清华大学讲座--热计量方法介绍

1几种热计量方法的介绍杨淇钧[e-mail]2目前的热计量方法种类热计量方法户用热量表计量楼栋总表+分摊按面积收费蒸发式电子式流量温度法户用热量表分摊通断时间面积法散热器热分配计3居住模式的差异两个突出问题建筑端部顶层耗热多的问题。相同室温，中间用户：顶层端部用户=1：2.5户间传热问题4户用热量表直接计量热量表温控阀5户用热量表直接计量优缺点优点读数直观，容易理解缺点建筑端部顶层耗热多和户间传热问题突出目前的流量计孔径小，流动阻力大，长期运行大量出现堵塞、损坏现象；仪表运行部件难以满足高水温使用环境，影响正常供热和数据丢失《供热计量技术规程》按照《计量法》，进行结算的热量计需要定期标定，大规模的使用有很多实际操作的困难不适用单管串联系统，而中国大部分北方地区既有建筑户内采用的是单管串联方式，由此造成户内管网改动非常大作弊6疑问：国外为什么有应用？主要应用于单体别墅式的私人住宅（芬兰、德国、奥利地等）近年来开始应用于公寓式建筑，但上述问题没有突出围护结构保温较好，由于楼内位置的差异引起的最终热费差异较小采暖热费占居民收入的比例较小，就不会引起用户较大的关注采暖+生活热水的总热费：仅占用户收入的2%～5%中国仅采暖费就可以达到居民年收入的10%～30%耗热量修正欧洲仍有争议，也不是统一的做法丹麦、波兰和瑞典采用。丹麦和波兰简单修正；瑞典定义了一套复杂的修正方法；德国不修正公寓的收费管理模式的差异热费结算分两个环节，可以协商7热量表分摊法户用热量值不作为热费计算的依据，而是作为分摊的依据，热量计算在楼栋入口优缺点除不用定期检定外，和户用热量表直接计量相同投资增加热量表温控阀楼栋总表8散热器热分配法热分配表热量表蒸发式电子式原理：每组散热器上安装一个散热器热分配计，各户通过读取分配表的读数，得出各组散热器散热量的比例关系，对总热量进行分摊的方法9蒸发式热分配表原理散热器的温度使管内的液体挥发，温度越高，挥发越多，表征该散热器散热多1010蒸发式热分配计的优缺点优点既有建筑改造方便，不必改成分户分环水平系统采用蒸发式热分配计法安装简单，价格较低缺点楼头屋顶，户间传热仍存在开窗会造成分摊值反而减小适用范围有限。一定形式的散热器系统正确安装位置十分重要，尤其是低温供热系统散热器的平均温度必须保证在一定范围之内，否则带来的误差较大专业公司统一管理和服务，其投资成本和管理费都较高11双传感器电子式热分配计电子式热分配计法由于同时测量室内温度，可以有效的抑制用户开窗，计量精度高于蒸发式热分配计，但价格较高，同样的计量精度受安装质量影响仍较大，也只适用于一定形式的散热器，适用范围与蒸发式热分配计相同12流温法原理认为流量的比例不变，利用超声波流量计事先测算出每个立管或支路的流量比例关系，测量散热器进出口温差计算出每组散热器的散热量，对楼栋总热量进行用户热分摊调节方法是散热器入口的三通阀。主要应用单管垂直系统13流温法的优缺点优点较直观缺点该方法的本质计量的仍是用户实际耗热量，仍无法解决在户间墙传热，建筑端部、顶层耗热多的问题由于调节的三通阀属于手动设备，不能对供热量进行自动调节，从而无法有效利用室内自由热，节能效果较差；中国目前的室内垂直系统，流经每组散热器的水流温差仅1.5~3℃，由于温度计的仪表误差，计算出热量的可能误差较大当系统局部阻力发生变化，所有用户的流量需重新测试，管理维护复杂由于流量是采用便携式超声波流量计测试确定，小管径的流量测试误差较大，需测试的管道较多，同时进行流量测试操作的测试方需要用户认可，因此过量的维护工作，使得实际操作难度较大14现状：存在的主要技术问题所有的方法都是围绕如何计量进行研究似乎一个有效的收钱方式就可以节能，忽视与室温调控的一系列问题无法实现单管串联系统的调节，系统改造安装困难调节范围有限，需要精细的热源和外网的控制每个散热器必须安装一个，投