供熱系統(tǒng)按戶計量技術的進展與評述

供熱系統(tǒng)按戶計量技術的進展與評述

供熱主要是針對北方城市，進入冬季后為保證人們的正常生產生活，而采取的一系列  供熱
保暖措施。目前我國主要采取的措施是集中供熱。集中供熱就是在一個較大的區(qū)域內，利用集中熱源，向該區(qū)域的工廠及民用建筑供應生產、生活和采暖用熱。 　　集中供熱，已有近百年的歷史。由于它具有節(jié)約燃料、減少城市污染等優(yōu)點，所以發(fā)展速度很快。目前，世界上已有20多個國家采用集中供熱。溫度數據記錄器 |土壤濕度傳感器 |氣象站專用記錄器 |溫濕度數據記錄儀 |溫度/光度數據記錄器 |環(huán)境記錄儀 |外部傳感器 |狀態(tài)記錄儀 |HOBO應用軟件 |通信連接器 |電導率測量記錄儀 |雨量計/雨量記錄器 |深度數據記錄器 |溫度/帶警報(防水)記錄器

1．溫控與計量產品

    1．1 熱表：
    熱表就是計量熱量的儀表，它是能夠測量熱水的流量與供回水溫差，計算二者乘積并進行累計的儀表。熱表由一個熱水流量計1、對溫度傳感器和、個積算儀組成。一般都顯示輸出總耗熱量、總耗水量、即時熱流量、即時水流量，供回水溫度、溫差、平均溫度等參數。其技術參數還有存儲數據性能、傳輸數據性能、壽命與可靠性、自備電源或電池等。
    目前國內已經有多家單位已經或正在開發(fā)熱量表，已經有國內外產品投入到了工程實踐，該儀表的特點和應用難點是：價格較貴，安裝復雜，應用中要求的量程范圍較大，低流速下的準確度要求高，長期應用和水質惡劣等因素要求儀表的可靠性與適應性要高，電器元件低功耗以延長電池壽命等。
    另外，實行一戶一表的計量方式需要對管道系統(tǒng)的布置進行深入探索。
    1．2熱量分配表
    熱量分配表是通過散熱器平均溫度與室內溫度的差值的函數關系來確定散熱器的散熱量。熱量分配表可以用來結合熱表來測量散熱器向房間散發(fā)出的熱量：只要在住戶中的全部散熱器安裝了熱量分配表，結合樓入口的熱量總表的總熱量數據，就可以得到該戶全部散熱器的散熱量。
    使用方法是：在公共供熱系統(tǒng)中，在每個散熱器上安裝熱分配表，測量計算每個住戶用熱比例，通過總表計算熱量；在每個供暖季結束后，由工作人員來讀表，根據計算，求得實際耗熱量。
    目前此種儀表在天津等地有一定規(guī)模的應用，該方法的特點是：價格較低，安裝方便，但是不能直觀讀取數據，不同散熱器與蒸發(fā)量的關系需要大量的標定工作，熱量表的安裝位置、周圍環(huán)境等多種因素影響其準確性，等等。
    國外公司很少有直接銷售熱量分配表的，通常是要配套計量服務，這一點在國內是否接受還有待探討。
    1．3散熱器恒溫閥
    散熱器恒溫閥是安裝在散熱器上的自動控制閥門�？梢员ＷC穩(wěn)定舒適的室溫，控制元件是一個溫包，內充感溫物質，當室溫升高時，溫包膨脹使閥門關小，減少散熱器熱水供應，當室溫下降時過程相反，這樣就能達到控制溫度的目的。散熱器恒溫閥還可以調節(jié)設定溫度，恒溫閥會按設定要求自動控制和調節(jié)散熱器的熱水供應。
    目前國內外散熱器恒溫閥在國內應用實例很多，取得了一定的節(jié)能效果與經驗。國內有廠家生產散熱器恒溫閥，在防泄露、溫包感溫介質的密封、阻力預設定功能、可靠性等方面還有欠缺；國外產品在價格以及產品如何適合中國系統(tǒng)方面還有欠缺。
