生命周期的扩延增加相关的模块。同时考虑到子单元标准化主要是解决组件标准在电暖系统的应用实践中需要完善的问题，而从中央电暖系统标准现状来看，组件的相关标准基本上是按照系统层级和相关产品来分类编制的，要完善这些标准也需要按这些相关标准的分类逻辑进行分类。因此，在针对子单元标准化时，其小类采用了系统层级作为分类依据，子单元小类具体分为中央控制单元和电暖单元两个模块。具体到系列分类时，同样采用了系统层级、技术发展和生命周期这三个因素作为分类依据，具体分类可详见图2结构图的第4层。3.3.2 中央电暖系统标准体系的基本结构本文在梳理中央电暖系统的应用现状和标准现状的基础上，结合上述结构分类，提出了中央电暖系统标准体系的基本结构，具体可详见图2。3.4 中央电暖系统各系列标准的涉及范围系列标准是中央电暖系统标准体系结构的系列类别下对应的具体标准，它们需要根据标准的全面完整原则统筹考虑每个具体标准的范围和边界，做到既不会交叉重叠，又能够全面完整。本文仅对没有相关标准的系列标准涉及范围进行说明。Articles论文88 家电科技 Vol.3 2023 Issue 4223.4.1 通用技术系列通用技术系列标准是中央电暖系统标准体系中的基础通用标准，它包含了中央电暖系统的通用要求和特殊要求。通用要求是对中央电暖系统共性通用的部分进行标准化，特殊要求是对不同中央电暖系统做差异化的标准化，其中特殊要求是根据不同的电暖组件来分别制定的，包括直热式、蓄热式、热泵式、地暖式等。同时通用技术系列标准还包括了一部分特殊应用场景下的中央电暖系统的通用要求，如极寒地区的中央电暖系统、用于校园和特殊人群的中央电暖系统等等。上述的通用要求或特殊要求系列标准一般会规定定义和术语、分类、功能、安全、性能、节能环保、健康卫生、说明、安装与售后以及评价等内容。3.4.2 参考架构系列因系统架构不会因电暖组件的不同而出现变化，所以参考架构系列标准仅将中央电暖系统作为一个整体进行标准化，如果有差异也可以在该标准中给出差异说明。参考架构系列标准一般会规定定义和术语、架构模型、释义和模型应用示例等内容。3.4.3 电磁兼容系列目前单个组件的电磁兼容可通过相关标准进行评价，但是还不能证明由多个通过电磁兼容评价的组件与中央控制单元集成后形成的系统一定会符合电磁兼容要求。因此，集成后的系统电磁兼容需要制定新的标准进行评价，其范围包括电磁兼容性要求以及针对整个系统的电磁兼容试验方法等。3.4.4 综合性能系列因不同的电暖组件会导致系统性能出现变化，所以综合性能系列标准需要按照不同的电暖组件有针对性地开展标准化。综合性能系列标准的范围包括除节能环保、健康卫生、可靠性、智能水平以外的其他性能要求。3.4.5 节能环保系列同综合性能系列标准一样，节能环保系列标准也需要按照不同的电暖组件有针对性地开展标准化。同时因为中央电暖系统的工程属性，节能标准又可按经济运行和节能评价进行展开。3.4.6 健康卫生系列同参考架构系列标准一样，健康卫生系列标准可将中央电暖系统作为一个整体进行标准化，如果有差异也可以在该标准中给出差异说明。3.4.7 可靠性系列目前单个组件的可靠性可通过相关标准进行评价，同样也不能证明由多个通过可靠性评价的组件与中央控制单元集成后形成的系统一定会符合可靠性要求。因此，集成后的系统可靠性需要制定新的标准进行评价，其范围包括可靠性要求，以及针对整个系统的可靠性图2 中央电暖系统标准体系结构图Articles论文 89家电科技 Vol.3 2023 Issue 422评价方法等。3.4.8 智能水平系列同参考架构系列标准一样，智能水平系列标准可将中央电暖系统作为一个整体进行标准化，如果有差异也可以在该标准中给出差异说明。