周 詣 ，于 濤 ，周清村

（1：長春工程學(xué)院，吉林 長春 130012；2：吉林省土木建筑學(xué)會，吉林 長春 130022）

0 引言

生態(tài)環(huán)保戰(zhàn)略是人們基于對生態(tài)環(huán)境的認(rèn)知，對環(huán)境進(jìn)行合理開發(fā)利用、治理與保護(hù)，共生與擴(kuò)展等行為達(dá)到人與自然和諧共生發(fā)展的目的。隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，能源消耗量也逐年遞增，據(jù)統(tǒng)計(jì)建筑行業(yè)能源消耗占全球總能耗的三分之一，其中，24%來源于住宅建筑，8%來源于公共建筑，建筑總能耗中約有40%用于北方城鎮(zhèn)的冬季采暖，可見建筑采暖能耗的節(jié)能減排在環(huán)境保護(hù)與資源合理開發(fā)利用方面起到及其重要的作用。

我國在實(shí)施生態(tài)環(huán)保戰(zhàn)略以來，不斷進(jìn)行建筑的節(jié)能減排，既有建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》要求節(jié)能從30%升到50%直至65%。供熱體系在熱源提升、管線改造及末端保溫等多方面都進(jìn)行了節(jié)能減排措施，有很大改善作用，室內(nèi)溫度大幅度提高，經(jīng)過改造的供熱系統(tǒng)，住宅室內(nèi)平均升溫1℃～3℃。同時由于溫度的提升，用戶開窗放熱主動耗能現(xiàn)象及停供蹭熱現(xiàn)象不斷增加。我國20 世紀(jì)90 年代末開始將供熱作為商品進(jìn)行收費(fèi)，但收費(fèi)價值衡量一直以面積為標(biāo)準(zhǔn)，與用戶“行為節(jié)能”脫節(jié)。

按熱計(jì)量收費(fèi)的出現(xiàn)，提出了按需供熱的思路，為百姓主動節(jié)能提出了指導(dǎo)性路徑，但20 年來的熱計(jì)量改造，至今沒有實(shí)施應(yīng)用，已經(jīng)成為值得深思的課題。

1 熱計(jì)量的發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 國外熱計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀

“熱計(jì)量”最早開始于歐洲國家[1]，丹麥?zhǔn)欠謶魺嵊?jì)量最早的國家，1926 年，丹麥Odin Cloriu 最早發(fā)明了蒸汽式熱計(jì)量裝置Heating Cost Allocation。丹麥、德國、奧地利、瑞典、法國、芬蘭等國家在區(qū)域供熱和熱量分?jǐn)傆?jì)量方面具有成熟經(jīng)驗(yàn)和較高水平。這些歐洲國家由于住宅多數(shù)以獨(dú)立小住宅（1 棟建筑為1 戶）為戶計(jì)量，計(jì)量結(jié)算都較為明確。采用分戶熱計(jì)量方案，可節(jié)能20%～30%，在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時，生態(tài)環(huán)境也得到了保護(hù)，“行為節(jié)能”的綠色環(huán)保意識得到普及。

國外的熱計(jì)量方法主要是熱量法。具體方法主要有3 種：①通過測定用戶入戶采暖系統(tǒng)的流量、供回水溫度來確定熱量的熱量表法；②通過測量散熱設(shè)備溫度與室內(nèi)溫度差值來確定用戶熱量的熱量分配表法；③通過測量用戶熱負(fù)荷來確定用戶熱量的熱負(fù)荷法。

1.2 國內(nèi)熱計(jì)量發(fā)展現(xiàn)狀

自2003 年，由當(dāng)時的建設(shè)部牽頭、八部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于城鎮(zhèn)供熱體制改革試點(diǎn)工作的指導(dǎo)意見》開始，“熱計(jì)量”一詞正式進(jìn)入人們的視野。在此之前供熱收費(fèi)都是按照面積進(jìn)行收費(fèi)，由于按面積收費(fèi)存在溫度不同戶收費(fèi)相同的不公平、過熱戶開窗放熱浪費(fèi)能源等一系列問題，不利于節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保。故此拉開了熱計(jì)量的改革熱潮。我國熱計(jì)量主流應(yīng)用有以下4 種。

