热计量与温控.docx

热计量与温控.docx

《热计量与温控.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热计量与温控.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热计量与温控

第二章

热计量与温控

一、热计量与温控的意义

•当前由于我国建筑物的保温隔热和气密性能很差，供暖系统热效率低，单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍。

到2000年，全国城市建筑耗能占能源生产总量的14％，这就说明，只有坚决采取节约能源的措施才能维持建筑的可持续发展。

采暖包费制，改为？

•国外的热计量经验表明，按照热量收费的制度是促使用户自觉节能的最有效手段，据统计，把“大锅饭”式的采暖包费制，改为按实际使用热量向用户收费，可节能20％－30％。

而在我国长期以来实行福利制供暖，能耗多少与用户利益无关，这是大锅饭体制遗留下来的一大弊端，也是供热系统节能工作的一个最大障碍。

温控的意义---热计量的前提

•实现供暖系统的按热量收费的最终目的是建筑节能，要作到这一点，除了加强建筑保温、降低设计能耗外，室内供暖系统必须有温控装置。

温控是实现热计量的前提条件之一，只有计量收费装置而没有室内系统的温控手段，实际上达不到节能的目的，而仅仅是为了收费，这实际上偏离了建筑节能的根本目的，因此热计量和温控往往是密不可分的。

虽然热计量的大面积推广一定要在有温控的前提下进行，但是温控除了节能、节资外，它的另一个作用是提高了室内舒适度，提高热网供热质量。

二．国外应用情况及我国发展现状

国外，特别是在北欧国家，从20世纪70年代能源危机以来，十分重视建筑节能工作，并制定了有关政策、法规以及相配套的技术措施。

国外发达国家的集中供热系统均为动态的变流量系统，其调节与控制技术先进，控制手段完善，设备质量高。

国外

•各国采暖燃料结构不同,付费按燃料的类别分别计量确定.

•水电资源丰富的加拿大,核电规模巨大的法国,很大部分建筑用电取暖;以天然气为燃料主要来源的英国,千家万户烧天然气,德国着重各家烧燃料油.

•这些国家上述方式的计量较简单,各家电表,煤气表,油表自动计量.

国外应用情况及我国发展现状

•集中采暖按热量计费是世界各国发展的趋势，也是各国家节能环保的一项基本措施。

目前除西方发达国家已采用这一措施外，东欧各国及原苏联地区国家正逐步推广。

与此同时，集中采暖按热量计费的相应技术也进一步发展，采暖系统的动态调节更加先进，计费技术更加可靠和准确，整个采暖热量计费装置向小型化、计算机化发展。

我国发展现状

•由于我国热计量与温控方面的研究处于起步阶段，存在一定程度上的盲目性与试探性，研究中出现了一些问题与争议，比如国外的热计量方式与推广经验是否适合中国国情？

国外的温度控制与热计量产品能否在中国完全适用？

什么样的系统能够应用计量与温控？

面对我国如此大的市场需求，开发什么产品、采用什么系统方式能够经济、简单、可靠，在达到节能目的的同时，满足舒适需要？

等等，这些都需要我们进行更深入地研究和探讨。

国内有效工作

•近几年来，国内许多部门做了大量有效地工作，在居住建筑建立适合热量计量的供热系统以及热量计量方法方面做了一些示范工程，进行了有益的探索，取得了一定的成效。

比如天津市凯丽花园热分配式的热计量、龙潭路节能住宅一户一表式热计量等，都为下一步的研究提供了宝贵的经验。

另外，在温控与热计量产品方面，一方面，国外大公司如Danfoss、Honeywell、西门子、斯伦贝谢等大举进入中国市场，另一方面，国内生产企业全面进入起步阶段，温控与热计量产品的研制开发工作发展很快，已经有多家企业开发出类似产品。

