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供热计量综述

毕业设计说明书（论文）

作者：

学号：

学院：

班级：

专业：

□自动化□测控技术与仪器

所在系：

□控制科学与工程□仪器科学与技术

题目：

指导者：

评阅者：

年月吉林

摘要

“稳步推进城镇用热商品化”已被政府确定为适应社会主义市场经济体制要求、推进民用建筑节能和城镇供热事业发展、更好地满足人民生活水平提高以及推动城市建设可持续发展的重要政策。

而供热计量则是供热商品化的主要技术基础。

由于供热计量不仅需要多种形式的计量仪表、调控设备，而且适应于热计量要求的供热系统也与主要借鉴于前苏联经验所形成的国内供热系统形式存在明显差异，因此供热计量的许多方面对我国供热行业科技人员都是新问题，需要参考欧洲、北美长期供热计量的经验及近些年东欧诸国推行供热计量改造的经验，并结合中国国情进行大量的研究工作。

为了实现室内温度控制和分户热量计量，我国传统的集中供热采暖系统需要相应有所改变，不仅改变系统形式，还要增加热量计量仪表与一系列温度、流量、压力控制设备。

为了更好地了解这些设备的应用，本文就热计量的主要设备：

热量表，热量分配表与控制装置：

散热器温控阀，动态平衡阀，气候补偿器进行了介绍。

关键词：

可持续发展；供热计量；设备；控制装置

ABSTRACT

"Steadilypromotingtownwithhotcommercialization"hasbeentodeterminegovernmenttoadapttotherequirementofsystemofsocialistmarketeconomy,promotingcivilbuildingenergysavingandurbanheatingcareerdevelopment,bettermeetthepeople'slivingstandardsimproveandpromotethesustainabledevelopmentofcityconstructionimportantpolicies.Andheatingmeasurementisthemaintechnicalfoundationheat-ingcommercialization.

Duetotheheatingmeasurementneedsnotonlyvariousformsofmeasuringinstrument,regulation,equipment,andadapttotherequirementsofthehotmeasurementinheatingsystemandalsodifferinthemainreferenceintheformerSovietunionexperiencebytheformationofthedomesticheatingsystemformobviously,somanyaspectsofheatingmeasurementofChinesescientificandtechnologicalpersonnelareheatingprofessionnewproblem,needtorefertoEurope,NorthAmericalong-termheatingmeasurementofexperienceandeasternEuropeancountriespushingheatingmeasurementinrecentyearsinthereconstructionofexperience,andcombiningwiththeactualconditionsofChinatocarryoutalotofresearchwork.

Inordertorealizetheindoortemperaturecontrolandheatmeasureoftheindividual,ChinesetraditionalCentralheatingsystemneedscorrespondingchange,notonlychangethesystemform,butalsoincreasequantityofheatflowmeterandaseriesoftemperatureandflowrate,pressurecontrolequipment.Inordertobetterunderstandtheapplicationoftheseequipment,thispaperintroduceaboutthemainequipmentofhotmeasurement:

hotscale,heatdistributiontableandcontroldevice:

radiatorthermostaticvalve,dynamicbalancingvalve,climatecompensator.

Keywords:

Sustainabledevelopment;Heatingmeasurement;Equipment;Controldevice

目录

摘要I

ABSTRACTII

第1章绪论1

1.1课题背景与意义1

1.1.120世纪90年代前中国城镇供热的概况1

1.1.2改革开放以来我国供热事业的飞速发展2

1.2计量供热的发展趋势3

第2章计量供热设备7

2.1热量表7

2.1.1室内热平衡基本原理和热计量的途径7

2.1.2热量表的工作原理与精度等级9

2.1.3热量表的构造11

2.2热量分配表11

2.2.1热量分配表的工作原理11

2.2.2热量分配表与热量表的适用条件13

第3章计量供热控制装置15

3.1散热器温控阀15

3.1.1散热器温控阀的构造及工作原理15

3.1.2散热器恒温阀在采暖系统中的节能原理18

3.2动态平衡阀19

3.2.1自力式流量控制阀19

3.2.2自力式温度控制阀与自力式压差控制阀21

3.3气候补偿器24

3.3.1气候补偿器简介24

3.3.2自力式温度控制阀与自力式压差控制阀24

3.3.3气候补偿器的功能24

3.3.4气候补偿器的应用意义25

结论26

参考文献27

致谢30

第1章绪论

1.1课题背景与意义

供热是为建筑业创造舒适环境，为工业生产创造合适条件的服务部门。

经过约20年的努力，我国城市集中供热已具备一定的规模。

至1998年有286个城市有集中供热设施，供热面积达8.6亿m2，供热管网约为3.5万公里。

已占华北、东北、西北、山东、河南等采暖地区实有房屋面积319372万m2；的1/4以上，其中住宅面积占60%以上，用热人口达3000多万。

作为城市基础设施之一的城市集中供热工程除了已有的供热能力之外，还具有很大的潜力。

在计划经济体制下，民用采暖一直作为福利，采用按用热面积计费的收费方法，这种方法既不利于节能，又给政府财政带来了沉重的负担，还出现了热费收缴难的问题。

对于集中供热来说，正在逐步建立和完善对供热用户计量收费制度，积极开发热量表和温控阀。

以满足用户的要求。

当前，我国的能源形势十分严峻，主要表现如下，能源年增长约4%，不能满足国民经济年增长8%～10%的要求：

能源缺口大。

2000年约缺能4.6～5.4亿吨标煤，2010年缺能8%，2050年缺能24%；节能任务重，通过调整产业结构，产品结构，贯彻执行节能措施，2000年节能5～7万吨标煤，2010年约为8亿吨标煤，2050年约为17亿吨标煤。

由此可见，节能是实现可持续发展战略的最有效、最经济的途径。

目前，我国城市环境污染严重，约有57%的城市总悬浮微粒超过国家限制值；约有48个城市SO2浓度超过国家二级排放标准；约有82%的城市出现酸雨。

能效低，能源浪费，环境恶化与可持续发展极不相称，只有贯彻执行可持续发展的重大战略，才能使经济建设、人口、资源、环境相协调，才能实现良性循环。

1.1.120世纪90年代前中国城镇供热的概况

在旧中国，仅只是在一些大城市的个别建筑和特殊区域内设置有集中供热设备。

以北京为例，当时的六国饭店（现北京饭店老楼），清华大学图书馆，体育馆，东单的德国医院（现北京医院）等都装有功能完善的暖汽系统。

甚至冬季很短，气温不太低的上海的某些宾馆，如国际饭店，沙逊大厦（现和平饭店）和个别高档公寓，如华山公寓，霞飞公寓等也装有可随气候调节温度的真空式蒸汽采暖系统（Vacuumsteamheatingsystem）。

当时这些系统基本上由洋人设计，所用设备由国外运来。

显然那时的集中供热只是达官贵人和显要们的专利，与广大老百姓无缘。

建国以来，随着经济建设的发展和人民生活水平的提高，我国的供热事业也得到迅速发展。

北方地区的绝大多数公共建筑和工业企业都装设了集中供暖设备，居民住宅也陆续装设了供暖系统，居住的舒适，卫生与环境条件得到很大的改善。

建国初期，“三北”地区（东北、西北、华北）居民住宅以平方为主，冬季采用火炉、火炕或火墙取暖。

20世纪50年代，设有暖气系统的楼房居民住宅约占3%。

到60年代，楼房居民住宅约有10%装设了供暖系统。

自80年代初改革开放的20多年来，城镇建设发生了翻天覆地的变化。

随着多数城镇“平房”改造、“危房”改造的成功推进，80%～90%的居民搬进了楼房，实现了集中供热或小区锅炉供热。

自1959年我国第一座城市热电站——北京东郊热电站投入运行，到改革开放前，全国只有哈尔滨、沈阳等7个城市有集中供热。

改革开放后发展迅速，1981年增加到15个城市，到1992年这10年中有集中供热的城市猛增到158个，供热面积也从1981年的0.225亿m21992年的3.3亿m2。

此外，从60年代开始，我国已经能够自行设计大、中、小型的成套设备，各型锅炉，设计与制造多钟铸铁、钢材和铝合金的散热设备。

特别是近年来拓宽了国际技术交流的渠道，大量先进技术陆续引进，国内供热技术的开发力度也不断增强，城镇供热在设计标准、工艺水平和技术性能、自动化程度等方面都有长足的进步。

自建国初哈尔滨工业大学、清华大学等高等院校开设暖通专业以来，根据建设发展的需求，设置暖通专业的院校数量由60年代的8所，一路攀升到90年代的几十所，到本世纪初已多达百余所。