1）熱量表法，是我國最早引進(jìn)的計(jì)量方法，國外技術(shù)已經(jīng)非常成熟，該方法需要在熱用戶家中安裝分戶熱量表，測量供回水溫差和流量來進(jìn)行熱量的分?jǐn)傆?jì)量[2]。公式為：

式中：Qi為用戶由戶用熱量表測得的用熱量，W；αi為分?jǐn)偙壤Ｔ摲椒崃坑?jì)算準(zhǔn)確，只適合室內(nèi)分戶水平成環(huán)系統(tǒng)，在實(shí)際操作中，無法解決戶間傳熱和由于位置熱損失較大戶的實(shí)際熱量分配問題。熱表對水質(zhì)要求較高，我國供暖系統(tǒng)水質(zhì)較差，容易導(dǎo)致熱表堵塞，很多地區(qū)安裝后都因水質(zhì)問題無法正常使用[3]。

2）通斷時間面積法[4]，以樓棟總熱量即棟表為貿(mào)易結(jié)算點(diǎn)，通過每戶安裝的通斷控制器、室溫控制器對該戶的循環(huán)水進(jìn)行通斷控制，實(shí)現(xiàn)該戶的室溫調(diào)節(jié)，通斷控制器根據(jù)實(shí)測室溫與用戶設(shè)定溫度之差，進(jìn)行通斷時間的確定，以此調(diào)節(jié)室內(nèi)供熱量。利用通斷時間為基礎(chǔ)，結(jié)合各戶供熱面積、分?jǐn)傊芷诩翱偤臒崃坑?jì)算各戶分?jǐn)偪偀崃康挠?jì)量方法，具體公式如下：

式中：Qi為第 i 個用戶分?jǐn)傊芷趦?nèi)的熱量，kW·h；θi為第i 用戶入口通斷閥累計(jì)開啟時間比為分?jǐn)傊芷诳倳r間，h；σt′為第i 個用戶在分?jǐn)傊芷趦?nèi)閥門累計(jì)開啟時間，h；Si為熱用戶建筑面積，m2；Q 為棟表計(jì)量的總熱量，kW·h；n 為熱量分?jǐn)偀嵊脩魯?shù)量，戶。

這種方法是按樓棟計(jì)熱，按時間分?jǐn)傆?jì)費(fèi)，避免了浪費(fèi)，計(jì)量與調(diào)節(jié)由同一設(shè)備完成，但要求散熱器特性系數(shù)相同，且如果散熱器大小匹配不當(dāng)，或者堵塞會對計(jì)量結(jié)果造成誤差，對于建筑頂層、底層、山墻等傳熱不均問題考慮不夠，另外由于通斷閥頻繁操作，閥門損耗較大，壽命短，長期使用成本較高。在實(shí)際運(yùn)行中，受平均溫度影響大，如果用戶自行增加散熱器，會出現(xiàn)散熱器越多，計(jì)量越少的問題，不利于節(jié)能，計(jì)費(fèi)不公平。

3）流量溫度法，是將每戶的溫度、流量比進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，來分配棟表總熱量，推導(dǎo)出每戶的供熱量。這種方法是假定流量比不變，通過流量表測出每戶流量，計(jì)算出流量比例關(guān)系，再測出供回水溫度，根據(jù)流量和溫差計(jì)算出每戶熱量，分?jǐn)倶菞澘偀崃?。具體公式如下：

式中：Qi為用戶分?jǐn)偀崃浚琸W·h；Q 為棟表計(jì)量的總熱量，kW·h；λi為第 i 個用戶的流量，kg/h；tig為供水溫度，℃；tih為回水溫度,℃。

這種方法將流量溫度引入進(jìn)行分配總熱量，供熱系統(tǒng)運(yùn)行平衡效果較好，但數(shù)據(jù)采集誤差大，小管徑管道尤為明顯。不利位置住戶熱費(fèi)收取不合理，戶間傳熱影響熱費(fèi)計(jì)量，存在公平性問題，無法自動調(diào)節(jié)及按需供熱，節(jié)能效果不好。