•

三．热计量方法与仪表

•3．1热计量方法

目前，欧美国家按户计量热量使用的方法基本是以下三种：

（1）直接测定用户从供暖系统中用热量。

　　该方法需对入户系统的流量及供回水温度进行测量。

采用的仪表为热量表。

该方法的特点是：

原理上准确，但价格较贵，安装复杂，并且在小流量时，计量误差较大。

目前在法国、瑞典等国应用较多。

（2）通过测定用户散热设备的散热量来确定用户的用热量。

　　方法是利用散热器平均温度与室内温度差值的函数关系来确定散热器的散热量。

该方法采用的仪表为热量分配表，常用的有蒸发式和电子式两种。

其中蒸发式热分配表的特点是：

价格较低，安装方便，但计量准确性较差。

目前在丹麦、德国广泛采用。

电子式热量分配表的特点是：

计量较准确、方便，价格比热量计量表低，并且可在户外读值。

目前在欧美受到欢迎。

（3通过测定用户的热负荷来确定用户的用热量。

•该方法是测定室内外温度并对供暖季内的室内外温差累积求和，然后乘以房间常数（如体积热指标等）来确定收费。

该方法采用的仪表为测温仪表。

但有时将记忆散热器温控阀的设定温度作典型室内温度而将某一基准温度作室外温度。

该方法的特点是：

安装容易，价格较低。

但由于遵循相同舒适度缴纳相同热费的原则，用户的热费只与设定的或测得的室温有关，而与实际用热量无关因此开窗等浪费能源的现象无法约束，不利于节能。

目前德国不允许采用，美国、法国有使用。

3．2热计量仪表

•

（1）热量表

　　热量表由一个热水流量计、一对温度传感器和一个积算仪组成。

仪表安装在系统的供水管上，并将温度传感器分别装在供、回水管路上。

一段时间内用户所消耗的热量为所供热水的流量和供回水的焓差的乘积对时间的积分，热量表就是利用这个原理，用热水流量计测量逐时的流量并用温度传感器测量逐时的供回水温度，将这些数据输入积算仪积分计算就能得出用户所用的热量。

热量表依据流量计测量方式的不同

可以分为---

•热量表依据流量计测量方式的不同可以分为:

电磁及超声波式、机械式和压差式。

•其中机械式有耗电少、抗干扰性好、安装维护方便和价格低廉的优点，因此现在应用的比较多，如法国和德国，机械式流量计的比例高达90％，但是机械式的表在水中杂质较多时精度会受到较大的影响。

超声波式的特点是量程大、计量精度较高、压损较少，但是易受管壁锈蚀程度、水中泡沫或杂质含量、管道震动的影响，价格较机械式贵很多。

•热量分配表是通过测定用户散热设备的散热量来确定用户的用热量的仪表。

它的使用方法是：

在集中供热系统中，在每个散热器上安装热量分配表，测量计算每个住户用热比例，通过总表来计算热量；在每个供暖季结束后，由工作人员来读表，根据计算，求得实际耗热量。

根据测量原理的不同，热量分配表有蒸发式和电子式两种。

606航发热计量表由流量计、温度传感器和计算器三部分组成，计量以水为媒介的热交换系统释放或吸收的热量，既可用于分户计量的采暖供热系统，又可用于空调制冷系统。

（2）热量分配表

•热量分配表是通过测定用户散热设备的散热量来确定用户的用热量的仪表。

它的使用方法是：

在集中供热系统中，在每个散热器上安装热量分配表，测量计算每个住户用热比例，通过总表来计算热量；在每个供暖季结束后，由工作人员来读表，根据计算，求得实际耗热量。

根据测量原理的不同，热量分配表有蒸发式和电子式两种。

a.蒸发式热分配表

　　蒸发式热分配表由导热板和测量液体两部分构成。

导热板夹或焊在散热器上，盛有测量液体的玻璃管则放在密封容器内，比例尺刻在容器表面的防雾透明胶片上。

测量液体的蒸发速度与散热器的表面温度密切相关，散热器表面温度越高液体蒸发越快。

某一段时间内测量液体的蒸发量表征了散热器表面温度对时间的积分值，实际上也是反映了散热器的散热量。

b.电子式热分配表

•　　电子式热分配表是用传感器来获得散热器表面温度和房间温度的逐时值，然后测量装置通过A/D转换器数字化，然后由计算单元得到结果。

相对于电子式热分配表，蒸发式热分配表构造简单、成本低廉，也不用电。

但是相对应的，它的测量准确性不如电子式。

按热量分配表收费合理吗

•每户居民在整栋建筑中所处位置不同,顶层有屋顶,比中间户多一散热面;

•北向外墙住户比南向外墙住户保持同样室温时多耗热量.

