通断时间面积法在供热系统分户计量技术中的应用

2022-09-29梁玉霞

中阿科技论坛(中英文) 2022年9期

梁玉霞

（河北工程技术学院,河北石家庄 050091）

2010年，为贯彻执行《节约能源法》和《民用建筑节能条例》，进一步深化城镇供热体制改革，推进供热计量改革，促进建筑节能，住房和城乡建设部、国家发展改革委、财政部、国家质检总局联合下发《关于进一步推进供热计量改革工作的意见》。供热计量改革的核心理念是“节能”，以用户实现热舒适度为基本原则，目的是增强用户的建筑节能意识，保障供热方和用热方双方利益最大化。目前，我国供热计量方法有多种。其中，通断时间面积法是国内供热计量改造的主流方法，符合《中华人民共和国节约能源法》第三十八条要求：“对实行集中供热的建筑分步骤实行供热分户计量、按照用热量收费的制度。新建建筑或者对既有建筑进行节能改造，应当按照规定安装用热计量装置、室内温度调控装置和供热系统调控装置。”

实行集中供热的建筑按照用热量分摊收费制度是我国居住建筑进行节能改造的关键，是提高居住能效和进行供热改革的重要手段[1]。通断时间面积法的理论基础是对用户按供热需求收费，其实质是相同建筑面积、采暖舒适度相同的用户热量分摊相同。实践证明，研究通断时间面积法热计量技术是大势所趋[2]。

1 通断时间面积法的热计量分摊装置与运行原理

通断时间面积法是以每户供热系统通水时间为依据，实现总供热量的分户计量，其作为一种新的热计量方法，可在用户入户支管上安装电动通断调节阀控制供热系统循环水的流入量，最终实现用户供暖温度的调控。通断时间面积法热计量系统主要由楼栋结构、户内结构、管理系统组成[3]。其中，楼栋结构主要包括楼栋数据采集计算器、楼栋总热量表、流量平衡阀水力平衡设备等组件；户内结构主要由室内温度控制器、通断调节阀、用户热分配表、供回水温度数据采集器组成；管理系统主要分为管理中心和通讯系统两部分。基于通断时间面积法的热计量分摊装置如图1所示。

由图1可知，供热系统分户计量技术的实现路径：供暖热量通过总管道进入整栋建筑物内，楼栋总热量表计量整栋建筑物的总耗热量，流量平衡调节阀调节楼栋用户之间供热的水力平衡。热量进入户内时，由室内温度控制器分别测量室内温度和用户设定的温度，并将这两个温度值传输给用户通断调节阀，用户通断调节阀根据室内测量温度和设定的温度之差来控制阀门自身的开启、关闭时间。即当室内温度低于用户设定的温度值时，调节阀打开；当室内温度高于用户设定的温度值时，户调节阀关闭，按照通断调节阀一定周期内的启停比来实现用户供暖房间的自动调节，同时室内温度控制器将温度信号转换成电信号输入用户热量分配表，户热分配表可记录用户分摊的供暖热量，最终达到用户供热最舒适度，实现供热系统分户计量[4]。

2 通断时间面积法热量分摊修正算法分析

中华人民共和国建筑工业行业标准（JG/T 379-2012）《通断时间面积法热计量装置技术条件》中规定“通断时间面积法在操作实施前，应进行户间的水力平衡调节，消除系统的垂直失调和水平失调；在实施过程中，用户的散热器不可自行改动更换。”此时用户热量分摊计算公式见式（1）。

式（1）中，Qi——第 i 个供暖用户在分摊周期内或供暖总时间内分摊的热量，单位：kW·h；

εi——第 i 个供暖用户在分摊周期内或供暖总时间内阀门累计开启时间（单位：h）与分摊周期或供暖总时间（单位：h）的比值；

Fi——第i个供暖用户的建筑面积，单位：m2；

Q ——分摊周期或供暖总时间内楼栋入口处总热量表的读数，单位：kW·h；

n ——参与热量分摊的供暖用户数量，单位：户。

由式（1）可知，供暖用户在分摊周期内或供暖总时间内分摊的热量与楼栋总热量、用户供热期内阀门接通时间、用户供热的建筑面积有关。在以上各个参数中，楼栋总热量由楼栋热量表直接测量，用户供热建筑面积为定量，保持不变。那么，计算供暖用户热量分摊值的主要依据为用户供热期内阀门的接通时间，而用户采暖期内阀门的开启直接与循环水的流入即水力工况和室内温度即采暖设备数量密切相关。因此，若想利用式（1）计算供暖用户应分摊的热量，需保证水力工况和室内温度完全相同的技术条件下计算出的热量分摊值才相对公平。