4）溫度面積法[5]，這種方法也是將樓棟的總供熱量進(jìn)行分?jǐn)偅越ㄖ飪?nèi)各房間實(shí)際溫度、供回水溫度、熱用戶面積進(jìn)行分?jǐn)傁禂?shù)的運(yùn)算，具體公式如下：

式中：角標(biāo)“i，j，m”為第 i 個熱用戶，第 j 個熱用戶和第 m 個熱用戶；Qz為樓棟總熱量，kJ；Qj為用戶消耗的當(dāng)量熱量，kJ；m 為用戶數(shù)，戶；tg為供水溫度，℃；th為回水溫度，℃；F 為用戶面積，m2。

這種方法是按照樓棟計(jì)熱，考慮到了實(shí)際供熱中的熱負(fù)荷計(jì)算上的缺陷，散熱設(shè)備選擇及系統(tǒng)安裝的缺陷，利用初始室溫及初始供回水溫差進(jìn)行修正，確保各用戶初始當(dāng)量流量相等。計(jì)量裝置由房間溫度傳感器、采集計(jì)算器及通訊電路組成。適用于新建、改擴(kuò)建住宅供暖系統(tǒng)，將室內(nèi)平均溫度引入到供回水溫差計(jì)算中，考慮了室內(nèi)舒適度，但仍屬于熱量計(jì)量法，在實(shí)際應(yīng)用中，雖然對溫度與熱價有一定考慮，仍無法最終解決戶間傳熱收費(fèi)不公平問題，最終無法實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)“等面積、等溫、等熱價”。

綜上所述，國內(nèi)外采用的熱計(jì)量方法主要是熱量計(jì)量法，由于國情、住宅形式及基礎(chǔ)設(shè)施的不同，我國在熱計(jì)量的方法上不斷進(jìn)行著改進(jìn)和創(chuàng)新，但技術(shù)路線都是基于熱量計(jì)量?！盁崃勘矸ā痹缭?013年就證明無法實(shí)施，造成4 億m2安裝的價值30 億元的計(jì)量裝置閑置。而其他的計(jì)量方法也都沒有進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用階段。我國大部分采暖地區(qū)仍然采用按面積收費(fèi)的方法[6]。

2 按“熱計(jì)量收費(fèi)”無法實(shí)施的主要因素

2.1 我國城市住宅固有特點(diǎn)與耗熱量關(guān)系

第一，我國城市住宅主要以集合型住宅為主，即多戶居住在同一棟建筑內(nèi)。對于同一棟建筑內(nèi)部各戶而言，首先各住戶間沒有進(jìn)行戶間的隔熱構(gòu)造措施，住戶間存在傳熱現(xiàn)象，無論是新建還是既有住宅都沒有戶間隔熱，這源于我國住宅建筑相關(guān)規(guī)范中無此項(xiàng)要求；第二，住戶內(nèi)部位置不同，耗熱量不同，對于底層、頂層及山墻等邊、角、頂、底部分的住戶，散熱面積較大，耗熱多，而中間住戶耗熱量?。坏谌?，不同朝向的套型，耗熱量差距較大，北向房間多的住戶耗熱量遠(yuǎn)大于南向房間多的住戶；第四，戶型大部分外墻面的風(fēng)力對其室內(nèi)耗熱量也有很大影響；第五，對于不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫效果的不同，熱消耗也不同。另外，對于區(qū)域內(nèi)或整個城市而言，住宅的選址、建筑組合、建筑方位、朝向、建筑體型、間距、主導(dǎo)風(fēng)向、地形地貌等方面對住宅的耗熱量影響也不可忽視。例如冷氣流對凹地住宅建筑的影響在1℃～3℃。城市住宅固有特點(diǎn)決定了耗熱量的不同，決定了按“熱量”計(jì)量方式先天存在不公平性。