    在目前安裝散熱器恒溫閥的建筑中，溫度的垂直失調能夠普遍得到解決，系統(tǒng)能夠正常運轉并且實現室內溫度控制，但是由于按熱計費還沒有真正實行，用戶沒有足夠的節(jié)能意識去主動調節(jié)設定溫度，甚至通常是將閥門設定在最高溫度點，因此對于應用散熱器恒溫閥能夠節(jié)能多少，動態(tài)調節(jié)對于外網影響多少等方面尚缺乏實踐效果，系統(tǒng)如何去匹配控制，以及設計方案還不夠成熟。
    1．4氣候補償器
    氣候補償器可以根據室外氣候溫度變化，用戶設定的不同時間的室內溫度要求，按照設定曲線求出恰當的供水溫度，自動控制供水溫度，實現供熱系統(tǒng)的供水溫度的氣候補償，也可以通過室內溫度傳感器根據室溫調節(jié)供水溫度實現室溫補償，還有限定最低回水溫度的功能。
    氣候補償器的主要功能應用在兩個方面：
    一是我國集中供熱缺乏量化管理，司爐工憑感覺、憑經驗燒鍋爐。散熱器、鍋爐等供熱設備是按照設計工況進行選型的，通常情況下，室外溫度高于設計溫度點，如果不能及時根據室內外情況調節(jié)出力，必然會造成浪費。氣候補償器正可以針對這一點，根據回水溫度與室外溫度，隨時控制出水溫度，簡單1準確的實現動態(tài)質調節(jié)；
    另外就是我國的供熱采暖系統(tǒng)多為直聯系統(tǒng)，無論建筑物的類型和功能均統(tǒng)一24小時供熱，例如公共場所、辦公建筑無人時間照常供熱，因此造成了很大的浪費。利用三通混水閥或小型熱力站，就可以將系統(tǒng)分割開來獨立控制。在一些公共場所，利用氣候補償器時間編程的功能設定不同時間段的不同需求溫度，大幅度地實現節(jié)能。這種方式在新疆等地區(qū)已經得到了應用，產生了良好的效果。
    目前由于氣候補償器應用效少，尚無國內產品出現o
    l．5 自力式流量調節(jié)閥、自力式壓差調節(jié)閥、自力式溫度調節(jié)閥
    自力式差壓調節(jié)閥和自力式流量調節(jié)閥原理相同，都是根據測壓點的壓力變化自動調節(jié)閥芯位置，達到恒定流量或是恒定壓差的作用。
    在供熱系統(tǒng)末端安裝恒溫閥等控制元件后，動態(tài)地調節(jié)勢必會給系統(tǒng)帶采波動，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響：影響其它末端設備工況的同時，也影響水泵、鍋爐等中央設備的出力、效率等工況。因此需要這種自力式控制設備來增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。
    1．6 平衡閥
    平衡閥在我國開發(fā)應用已有比較長的時間了，簡單的說，平衡閥是一個可以測出流量的調節(jié)閥。在我國水力失調非常嚴重的現狀下，平衡閥有很大的節(jié)能效果和推廣價值。對于溫控與計量的動態(tài)調節(jié)系統(tǒng)，平衡閥是調節(jié)系統(tǒng)平衡與穩(wěn)定性，達到控制設備發(fā)揮應用作用的一個關鍵設備。
    1．7 變頻水泵
    變頻水泵的作用是根據系統(tǒng)阻力、水量變化，改變轉速，調節(jié)出力，使水泵始終在較高的效率下工作，降低耗電量。這對當前推廣的動態(tài)變流量系統(tǒng)是十分重要的。
    1．8其它設備
    其它設備有諸如組裝式熱力站1三通溫水閥等為系統(tǒng)分段分區(qū)控制1動態(tài)變流量調節(jié)的重要設備。

