探讨计量收费与改善水力工况

一、前言
　　集中供热从福利到商品的转变是我国经济体制改革和实行社会主义市场经济的必然结果。供热公司从事业性质向企业实体转变已是大势所趋，有的供热公司正在转变，有的供热公司已经完成这个转变而成为面向市场、自负盈亏、自我发展的企业或股份公司。既然是企业，经营的应是商品；在发展市场经济的今天，供热公司就应该和电力公司、自来水公司、煤气公司一样，以热计量方式向用户收费，是节约能源的重要措施。而且按热计量收费的条件日趋成熟。在市场经济中，企业为了获得更多的利润，就得技术进步、降低成本、自我发展；改善供热系统水力工况是有效途径，并已有些行之有效的方法。本文将就这两点问题谈几点看法，供参考。


二、热计量收费方案设想和试验
　　供热作为商品进入市场，能够像电力、煤气、自来水供应千万户一样按计量收费是理所应当的，这一天迟早要到来。计量收费是节约能源的重要措施，有些供热公司已研究和试验如何改造已有用户系统适应计量收费的要求，和如何实际出发提出计量收费是节约能源的重要措施，有些供热公司已在研究和试验如何改造已有用户系统适应计量收费的要求，和如何从实际出发提出计量收费方案。新建设的供热系统更应充分考虑这一问题以适应将来发展的需要。
　1． 计量收费方案设想：
　　在烟台500热力网示范工程项目中为适应将来计量收费的需要，准备选择试点进行研究。初步设想有如下方案可供选择：
　　（1）用户引入点安装热量计，每组散热器入口安装温控阀；用户可按照自己的要求调节各房间的温度，实施节能用热，即人在和人不在（办公楼的上班和下班时间，住宅的平日在家和节假日外出，……）时可调整温度，以节约耗热量减少热费。这最能刺激用户节能意识，达到节能效果，是一种最完善的热计量收费方式。其采暖系统应采用双管式。新设计最好能采用这种方案，但对于多用户的多层和高层住宅建筑将会带来系统布置的困难、管道的增加和造价的提高。
　　（2）用户引入口安装热量计和温控阀：温控阀安装在引入管上，用户可通过改变设置在特定位置的温度传感器的温度值来调节房间的温度，也可实施节能用热，以节约耗热量减少热费，刺激用户节能意思，达到节能效果。这是一种较完善的热计量收费方式。采暖系统应采用双管式。与1方案不同点仅是不能实现各房间的独立调节，不能做到各房间区别对待。由于温控器比1方案少，造价略低些，但问题却大同小异。
　　（3）一组用户（例如一个门栋）引入口安装热量计，各用户散热器入口安装温控阀和热水表：根据通过的水量分摊用热量交付热费。用户可自由调节房间的温度，实施节能用热，减少通过水量减少热费。采暖系统应是双管式。这对原来是双管式的系统改造较方便并能实现收费基本合理。但如果用户散热器面积设计悬殊会出现用户之间的温差差别过大而导致收费不合理。因此，必须规定用户不得自行加大散热器。
　　（4）一组用户（例如一个门栋）引入口安装热量计，各用户散热器入口安装水表：用户根据通过的水量分摊用热量交付热费。采暖系统应是双管式。系统及各用户入口在统一调整后锁定。这是一种在保证供暖效果前提下按计量收费方式。其优点与第3方案相似，但用户无法主动调节。
　　（5）一组用户（例如一个门栋）引入口安装热量计，各散热器入口安装温控阀、表面安装热量分配器；用户根据分配器记录数据按比例分摊用热量交付热费。采暖系统应是双管式或带跨越管单管式。用户可自由调节房间的温度，实施节能用热。这对原来是顺序单管式来说是一种改造方便且收费比较合理的方式。
　　（6）一组用户（例如一个门栋）引入口安装热量计，各散热器面安装热量分配器，用户根据分配器数据按比例分摊用热量交付热费。系统在统一调整后锁定。 这也是一种在保护供暖效果前提下按热量收费方式。为保证采暖效果能调到一致，原系统是顺序单管式的最好改为带跨越管单管式。缺点是用户无法主动调节。对旧住宅建筑来说它是一种改造费用较少而收费相对比较合理的方式。
　　（7）一组用户（例如一个门栋）引入口安装热量计：用户根据建筑面积（或使用面积）分摊用热量交付热费。系统在统一调整合格后锁定。这也是一种在保证供暖效果前提下按热量的收费方式。其缺点是用户无法主动节能，且按面积分摊不如按通过水量或分配器分摊合理。采暖系统可采用带跨越管单管式，也可不作如何改动而保留现状（目前采用较多顺序单管式）。对旧住宅建筑来说它是一种改造方便、改造费用少且比纯按面积收费合理，即简单又可行的方式。
　　（8）一群用户（例如一个热力站或一栋楼）引入口安装热量计，一组用户（一栋楼或一个门栋）用户引入口安装水表：一组用户先根据通过的水量分摊总热量、各用户再按面积分摊交付热费。系统在统一调整合格后锁定。这也是一种在保证供暖效果前提下按热量收费方式。其优点是采暖系统可不做任何改动，缺点是用户无法主动节能，通过二次摊不如一次分摊合理。这种方案简单，改造费用最少，但收费的合理性差，仅可作为旧建筑收费改革的过渡方式。
　　以上几种方案设想将通过试验比较后再行从优选择。据了解，在国外计量收费的方案也不是统一的，或计量到引入口并采用适当方法（包括分配器记录，水量记录和面积计量等）分摊。至今仍有一些供热先进的国家还采用一定范围的面积分摊收费。因此，计量收费方案必须根据国家和地方的财力、体制改革程度、用户的承受力、改造条件和节能潜力等多种因素综合择优选择。有必要通过试点研究。