3.4.9 应用设计系列不同的电暖组件需要不同的应用设计，因此应用设计系列标准需要按照不同的电暖组件有针对性地开展标准化。该标准的范围一般包括设计原则和设计要求，其中设计要求一般包括热负荷的计算、设备选型、设备数量的确定、系统构造、系统布置等等。3.4.10 施工安装调试验收系列不同的电暖组件需要不同的施工、安装、调试和验收，因此施工安装调试验收系列标准需要按照不同的电暖组件有针对性地开展标准化。该标准的范围一般规定了使用的材料、安装方法、质量验收方法、调试方法和竣工验收要求等。3.4.11 运行监测系列不同的电暖组件需要不同的运行监测手段和检测要求，因此运行监测系列标准需要按照不同的电暖组件有针对性地开展标准化。该标准的范围一般规定了监测原则和要求、监测项目、监测内容、监测步骤、监测方法等。3.4.12 售后服务系列不同的电暖组件需要有针对性的售后服务，因此售后服务系列标准需要按照不同的电暖组件有针对性地开展标准化。该标准的范围一般包括售后服务方的要求、售后服务的提供及售后服务规范等。3.4.13 监控系统系列由于监控系统受中央电暖系统末端的电暖组件影响不大，监控系统系列标准可将中央电暖系统作为一个整体进行标准化，如果有差异也可以在该标准中给出差异说明。该标准的范围一般包括监控系统架构、功能、性能要求、监控模块、采集和安全防护等。3.4.14 计量系列同监控系统一样，计量系列标准可将中央电暖系统作为一个整体进行标准化，如果有差异也可以在该标准中给出差异说明。该标准的范围一般包括电暖系统计量要求、计量配备原则、安装要求、计量方法、现场检验与标定等。4 结论家用中央电暖系统作为一种多领域交叉技术的新型家电产品，涉及的领域很广泛，各领域之间、技术标准之间有较强的相对独立性，这就使得基于交叉技术的中央电暖系统在现有的家用标准架构下，没有行业标准可以遵循，存在设备层和控制层配合欠佳、低技术含量的重复开发时有发生、系统使用和维护成本居高不下、系统安装和服务质量无保证等问题，这在很大程度上制约了中央电暖系统的初始市场开发和规模化应用。本文在梳理中央电暖系统应用现状和标准现状的基础之上，参考轻工、家用电器和智能家居系统标准体系以及相应的国家标准，初步构建了中央电暖系统标准体系结构。该体系结构具有全面完整、层次分明、目标明确，同时兼顾了轻工、家用电器和智能家居系统相关要求等特点。它为中央电暖系统行业标准的规划和制修订提供了依据，指明了方向。需要注意的是，标准体系结构的构建是动态的，虽然本文中标准体系结构考虑了近期和远期需求，但是随着行业实践的深入、认知水平的提高和技术进步，标准体系结构仍需实时不断地调整和完善。参考文献1 朱永国,毛旭春,张亚晨.家用中央电供暖系统的框架设计J.家电科技,2021(05):15-17.2 赵芯舫.物联网的特征及层次划分探究J.电子技术与软件工程,2015(15):29.3 JG/T 2362022建筑用电供暖散热器S.2022.4 T/CEC 165.12018电供暖系统技术规范 第1部分:总则S.2018.5 T/ZZB 03992018智能直热式中央电暖系统S.2018.6 GB/T 130162018标准体系构建原则和要求S.2018.7 闫凌.家用电器三维标准体系参考模型研究J.家电科技,2020(03):104-106.8 朱焰,郭丽珍,吴蒙.家用电器标准体系及基本架构J.中国标准化,2010(10):38-41.9 毛旭春,朱永国,张亚晨.家用中央电暖系统标准化“概念体系”探究J.家电科技,2021(04):14-16.（责任编辑：张晏榕）