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既有建筑采暖节能计量改造方法分析
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内容提示：介绍了兰州市既有建筑采暖室内系统节能改造的计量控制方法,分析各种方法的原理及特点,并对改造前后的部分用户缴纳热费情况进行调查测试,收到了较好的节能效果。
0 前言
据统计,截至2006年底,兰州市民用建筑总量为7500万m2,需要进行节能改造的4900万m2。这部分建筑墙体和门窗保温密闭性差,导致冬季采暖能耗高,居住舒适度差,热源热网运行效率低下,中小型锅炉设备和供热管网平均热效率不足70%。省建设厅要求,到“十一五”末,兰州市计划完成130万m2的既有建筑节能改造任务。改造的内容包括建筑围护结构节能改造,室内供热系统计量及温度调控改造,热源及供热管网热平衡改造等。2004年,兰州市将榆中县作为供热体制改革的试点,对文化小区、信合大厦等建筑进行了供热分户计量改造,取得了良好的效果,文中就室内采暖系统节能改造方法及其特点进行探讨。（参考《建筑中文网》）
1 户内系统的计量改造方案
兰州市目前采用的采暖室内系统节能改造的热量计量、控制系统主要有以下三种:
1·1 温度法
1·1·1 工作原理
温度法是对所有住户按照“等舒适度、等热费”的原则,对供热量进行分摊。以楼栋或者若干栋建筑合用的热表作为与供热公司结算的热表,用所测取的每户的温度作为标准,计算每户应分摊的热费占总热费的比例,对每栋楼的结算热表的计量结果进行分摊。同部位、户型相同的用户交纳相同热费。用户热费用下式计算[1]:
式中,Si为用户热费;f为热量热价,元/kWh;Qi为用户消耗的热量,kWh;m为分摊系数;Fi为建筑物热用户面积m2;(tnp-tw)i为用户室内平均温度与室外温度差,℃;Q为建筑物结算热量表的热量,kWh。
1·1·2 系统组成
温度法采暖热计量系统由温度采集器、热量采集显示器、热量计算分配器、温度传感器、通讯线路和热量表组成。
在用户的典型房间或每个房间安装一个温度传感器[2],每户设一个采集器,温度传感器安装在采暖房间内屋门上方居中0·2~0·3m处,室内温度显示屏安装在户门内侧,高度距地1·6m。采集器(箱)安装在每层公共部位如楼梯间或电气管井内,安装高度一般为下沿距地1·6m。每个单元在一层入口安装一个显示器。分配器(箱)安装在靠近采暖系统主干管热量表所在单元的公共部位。热计量表安装在供暖系统供热水管的干管上。设定系统周期,通过采集器对住户的住房面积进行设置,采集器按照设定周期对住户的室内温度进行一次计算,算出温度平均值,并将住户的面积与温度平均值自动传送到显示器。显示器接收所有采集器送来的信息,按照事先设定好的程序进行运算,然后将结果送至热量分配器。热量分配器接收由显示器传来的数据,并按规定程序进行热量分摊计算,计算结果送回显示器。显示器可以显示每户的房间号、面积以及平均温度,累计用热量,并将所有显示的数据通过远程模块进行远距离传输。
1·1·3 特点
(1) 消除了建筑物的位置差别对计量结果的影响。按照用户室内温度的高低进行热费分摊,符合公平的原则,也省去了由于房间的位置不同而必须进行的各种修正。
(2) 每户分摊的热量之和等于结算热表计量的结果,不需要考虑管道散热损失的热量。
(3) 温度法供暖计量分配系统解决了户用热量表所难以解决的户间传热问题。
(4) 温度法供暖计量分配系统不测量每户流量,对水质没有要求,解决了小口径机械式热量表的堵塞问题。
(5) 温度法热计量分配系统即适能用于新建筑,也适用于既有建筑分户热计量改造,特别是在既有建筑单管顺流系统的热计量改造中优势明显。
存在的问题:
(1) 需要防止用户通过故意长时间开窗降低室温减少交热费,不利于人们节能意识的提高。