　2．建筑试验点；
　　去年，在建设部城建司的指导下，美国霍尼韦尔公司与烟台市合作已在烟台市民生小区建立示范点进行计量收费的实验研究：
　　单管式系统试验：选择八栋楼（每楼一个门栋，六层）。其中，六栋改造为上述的第5方案，并在改善系统工况上选择三个不同的设置：①引入口设置压差调节器，在立管上、下设置垂直平衡阀；②在引入口不设置压差调节器，而立管不设置垂直平衡阀；③在引入口不设置压差调节器，而仅在立管上、下设置垂直平衡阀，二栋只在引入口加装热量计作对比试验。
　　双管式系统试验：选择四栋楼（每楼一个门栋，七层）。其中，二栋改造为上述的第3方案，为改善采暖系统工况，还在引入口设置压差调节器，在立管上、下设置垂直平衡阀；二栋只在引入口加装热量计作对比试验。
　　系统中所用的设备厂家是：
　　数字式热量表，热分配器是德国Techem公司产品：
　　温控阀，立管平衡并，压差调节阀是德国MNG公司产品。
　　具体安排说见表2-1
　　　　　　　　　　　试验方案设备配置表达式 表2-1

方案代号 NO.	楼房号	热入口装 总热量表	热入口装 压差控制	系统立管装 平衡阀	散热器装 温控阀	散热器装 热分配器	散热器装 热水表	建筑面积 平方米	备注
S1	中兴23	有	有	有	有	有		865.4
S1	中兴24	有	有	有	有	有		865.4
S2	中兴20	有	有		有	有		865.4
S2	中兴21	有	有		有	有		865.4
S3	东兴9	有		有	有	有		865.4
S3	东兴12	有		有	有	有		865.4
S4	东兴8	有						865.4
S4	东兴11	有						865.4
D1	东兴26	有	有	有	有	有	有	742.0
D1	东兴29	有	有	有	有	有	有	742.0
D2	东兴28	有						742.0
D2	东兴27	有						742.0

说明:
　　☆压差控制采用自力式压差控制阀。
　　☆温控阀安装在每组散热器入口，双管系统用直通式，单管系统用三通式。
　　☆热水表安装在每组散热器出口。
　　☆热分配器安装在散热器平面中部。
　　☆只安装总热量表的楼号为对比用的楼房。

3．试验数据及分析：
　　（1）热量累计记录数据：试验点通过97～98年冬季的运行，其1997年12月31日至1998年3月16日的热量记录数据见表2-2。
　　　　　　　　　　　　 热量累计记录数据表达式 表2-2

