戴建中

(天津鐵道職業(yè)技術學院,天津市 300240)

對分戶熱計量供暖系統(tǒng)的探討

戴建中

(天津鐵道職業(yè)技術學院,天津市 300240)

建筑供暖實施分戶熱計量,既可以節(jié)省建筑物能耗,又可以提高供暖質量和利于熱計量收費,還為提高技術管理水平創(chuàng)造條件。本文針對分戶熱計量系統(tǒng)的技術要求,提出了幾種適應不同情況熱計量的供暖方案,分析了分戶熱計量熱網(wǎng)運行調節(jié)的兩種基本方法,并指出了一些尚需進一步探討、驗證和解決的問題。

供暖分戶熱計量;節(jié)能;熱舒適性;熱收費

一、供暖分戶熱計量室內系統(tǒng)的型式與分析

1.供暖分戶熱計量的目的和可行性

供暖分戶熱計量就是以集中供熱為前提,通過一定的供熱調控和計量手段,實現(xiàn)用熱量的按戶計量和收費,它是供熱計量儀表和收費算法程序的結合體。其主要目的有以下幾個:

(1)為了供暖系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保運行;

(2)為熱用戶提供調節(jié)控制手段,提高其熱舒適性;

(3)為實現(xiàn)更準確的分戶熱收費提供技術支持。

可見,實現(xiàn)供暖分戶熱計量是必然的一種趨勢,但系統(tǒng)造價較傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)有所提高,鑒于目前情況,筆者從系統(tǒng)造價方面,對傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)和分戶熱計量系統(tǒng)進行了比較和分析(見表1),它是對同一建筑,采用不同供暖系統(tǒng)設計的結果。

表1的對比分析表明,分戶熱計量系統(tǒng)比單管順流的傳統(tǒng)系統(tǒng)的單位面積造價多出54.9%,但如果在單管順流系統(tǒng)的散熱器上加裝散熱器溫控閥和蒸發(fā)式熱表,則其單位面積造價就會增加到44.92元/m2(其中溫控閥4.44元/m2,蒸發(fā)式熱表7.8元/m2),所以,研制和生產(chǎn)低成本高質量的散熱器溫控閥和供暖熱量表是推行供暖分戶熱計量系統(tǒng)的關鍵,也是使供暖分戶熱計量實際可行的必由之路。

表1 單管順流系統(tǒng)與分戶熱計量系統(tǒng)造價比較

2.對現(xiàn)有建筑供熱系統(tǒng)改造型式、分析和選擇

單管順流系統(tǒng)是現(xiàn)有多層和高層建筑供暖的主要形式,因此,要實現(xiàn)對現(xiàn)有大量建筑供暖系統(tǒng)的熱計量,就必須對其進行系統(tǒng)改造,以下介紹幾種實際可行的改造方案。

(1)方案1:增設跨越管、溫控閥和蒸發(fā)式熱表

如圖1所示,在散熱器立管上加裝跨越管,跨越管管徑比立管管徑小1號,從而使流經(jīng)散熱器的水量可調;在散熱器支管上設溫控閥,以根據(jù)室內負荷的變化自動調節(jié),維持用戶設定的室溫;室內熱量的計量是通過在每組散熱器上加裝蒸發(fā)式熱表實現(xiàn)。

該改造系統(tǒng)的優(yōu)點是,節(jié)能效果明顯,由于每組散熱器均加設了溫控閥,可充分利用太陽能、家電及人體散發(fā)的熱量,據(jù)對天津體院北某住宅小區(qū)試驗運行,供暖季的節(jié)能達到15%～20%;同時,由于溫控閥可以調節(jié)室內設定溫度,提高了室內舒適度,避免了室溫的偏高或偏低。由于每組散熱器上設置了蒸發(fā)式熱表,使每戶的用熱量得到準確計量。此系統(tǒng)計量設施完備,熱量收費依據(jù)準確、合理。

該系統(tǒng)的缺點是改造費用相對較高,同時,蒸發(fā)式熱表的核定十分繁瑣,改造實施有一定難度。

此系統(tǒng)型式適用于住宅、出租寫字樓與公寓等要求精確的分戶計量和舒適度要求較高的建筑。

(2)方案2:增設跨越管、鎖閉閥和蒸發(fā)式熱表

該方案將方案1中的溫控閥用鎖閉閥代替,散熱器的散熱量由蒸發(fā)式熱表計量。

該系統(tǒng)以鎖閉閥代替溫控閥,使用戶完全失去對室內散熱器的調控權,無任何節(jié)能和提高舒適度的效果,但鎖閉閥的設置,可使在保證用戶供暖的條件下,切斷不交費用戶的供暖 ,使系統(tǒng)在收費管理方面具有較大優(yōu)勢。

