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(shù)學(xué)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(shù)學(xué)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(zhì)量和利于熱計量收費,還為提高技術(shù)管理水平創(chuàng)造條件。本文針對分戶熱計量系統(tǒng)的技術(shù)要求,提出了幾種適應(yīng)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(diào)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(nèi)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(diào)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(jié)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(diào)節(jié)控制手段,提高其熱舒適性;

(3)為實現(xiàn)更準(zhǔn)確的分戶熱收費提供技術(shù)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(shè)計的結(jié)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(zhì)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(guān)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(shè)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(diào);在散熱器支管上設(shè)溫控閥,以根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié),維持用戶設(shè)定的室溫;室內(nèi)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(shè)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(diào)節(jié)室內(nèi)設(shè)定溫度,提高了室內(nèi)舒適度,避免了室溫的偏高或偏低。由于每組散熱器上設(shè)置了蒸發(fā)式熱表,使每戶的用熱量得到準(zhǔn)確計量。此系統(tǒng)計量設(shè)施完備,熱量收費依據(jù)準(zhǔn)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(shè)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(nèi)散熱器的調(diào)控權(quán),無任何節(jié)能和提高舒適度的效果,但鎖閉閥的設(shè)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(yīng)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(dāng)?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(diào)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(shù)問題。在2009年出版的《采暖設(shè)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(shè)在用戶外熱力出入口處,既保證了計量的準(zhǔn)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(nèi)雙管式,戶內(nèi)水平串聯(lián),加設(shè)熱水表、鎖閉閥

如圖2,管道豎井設(shè)在樓梯間,豎井內(nèi)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(nèi)供水主管敷設(shè)在該層側(cè)墻附近地面槽內(nèi)。

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(diào)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(quán),提高舒適度,節(jié)約能源。

(2)方案2:豎井內(nèi)雙管式,戶內(nèi)水平跨越式串聯(lián),入口設(shè)熱量表、鎖閉閥,散熱器設(shè)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(shè)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(diào)的能力,但溫控閥的調(diào)節(jié),使供回水溫度變化,必須用熱量表才能準(zhǔn)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(nèi)雙管式,戶內(nèi)水平并聯(lián),每戶設(shè)熱水表、鎖閉閥,散熱器設(shè)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(diào)問題,但要求敷設(shè)回水管,必須與建筑和室內(nèi)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(shù)人員特別關(guān)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(diào)節(jié)

對于既有的按面積收費方式,由于用戶調(diào)節(jié)自己的流量的能力較低,所以熱力站對熱力調(diào)節(jié)只是按定流量或分階段變流量的后調(diào)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(guān),只是根據(jù)室外溫度控制好供水溫度即可,調(diào)節(jié)簡單。這種調(diào)節(jié)的主動權(quán)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(dāng)供暖系統(tǒng)的眾多用戶調(diào)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(zhì)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(diào)節(jié)

分戶熱計量,已經(jīng)將“熱”這一特殊商品購買權(quán)交給了用戶,所以熱力公司是作為供應(yīng)商應(yīng)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(dāng)用戶的調(diào)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(diào)高循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速,使該點的壓力又恢復(fù)到原來的設(shè)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(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)方法,在實際運行管理中關(guān)鍵是確定控制點的位置和壓力與壓差值大小的設(shè)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(diào)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(shè)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(diào)節(jié)要求,把壓力控制點設(shè)在最遠用戶N的供水口處,其設(shè)定值大小為:

式中 P0為熱源恒壓點的壓力值;ΔPR為設(shè)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(shè)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(zhì)調(diào)節(jié)的方式,即改變供水溫度。

這兩種調(diào)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(shù)管理人員調(diào)控技能較高。綜上所述,分戶計量后,熱網(wǎng)調(diào)節(jié)將成為量與質(zhì)調(diào)節(jié)的綜合過程,只有提高運行管理人員技術(shù)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(jié)構(gòu)、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(guān),其室內(nèi)平均溫度為14.4℃,可見,戶間傳熱應(yīng)當(dāng)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(shù)要求

實施分戶熱計量,使供熱運行從既有的粗放型向技術(shù)型、節(jié)能型轉(zhuǎn)變,使得運行管理更加復(fù)雜,從而對運行人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。如室外溫度變化時,應(yīng)首先進行質(zhì)調(diào)節(jié),然后再根據(jù)熱用戶末端負(fù)荷的變化進行量調(diào)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(dǎo)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(zhì)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(nèi)管路、設(shè)備較傳統(tǒng)多,必須進行預(yù)埋、隱蔽和調(diào)試,這對安裝工序、質(zhì)量提出了嚴(yán)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(fēng)設(shè)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(shù)學(xué)院高級講師,從事建筑設(shè)備、建筑CAD等課程的教學(xué)和研究。