集中供熱分戶供熱的推進(jìn)技術(shù)研究

袁銀生

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

1 分戶供熱的政策和規(guī)范

根據(jù)國家建設(shè)部2005 年第76 次部常務(wù)會(huì)議討論通過，自2006-01-01 起施行的《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》中第八條鼓勵(lì)發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的第四項(xiàng)提出：積極鼓勵(lì)供熱采暖系統(tǒng)溫度調(diào)控和分戶計(jì)量技術(shù)與裝置。

2008-04-01 起施行的修訂后的《中華人民共和國節(jié)約能源法》中第三十八條：國家采取措施，對(duì)實(shí)行集中供熱的建筑分步驟實(shí)行供熱分戶計(jì)量、按照用熱量收費(fèi)的制度。新建建筑或者對(duì)既有建筑進(jìn)行節(jié)能改造，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定安裝用熱計(jì)量裝置、室內(nèi)溫度調(diào)控裝置和供熱系統(tǒng)調(diào)控裝置。

2 供熱控制現(xiàn)狀

伴隨著生活水平的提高，居民對(duì)于生活舒適度的要求會(huì)越來越高，國內(nèi)集中供熱采暖時(shí)間在北方占比全年時(shí)間的40%～55%，在提高居住環(huán)境舒適中屬于占比第一的內(nèi)容。國家推行分戶供熱已經(jīng)10 多年了，但是用戶的分戶計(jì)量控制和收費(fèi)卻一直沒有推行開來。在前期發(fā)表的文章《城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)控制構(gòu)架分析》中已經(jīng)做了詳細(xì)的分類分析，主要概括為以下3類：①經(jīng)濟(jì)成本和運(yùn)行成本高，經(jīng)濟(jì)回收期不確定；②供熱控制系統(tǒng)不支持；③居民用熱理念不科學(xué)、供熱管理不成熟。

根據(jù)分戶供熱的目標(biāo)和用戶采暖溫度的不同，對(duì)于集中供熱的末端控制提出一個(gè)新的要求，如何實(shí)現(xiàn)分戶供熱，實(shí)現(xiàn)用戶不同的室內(nèi)溫度要求。目前的供熱末端調(diào)節(jié)方式基本上都是一種，是根據(jù)供熱區(qū)域的整體要求進(jìn)行調(diào)節(jié)管網(wǎng)的水溫，確保多數(shù)所有熱用戶室內(nèi)溫度達(dá)到18 ℃以上，大部分用戶室內(nèi)溫度在22～24 ℃之間，一些寒冷地區(qū)縣區(qū)的供熱末端用戶基本不實(shí)現(xiàn)供熱主動(dòng)調(diào)節(jié)。部分年輕人住戶靠開窗散熱來自我調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，造成能源的極大浪費(fèi)。

3 分戶計(jì)量和控制的案例數(shù)據(jù)分析及說明

推進(jìn)分戶供熱實(shí)施，解決分戶供熱，分戶調(diào)節(jié)的技術(shù)難題是本文的主要內(nèi)容。按照前期《集中供熱系統(tǒng)控制構(gòu)架分析》一文中的控制系統(tǒng)分級(jí)，本文詳細(xì)敘述三級(jí)控制的具體方式。結(jié)合一個(gè)供熱案例數(shù)據(jù)進(jìn)行控制分析和說明。

城鎮(zhèn)居住片區(qū)A，總供熱面積10 萬m，擬設(shè)置一座集中供熱的換熱站進(jìn)行給片區(qū)供熱，站點(diǎn)設(shè)置片區(qū)最低端。其中，單層平房建筑1 萬m，掛暖，地勢高差為10 m，每戶供熱面積平均為70 m；多層建筑樓房面積為6 萬m，地暖，建筑層高21 m，地勢高差為10 m；高層建筑3 萬m，地暖，建筑層高為66 m，地勢高差為15 m。目前該小區(qū)多層建筑和高層已經(jīng)完成分戶供熱控制改造和外墻保溫改造，單層建筑只做了分戶供熱改造。每戶入戶管道均已經(jīng)安裝熱計(jì)量裝置和流量調(diào)節(jié)裝置。掛暖供回水溫差為20 ℃，地暖系統(tǒng)的供回水溫差為10 ℃。當(dāng)?shù)貧夂蛉绫? 所示。

表1 當(dāng)?shù)刂饕獨(dú)庀髤?shù)表

依據(jù)《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中山西省供熱參數(shù)分類表3.1.2-1 采暖熱值標(biāo)推薦值（W/m）。單位面積熱值標(biāo)計(jì)算如表2 所示。

表2 建筑熱負(fù)荷計(jì)算表

文章所采用的數(shù)據(jù)為均衡數(shù)據(jù)，是經(jīng)過加權(quán)平均的數(shù)據(jù)，只用于理論計(jì)算，供熱范圍內(nèi)主要戶型為70 m的平房、80 m和100 m多層建筑、120 m和140 m高層建筑。不同的居住面積流量計(jì)算公式為：