方案代号NO.	楼房号	1997年12月31日	1998年1月15日	1998年1月31日	1998年2月16日	1998年3月1日	1998年3月16日	记录期耗热 总计MWH	单位面积耗热量
S1	中兴23	8.80	17.45	28.38	37.52	42.72	49.21	40.41	24.63
S1	中兴24	8.39	17.64	28.69	38.20	43.84	50.05	41.66	25.39
S2	中兴20	9.35	17.24	28.63	38.24	43.30	49.49	40.14	24.46
S2	中兴21	9.03	16.75	26.82	35.25	39.94	45.92	36.89	22.48
S3	东兴9	6.72	17.21	28.18	37.45	42.52	48.74	40.02	24.39
S3	东兴12	10.53	19.62	31.35	41.64	46.89	54.53	44.00	26.82
S4	东兴8	8.29	16.84	27.76	37.20	42.26	48.40	40.11	24.45
S4	东兴11	9.75	19.91	32.49	43.16	48.57	54.79	45.04	27.45
D1	东兴26	7.45	14.92	25.26	33.96	38.63	44.36	36.91	26.24
D1	东兴29	7.21	14.90	24.54	32.95	37.23	43.66	35.45	25.20
D2	东兴28	2.36	6.39	17.20	26.40	31.25	37.13	34.77	24.72
D2	东兴27	8.06	16.61	27.20	36.23	40.71	47.04	38.98	27.71

注：☆H1997年12月31日至1998年3月16日共78天，即1896小时。
　　☆H单位：热量为"千瓦小时"，单位面积耗热量为"千瓦/平方米"

　　（2）房屋耗热量分析：
　　选择1月15日～2月16日的热量累计记录、计算各方案单位面积的实测平均耗热量值、推算各方案单位面积平均热指标。这个时间段的室外日平均温度和平均温度见表2-3，各试验方案平均耗热量见表2-4。

　　　　　　　　　　1998年1月15日至2月16日逐日室外平均温度表 2-3

日	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
外温℃	-2.60	-1.90	-3.90	-7.70	-5.48	-3.78	-1.58	-0.78	-3.87	-4.79	-2.21	-0.04	-0.34	-1.77	-0.58	1.81	0.50
日	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	月平均
外温℃	0.78	1.87	1.08	-0.30	2.18	4.45	1.51	-1.34	0.59	1.80	7.22	4.22	3.20	1.83	3.79	-0.17

注: 1月15日～1月18日来自气象台数据，其余数据来自试验期间逐时记录的日平均值
　　
　　 　　　　　　　　　　最冷月试验方案平均耗热量比较表 2-4

方案代号	楼房号	单位面积耗热量实测值	单位面积热指标推算值	节能率%
S1	中兴23、中兴24	30．61	40．43	8．22
S2	中兴20、中兴21	29．76	39．31	10．76
S3	中兴9、中兴12	31．97	42．23	4．13
S4	中兴8、中兴11	33．35	44．05	0．00
D1	东兴26、东兴29	32．54	42．98	6．41
D2	东兴28、东兴27	34．77	45．93	0．00

　　　　注：H 1998年1月15日至1998年2月16日共有32天，即768小时。
　　 　　　H单位，热量"千瓦小时"，单位面积耗热量和热指标为"千瓦/平方米"
　　　　　 H室内平均温度没有完整纪录，根据有限的记录数据分析，室内平均温度都在18℃左右，用户反映也较满意，
　　　　因而在推算热指标时忽略各方案间室内平均温度的差异。故其推算值是近似值。

　　（3）几点结论：
　　根据一个冬季运行的数据分析，初步可以得出如下几点结论：
　　¨ 改善系统会取得节能效果。数据表明试验楼的能耗都低于对比楼，节能率4.13～10.76%.
　　¨ 提高了供热质量，没有过热和过冷现象，用户满意。
　　¨ 安装了温控阀，有的用户为节约用热量，在人离开时能关小温控阀。由实际还没有按计量收费，大多数用户尚未能建立节能意识，影响了节能率的提高。
　　¨ 推算出的房屋单位面积热指标45瓦/平方米，考虑热网效率为 85～90%，则实际热网单位面积热指标为56.25～50瓦/平方米。比现在设计采用的热指标低10%。左右
　　¨ 改造费用较高。据初步计算：每平方米建筑面积的平均费用40元左右（35～45元）。其原因有：一是设备都是进口的，二是改造费用包括更换部分管道的费用。