2.2 “熱量”計(jì)量的公平性

熱量是指熱力系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞能量的過程。這種過程是看不見摸不著的。熱量在自然條件下只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移。熱用戶的主要熱量消耗不僅包括了室內(nèi)溫度的提高，還包括了外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外窗的熱損失，戶間隔墻的熱傳遞等。就外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱而言，其公式為：

式中：K 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；S 為圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積，m2；tn 為供暖室內(nèi)計(jì)算溫度，℃；tw 為供暖室外計(jì)算溫度，℃；a 為溫差修正系數(shù)。

從公式中可以看出，除了外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積S 以外，其他因素均不確定，不可控[7]。外窗的傳熱更是與其類型、窗面積及材質(zhì)相關(guān)，而這些因素在居住建筑中差異性較大，無法控制。另外，住戶間的熱交換更是不可避免。熱計(jì)量方法，是用熱量來計(jì)量系統(tǒng)輸出的熱量，無論是利用系數(shù)修正分配還是用時間通斷調(diào)節(jié)分配熱量，都是記錄系統(tǒng)中消耗的熱量，雖然儀表計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，但由上文所述住宅熱量傳遞特點(diǎn)可知其無法計(jì)量住戶的真實(shí)耗熱量。所以“熱量”計(jì)量本身無法做到公平公正，反而會把不公平合規(guī)合法化。

綜上所述，采用熱量計(jì)量法的技術(shù)路線，在我國居住建筑采暖計(jì)量中，無法實(shí)現(xiàn)“等溫、等面積、等熱量”的收費(fèi)，更無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3 基于采暖期內(nèi)室內(nèi)平均溫度計(jì)量的方法研究

3.1 技術(shù)路線

溫度是人們可以實(shí)際感知、調(diào)控可見并可以計(jì)量的。用溫度計(jì)量采暖收費(fèi)，是一種創(chuàng)新的計(jì)量方法。在面積熱價基礎(chǔ)上進(jìn)行溫度調(diào)控，確定每平方米，每攝氏度的熱價，以住戶整個采暖期的平均溫度來計(jì)算住戶的供熱費(fèi)用。具體計(jì)算公式如下：

式中：R 為每戶熱費(fèi)，元；B 為各地物價部門規(guī)定的單位面積熱價，元/m2；tb為各地區(qū)采暖期室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)溫度，℃；Δt 為采暖期內(nèi)室內(nèi)平均溫度與室內(nèi)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)溫度的差，℃；S 為每戶建筑面積，m2。其中，當(dāng)采暖期內(nèi)室內(nèi)平均溫度低于零采暖室內(nèi)平均溫度時，采暖期室內(nèi)平均溫度取0℃，也就是說Δt=-tb，R=0，不收取任何費(fèi)用。

這種方法系統(tǒng)要求安裝室內(nèi)溫度顯示采集器、各個室內(nèi)溫度控制器，數(shù)據(jù)信息管理調(diào)控平臺。以智能熱網(wǎng)調(diào)控技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、將終端用戶鏈接供熱系統(tǒng)調(diào)控范圍，進(jìn)行三網(wǎng)聯(lián)調(diào)聯(lián)控。終端用戶通過進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，減少熱量，換熱站變頻器調(diào)節(jié)供熱量，同時大數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)熱源變頻，進(jìn)行供熱量控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

這種技術(shù)路線解決了“等溫、等面積、等收費(fèi)”的計(jì)量公平問題，解決了一直以來難以解決的戶間傳熱帶來的計(jì)量不公現(xiàn)象和建筑本身特異性帶來的公平性問題。取消了報(bào)停用戶需交的供熱企業(yè)交納熱損費(fèi)，完全按照室內(nèi)溫度進(jìn)行收費(fèi)。其次有利于百姓的“行為節(jié)能”，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行戶內(nèi)溫度自行調(diào)節(jié)來進(jìn)行節(jié)能。對于住宅建筑來講，系統(tǒng)安裝簡便，不需要棟表房間，對建筑設(shè)計(jì)或既有建筑計(jì)量改造無影響。