2．室內供暖系統(tǒng)方案

    近幾年來，為實現民用建筑節(jié)能第二階段節(jié)能50％的目標，國內許多部門做了大量有效的工作，在居住建筑建立適合熱量計量的供熱系統(tǒng)以及熱量計量方法方面做了一些示范工程，進行了有益探索，取得了一定成效。當前集中探索和實踐的系統(tǒng)形式主要有以下三種：
    2．1 垂直單管加旁通管系統(tǒng)(新單管系統(tǒng))
    國內的住宅室內系統(tǒng)主要是垂直單管系統(tǒng)，舊有的單管系統(tǒng)無法實現用戶自行調節(jié)室內溫度，因此在試點中被改造成單管加旁通跨越管的新單管系統(tǒng)。旁通管通常比立管管徑小一檔，與散熱器并聯，在散熱器一側安裝兩通的散熱器恒溫閥，或是直接安裝三通的散熱器恒溫閥。
    新單管系統(tǒng)使用的散熱器恒溫閥要求流通能力大，不需要預設定功能。兩通形式的散熱器恒溫閥安裝改造方式比三通形式要容易得多，價格也相對便宜。
    多數的節(jié)能試點實驗了這種新單管系統(tǒng)，得到了解決垂直失調，實現室內溫度調節(jié)，降低不同朝向戶間溫差等結論。
    主要探索問題可以分成四部分：
    2．1．1 基本單元
    新單管系統(tǒng)的最基本單元由一組散熱器、供回水管和旁通跨越管組成，其水流分配、阻力情況、熱力工況與原來的舊系統(tǒng)有很大的不同。通過試驗、測試與理論計算，以對此基本單元溫度調節(jié)性能、水力、熱力工況的改變進行研究探索。
    2.1．2 立管單元
    由多個新單管系統(tǒng)單元垂直串聯組成的一個立管單元，其水量分配、阻力情況、熱力工況與原來的舊系統(tǒng)立管也有很大的不同，特別是當其中的某些散熱器恒溫閥進行調節(jié)的時候，對立管流量、阻力會產生影響，其水力、熱力上的變化程度、采取什么辦法減小對未調節(jié)單元的影響、以及不同基本單元個數(樓層數)的不同影響需要進行深入研究，目前較普遍的結論采用的是立管安裝自力式定流量閥。
    2．1．3 入口單元
    由多根新單管系統(tǒng)單元組成了新單管系統(tǒng)熱網入口單元，各種可能的工況以供熱外網會有很大的水力熱力工況上的改變，帶來的水力、熱力方面的影響，直接影響熱源外網的運行工況。采用何種控制手段來匹配動態(tài)系統(tǒng)，也是目前正在探索的主要問題。
    2．1．4熱量計量方式
    針對公寓式住宅，普遍采用建筑入口設大量程的總熱表，每戶的每個散熱器上安裝一個熱量分配表，以分配表的讀數為依據，計算每戶所占比例，分攤總表耗熱量到各個用戶。
    新單管和雙管系統(tǒng)的熱計量通常都是參照國外的做法，用入口的總熱表結合每個散熱器上的熱量分配表的方式。這樣就須開發(fā)質量高、價格適中的熱量表和熱量分配表，同時還須建立散熱器熱量分配表的標定裝置和制定熱量分配表耗熱量計算法則，并通過一定的法規(guī)確定下來。有些示范工程就是以這種方式進行熱計量的。
    采用在每組散熱器上安裝熱量分配表的方法，優(yōu)點是分配表的價格低廉，對建筑內供熱管道的分布沒有特殊要求，但是其安裝、圍護、試驗測試等過程非常繁瑣，不能直接測量實用熱量，各戶實際用熱值需經過復雜的計算才能得出，管理較復雜。另外，根據國情，目前尚難以避免熱量分配表在使用過程中的人為損壞、拆卸，還存在用戶對蒸發(fā)器作弊的可能性。
    2．2垂直雙管系統(tǒng)
    雙管系統(tǒng)在國內也占有重要的份額，具有良好的調節(jié)穩(wěn)定特性，供回水溫差大、流量對散熱量的影響較大，容易控制溫度，改造工作量較單管小，恒溫閥需要預設定。
    雙管系統(tǒng)溫度控制技術在國外較為普及，技術成熟，但是中國的采暖系統(tǒng)的阻力、壓降、流速與國外有很大差別。進口的散熱器恒溫閥、熱表等設備的流通能力較小，必須考慮其壓力損失，以免供熱不足；進口設備容易被管道污物阻塞或是結垢，所以實際使用也會帶來很多問題。一些試點在大規(guī)模的供熱小區(qū)里改造幾個單元為雙管系統(tǒng)，造成新舊系統(tǒng)混供的局面，改造的新系統(tǒng)阻力高以致流量不夠，滿足不了室溫要求，更無法進行溫度控制。
    雙管系統(tǒng)的熱計量方式的探索與新單管系統(tǒng)相同。
    2．3 適合戶用熱計量的采暖系統(tǒng)
    目前國內還有一種思路，即徹底改變傳統(tǒng)的住宅采暖系統(tǒng)，提出應變型住宅，在管束井內安裝熱量計和控制裝置，備用戶單獨安裝供暖管道系統(tǒng)，即在每個單元的樓梯間安裝供暖的供回水支管，從供回水立管上引出各層每戶的支管，每戶單獨布置成為一個環(huán)路，立管采用垂直雙管并聯系統(tǒng)，水平支管采用串聯或并聯系統(tǒng)。溫控方式采用每組散熱器加散熱器、
溫控閥或是在中央集中溫控。
    在一些試點中實驗了單戶采暖系統(tǒng)的方式，有采用水平管道貼墻角鋪設的方法；也有采用章魚法地下敷設管道的方式。這種方式應用于新建建筑，戶內水平支管的走向、過門、排氣等問題尤為重要，還需要與結構、裝修專業(yè)配合，同時要解決好水力平衡問題、散熱器選型計算問題，立管的垂直失調問題等等，其對外網的影響也有待研究。
    針對單戶住宅建筑，直接由每戶小量程的戶用熱表，可以方便準確地讀數熱量值，也較容易為業(yè)主接受。

