既有建筑采暖系统热计量方式的研究

摘要　　本语言针对既有建筑采暖系统的特点，根据电子式。仪表的工作原理，分析了管道散热对测量结果的影响，探讨了如何在保证测量精度的条件下，减少温度传感器的问题。研究结果表明，利用较少的水温敏感元件，对单管顺流式采暖系统房间供热量计量，是完全可行的。无跨越管的单管顺流式采暖系统，进出水温敏感元件可减少40%；带跨越管的水平式采暖系统，温度传感器的数量可以减少30%。这不但减少设备投资，而且减少安装工程量。 　　 关键词　　采暖系统 热计量 既有建筑 建筑节能 改造

在计划经济时期，我国北方地区建设了大量的节能建筑，这些既有建筑内的采暖系统以单管顺流式为主。由于单管顺流式系统的用户，一户内有若干个产管，每根立管中的热水自上而下流过每一层的散热器后进入回水管，与大家设想的热量计量条件不同：即每一户只有一个给水入口和一个回水出口，具有测量流量和温差的条件。因此有人认为单管顺流式系统不可计量。实际上，不同的采暖系统形式，需采用不同的工作大批量制造的计量仪表。为解决既有建筑采暖系统的计量问题，我们在96年开始的中加合作项目--既有建筑节能改造中，对该问题进行了探讨。 　　 一、单管顺充式系统供热量计量的基本原理及方法 　　 　　采用单管顺流式系统的建筑物，在每一户内，是以相互独立的每一组散热器来进行供热的，户内各房间的散热器的相互独立特点，可采用按照公式（1）原理制造的计量仪表。 　　　 　　　　　　　（1） 　　 　　式中：A、b--由实验确定的散热器系数； 　　　β1、β2、β3、β4--与散热器使用条件有关的系数； 　　　F--散热器面积，m2； 　　　tp--散热器平均温度，℃； 　　 --计量仪表的采样周期，S。 　　由式（1）可见，只要测得室内温度及散热器平均温度，确定仪表的采样时间，即可得出散热设备放出的热量Q。测量tp的方法不同，热量计量的方式也不同。目前按照式（1）制造的仪表有两种，一种是蒸发式仪表，一种是电子式仪表。 　　 二、既有建筑采暖系统热量的计量方法 　　 　　在既有建筑改造试点项目中，采用的电子式计量仪表就是通过测量散热器的进出水温度和室内温度的方法，进行热量计量的。散热器的进出水温度传感器安装在每组散热器的进出水的支管上。这样对于一个具体房间来说，房间供热量QZ应是散热器的散热量与管道散热量之和。 　　　　即：QZ = Q+ QL 　　　　　　　　　（2） 　　式中：Q--散热器散热量，J 　　　QL--管道散热量，J。 　　理论分析表明，由于水温不同，每层房间的管道散热量不同。表1是一个具有6根立管、5层建筑物的管道散热量占房间供热量的百分比情况。采暖系统为异程式带跨越管的单管顺流式系统，两根立管的间距为3.3m，建筑物层高为3.0m，立管6是最远立管。由表1可知，不同楼层不同立管管道散热量是不一样的。靠近主立管处管道散热量占房间供热量的5.2%～10.1%，最远立管为4.3%～7.0%，系统平均为6.35%。如果仅计算散热器散热量，则房间的供热量将少计6.35%. 　　 　　　　　　管道散热量占房间供热量的百分比　　　 单位：% 　　　表1 1 2 3 4 5 6 一 9.9 9.0 8.5 7.8 7.5 7.0 二 6.1 5.7 5.7 5.8 5.5 5.5 三 5.4 5.4 5.4 5.2 5.0 5.0 四 5.2 5.2 4.9 4.9 4.5 4.3 五 10.1 9.3 8.4 7.2 6.0 5.2 　　通过对欧美的采暖系统分析，我们发现，西方国家在计量中，不考虑管道散热量是由于他们使用的管道直径较小，或者有保温，或者保温后埋入地面内。这与我国的国情是不相符的。为此有必要探讨一种既能减少水温测点，又可提高计量精度的方法。 　　对于单管顺流式采暖系统来说，房间供热量应是散热器的散热量与管道散热量之和。由于每个房间内的管道规格不同，水温不同，因此每层房间的管道散热量不同。对于图1所示的立管来说，各层房间的供热量应为： 　　 （2） 　　式中：Q3L、Q2L、Q1L--第3、2、1层管道散热量，W； 　　　Q3、Q2、Q1--第3、2、1层散热器的散热量，W； 　　　Q3L0、Q1L0--第3、1层编号为0的管道散热量，W； 　　　Qg3、Qhl--第3、1层立管与供水（回水）管道相连接部分的散热量，W； 　　　　　　　 　　 　　　　　　 　　　 　　　 　 　　图1　房间供热量计算简图 　　 　　上述公式中，未知量太多，无法求解。需依据温度敏感元件的设置情况，在补充若干个方程后，即可利用计算机求出各个房间的供热量。