•要根据具体位置进行修正.

•按热量收费,除技术问题,还有政策与管理问题,物业管理应发挥其功能.

四．温控设备

•　　用户室内的温度控制是通过散热器恒温控制阀来实现的。

散热器恒温控制阀是由恒温控制器、流量调节阀以及一对连接件组成，其中恒温控制器的核心部件是传感器单元，即温包。

温包可以感应周围环境温度的变化而产生体积变化，带动调节阀阀芯产生位移，进而调节散热器的水量来改变散热器的散热量。

恒温阀设定温度可以人为调节，恒温阀会按设定要求自动控制和调节散热器的水量，从而来达到控制室内温度的目的。

获得自由热时

•同时,更重要的是,当室内获得自由热（又称免费热）时,如阳关照射,室内热源---炊事,照明,电器及居民等散发的热量使室温有升高趋势时,温控阀会及时减少流经散热器的水量,不仅保持室温合适,同时达到节能目的.

温控阀外形图

温控阀

•温控阀的恒温控制阀是一个带少量液体的充气（或充液体）波纹管膜盒,室温升高时,部分液体蒸发为蒸气,压缩波纹管膜盒,关小阀门开度,室温降低时,作用相反,部分蒸汽凝结为液体,波纹管被弹簧推开,使阀门开度便大.

•温控阀原理图

单管系统问题

•当前我国室内采暖系统一般沿用单管顺流式,由于单管系统（不带跨越管）中热水一般自上顺流而下,如果安装了温控阀,上一层的室温变化而引起的热水流量变化会影响到下一层,所以,温控阀不能简单地直接用以单管系统.从合理应用温控阀来说,新设计的采暖系统宜用双管系统.

•对相当数量的旧有建筑中的单管系统,可以加跨越管去改造.

五．适合热计量的室外供热

系统及其控制

•　　由于按热量收费，主动调节温控阀以节省热量将成为热用户的自觉行为，由此产生的室内系统的变化，使采暖系统由原来的定流量系统成为了变流量系统。

外网若仍采用原有的定流量控制方式，显然不能满足需要，必须进行相应改进。

1．适合热计量的室外供热系统形式

•　　由于我国以往供暖系统为定流量系统，所以传统常规室外供热系统多采用集中式热力站，有时一个小区只设一个热力站、小区热力站的规模从5～40万m2不等。

而在集中供热发达的北欧，多采用建筑入口设小型组装式热力站的形式。

两种形式相比较

•集中式热力站初投资低、便于集中管理。

但是当用户流量变化很大时，虽然用户间相互干扰可以通过入口加差压控制器消除，同时还可以通过对主循环泵的调速，控制最远端用户压差维持不变，但泵的工作点将在很大范围内变化，致使泵的效率大为降低。

•建筑入口设小型组装式热力站的形式初投资较高，但运行费用较低，调节灵活。

同时增加了系统的稳定性，减小了用户间的相互影响，如末端漏水、相互干扰等问题。

选择最优方案

•所以在确定供热方案时，应从投资、运行的经济性与其功能两方面综合考虑，选择最优方案。

2．适合热计量的室外供热控制方式

•

　　　　由于不同系统形式的特点不同，所以采取什么样的控制方式要具体问题具体分析。

在实施按热计量收费后，室内系统可以分两类：

一类是有共用立管且户内为双管系统，另一类是带跨越管的垂直单管系统或者是有共用立管且户内为带跨越管的水平单管系统，在温控阀调节后，这两类系统对总流量的影响是不相同的。

第一类系统

•对于第一类系统，在入口定压差的情况下，是理想的变流量系统，外网应采用相应变流量控制方式，即在采用质调节的同时，应采用控制水泵转速的方法，使供热系统实现无级变流量运行。