3．室外系統(tǒng)控制

    實現節(jié)能目標中重要的一個手段就是提高管網輸送效率；同時，室內溫控包含控制設備自動調節(jié)與用戶主動調節(jié)兩種動態(tài)調節(jié)方式，為適合室內動態(tài)控制的需要，外網及熱源必須采取相應的控制手段。
    3．1 熱源控制
    由于用戶室內采取溫控措施，系統(tǒng)熱負荷為動態(tài)的變數；同時由于室外氣溫的變化，要求系統(tǒng)出力相應地變化。因此要求熱源供水水溫采取相應的質調節(jié)方式，采用氣候補償的方式，根據室外氣溫與回水溫度自動調節(jié)供水水溫是非常重要的。同時，通過組裝式熱力站或三通混水閥方式，可以將外網分割成若干個系統(tǒng)，根據不同建筑的不同負荷需要單獨控制。但是也要考慮到鍋爐出力的調節(jié)和鍋爐效率。
    3．2水泵控制
    室內采用溫控閥是一種變流量調節(jié)的方式，利用組裝式熱力站和三通混水閥也要求改變通過的流量。這種情況下，可以采用旁通定流量的系統(tǒng)，也可以采用循環(huán)水泵變頻變流量的系統(tǒng)。為了有效的節(jié)省電能，水泵采用變頻控制比較優(yōu)化。如何選取變頻設備，如何選擇定壓點，一些單位針對這些問題進行了理論研究，還有待實踐探索。
    3．3 水力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制
    實現動態(tài)調節(jié)，水力系統(tǒng)穩(wěn)定性是關鍵問題之一。末端設備(溫控閥)調節(jié)工況的改變會對其它末端產生相互影響，影響其它末端設備的調節(jié)性能甚至產生噪音；同時末端設備調節(jié)工況的改革也會對系統(tǒng)集中控制產生影響，使鍋爐、水泵不在設計工作點工作。因此，需要利用調節(jié)設備增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少不利影響。
·    通過平衡閥可以解決水力失調，提高供熱效率，改善供熱品質，這一點在國內有大量的成功范例；同時，正確的利用平衡閥，還可以增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少調節(jié)產生的影響程度。通過自動的壓差控制、流量控制設備可以動態(tài)地調節(jié)，補償系統(tǒng)變化，增強穩(wěn)定性。通過組裝式熱力站或三通混水閥也可以將大系統(tǒng)分割成若干小系統(tǒng)，便于獨立控制。
    這方面的理論研究已經有單位進行了較深入的研究，試點實踐尚缺乏。