资高流通截面小，易堵塞不适合地板辐射系统为追求所谓的“公平”，甚至违背节能的初衷1400:0006:0012:0018:0024:001820222426供水温度55℃供水温度65℃供水温度80℃室温/(℃)15现状：存在的主要技术问题用户不能够接受貌似“公平”的一些方法，实际存在很多的不合理“建筑端部、顶层耗热量大”问题“户间墙传热”问题计量器具在应用中的一些问题机械式户用表损坏严重、故障率高，超声波户用表价格昂贵热分配表安装要求高、适用范围窄151616对技术的核心要求是：1）有效可靠的调节（第一位）2）相对合理的分摊方式使得用户能够接受（服务于前者）热改的目的是促进节能关键问题是室温调节,避免过热和开窗计量是促进用户行为节能的手段二者是主从关系，前者处于第一位，后者服务于前者。合理分摊并非追求“公平”，而是为了更好的促进调节17怎么调节？位式通断调节散热器热惯性远大于风机盘管，这样大的惯性使得调节容易滞后，导致室温超调20℃21℃19℃智能通断调节方法由用户设定温度与室内实际温度之差及其变化确定一个周期内阀门开启的时间比例（阀门开启占空比）根据每个周期要求的时间比例“开/闭”阀门TTTT0.500.330.670.50ONOFF18室温控制效果1822.52323.52424.52525.58:3010:3012:3014:3016:3018:3020:3022:300:302:304:306:308:3010:3012:3014:3016:3018:3020:30室内温度（℃）106&206&306设定温度106实际温度206实际温度306实际温度305设定温度305实际温度202&302&112设定温度202实际温度302实际温度112实际温度110设定温度110实际温度室温均控制在“设定温度±0.5℃”19室温控制效果比较19161718192021222324252009年11月29日2009年12月4日2009年12月9日2009年12月14日2009年12月19日2009年12月24日2009年12月29日2010年1月3日2010年1月8日2010年1月13日室内温度（℃）00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.4占空比(阀门开启时间比例)房间温度房间设定温度当前阀门开启比例2020.52121.52222.52323.5240:002009-12-75:002009-12-710:002009-12-715:002009-12-720:002009-12-81:002009-12-86:002009-12-811:002009-12-816:002009-12-821:002009-12-92:002009-12-97:002009-12-912:002009-12-917:002009-12-922:00室内温度（℃）00.20.40.60.811.21.41.61.82占空比（阀门开启比例）当前阀门开启比例实际温度设定温度9：009：009：00开窗16171819202122232009年11月29日2009年12月4日2009年12月9日2009年12月14日2009年12月19日2009年12月24日2009年12月29日2010年1月3日2010年1月8日2010年1月13日室内温度（℃）房间温度161718192021222324252009年11月29日2009年12月4日2009年12月9日2009年12月14日2009年12月19日2009年12月24日2009年12月29日2010年1月3日2010年1月8日2010年1月13日室内温度（℃）房间温度2020末端通断调节与热分摊技术的分摊方案321Q1—室温通断控制器2—室温遥控器3—供热末端设备4—楼栋热入口热量表4系统构成建筑物