三、结果分析
　　
　　1．无跨越管的单管顺流式采暖系统
　　对于一栋5层的建筑物来说，理论分析表明，无跨越管的单管顺流式采暖系统，进出水温敏感元件可减少40%。为了对各种计量方式比较，将考虑管道散热量以后，传感器不减少时的测得的房间供热量，计为方案1；将考虑管道散热量以后，传感器减少40%时测得的房间供热量，计为方案2；将不考虑管道散热量以后，传感器减少40%时的测得的房间供热量，计为方案3。经计算可知：
　　（1）计算管道散热量以后，方案1和方案2相比，水温敏感元件减少前后，测得的每个房间供热量基本相同。每根立管上各个房间供热量之和的最大误差为-0.33%。整栋楼各个房间供热量之和的平均误差为-0.25%。这表明采用此法，整栋楼各个房间供热量之和要多计算0.25%。
　　（2）如果不考虑管道散热量，方案1和方案2相比，水温敏感元件减少前后，得出的每个房间供热量相关较大。每根立管上各个房间供热量之和的最大误差为8%。整栋楼各个房间供热量这和的平均误差为7.3%。这表明采用此法，整栋楼各个房间供热量之和要少计算7.3%。
　　（3）方案2与方案4（水温敏感元件不减少，但不考虑管道散热量时）相比，得出每个房间供热量误差。经计算可知，如果不考虑管道散热量，每根立管上各个房间供热量之和的最大误差为10.8%。整栋楼各个房间供热量之和的平均误差为6.62%。
　　（4）方案3和方案1相比，得出的每个房间供热量误差。可知：靠近主立管的立管所在的顶层和底层房间，由于不考虑管道散热量，最大误差为12.2%。其余房间最大误差为10.4%。
　　由此可知在，利用较少的水温敏感元件，对无跨越管的单管顺流式采暖系统房间供热量计量，是完全可知地的。同时使水温敏感元件减少40%。这不但减少设备投资，而且减少安装工程量。
　　
　　2．带跨越管的单侧连接的单管顺流式采暖系统
　　按照人们的习惯做法，带跨越管的单管顺流式采暖系统房间供热量计量方法与无跨越管的单管顺流式采暖系统一样，需在每组散热器的进出口设置温度敏感元件。理论分析表明，有跨越管的单管顺流式采暖系统，进出水温敏感元件可减少30%。为了对各种计量方式比较，将考虑管道散热量以后，传感器不减少时的测得的房间供热量，计为方案5；将考虑管道散热量以后，传感器减少30%时测得的房间供热量，计为方案6；将不考虑管道散热量以后，传感器减少30%时的测得的房间供热量，计为方案7。经比较可知：
　　（1）计算管道散热量以后，方案5和方案6相比，水温敏感元件减少前后，测得的每个房间供热量基本相同。整栋楼各个房间供热量之和的平均误差为0.32%。这表明采用此法，整栋楼各个房间供热量之和要少计算0.32%。
　　（2）如不考虑管道散热量，方案5和方案7相比，整栋楼各个房间供热量之和的平均误差为7.19%.这表明采用此法，整栋楼各个房间供热量之和要少计算7.19%。
　　(3) 方案6和方案8(水温敏感元件不减少，但不考虑管道散热量)相比，得出的每个房间供热量误差。可知，如果不考虑管道散热量，整栋楼各个房间供热量之和平均误差为7.02%。
　　（4）方案7和方案5相比，得出的每个房间供热量误差。可知：靠近主立管的立管所在的顶层和底层房间，由于不考虑管道散热量，最大误差为11.4%。其余房间最大误差为10.9%。
　　由此可知，利用较少的水温敏感元件，对有跨越管的单管顺流式采暖系统房间供热量计量，是完全可行的。同时使水温敏感元件减少30%。这不但减少设备投资，而且减少安装工程量。
　　
四、小结
　　
　　通过以上分析，可以看到：本研究所提出的少测点房间供热量计量方法，用于顺流式采暖系统房间供热量的计量，是完全可行的。与目前国外采用的同类方法相比，具有利用敏感元件少，计量精度高，设备投资少，安装工程量小等优点。