3.3 可行性分析

2019 年—2020 年，經(jīng)過測量計(jì)算得到整個采暖季非供暖建筑室內(nèi)平均溫度為4℃。蓮花山熱力公司利用本方法及三網(wǎng)聯(lián)控技術(shù)[8]，在蓮花雅居進(jìn)行了可行性模擬測溫調(diào)控節(jié)能數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)：首先確定合理室內(nèi)平均溫度，根據(jù)歷年采暖數(shù)據(jù)、按照用戶反饋、政府意見及經(jīng)濟(jì)技術(shù)等綜合因素?cái)M確定供暖戶內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)溫度為23℃。對35 棟1 268 戶居民進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，利用控溫系統(tǒng)，控制每戶室內(nèi)平均溫度在23℃左右，最低22.3℃，最高23.2℃。根據(jù)監(jiān)控?zé)崃φ緹崃勘頂?shù)據(jù)整個采暖季蓮花雅居耗熱總量為36 550 GJ，計(jì)算得到供暖季耗熱指標(biāo)為0.26 GJ/m2。低于十三五規(guī)劃要求的0.35 GJ/m2。此次控溫采用的是系統(tǒng)模擬終端熱用戶進(jìn)行23℃控溫，假設(shè)可以按照此方法收費(fèi)，利用百姓的“行為節(jié)能”，用戶自行控制，平均溫度將低于23℃，節(jié)能率會更高。

“行為節(jié)能”策略主張按照熱用戶實(shí)際需要進(jìn)行室溫調(diào)節(jié)。長時間不在家，可以將溫度調(diào)低。按長春市物價部門現(xiàn)行固定熱價為27 元/m2利用室內(nèi)平均溫度計(jì)量方法模擬計(jì)算，當(dāng)采暖期室內(nèi)平均溫度為23℃時，單位面積熱費(fèi)為27 元；當(dāng)溫度為18℃時，單位面積熱費(fèi)為[27+27/23(18-23)]×1=21.13 元；當(dāng)平均溫度為25℃時，單位面積熱費(fèi)為 [27+27/25（25-23）]×1=29.16 元；當(dāng)室內(nèi)平均溫度為 4℃，單位面積熱費(fèi)為0 元。據(jù)對熱用戶的走訪調(diào)研反饋：23℃非常舒適，但對于工作或外出長時間不在家時間達(dá)8 h 以上者，用戶90%以上愿意進(jìn)行降溫節(jié)能少交費(fèi)。

計(jì)量采暖期內(nèi)室內(nèi)平均溫度的收費(fèi)方法，摒棄以往以熱量計(jì)熱費(fèi)的模式，創(chuàng)新以溫度計(jì)價，直觀可感，公平合理，百姓能夠根據(jù)自己的需求進(jìn)行溫度調(diào)控，通過熱用戶終端來進(jìn)行控制熱源，“行為節(jié)能”；同時供熱企業(yè)操作容易，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

4 結(jié)語

供熱按計(jì)量收費(fèi)具有節(jié)能減排的作用，但計(jì)量必須首先具備單位統(tǒng)一、量數(shù)準(zhǔn)確反映消耗量；其次，需操作簡單，可自主調(diào)控；第三，應(yīng)公平公正?！鞍礋崃坑?jì)量收費(fèi)”，由于熱用戶消耗熱量受諸多因素影響，在住宅建筑中難以準(zhǔn)確計(jì)量，公平性難以保證，故難以實(shí)施。

基于采暖期內(nèi)室內(nèi)平均溫度計(jì)量收費(fèi)的方法，從溫度與價格關(guān)系出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)“等溫、等面積、等收費(fèi)”的技術(shù)路線，具備可自主控制的特點(diǎn)及“行為節(jié)能”的屬性，通過可行性模擬實(shí)驗(yàn)計(jì)算證明這種方法具有較大的節(jié)能潛力和可行性。為采暖計(jì)量的實(shí)施提供了可實(shí)施性路徑，同時也為綠色城市智慧供熱系統(tǒng)能效提升與量化管理提供了技術(shù)條件。