控制水泵变频调速的方式有很多，较合适的方式有两种，一种是控制最不利环路供回水压差恒定；另一种是控制热力站进出口压差恒定。

当流量变化很大时，前者调速节能效果较后者要好，而后者更易实现。

第二类系统

–第二类系统，系统的总流量基本不变，因此要求定流量，只进行质调节。

一般可以在用户入口加流量限制器，保证系统定流量，满足用户要求，而对于分散的小型热力站，由于系统小，所以只要二次循环泵定流量运行就可保证用户要求。

七．热计量收费方法

•　　热量价格的确定，要考虑到多种方面，其中包括锅炉煤耗、水泵电耗、水的软化除氧、水耗，供热人员的工资收入，设备的投资、折旧等等很多项目。

还要考虑一次换热、二次换热乃至三次换热品质定价问题。

不同供热模式及燃料种类对热价的影响等等。

热费计价办法应分为两个部分：

•城市供热是由热源、热网、热用户（室内采暖系统）组成的庞大、封闭、复杂的循环系统，只要进入供暖期投入运行后，就必须连续运行，不能间断；但是，按市场经济规律要求，又必须按用户的实际用热多少进行公平交易，保证供热。

考虑到这两方面因素，热费计价办法应分为两个部分：

固定开支与浮动开支。

固定开支

固定开支为与能源产量没有直接的比例关系，即用户在完全没有使用的情况下也必须付出的费用，主要由用于热网正常运行的固定资产投资和供热企业管理费用等组成。

如土地使用、设备投资、维修管理、职工工资等。

这些固定开支提供了用户相应的使用功能，并不因为使用或停用、用的多少而变化。

这部分投资应当按照用户所占建筑面积均分或是在房价上集中体现出来。

浮动开支

•浮动开支为热量热费，是随能源的产量而变化的部分，即能源产量越多，浮动开支越大。

如燃料消耗、运行耗电、系统用水、废料处理、职工加班费等。

这部分费用需按照各用户应通过冷热量表计量的实际用能量进行分配。

方式？

•在欧洲部分地区，供暖总费用分为两部分收取，一部分是按面积收费，一部分是按计量收费；也有些地区供暖费全部按表计费。

我国应该实行什么方式，还有待探讨。

• 

应用示例

•供暖热价的探索及研究

•

供暖热价的探索及研究

•清华大学马玉清刘娜韩永彬

1热价管理方法

　　长期以来，供暖热费采用暗补政策，按面积收费，个人所交热费只占总热费的极小部分，造成用户没有节能热情，拖欠热费现象时有发生。

　　在分户热计量即将实施的今天，制定合理的收费制度十分必要。

　　笔者查阅了国内外很多资料，发现目前普遍采用两部制热价法，即供暖费由固定费用和变动费用两部分组成，二者缺一不可。

供暖系统是按照热用户的合同容量建设、维修和管理的，其投入资金只能通过热用户交纳热费的形式来回收并增值，此为容量热价。

供暖系统向用户供热还需要消耗一定量的燃料、电力、水和劳动力，投入一定量的资金。

按照市场经济规律的要求，供暖企业应按照用户热量的多少收取热费，这种热价为计量热价，它充分体现了"多用热，多交费"的原则，有利于用户合理用热，节约用热。

供两部制热价的制定一般按照下式计算：

•　　　　热费=容量热费+计量热费=容量热价×每户容量基数+计量热价×每户实际用热量

•　　其中：

•　　　　容量热价=（年固定资产折旧费+年固定资产投资利息）÷年供暖能力

•　　　　居民采暖用热容量基数=供暖建筑面积×设计热负荷

•　　　　计量热价=（成本+费用+税金+利润－年固定资产折旧费－年固定资产投资利息）÷年实际销售量

一个城市在制定热价时应遵循补偿成本，合理盈利，节约用热，差价合理的原则，此外还应考虑采暖用户的承受能力。

2实例研究

　　天津市某节能小区，在1999－2000年供暖期，对各户热量表逐个进行检查，记录各热量表的初读数，在供暖期结束时再记录各表的终读数，并由用户签字确认，计算出各户的实际用热量。