三、改善系统水力工况，节约能源，提高供热质量
　　改善供热系统，提高热能利用率、节约能源涉及热源、热网和用户的许多方面，这里不能也不想都涉及，面仅讨论解决系统失调、改善系统水力工况一个问题。因为它是直接影响到用户的供热质量和有着较大节能潜力并且是当前普遍存在的问题。
　1． 系统水力失调分类及其原因
　　（1）系统水力失调可分为水平失调和垂直失调二种。前者表现为水平面上用户流量偏离设计值，导致近、远端冷、热不均。后者表现为垂直面上进入散热器流量偏离设计值，导致楼层上、下冷、热不均。供热系统水力失调是普遍存在的问题。通常，为了解决热用户达到供热标准，设置大流量、高扬程水泵，导致热用户更加过热，热量浪费严重；小温差运行，电耗大幅度增加，运行成本提高。
　　（2）水平失调的原因大致可归纳为：
　　①热网设计一般只注意到最不利点（通常在系统的末端）的必需的资用压头，而其它点的资用压头总是大于需要值，越近热源的位置资用压头的余量就越大。在热网投入运行时若没有经过认真和科学的调整，必然要出现流量分配偏离设计状态，导致用户冷热不均的（通常是近端过热，远端不热）水平失调现象。
　　②供热面积扩大，热网的某些管段流通能力不够，没有及时改造管网，而只更换水泵（加大水泵的流量和扬程），也会导致热网水平失调。
　　③在热网设计合理的情况下，水泵选型过大，运行流量偏离设计状态（大流量小温差），也会导致热网水平失调。
　　（3）垂直失调的原因大致可归纳为：
　　①供暖系统各立管之间、各层之间存在水力不平衡，由于管道系统列规格的限制，设计一般无法使之完全平衡。各环路自然压头的差别影响到它们的不平衡程度（或增大、或减小）。
　　②按等温差设计和选择散热器面积以及散热器面积规格限制运行限制。
　　③运行水温和流量偏离设计工况。

　2． 解决系统水力失调的对策：
　　（1）解决系统水力失调的对策一般有：
　　①在每个引入口安装调节性能好的调节阀，于正式投入运行前进行初调节。但系统调节、特别是大系统的调节是很麻烦且化时间的。这是由于调了前面影响后面，调了后面影响前面，并且要有一台便携式超声波流量计。清华大学热能系在八十年代研究出一种科学的初调节软件和实施方法，即先把系统输入计算机进行计算和调节，然后到现场一次完成。曾在北京和其它地区为一些失调的系统进行调整并取得良好的效果。
　　②对系统进行详细计算，在引入口的管段上安装"阻力圈"消除剩余压头。这一对策的缺点是当热负荷变化时就得重新计算和更换；阻力圈子的孔口太小，容易堵塞。前苏联在供热小区使用较多。
　　③安装微机监控系统，在用户引入口管段上安装电动调节阀，对其压差进行有效调整和控制，这种方法对一级网应用较多。例如，沈阳第二热力公司供热系统以沈海热电厂二台200MW的双抽机组为主热源，每小时供暖热量为40000百万大卡，并有调峰锅炉房为辅热源，设计供暖面积900万平方米（实际的供暖面积已超过1000万平方米）。供热系统为间接连接，设置107个热力站。自1991年开始建设，至1997年完成。1992年采用清华同方控制工程公司（原清华人工环境工程公司）的RH分布式微机监控系统对整个热网实行自动监控，分三期建设。1993年有39个热力站由监控系统进行自动监控。供暖开始后，仅且2～3天就完成了系统的初调节，各个热力站二级网的供、回水的平均温度值偏差控制在2℃之内，流量分配基本满足用户热量要求。由于初调节时间短，供暖一开始就实现正常稳定运行。用户十分满意。
　　④在引入口管段上安装自力式压差（流量）调节器或和自力式平衡阀，在运行初期进行调整并锁定。这种方法在国外用得较多，国内近几年有所使用，效果良好。
　　（2）解决系统垂直失调的对策一般有：
　　①在供暖系统立管和散热器入口支管上设置调节性能好的阀门，并对系统实施初调节。投资较少，但运行偏离引起的垂直失调仍不能解决。
　　②在供暖系统立管设置平衡阀、散热器入口支管上设置温控阀，是理想的对策。国外用的较多。投资较大些。

　3．自力式平衡阀的应用效果：
　　自力式平衡阀是我国自行研制的设备。它的作用原理与国外自力式流量调节阀基本相同。但其结构比国外自力式流量调节阀简化，经对比试验表明其性能接近国外自力式流量调节阀，但它的价格比自力式流量调节阀低得多，用户承担得起，值得推广。去年，烟台民生小区供热系统和荣成供热公司的文化站和东城区供热厂二个供热系统安装河北文安县暖通节能设备厂生产的自力式平衡阀，经一个采暖季运行表明能很好地解决系统水平失调。不但提高了供热质量而且取得良好的节有效果和经济效益。下面仅以荣成文化站为例说明：
　　文化站是热电厂蒸汽为热源的一个热力站。供热面积12万平方米，分东、南、西北三条支线，连接91个热用户。除末端和压差较小的引入口不设置外，在供水或回水管上共安装了73台自力式平衡阀，占全部热用户的80%。对系统的情况对比如下：
　　①三条支线实现了平衡：原来三条支线的供回水温差分别为东区5.5℃、南区9.1℃、西北区15.2℃，说明它们之间的流量分配极不平衡，即东区流量过大，西北区流量过小。经过调整后，现在的供回水一样，都是13℃。各区调整前、后的流量变化如表3-1：
　　实测仪器是便携式超超声流流量计。
　　　　　　　　　　　各区调整前、后的流量变化表