綜上所述,既有建筑供熱系統(tǒng)的改造,應根據(jù)建筑物的具體情況具體分析,以簡單實用為基本原則,選用不同的改造方案。

圖1 單管系統(tǒng)改造方案1

3.新建建筑供熱計量系統(tǒng)的型式、分析和選擇

在新建建筑中采用適當?shù)南到y(tǒng)形式,使其在保證供暖效果和簡便易行的前提下,具備熱調控和熱計量的能力,將是供熱改革所必須面對和解決的技術問題。在2009年出版的《采暖設計規(guī)范》中,只是提到供暖系統(tǒng)宜于熱計量,但并沒有具體指出何種系統(tǒng)形式,鑒于我國現(xiàn)階段的具體情況,要求每個用戶有且只有一個熱力出、入口,熱計量表可設在用戶外熱力出入口處,既保證了計量的準確性又使管理過程簡化的供暖系統(tǒng),基于此,筆者經(jīng)過考察與分析,篩選出以下方案:

(1)方案1:豎井內雙管式,戶內水平串聯(lián),加設熱水表、鎖閉閥

如圖2,管道豎井設在樓梯間,豎井內布置各樓層的供暖供回水立管,每個用戶做成一個水平串聯(lián)下供下回系統(tǒng)。室內供水主管敷設在該層側墻附近地面槽內。

該系統(tǒng)每個收費用戶為一個水平串聯(lián)式系統(tǒng),總系統(tǒng)為雙管式,各用戶供、回水溫度基本相同,只用普通熱水表計量用戶流量,便可確定用戶用熱量,省卻了昂貴的熱計量裝置,每戶的表箱不入戶方便讀取數(shù)據(jù),并可切斷某個用戶的供暖而不影響其他用戶。其缺點是無法進行調節(jié)與無節(jié)能效果,且舒適性受到一定限制,是一種過渡階段的方案,但在條件允許時,稍加改造成為下述方案2,進而使用戶獲得室溫控制權,提高舒適度,節(jié)約能源。

(2)方案2:豎井內雙管式,戶內水平跨越式串聯(lián),入口設熱量表、鎖閉閥,散熱器設溫控閥

圖2 新建供暖系統(tǒng)方案1

如圖3,該系統(tǒng)使干管的部分流量由下部旁通管通過,散熱器支管上設溫控閥,從而提高了房間的舒適度,較方案1有一定的解決水平失調的能力,但溫控閥的調節(jié),使供回水溫度變化,必須用熱量表才能準確計量用戶使用熱量,從而使工程造價提高和施工難度增加。

(3)方案3豎井內雙管式,戶內水平并聯(lián),每戶設熱水表、鎖閉閥,散熱器設溫控閥。

如圖4,該方案除易于管理,提高了舒適度優(yōu)點外,最主要的特點是一個變流量系統(tǒng),同時解決了垂直失調問題,但要求敷設回水管,必須與建筑和室內裝修配合隱蔽管路。

上述方案雖然解決了供暖系統(tǒng)的分戶熱計量問題,但對于熱網(wǎng)的運行管理提出了新的要求,這是值得供熱技術人員特別關注的問題。

二、分戶熱計量后,熱網(wǎng)的運行管理

1.按供熱面積收費體制下熱網(wǎng)的運行調節(jié)

對于既有的按面積收費方式,由于用戶調節(jié)自己的流量的能力較低,所以熱力站對熱力調節(jié)只是按定流量或分階段變流量的后調節(jié)方案進行運行管理,熱源的總供熱量僅僅和室外溫度有關,只是根據(jù)室外溫度控制好供水溫度即可,調節(jié)簡單。這種調節(jié)的主動權在熱力公司。

2.分戶熱計量后,引起的變化

由上面分析得知,當供暖系統(tǒng)的眾多用戶調節(jié)自己的流量后,整個熱網(wǎng)的流量也隨之變化,這使熱力公司無法控制,使熱力公司成為被動的適從者,這種變化使得熱力公司必須為保證供熱質量的同時,提高經(jīng)濟效益和降低運行費用。

3.分戶熱計量后的熱網(wǎng)調節(jié)

分戶熱計量,已經(jīng)將“熱”這一特殊商品購買權交給了用戶,所以熱力公司是作為供應商應保證足夠的商品,以供用戶購買,因此,供暖系統(tǒng)在任何時候都必須為用戶提供足夠的資用壓力。