(2) 温度测点的最佳的安装位置,需要进行进一步的研究,对温度测点的精度要求较高。
1·2 流温法
1·2·1 原理
该方法是把热表计量技术中的关键要素-温度和流量引入到热分配计量技术中[3],利用热介质的温差及楼内采暖系统定流量中流量比例,将每个计算单元的温差及流量比例作为分配热能的依据,对总热能进行分户计算分配[4]。
式中,Qi为分配给用户的热量;Ci为热能的分配系数;Q总为总热量;ρi为节点密度;Gi为节点流量;hi为节点焓差;βi=Gi/G总为每个节点流量占总流量的比例。
流温法热计量系统的关键问题:
(1) 流量系数测量计算。在供热系统正常供热时,计量系统调试过程中测量各立管(双管系统为入户管)流量,按所测流量计算出各立管(或入户管)占总流量的比例,设定为该计算分配单元的流量系数。对于单管系统来说流量比例系数为立管流量与系统总流量的比例。双管系统流量比例系数为入户流量与系统总流量的比例。
(2) 温度测量及系数计算。在供热系统中安装温度采集器,定时采集用户散热器的进、出水温度,通过查标准焓值和密度表查出对应温度的水的焓值和密度,然后积分计算出所测点的(对双管而言是用户入、出水点)用户散热器的热量。
(3) 总用热量计量。在供热系统热力入口安装总热量表通过总表计量整个供热区间的用热量。
(4) 热量分配计算。用户使用的热能依据楼宇总表计量热量按流量比例关系和温度系数计算分配。
1·2·2 系统组成
温度采集处理器、流量热能分配器、楼宇总表、三通阀、无线数据接收器等组成,如下图所示。
1·2·3 特点
(1) 通用性强。适用于多种形式的建筑结构,针对住宅建筑(单管,双管,地暖)系统的分户热计量和公共建筑等系统。
(2) 因其采集的温度是供热水介质的进、出水温度,用其所对应的焓差进行计算分配,所以排除了温度采集的环境影响,减小了户间影响,解决了用户间及用户与楼宇间计量偏差过大的问题。
(3) 利用流量系数替代了传统热计量中直接进行流量的测量。解决了机械式流量计在系统运行过程中带来的诸如易堵塞等计量偏差过大问题,更加适合我国采暖系统的水质状况。
(4) 层间平衡。三通阀的定位功能较好的解决了楼栋之间、楼层之间水力平衡的问题。
1·3 热量表法
热量表法是依据等耗热量等热费原则。在每栋建筑物供暖入口处设置楼前热量表,楼内各户的供暖入口处再设置分户热量表。根据户用热量表测量出的每户供热量测算出各个热用户的用热比例,按此比例对楼栋或热力站热量表测量出的建筑物总供热量进行户间热量分摊。
采用热量法计量热用户热量时,总热费应由公共热费和可变热费两部分组成,其中公共热费应按各用户的使用面积分摊,可变热费应按各用户的可变耗热量多少分摊,用方程式可表示为:
S=fQ=Sg+Sb (4)
式中,S为总热费,元;f为热力公司在本供暖期的热量热价,元/kWh;Sg为建筑物的公共热费,元;Sb为建筑物的可变热费,元;Q为楼栋热表的读值,kWh;户用热表计量的数据由于包含了公共热费的数值,因此需对其进行与房间所处的位置有关的修正,将户用热表计量值乘以修正因数,就能够把建筑物不同部位热用户的能耗折算成中间基准热用户的能耗,使所有用户都处于同一个起点上,消除了用户所处位置的不同对其供暖能耗的影响。
此方法能精确计量热用户的耗热量,不受室内散热设备数量及私自改造暖气片、开窗,偷放水等人为因素的影响,有利于调动热用户节能的积极性。但解决不了户间传热、位置修正等问题。
2 应用效果分析
兰州市从2004年开始,在兰州榆中县文化小区和玉园小区(300户、4·8万m2)、雁滩安居小区等小区逐步采用热表分户计量管理系统,在西关区等采用流温法热计量系统进行改造,对改造用户在2006~2007年一个采暖期进行比较分析[5],相关数据如表1和表2所示。通过测试可以看出,无论是流温法还是热量表法计量收费,都比传统的按面积分摊收费平均降低20%左右,改造费用基本可以在2~3个采暖期收回。使广大用户在明明白白消费的同时,节约了采暖费,切身利益得到了保障,提高了用户的节能意识。