热入口安装热量计在各户的分支支路上安装可通断控制的阀门记录和统计各户阀门的接通时间2121热费分摊方法QFFqn1iiijjj321Q1—室温通断控制器2—室温控制器3—供热末端设备4—楼栋热入口热量表Ojopenj，—分摊给用户ｊ的采暖耗热量—用户ｊ入口阀门的累计开启时间比—用户ｊ的采暖面积—楼栋的总供热面积—楼栋入口的热量表计量的热量—用户ｊ入口阀门的累计开启时间—楼栋热量表计量时间4末端通断调节与热分摊技术方案2222楼栋计量，促进建筑保温按时间分摊，避免用户开窗和室温偏高智能通断，避免串联系统失调以及动作的滞后末端调节，热源调节相对简单弱化建筑端部和顶层耗热多的问题室温限定最低温度，防冻及弱化户间墙传热的问题安装方便，经济可靠不存在系统的限制，改造简单阀门通断控制，不易堵塞计量和调节同一设备完成末端通断调节与热分摊技术特点23通断末端系统组成及设备功能介绍23温控器手操器阀门控制器无线转发器（选用）24设备可靠性和抗攻击性故障处理方法通讯中断通断阀处常开状态，保证供热控制器按照常开计算累计值，保证计量分摊定期联络，自动恢复阀门控制器电源切断阀门处常开状态，保证供热断电后按照常开计算累计值干扰温控器（如放置冰箱、火炉、带自办公室等）温度偏低时，阀门打开，供热并计时温度偏高时，阀门切断，供热停止通讯不上，阀门处常开状态并计时25节能效果实测分析100%100%100%100%63%69%50%61%0%20%40%60%80%100%120%108VS110204VS206205VS207304VS306未调控用户调控用户调控用户相比同位置的未调控用户节能30%以上的的热量调控用户未调控用户未调控建筑调控建筑测试结果未采用该技术：0.418GJ/m2(长春市平均能耗约0.5GJ/m2）采用该技术：0.305GJ/m2节能率27%同时其它小区的测算表明，采用该技术的节能率为20%-30%26满意度调查一般28%满意46%很满意21%不满意5%很不满意0%用户较高满意度表明：用户能够接受满意度调查67%满意和很满意28%没有意见27开窗306（未调控)305（调控）28初步实践应用20个小区，170万m2北京、吉林、内蒙等09年新增300万m22829给热力公司带来的益处1.温控效果好。控温在±0.5℃左右，调节方便，热用户易于接受，有利于热力公司收取热费2.节能效果好。通过住户的行为节能，节约的能源，可以用来增大供热公司的原有供热面积，解决目前普遍存在热源不足的问题，一方面增加热力开口费，另一方面也可增加采暖收入。如果节省的热量不用于新增供热面积，则可减少燃料成本3.计量方法科学，数据不需要进行修正,收费相对公平，可以减少热用户因收费差异引起的纠纷4.设备硬件关键部分均采用国际进口品牌，设备运行稳定，使用寿命长达5年以上，减少热力公司日后的设备维护工作量。30给热力公司带来的益处5.设备控制阀门具有锁闭功能、可以强制设定热用户的室内温度。如果热用户出现违反热力公司规定的违约行为，热力公司可不需入户，直接将阀门锁闭，停止供热。强大的软件逻辑设置，使得防攻击性强6.普适性的室温控制策略，热源调节简单7.设备能够读取住户室内设定温度和实际温度，有助于热力公司了解室内供暖系统状况，以便及时调整设备的运行8.设备读取数据方便，不需入户，可以节约热力公司管理人员数量与工作量31节能效益测算采用该技术，可节约热量在0.1GJ/m2~0.15GJ/m2节省燃料燃煤锅炉采暖系统节省燃煤6.83kg/m2~10.24kg/m2，按照500元/吨煤计算，节省燃料费3.42元/m2~5.12元/m2若采用从电厂购热的方式，按照购热价33元/GJ，则相当于减少购热费3.67元/m2~5.5元/m2（城市热网损失热量10%）节省的热量用于新增供暖面积增加开口费，按照节省的热量可增加20%~30%的供热面积，相当于一次性增