各户热费包括两部分：

容量热费和计量热费。

具体计算时，先统计供热站的费用构成，得出供暖成本。

小区该供暖季的供暖费用是124705.14元，供暖面积8695.5m2，一个供暖季结束后，用户总用热为461874kWh。

如果全部按面积折算，热价应为0.27元/kWh。

在两部制热价的实际操作过程中，这两者的比例可以调整。

对供热站而言，总的热费应该能够补偿成本，所以供暖部门关心的是用户交纳的总费用能否与他的投入费用相抵。

但对用户而言，两部分热费的比例关系将直接影响到用户的个人利益和交费的积极性。

笔者按照不同的比例组合固定热价（14.34元/m2）计量热价（0.27元/kWh）计算出相应热费。

经过权衡，确定该住宅小区的两部制热价比例为固定热价占40%，变动热价占60%，即容量热价为5.73元/m2，计量热价为0.16元/kWh。

在这个比例下，小区的绝大部分住户都能省钱，只有极小数用户的热费会比原来稍高一些。

这个比例与现今西方国家的标准相差不多（西方很多国家采取计量热费占70%），而且与供热站的费用构成比例（固定费用：

变动费用为39.82%：

60.18%）几乎一致，符合两部制热价制定的原则。

3结束语

　　在两部制热价的管理办法下，用户和供热单位供热计量和建筑节能的积极性被调动起来，用户或供热企业投资于热计量设备，热计量的节能收益再用于供热系统的节能投资，最后再把供热系统节能的收益用于建筑围护结构的节能投资。