4．收費方法

    在實現了計量每戶用熱量之后，如何定價收費的研究就非常重要了。這方面的探討主要分為兩方面：定價與收費。
    4．1 制定熱價
    4．1．1 熱價的確定，也就是供熱的投資和運行成本計算，其中包括鍋爐煤耗、水泵電耗、軟化水的藥、水耗，供熱人員的工資收入，設備的投資、折舊等等很多項目。還要考慮一次換熱、二次換熱乃至三次換熱后根據熱源品質定價的問題，不同供熱模式及燃料種類對熱價的影響等等。
    熱價需要考慮到能源費用的兩個部分——固定開支與浮動開支，以及兩部分之間的分配比例。
    固定開支是指與能源產量沒有直接的比例關系，即在完全沒有生產的情況下也必須付出的費用，如土地使用，設備投資，維修管理，職工工資等。這些固定開支提供了用戶相應的使用功能，并不因為使用或停用1用得多少而變化。這部分投資應當按照用戶所占建筑面積均分或是在房價上體現出來。
    浮動開支是隨能源的產量而變化的部分，即能源產量越多，浮動開支越大。如燃料消耗、運行耗電、系統(tǒng)用水、廢料處理、職工加班費等。這部分費用需按照各用戶應通過冷熱量表計量的實際用能量進行分配。
    4．1．2熱價的修正
    (1)外墻傳熱修正：即使用戶的室內設定溫度相同，但由于房間之間不同的朝向、樓層、外墻面積等因素造成耗熱量相差很大，這種的現象，需要在制定熱價時考慮給予補償。
    (2)內墻傳熱修正：由于不同住戶設定溫度的不同，造成樓內內墻傳熱，致使室內設定溫度較高的住戶多耗了許多額外的熱量，設定溫度較低的住戶得到額外熱量，這需要在制定熱價時考慮補償。
    4．2收費辦法
    按熱計費是實規(guī)溫控節(jié)能的重要手段，但是我國長期以來國家“暗貼”方式，養(yǎng)成了用戶用熱交費觀念淡漠的習慣；再加上一些地區(qū)、單位經濟形勢不景氣，一下子讓百姓自己交費有很大的困難。
    因此，按熱收費要制定基本原則：
    (1)“暗貼”轉“明補”，由國家、單位和個人分攤供熱費用逐步轉化成用戶自費；
    (2)節(jié)能改造先行，收費隨后，不可以將浪費全部轉嫁在熱用戶身上，造成強買強賣形式，避免挫傷用戶積極性甚至造成強烈抵觸。