这些院校为国家培养了大批暖通空调工程设计与研究人才。

同时，建国几十年来所积累的工程和科研实践经验，也为我国供热事业的现代化和持续发展提供了重要保障。

1.1.2改革开放以来我国供热事业的飞速发展

70年代末以来，在改革开放政策的推动下，我国经济建设发展迅猛，城市数量、城市规模和城市现代化建设日新月异、城市供热事业也相应快速发展。

特别是进入90年代，城镇供热面积几乎每年以近亿m2以上的速度递增。

1992年统计，全国设市517个，其中158个城市有集中供热设施，集中供热面积为3.3亿m2。

1998年统计，全国设市668个，已有286个城市建立了集中供热设施，供热面积已达8.7亿m2（其中住宅供热面积达到5.5亿m2）。

1999年统计，供热面积已达9.6亿m2（其中住宅为6.3亿m2）。

截止2000年，城镇供热面积达11.077亿m2，增长幅度达14%，比上一年的增幅增加了3个百分点，比“九五”期间集中供热10%的年增长率高出四个百分点，已占“三北”（华北、东北、西北）、山东、河南等采暖地区实有房屋面积34.057亿m2的28%。

城镇供热面积中住宅面积约占60%，用热人口达3200万，全年供热费用金额近200亿元人民币。

以天津为例，到1989年底，全市累计供热面积为644万m2，热化率（集中供热建筑面积与总建筑面积之比）仅为13.8%。

1990-1999年的十年中，供热面积增加至3340万m2，热化率增加至47.7%。

截止2000年底，供热面积已达4240万m2，热化率增加至60%。

可见城市供热作为城镇重要的基础设施已形成相当规模，而且随着城市建设进一步发展和人民生活水平的不断提高，中国城镇供热事业仍将持续发展，其势头和规模是历史上前所未有的。

城镇集中供热的推进，不仅极大地改善了城镇居民的生活品质和身体健康。

同时对改善城镇环境，减少大气污染等方面起了重要作用。

1.2计量供热的发展趋势

在发展的同时，城镇供热也面临着许多问题和困难。

因为在计划经济时期，城镇集中供热一直作为职工福利，采取所谓“包烧制”的方式，即职工冬季采暖的供热费由政府财政和职工所在单位包下来，热用户不需交纳供热费用。

自20世纪90年代初以来，国家从计划经济向社会主义市场经济全面转轨，相应实行了住房制度改革，原属单位的住房大部分已由职工购买；新建住房基本上均面向个人出售。

此外，因所有制变革、行业调整、企业重组、人员优化等改革措施，职工所属单位也发生了很大变化；而供热收费制度仍然沿用计划经济条件下的福利办法，出现了收费率持续下降，造成供热企业资金短缺，严重困扰着城镇供热的正常运行和发展，甚至影响到城镇居民的过冬采暖和社会安定。

冬季供热不仅成为供热城镇居民关心的焦点、热点；也不同程度成为“三北”地区及其他采暖城镇各级政府冬季工作的重要议题和难题。

这正说明原有的供热管理体制、供热收费制度、供热企业经营机制都已不能适应新时期市场经济条件下供热行业运营与发展的需要。

由于现有供热体制，背离了市场经济规律，不仅能源严重浪费，并使许多城市的供热难以为继，到了非改革不可的地步。

因此，必须大力推进供热体制的全面改革，从根本上摆脱当前的困境，使供热事业走上可持续发展的健康道路。

当前的供热体制存在的主要问题可概括为以下几方面：

1.违背市场经济规律，供需双方都缺乏节能积极性

在旧供热体制下，采暖耗热多少与居民经济利益无关，用户一般不考虑供热节能。

室温偏低则告状，室温过高就开窗散热，导致供热能耗居高不下，能源浪费。

供热单位或公司，则把全部费用，按所供热的建筑面积分摊，收费不足就作为政策性亏损，要求政府给予补贴。

这样既掩盖了供热单位经营管理和技术水平低下的问题，又阻碍了技术更新和改进管理的积极性。

其结果是供热效率低，能源浪费大。

建筑能耗占总能耗的比重，随生活水平的提高不断增长，目前已达30%，所占比重并在继续加大。

供热能耗又是建筑能耗的重要构，要落实供热节能就必须改革供热体制。

据调查，在近几年暖冬的情况下，一些地区实际耗热指标竟高于设计值，而国内所采用的设计值又高出先进国家的供热能耗指标1～2倍。

由此也说明了我国供热节能的紧迫性。

中国人口占世界总人口的20%，人均能源资源占有量不足世界平均水平的50%，石油资源占有量仅为10%。

根据2000年12月30日“世界能源导报”报道，我国煤炭探明可开采储量为1145亿t，可开采约54～81年（即2050～2077年），石油探明可开采储量为32.74亿t，可开采年限约为15～20年（即2011～2016年），天然气探明可开采储量为11704亿m3，可开采年限约为28~58年（即2024～2054年）。