久而久之，形成良性循环，建筑节能工作才能上台阶。

　　该试验小区的热费收缴办法简单明了，既能够让供热单位维持再生产，用户也乐意接受，有实用意义。

应用实例

•计量收费供热系统的设计

•DesignonSpaceHeatingwithHouse-BasedHeatMetering

•王能超

•摘要：

本文主要讨论了计量收费后单管跨越式供暖系统的特性、分流系数的影响以及有关设计参数的选择，并提出了一些设计新概念。

实现热计量收费后，供热系统增加了可调性，各个散热器和用户安装了温控阀。

用户可以根据自己的需要，随时调节散热装置的散热量。

供热系统的基本情况发生了变化，因此应对原来的供热设计参数和设计方法进行修正，以适用热计量收费后的新情况。

计1单管跨越系统的设计

   室内单管采暖系统改造方案是指在现有的单管顺流式系统的基础上，在各层散热器的供回水间增加跨越管，散热器供水支管上安装温控阀，由此构成新的垂直串连单管跨越式系统。

这种安装跨越管和温控阀的办法同样适用于单管形式的新建系统。

其中，跨越管分流系数对于系统整体特性的影响较大，是问题的核心。

1.1分流系数的选择对系统调节特性的影响

   分流系统的大小直接影响流入散热器流量的大小、进出口温差，进而影响散热器的调节特性。

图1显示了随分流系数变化，散热器相对流量和相对热量之间的关系。

（横轴为相对流量）

图1分流系数对系统调节性能的影响

•表1在不同的分流系数下6个房间所需的散热器片数

•分流系数90% 80%70%50% 30%10%

•散热器片数120898176 7474

•   从图中可以看出，分流系数对调节性能的影响是非线性的。

随着分流系数的增加，散热器调节特性逐渐向线性逼近。

但是，为了使室内温度达到设计温度，室内设计散热器片数要随分流系数增加而增多。

如表1所示某一建筑6个房间在不同分流系数下所需散热器的片数。

最有代表性的单管系统改造是加分流系数为70%的跨越管。

如图2所示一实例，五层住宅的立管上有五组散热器，原来为单管顺流系统，现在改造为单管跨越系统。

各个参数如表2、3所示。

我们根据加跨越管后系统流量的变化、散热器散热量的变化情况等性质分别讨论单管跨越系统的系统改造设计问题。

•表2各个房间热负荷

•楼层12345

•围护传热系数W/℃55.253.0453.8553.8559.12

•房间热负荷W1492.831432.081453.951453.91596.24

•   

•1.2.1加跨越管后系统阻力的变化

•表3改造系统设计参数

•室外设计温度室内计算温度供水温度回水温度分流系数

-9℃18℃95℃70℃0.31

如图3加跨越管后，管路的总阻力系数发生了变化，设为S。

设S1为散热器一侧阻力数，S2为旁通管一侧的阻力数。

则有：

表4旁通前后阻力变化

管段号流量Kg/h长度m管径m总压降Pa阻力数Pa/（m3/h）2总阻Pa/（m3/h）温降℃

•1194.131 2076.62 2033.081117320.9

•261.4322076.5920296.48117320.9

•1255.56220 323.44952.00949525.02

•   表4为计算所得的数值。

其中，1’为原单管顺流系统的管段。

1和2是单管跨越系统中的散热器管段和旁通管段。

2管段的长度为2m，1管段的长度为1m。

可以看出加跨越管后，阻力数和压降都减少到原来的23.69%。

从一个计算单元推广到整个系统，系统阻力减少到原来的25%左右。

1.2.2加跨越管后散热器散热量的变化

   加跨越管后，散热器流量减少，出口温度降低，导致散热量降低。

但是散热器的供回水温差加大，抵消了部分流量减少所带来的散热量减少。

从图4中各楼层散热量的变化可以看出：

在设计工况下，加设跨越管，散热器的水流量减少了70%，可是散热量最多也只降低了8%。

其原因主要是因为进出口水温的大温差弥补了因为水流量的大量减少而降低的热量散失。

图4加装跨越管后，各层散热器散热量变化

•1.2.3加跨越管后室内温度的变化

   根据散热量的变化来计算各层室内温度。

原设计室内温度为18℃，计算结果发现，改造后各层温度都在16.5℃左右，全都不符合标准，偏离室内设计温度近2℃。

•表5改造后室内温度（在改造前散热面积和流量富余量不同的条件下）

•1.001.021.041.061.081.101.12

•1.0016.3416.5917.0817.3117.5017.8518.20

•1.5017.0317.4117.7818.1518.5118.8719.22

•2.0017.4617.8318.2018.5718.94 19.2019.45 

目前实际在系统设计时都偏于保守，设计散热面积偏大，而且运行单位也一般采用大流量运行，因此现在较为保守的散热器设计可以弥补散热量的轻微减少而保证室温达到设计要求。

由表5表示了在大于设计流量和设计面积的条件下，增加分流系数70%的跨越管后，室内温度的变化情况。

可以看出，当实际散热面积超过理论设计面积的10%以上，即使系统循环水量不变，改造后的室内温度也可以满足要求。

1.2.4加跨越管后同程系统的稳定性

   单管顺流加跨越管后，系统的流通面积大大提高。

根据实际系统的水力计算，跨越安装前后立管阻力会减少80%以上。

立管阻力过小，会造成严重的水平失调现象。

在设计时，需要对系统进行认真的校核计算。

计1.3单管跨越管系统的新建设计

   实现计量收费之后，系统必须具备可调节性，双管系统调节性优于单管系统。

但是单管系统占用空间少，管道简单，适用性较广。

如图5，左边系统入户干管布置在天花板下，各组散热器顺次连接，可以避免系统管道过门。

右面系统管道可以布置在下一层天花板上，或埋入用户水泥垫层内，管道布置简单美观。

从经济上分析，虽然散热器片数比双管系统要多，但是少使用了一根管道，所以总体造价少。

图5单管跨越系统室内布置图

1.3.1跨越管管径的选择

   对跨越管管径的选择有两种意见，一种认为应该比散热器支路管径小一号，一种认为两者的管径应该保持一致。

使用不等温降进行分析计算，观察这两种方案下的散热器温降。

•表7调整管径满足不同负荷

•房间编号12345

•20（同号）19.4518.737.8818.9520.8

•调整后的温降19.4518.722.1518.95 20.8

•表6负荷如表2时不同方案下散热器