区域	建筑面积（万平方米）	调节前流量（t/h）	调节后流量（t/h）
东区	1.6	80	40
南区	8.0	410	320
西北区	2.6	40	60
合计	12.2	530	420

　　②用户循环水量基本达到设定值，供暖效果大大改善。解决不热用户1.5万平方米，合格率达到98%。现在除少数建筑物因室内系统设计存在问题达不到室温要求而有待进一步解决，绝大多数都达到标准要求，群众满意。经调整后近端用户流量明显减小，表3-2是抽测的例子。
　　　　　　　　　　调整前、后近端用户流量变化表

建筑物名称	建筑物所在位置	供热建筑面积	调节前流量	调节后流量
一中食堂	南干线1支线第1用户	1535平方米	10.2t/h	4.0t/h
工会宿舍	南干线3支线第1用户	1096平方米	7.8t/h	3.0t/h
保险公司	东干线第2用户	1600平方米	6.0t/h	3.2t/h

　　 经调整后的单位供热面积循环水量在2～3公斤/小时，大多数在2.5公斤/小时，个别要求较高的用户（如老干部宿舍）3.5公斤/小时.
　　经便携式超声波流量计抽测检查，所用的流量控制器的设定值与实测值误差范围为-7%～+8%。
　　③经济效益显著：通过今年冬季与去年冬季运行的比较，不但提高了供热质量而且还取得如下经济效益。
　　节约循环水泵电费约为7.0万元：去年运行二台30kw 的水泵，今年只运行一台45kw的水泵；增收用户热费达18.8万元；在与去年蒸汽用量持平的情况下，增加供热面积1万平方米。仅这二项的增收节支共计就达25.8万元。而安装流量调节器的投资是12.6万元。当年不仅可以回收投资，而且还需能增加收入。因而今年又要改造四个系统。

　4．温控阀的应用效果
　　温控阀是一种由室温控制进入散热器流量以保持用户需要的控制阀。不但能有效解决垂直失调，而且用户可以根据需要自行调整室温，实现节能的目的。下面仅举烟台市民生小区试验点的二栋楼型完全一样的中兴街20号和中兴街11号的对比试验来说明。这二栋楼的系统都是带跨越管的单管式系统，中兴街20号在每组散热器前安装MNG温控阀，中兴街11号则保持原样。于1998年1月4日上午9：00～10：00进行室温抽查测试。当时供热参数68/47℃，室外温度-2℃。测试结果如表3-3。
　　
　　　　　　　　　　　　各层房间室温记录表（℃）

楼房号	一层	二层	三层	四层	五层	六层
中兴街20	18.5	18.0	19.0	18.5	19.5	20.0
中兴街11	17.0	19.0	20.0	21.5	23.5	24.0

四、结束语
　1．几点建议：
　　（1）计量收费不仅是热能作为商品进入市场所必需，而且是激励用户节能的重要措施。有关领导剖门应尽快制订政策分期分批实施。从现在起应要求，新建供热系统在设计时必须提出计量收费方案和设置相应的计量装置；已有供热系统应根据当地的实际情况研究并制订行之有效的计量收费方案，有计划、有步骤地改造系统和安装计量装置。
　　（2）住宅计量收费是涉及面广、发行工作量大的问题。从试点的情况看，在采暖系统引入口安装计量装置，内部采用分摊的方法是当前 可以优先选择的一种方案。在散热器设有安装温控器的系统，可以在保证基本相同室温条件下按面积分摊；在散热器安装温控器的系统，可以同时安装热分配器按计算分摊。
　　（3）供热系统水平失调是影响供热质量和浪费能源的一个重要原因。采用微机监控系统和设置自力式平衡阀能有效地解决这一问题，应予推广。从目前情况看，大、中型供热系统一般都采用间接连接，一级网宜设置微机监控系统并以它实现热力站之间的水力平衡；二级网（包括直接连接系统）宜在用户系统引入口安装自力式平衡阀并以它实现各用户系统之间的水力平衡。