自1993年开始，我国已成为能源的净进口国，而且能源需求缺口越来越大。

从全局和长期考虑，节能增效势在必行。

从节约能源的角度考虑，供热体制的改革也刻不容缓。

2.热费收缴困难，供热企业难以为继

由于过去企事业单位一直实行的是福利供热，即使煤、电、水根据市场需要而调价，也统统由单位包下来，与用热职工无关。

这些年来，随着企事业改革深化和住房私有化政策的成功实施，原来的企事业单位有的兼并改组，有的撤销或停业。

一些单位经营困难，经济效应欠佳，无力为职工交纳热费，职工有的专业下岗，有的进合资企业或私企。

因为有了这些变化，而供热体制并未跟上，所以，自20世纪90年代前后，不少城市热费收缴出现逐年下滑的趋势。

以东北一些大城市为例，热费由1990年的90%左右收缴率下降到2000年的60%左右。

沈阳、哈尔滨等城市累计欠费额各高达7～8亿元人民币。

供热企业不仅无力维护保养供热设备，甚至缺钱购煤，拖欠水费、电费。

一些城市冬季供热成了政府的难题。

从另一方面看，城市采暖费用是居民的一笔大额支出，相对于居民收入是较高的费用。

据统计，在“三北”地区，其费用约占普通职工家庭年收入的5%～8%，或几乎相当于普通职工家庭全年的水、电、气费用。

供热从“福利”转轨成个人负担，实行供热商品化、货币化，那么也必然涉及到要改变过去的职工供热补贴方式，从暗补转为明补，补贴计入工资，并宜根据市场价格多年的变动情况，适当的调整补贴金额。

供热补贴资金应该立足于原有各种供热资金的转换。

转换资金不足部分，可考虑实行全额预算。

行政事业单位在预算中解决，企业和自收自支事业单位经同级财政部门批准，可在成本费中列支。

以及配套出台相应的社会保障政策，制定出对生活困难居民的供热减免费的办法。

只有采取这些相应措施，才能有效保障供热企业正常运转和技术更新所需的费用。

此外，由于计量供热系统的热用户可通过调节散热器的热水流量自主调节室温，因此与常规供热系统不同，计量供热系统将出现动态水利失调问题，普遍认为增设相应的自力式压差或流量控制设备等是必要的。

3.节能建筑不节能，制约了建筑技术的进步

由于外围护结构保温性能差，门窗不严密等因素，我国旧有建筑的供热能耗指标是国外先进国家的2～3倍，这也是供热能耗大、费用高而舒适性差的重要原因。

为此，建设部制定了相关政策与法规。

从80年代开始，我国把建筑节能的目标分为两个阶段来实现：

第一阶段从1986年起到1995年，新设计的采暖居住建筑能耗水平在1980～1981年当地通用设计标准能耗水平的基础上节能30%；第二阶段从1996年起到2000年，新设计的采暖居住建筑要在1995年底的基础上再节约30%，即在1980～1981年当地通用设计能耗水平的基础上节能50%。

10多年来，中国北方采暖地区，依据节能设计标准，主要由政府强制实施，已建成了约1.5亿m2的节能建筑。

这些节能建筑与以往的建筑相比，围护结构的保温性能大为改善，冬季室温有所提高。

但由于现有供暖系统，用户不能调控室温，供热热量没有计量，供热体制又决定了供热费用与用户耗热量多少无关，用热多少与居民经济利益无直接联系等等。

因此使得节能建筑实际节能效果较差。

而且无论是节能建筑还是非节能建筑，收取费用一般都是按同一标准、同一单价结算。

也就是说，节能建筑也不比非节能建筑少交热费，那么根本不可能通过若干年运行所节省的供热能耗费用来回收或补偿建造节能建筑所增加的初投资。

在市场经济条件下，节能建筑收不到经济效益，单依靠政府强制执行节能标准的这种状况，是很难长期持续下去的。

所以，从实行建筑节能的大方向来看，改革供热体制势在必行。

4.冬季采暖期城镇大气污染严重

如前所述，如果再延续原有的供热体制，居民和供热单位都不关心节能，冬季采暖所消耗的热能将越来越多。

我国北方集中供热的能源基本上是煤炭，能源越浪费，煤炭烧得越多，大气污染越严重。

目前冬季北方不少城市经常处于二、三级大气质量的较差状况，不同程度危害居民的健康。

造成这种状况的另一个重要原因是不少供热单位因收费不足，勉强维持运行，无力启动技改项目以提高锅炉的燃烧效率，改善除尘脱硫设施，采用鼓、引风机和炉排的变频控制技术，以及采用按气温及其他运行参数自动调节系统供水温度及水量等等先进技术。