据统计,截至2006年底,兰州市民用建筑总量为7500万m2,需要进行节能改造的4900万m2。这部分建筑墙体和门窗保温密闭性差,导致冬季采暖能耗高,居住舒适度差,热源热网运行效率低下,中小型锅炉设备和供热管网平均热效率不足70%。省建设厅要求,到“十一五”末,兰州市计划完成130万m2的既有建筑节能改造任务。改造的内容包括建筑围护结构节能改造,室内供热系统计量及温度调控改造,热源及供热管网热平衡改造等。2004年,兰州市将榆中县作为供热体制改革的试点,对文化小区、信合大厦等建筑进行了供热分户计量改造,取得了良好的效果,文中就室内采暖系统节能改造方法及其特点进行探讨。（参考《建筑中文网》）
1 户内系统的计量改造方案
兰州市目前采用的采暖室内系统节能改造的热量计量、控制系统主要有以下三种:
1·1 温度法
1·1·1 工作原理
温度法是对所有住户按照“等舒适度、等热费”的原则,对供热量进行分摊。以楼栋或者若干栋建筑合用的热表作为与供热公司结算的热表,用所测取的每户的温度作为标准,计算每户应分摊的热费占总热费的比例,对每栋楼的结算热表的计量结果进行分摊。同部位、户型相同的用户交纳相同热费。用户热费用下式计算[1]:
式中,Si为用户热费;f为热量热价,元/kWh;Qi为用户消耗的热量,kWh;m为分摊系数;Fi为建筑物热用户面积m2;(tnp-tw)i为用户室内平均温度与室外温度差,℃;Q为建筑物结算热量表的热量,kWh。
1·1·2 系统组成
温度法采暖热计量系统由温度采集器、热量采集显示器、热量计算分配器、温度传感器、通讯线路和热量表组成。
在用户的典型房间或每个房间安装一个温度传感器[2],每户设一个采集器,温度传感器安装在采暖房间内屋门上方居中0·2~0·3m处,室内温度显示屏安装在户门内侧,高度距地1·6m。采集器(箱)安装在每层公共部位如楼梯间或电气管井内,安装高度一般为下沿距地1·6m。每个单元在一层入口安装一个显示器。分配器(箱)安装在靠近采暖系统主干管热量表所在单元的公共部位。热计量表安装在供暖系统供热水管的干管上。设定系统周期,通过采集器对住户的住房面积进行设置,采集器按照设定周期对住户的室内温度进行一次计算,算出温度平均值,并将住户的面积与温度平均值自动传送到显示器。显示器接收所有采集器送来的信息,按照事先设定好的程序进行运算,然后将结果送至热量分配器。热量分配器接收由显示器传来的数据,并按规定程序进行热量分摊计算,计算结果送回显示器。显示器可以显示每户的房间号、面积以及平均温度,累计用热量,并将所有显示的数据通过远程模块进行远距离传输。
1·1·3 特点
(1) 消除了建筑物的位置差别对计量结果的影响。按照用户室内温度的高低进行热费分摊,符合公平的原则,也省去了由于房间的位置不同而必须进行的各种修正。
(2) 每户分摊的热量之和等于结算热表计量的结果,不需要考虑管道散热损失的热量。
(3) 温度法供暖计量分配系统解决了户用热量表所难以解决的户间传热问题。
(4) 温度法供暖计量分配系统不测量每户流量,对水质没有要求,解决了小口径机械式热量表的堵塞问题。
(5) 温度法热计量分配系统即适能用于新建筑,也适用于既有建筑分户热计量改造,特别是在既有建筑单管顺流系统的热计量改造中优势明显。
存在的问题:
(1) 需要防止用户通过故意长时间开窗降低室温减少交热费,不利于人们节能意识的提高。
(2) 温度测点的最佳的安装位置,需要进行进一步的研究,对温度测点的精度要求较高。
1·2 流温法
1·2·1 原理
该方法是把热表计量技术中的关键要素-温度和流量引入到热分配计量技术中[3],利用热介质的温差及楼内采暖系统定流量中流量比例,将每个计算单元的温差及流量比例作为分配热能的依据,对总热能进行分户计算分配[4]。