5．亟待進一步解決的問題

    5．1要求政策配套
    5．1．1 采暖費由目前的國家“暗補”轉變成“明補”；由單位統(tǒng)一交費轉變成個人交費，國家和單位負擔的部分采暖費在職工工資中體現。這樣才能作到供需見面，才能將采暖用熱作為商品在市場上流通，讓買方賣方直接發(fā)生關系，才能促使用戶自覺節(jié)能，促使供熱企業(yè)提供質優(yōu)價廉的商品(熱)和服務。
    5．1．2 需要盡快制定并推出計量與溫控方面的全國性的法規(guī)文件，以及在此基礎上相應的地方實施細則。這將對計量與溫控的推廣起到重要的推廣意義，產生有力的促進作用。
    5．2 國內產品的開發(fā)研究與推廣應用
    按戶計量收費和溫度控制的實施，勢必帶動相關產品的巨大市場；系統(tǒng)的改造與增加控制與計量設備，勢必要增加許多的改造和建設投資；這也為有關技術的推廣帶來了難度，同時也帶來了潛在的巨大市場。目前，國外廠家看到了這一點，紛紛進入中國，建立了相應機構，做了許多工作，他們在推廣先進產品的同時，也為我國帶來了先進的技術與經驗。但是，這樣大的一個推廣項目，關系到干家萬戶基本生活方式的項目，要完全依靠購買國外產品，既不能消化吸收先進技術，又要消耗大量外匯，這樣做是不可能的，也是不應該的。因此，必須及時發(fā)展國內企業(yè)研究開發(fā)國內產品。
    計量與溫控產品的開發(fā)主要有兩個基本原則：
    5．2．1 產品性能與適應性
    (1)國產產品要求質量可靠，性能優(yōu)良。
    例如針對散熱器恒溫閥，要求長時間使用不泄漏(目前國產閥門很少有不漏水的)，流量、溫度調節(jié)性能好，外型美觀，功能全面；針對熱量表，要求測量可靠、準確、顯示直觀。
    (2)國產產品要求適應中國采暖現狀
    我國集中采暖系統(tǒng)與國外相比有很大的不同，管道設計計算與安裝均有差異。因此，國外產品在中國直接應用會帶來一些問題：嚴重的情況下設備或系統(tǒng)不能正常工作，較輕的情況下控制設備也許會達不到應有的控制性能，不能取得良好的節(jié)能效果。這就要求暖通技術人員與產品工藝技術人員相互配合，開發(fā)出適合中國國情的產品，而不能搬照國外產品。
    5．2．2 產品價格 ：
    新建建筑按戶計量，舊有建筑需要改造，這些都需要增加投資。為了降低成本，與國外對手競爭，要求國產產品具有價格優(yōu)勢。這一點對于計量溫控的推廣實施具有重要的意義。
    5．3 按戶計量供熱系統(tǒng)方案要與建筑等專業(yè)配合
    供熱系統(tǒng)要改造成可以計量耗熱量，可以由用戶控制室溫，必然要對系統(tǒng)有較大改動。改動工作就要牽涉到建筑中其它專業(yè)領域，例如戶型熱表的安裝需要有管道井，管道埋地安裝需要增加建筑層高，且增加結構負載，等等。這就要求按戶計量供熱系統(tǒng)方案的實施要與建筑等專業(yè)進行配合，共同努力實現計量和溫控。
    5．4 供熱企業(yè)的改制，以適應計量收費的實施
    當前的供熱企業(yè)模式還不能適應計量收費的推廣，供需雙方沒有真正自覺成為買賣雙方關系，供熱企業(yè)還需要進一步改變機制與觀念，以適應計量收費的實施：
    5．4．1 供熱企業(yè)需增強市場競爭意識。
    長期向單位收費和向國家領取補助的方式，使供熱企業(yè)沒有作到真正地自負盈虧，還沒有足夠的具有危機感和服務觀念，市場競爭意識還需要增強；
    5．4. 2 供熱企業(yè)需增強節(jié)能意識。
    當前，節(jié)能降耗與企業(yè)效益沒有建立應有的關系，以至造成系統(tǒng)落后，管理落后的現狀，這一點需要有所改變；
    5．4．3 供熱企業(yè)的供熱模式需要轉變?yōu)榘葱韫�熱�?BR>    過去供熱企業(yè)是憑經驗調節(jié)供熱，計量溫控實施后，作為買方的用戶必然會主動調節(jié)角熱量，有些用戶會調節(jié)室溫較低以節(jié)能省錢，也有些用戶會調節(jié)室溫較高以求舒適，供熱方就得按照用戶的需求隨時調節(jié)控制，既滿足用戶需要，又得有效節(jié)能。
    5．5 標準圖、規(guī)范的修改
    為配合按戶計量與溫度控制的實施，設計、施工等單位必須有所依據。這就需要有關政府部門在制定政策與細則的同時，有關研究設計單位、標準制定單位制定修改出相關規(guī)范、標準，如提高采暖室內設計溫度，增大采暖設計的熱負荷，以及水力、熱力計算方法等等