式（1）中：為流量，t/h；為面積，m；為建筑熱值標(biāo)，W/m；1 和2 為供回水溫度，℃。

設(shè)定掛暖用戶集中供熱供回水溫差為20 ℃，地暖用戶集中供熱供回水溫差為10 ℃，計(jì)算用戶流量如表3 所示。

表3 建筑采暖面積額定溫差流量計(jì)算表

根據(jù)式（1）計(jì)算，不同室外溫度下，在額定流量的基礎(chǔ)上，不同居住面積熱負(fù)荷變化如表4 所示。

表4 居民建筑熱負(fù)荷跟隨室外溫度變化計(jì)算表

同時(shí)不同居住面積用戶根據(jù)室外溫度變化，在定流量前提下，根據(jù)表4 的計(jì)算，按照公式：

式（2）中：為設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，kW；為比熱容，kJ/（kg·℃）。

用戶供回水溫差跟隨室外溫度的變化如表5所示。

表5 額定流量時(shí)用戶消耗溫差計(jì)算表

在城鎮(zhèn)集中供熱控制調(diào)節(jié)中，主要以質(zhì)與量的調(diào)節(jié)為主，即前期定量、后期調(diào)質(zhì)的控制思路。量調(diào)節(jié)是水流量的調(diào)節(jié)，目的是每一個(gè)用戶的水流量都是符合設(shè)計(jì)要求或者在可控范圍的；質(zhì)調(diào)節(jié)就是對(duì)熱源的輸送媒介——水的溫度調(diào)節(jié)。一般的情況量調(diào)節(jié)在供熱初期，根據(jù)供熱用情況流量調(diào)節(jié)基本能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定動(dòng)態(tài)平衡，各級(jí)調(diào)節(jié)閥門開度調(diào)節(jié)好后，閥門基本在本供暖期是不會(huì)二次調(diào)節(jié)了。質(zhì)調(diào)節(jié)就是對(duì)輸送媒介的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)表格分析，小區(qū)換熱站預(yù)計(jì)設(shè)低區(qū)和高區(qū)換熱機(jī)組，單層建筑、多層建筑和10 層及以下的高層建筑為低區(qū)，11 及以上高層建筑為高區(qū)，具體的管道設(shè)置暫且不論，根據(jù)本文的控制思路，應(yīng)在主要管道和分支管道處設(shè)置流量檢測裝置。在供熱初期量調(diào)節(jié)時(shí)就根據(jù)當(dāng)年的供熱面積，調(diào)整各支線支管的卡扣閥門開度，確保供熱用戶不同的室內(nèi)溫度需求，給于不同的流量分配，并能確保供熱系統(tǒng)的最不利用戶仍在控制參數(shù)范圍內(nèi)。即使在極度寒冷天氣，在循環(huán)泵全頻率運(yùn)行流量供給時(shí)，也不有較大影響。根據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可以在運(yùn)行參數(shù)曲線中植入算法和運(yùn)行曲線，進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算并調(diào)節(jié)流量梯度。

在流量基本滿足平衡時(shí)，根據(jù)室外溫度的變化，根據(jù)上表計(jì)算，不同室外溫度下地暖系統(tǒng)和掛暖系統(tǒng)不同的溫差供給，同時(shí)供熱調(diào)節(jié)之后，根據(jù)調(diào)節(jié)管網(wǎng)的最遠(yuǎn)端長度，根據(jù)天氣參數(shù)提前調(diào)節(jié)，公式如下：

式（3）中：為時(shí)間，s；為最遠(yuǎn)端管網(wǎng)長度，m；為管網(wǎng)水流速，m/s。

提前時(shí)間可取綜合數(shù)據(jù)，具體需根據(jù)供熱管網(wǎng)情況綜合調(diào)整，為保證用戶的用熱效果，往往調(diào)整時(shí)間為提前升溫，滯后降溫。調(diào)整時(shí)間不得高于水端在管網(wǎng)運(yùn)行的最長時(shí)間。

4 總結(jié)說明

集中供熱分戶供熱、分戶計(jì)量的目的是要體現(xiàn)熱也是一種商品，用戶可以根據(jù)不通的需要進(jìn)行購買，以往多個(gè)供熱區(qū)域?qū)嶒?yàn)均不是很成功，原因不外乎供熱成本大、用熱概念反差、分戶供熱控制不成熟等原因。而本文重要的就是在解決分戶供熱的控制可行性技術(shù)問題，在解決技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)合理的管理，供熱成本就會(huì)降低。同時(shí)需要宣傳和普及商品化用熱的理念，普及滿足不同的室溫需求的功能。分戶供熱的倡導(dǎo)終將實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)供熱目標(biāo)溫度值和可用介質(zhì)溫差合理的設(shè)置媒介管徑，滿足最大要求的前提下，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)化控制。達(dá)到一個(gè)定量調(diào)質(zhì)的控制目標(biāo)，包括運(yùn)行前期的供熱目標(biāo)范圍和要求的確定，管網(wǎng)接點(diǎn)的量調(diào)節(jié)確定，運(yùn)行期的質(zhì)調(diào)節(jié)控制，技術(shù)上就能實(shí)現(xiàn)分戶計(jì)量，分戶供熱。