(1)供水定壓控制。即把熱網(wǎng)供水管路上的某一點選作壓力控制點,在運行時,使該點的壓力保持不變。例如:當用戶的調節(jié)使熱網(wǎng)流量增大,壓力控制點壓力必然下降,這時必須調高循環(huán)水泵的轉速,使該點的壓力又恢復到原來的設定值,從而保持壓力控制點的壓力不變。

(2)供回水壓差控制。將供回水的壓差作為控制點,使這個供回水壓差不變,從而根據(jù)熱網(wǎng)流量變化引起的壓差改變,來調節(jié)循環(huán)水泵的轉速,此種方法,較上一種供水壓力控制法適用范圍更廣、更加可靠。

上面所介紹兩種控制調節(jié)方法,在實際運行管理中關鍵是確定控制點的位置和壓力與壓差值大小的設定,根據(jù)筆者參與天津市天拖南和體院北兩個供熱站的運行調控的經(jīng)驗,建議采用如下方式:確定供熱水壓力控制點的位置和設定值得大小(如圖5所示)為保證在任何時候都能滿足所有用戶的調節(jié)要求,把壓力控制點設在最遠用戶N的供水口處,其設定值大小為:

式中 P0為熱源恒壓點的壓力值;ΔPR為設計工況下從N用戶到熱源循環(huán)水泵入口的回水干管壓降;ΔPY為用戶的資用壓頭。

對于壓差控制(見圖6)壓差控制點選在要求資用壓頭最大的用戶處,其壓差設定值為

圖3 新建供暖系統(tǒng)方案2

圖4 新建供暖系統(tǒng)方案3

圖5 供水壓力控制點的位置

式中ΔPYmax為所有用戶的最大資用壓頭。而對于室外溫度的變化,可仍用質調節(jié)的方式,即改變供水溫度。

這兩種調控方式,在實際運行中取得了較好的運行效果,節(jié)約了7.2%～8%的電能,但要求運行、技術管理人員調控技能較高。綜上所述,分戶計量后,熱網(wǎng)調節(jié)將成為量與質調節(jié)的綜合過程,只有提高運行管理人員技術水平,才能達到供暖可靠、節(jié)能的效果。

三、采用分戶熱計量系統(tǒng)后,需要進一步探討的問題

住宅供暖的計量收費已勢在必行,根據(jù)目前實施情況看,尚存諸多問題需要進一步解決和驗證。

1.戶間傳熱問題

據(jù)對天津龍?zhí)段骼锬沉鶎幼≌瑯堑娜齻€房間501室、401室、301室進行測試,三個用戶的結構、面積相同,其中301、501室有供暖,其室溫維持18±1℃,而401室鎖閉閥全關,其室內平均溫度為14.4℃,可見,戶間傳熱應當引起重視,并且在計量收費時如何折算成為一個爭議的問題。

2.對運行人員的技術要求

實施分戶熱計量,使供熱運行從既有的粗放型向技術型、節(jié)能型轉變,使得運行管理更加復雜,從而對運行人員的技術水平提出了更高的要求。如室外溫度變化時,應首先進行質調節(jié),然后再根據(jù)熱用戶末端負荷的變化進行量調節(jié),這樣才能使分戶熱計量的供暖系統(tǒng)運行良好,否則,將會導致熱用戶的溫控閥頻繁啟閉,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3.對施工安裝的質量要求

分戶熱計量系統(tǒng),需要高水平的施工安裝作保證,從以上介紹中知道,室內管路、設備較傳統(tǒng)多,必須進行預埋、隱蔽和調試,這對安裝工序、質量提出了嚴格的要求,以保證系統(tǒng)不堵塞、泄漏和可靠。

圖6 壓差控制位置

[1]陸耀慶.供暖通風設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.

[2]陸耀慶.供熱工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.

A bs tra c t:There are several advantages for adop ting household-based heat metering:firstly,it can cut buildings’energy consump tion;secondly,it can imp rove heating quality and is good for heat charging;thirdly,it p romotes the imp rovement of management and technology.According to the tech2 nical requirements of household-based heat metering system,the paper p roposes a coup le of heating p rograms adap table to different situations of heatmetering,analyzes tw o adjusting methods in heat net2 w ork operation and points out some unsolved p roblems that need further exp loration.

Ke y w o rd s:household-based heat metering;energy saving;thermal com fort;heat charging

Exp lo ration on Household-based Heat M etering System

DAIJian-zhong

(Tianjin Railw ay Technical and Vocational College,Tianjin 300240 China)

TK11

A

1673-582X(2011)02-0067-04

2010-11-20

戴建中(1968-),男,天津市人,天津鐵道職業(yè)技術學院高級講師,從事建筑設備、建筑CAD等課程的教學和研究。