需要注意的是，供热系统实际运行工况中不可避免地存在水力失调现象。那么，供热系统中实际水力运行工况为在室外温度一定，供热温度一定的情况下，不同位置的用户保持相同室温所需的热量是不同的，导致用户实际流量与需求流量不一致，最终使得供热系统出现水力失调现象[5]。水力失调现象可使用户室温低的开启时间长，从而循环水流入量多，造成用户分摊的热量多，即用户分摊的费用多。同样，若按热量分摊计算公式（1）计算热量分摊量会导致原本已增加采暖设备的用户在入户调节阀门开启时间一样，供水温度一样的情况下，与未增加采暖设备的用户相比热量计费并无增加，计算出的热量分摊值也有失公平。基于以上现象，有必要在实际水力运行工况下对式（1）进行热量分摊修正。

由以上分析可知，在楼栋结构中供热系统无水力失调现象、终端用户未增加散热设备的情况下，式（1）通断时间面积法能较公平地反映各终端热用户的实际耗热分摊量。然而，在楼栋供热系统不符合以上技术条件的情况下，需根据实际水力运行工况及设计温度运用修正后的通断时间面积法式（4）对终端用户的热分摊量进行修正。

3 通断时间面积法热量分摊修正的工程应用

2021—2022年度研究小组联合供热企业在石家庄市某小区实施了通断时间面积法的热分摊技术修正改造工程。该试验小区总建筑面积约为5 739 m2，共3栋，每栋为2个单元，一梯两户，共5层的砖混结构住宅楼，该小区无外墙保温，属于非节能建筑。此次试验以其中一栋楼（1号楼两个单元总计20户）为试验对象，其中，楼栋总热量为275654 kW·h，设计供水温度55.2 ℃，设计回水温度47.6 ℃，设计室内温度为18 ℃，1户型设计散热面积为49.6 m2，2户型设计散热面积为43.2 m2。

研究小组通过实地调查、走访入户、数据计算等方法，对供热系统的实际热耗量进行了综合分析，计算在实际供热水系统运行工况及终端用户不同散热设备数量的情况下的热量分摊值。详见表1通断时间面积法热分摊量实际测定值，其中热分摊量1为供热系统不考虑水力失调且不受温度和散热面积影响的前提下应用通断时间面积法式（1）测定的各供暖用户的热量分摊值。热分摊量2为考虑实际水力运行工况情况下对温度和面积进行综合修正后应用修正后的通断时间面积法式（2）计算的热量分摊量。

由表1可知，首先，在未考虑实际水力运行工况的条件下建筑面积大的用户按未修正的通断时间面积法公式计算的热量分摊量高，但造成了在通断阀开启时间一样室温不同的情况下用户分摊的热量相同的结果，这一结果显然与通断时间面积法“等热量、等温度”的目标相悖。而应用修正后的通断时间面积法公式计算的热量分摊量不仅体现出建筑面积大的用户热量分摊量高，也正好验证了在通断阀开启时间一样的前提下室温高的用户热分摊量高的结论。

表1 通断时间面积法热分摊量实际测定值

其次，2单元501用户和502用户加装散热设备后导致散热面积增大，但按热分摊量1计取热费跟未加装散热设备的用户值是一样的，这对后者来说计费有失公平。因此，须应用修正后的热量分摊量计取热费，从热分摊量2可以看出，相同户型的用户散热面积大的（如2-502用户）在通断阀开启时间一样、温度一样的前提下耗热量要高于散热面积小的用户（如1-402），体现了通断时间面积法修正的必要性。

最后，低层用户和高层用户（加装散热设备的用户除外）应用修正后的通断时间面积法计算的热分摊量2要低于未修正前计算的热分摊量1，这在一定程度上可节省能源消耗，进而减少用户热费开支。但从中层用户热分摊量来看，其修正后的热分摊量要高于修正前的，主要原因是存在低层和高层用户向中间层用户传热的现象，这一现象直接导致在通断阀开启时间一样的前提下，中间层用户的平均室温要高于低层和高层用户的平均室温，随之能耗也会增加。因此，修正后的通断时间面积法不仅考虑了通断时间，还考虑了供回水温度和室内温度，使计算结果更趋于合理。