甚至有些中、小锅炉房仍然处于看天烧火、按车估煤耗的粗放作业、低水平管理状态。

理顺供热体制以改善供热企业的经济处境，增强技改的力度，才能达到降耗减排、改善环境的目标。

只有改革了供热体制，政府和企业才能更快腾出手来投入更多大资金，加快改造旧有的中、小锅炉房的步伐，兴建自动化程度高、消烟除尘功能完善的区域锅炉房，取代分散的、设备陈旧、技术落后的中、小锅炉房。

在一些重要城市和区域改燃煤为燃气、燃油，采用技术先进、自动化程度高的油、气锅炉。

如北京近年来对三环以内的一些城市热网不便供热的区域锅炉房进行了改造。

这样才有可能逐步降低大气烟尘污染，改善冬季城市环境。

第2章计量供热设备

2.1热量表

2.1.1室内热平衡基本原理和热计量的途径

1.室内热平衡基本原理

为了保证人们冬季能在室内进行正常的工作和生活，需要由采暖系统向建筑物补充热量。

对于采暖建筑物（房间）来说，当室内温度稳定时，建筑物的采暖热负荷值Q1，等于散热设备系统放出的热量值Q2，也等于供暖热媒供给建筑物的热量值Q3。

即：

（2-1）

其中三种热量值的计算公式如下：

（2-2）

（2-3）

（2-4）

式中Q1——建筑物的采暖热负荷值（J）；

Q2——散热设备系统放出的热量值（J）；

Q3——供暖热媒供给建筑物的热量值（J）；

qv——建筑物的体积采暖热指标[W/（m3·oC）]；

V——建筑物的外部体积（m3）；

tn——建筑物室内温度（oC）；

tw——建筑物室外温度（oC）；

T——计量仪表的采样周期（s）；

K——由实验确定的散热器传热系数[W/（m2·oC）]；

F——散热器面积（m2）；

tp——散热器内热媒平均温度（oC）；

β1、β2、β3、β4——与散热器使用条件有关的系数

G——采暖热用户的循环水量（kg/h）；

c——热水的质量比热容[c=4178J/（kg·oC）]

tg——散热设备供水温度（oC）；

th——散热设备回水温度（oC）。

2.热计量的途径

计量采暖系统供热量的仪表，就是依据上面所示的基本方程进行开发研制的。

由于开发计量仪表的侧重点不同，从而又有不同的计量方法。

1）测量热用户的采暖热负荷值Q1

此种方法是将qv作为仪表常数处理，只需要测得室内温度tn及室外温度tw确定仪表的采样时间T，即可得到用户采暖热负荷值Q1。

该类仪表造价低，但是由于无法解决用户开窗造成的热量损失等问题，即不能反映qv发生变化的情况。

在德国已不再允许使用，但在美、法等国仍有使用。

2）测量散热设备系统放出的热量值Q2

由式（2-3）可见，只要测得室内温度及散热器内热媒平均温度，确定仪表的采样时间T，即可得出散热设备系统放出的热量值Q2。

测量tp的方法不同，热量计量的方式也不同。

利用散热器内热媒平均温度和液体蒸发量的关系，来计量Q2。

该类仪表称为蒸发式热量表，装有蒸发液的玻璃管放在密封的带刻度的容器里，该仪表装在散热器表面，仪表特性用C来表示，即：

（2-5）

式中tp——散热器内热媒平均温度（oC）；

tn——实测的建筑物室内温度（oC）；

tc——蒸发液温度（oC）

蒸发式热量表造价较低，但只能显示相对能耗，且需要每年进入住户室内读值与更换蒸发液管。

这类仪表在欧洲应用较普遍，在北美很少应用。

利用电子器件测得室内温度及散热器内热媒平均温度，根据仪表的采用时间T，进而计算出散热设备系统放出的热量值Q2。

这种仪表称为电子式热量表。

根据tp的确定方法不同，又可将电子式热量表分为两种：

一种是将温度（热流）传感器贴在散热器表面上能够反映散热器内热媒平均温度的位置，以间接测量tp。

另一种方法是将温度传感器装在散热器的进出支管上，来测量散热器内热媒的平均温度tp。

电子式热