式中,Qi为分配给用户的热量;Ci为热能的分配系数;Q总为总热量;ρi为节点密度;Gi为节点流量;hi为节点焓差;βi=Gi/G总为每个节点流量占总流量的比例。
流温法热计量系统的关键问题:
(1) 流量系数测量计算。在供热系统正常供热时,计量系统调试过程中测量各立管(双管系统为入户管)流量,按所测流量计算出各立管(或入户管)占总流量的比例,设定为该计算分配单元的流量系数。对于单管系统来说流量比例系数为立管流量与系统总流量的比例。双管系统流量比例系数为入户流量与系统总流量的比例。
(2) 温度测量及系数计算。在供热系统中安装温度采集器,定时采集用户散热器的进、出水温度,通过查标准焓值和密度表查出对应温度的水的焓值和密度,然后积分计算出所测点的(对双管而言是用户入、出水点)用户散热器的热量。
(3) 总用热量计量。在供热系统热力入口安装总热量表通过总表计量整个供热区间的用热量。
(4) 热量分配计算。用户使用的热能依据楼宇总表计量热量按流量比例关系和温度系数计算分配。
1·2·2 系统组成
温度采集处理器、流量热能分配器、楼宇总表、三通阀、无线数据接收器等组成,如下图所示。
1·2·3 特点
(1) 通用性强。适用于多种形式的建筑结构,针对住宅建筑(单管,双管,地暖)系统的分户热计量和公共建筑等系统。
(2) 因其采集的温度是供热水介质的进、出水温度,用其所对应的焓差进行计算分配,所以排除了温度采集的环境影响,减小了户间影响,解决了用户间及用户与楼宇间计量偏差过大的问题。
(3) 利用流量系数替代了传统热计量中直接进行流量的测量。解决了机械式流量计在系统运行过程中带来的诸如易堵塞等计量偏差过大问题,更加适合我国采暖系统的水质状况。
(4) 层间平衡。三通阀的定位功能较好的解决了楼栋之间、楼层之间水力平衡的问题。
1·3 热量表法
热量表法是依据等耗热量等热费原则。在每栋建筑物供暖入口处设置楼前热量表,楼内各户的供暖入口处再设置分户热量表。根据户用热量表测量出的每户供热量测算出各个热用户的用热比例,按此比例对楼栋或热力站热量表测量出的建筑物总供热量进行户间热量分摊。
采用热量法计量热用户热量时,总热费应由公共热费和可变热费两部分组成,其中公共热费应按各用户的使用面积分摊,可变热费应按各用户的可变耗热量多少分摊,用方程式可表示为:
S=fQ=Sg+Sb (4)
式中,S为总热费,元;f为热力公司在本供暖期的热量热价,元/kWh;Sg为建筑物的公共热费,元;Sb为建筑物的可变热费,元;Q为楼栋热表的读值,kWh;户用热表计量的数据由于包含了公共热费的数值,因此需对其进行与房间所处的位置有关的修正,将户用热表计量值乘以修正因数,就能够把建筑物不同部位热用户的能耗折算成中间基准热用户的能耗,使所有用户都处于同一个起点上,消除了用户所处位置的不同对其供暖能耗的影响。
此方法能精确计量热用户的耗热量,不受室内散热设备数量及私自改造暖气片、开窗,偷放水等人为因素的影响,有利于调动热用户节能的积极性。但解决不了户间传热、位置修正等问题。
2 应用效果分析
兰州市从2004年开始,在兰州榆中县文化小区和玉园小区(300户、4·8万m2)、雁滩安居小区等小区逐步采用热表分户计量管理系统,在西关区等采用流温法热计量系统进行改造,对改造用户在2006~2007年一个采暖期进行比较分析[5],相关数据如表1和表2所示。通过测试可以看出,无论是流温法还是热量表法计量收费,都比传统的按面积分摊收费平均降低20%左右,改造费用基本可以在2~3个采暖期收回。使广大用户在明明白白消费的同时,节约了采暖费,切身利益得到了保障,提高了用户的节能意识。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201101/14671.htm
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