既有建筑采暖系統(tǒng)熱計量方式的研究
摘要 本語言針對既有建筑采暖系統(tǒng)的特點，根據(jù)式。儀表的工作原理，了管道散熱對測量結(jié)果的，探討了如何在保證測量精度的條件下，減少溫度傳感器的。結(jié)果表明，利用較少的水溫敏感元件，對單管順流式采暖系統(tǒng)房間供熱量計量，是完全可行的。無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)，進出水溫敏感元件可減少40%；帶跨越管的水平式采暖系統(tǒng)，溫度傳感器的數(shù)量可以減少30%。這不但減少設(shè)備投資，而且減少安裝工程量。
關(guān)鍵詞 采暖系統(tǒng) 熱計量 既有建筑 建筑節(jié)能 改造
在計劃時期，我國北方地區(qū)建設(shè)了大量的節(jié)能建筑，這些既有建筑內(nèi)的采暖系統(tǒng)以單管順流式為主。由于單管順流式系統(tǒng)的用戶，1戶內(nèi)有若干個產(chǎn)管，每根立管中的熱水自上而下流過每1層的散熱器后進入回水管，與大家設(shè)想的熱量計量條件不同：即每1戶只有1個給水入口和1個回水出口，具有測量流量和溫差的條件。因此有人認(rèn)為單管順流式系統(tǒng)不可計量。實際上，不同的采暖系統(tǒng)形式，需采用不同的工作大批量制造的計量儀表。為解決既有建筑采暖系統(tǒng)的計量問題，我們在96年開始的中加合作項目--既有建筑節(jié)能改造中，對該問題進行了探討。
1、單管順充式系統(tǒng)供熱量計量的基本原理及
采用單管順流式系統(tǒng)的建筑物，在每1戶內(nèi)，是以相互獨立的每1組散熱器來進行供熱的，戶內(nèi)各房間的散熱器的相互獨立特點，可采用按照公式（1）原理制造的計量儀表。
（1）
式中：A、b--由實驗確定的散熱器系數(shù)；
β1、β2、β3、β4--與散熱器使用條件有關(guān)的系數(shù)；
F--散熱器面積，m2；
tp--散熱器平均溫度，℃；
--計量儀表的采樣周期，S。
由式（1）可見，只要測得室內(nèi)溫度及散熱器平均溫度，確定儀表的采樣時間，即可得出散熱設(shè)備放出的熱量Q。測量tp的方法不同，熱量計量的方式也不同。按照式（1）制造的儀表有兩種，1種是蒸發(fā)式儀表，1種是電子式儀表。
2、既有建筑采暖系統(tǒng)熱量的計量方法
在既有建筑改造試點項目中，采用的電子式計量儀表就是通過測量散熱器的進出水溫度和室內(nèi)溫度的方法，進行熱量計量的。散熱器的進出水溫度傳感器安裝在每組散熱器的進出水的支管上。這樣對于1個具體房間來說，房間供熱量QZ應(yīng)是散熱器的散熱量與管道散熱量之和。
即：QZ = Q+ QL （2）
式中：Q--散熱器散熱量，J
QL--管道散熱量，J。
分析表明，由于水溫不同，每層房間的管道散熱量不同。表1是1個具有6根立管、5層建筑物的管道散熱量占房間供熱量的百分比情況。采暖系統(tǒng)為異程式帶跨越管的單管順流式系統(tǒng)，兩根立管的間距為3.3m，建筑物層高為3.0m，立管6是最遠(yuǎn)立管。由表1可知，不同樓層不同立管管道散熱量是不1樣的。靠近主立管處管道散熱量占房間供熱量的5.2%～10.1%，最遠(yuǎn)立管為4.3%～7.0%，系統(tǒng)平均為6.35%。如果僅散熱器散熱量，則房間的供熱量將少計6.35%.
管道散熱量占房間供熱量的百分比 單位：% 表1
通過對歐美的采暖系統(tǒng)分析，我們發(fā)現(xiàn)，西方國家在計量中，不考慮管道散熱量是由于他們使用的管道直徑較小，或者有保溫，或者保溫后埋入地面內(nèi)。這與我國的國情是不相符的。為此有必要探討1種既能減少水溫測點，又可提高計量精度的方法。
對于單管順流式采暖系統(tǒng)來說，房間供熱量應(yīng)是散熱器的散熱量與管道散熱量之和。由于每個房間內(nèi)的管道規(guī)格不同，水溫不同，因此每層房間的管道散熱量不同。對于圖1所示的立管來說，各層房間的供熱量應(yīng)為：
（2）
式中：Q3L、Q2L、Q1L--第3、2、1層管道散熱量，W；
Q3、Q2、Q1--第3、2、1層散熱器的散熱量，W；
Q3L0、Q1L0--第3、1層編號為0的管道散熱量，W；
Qg3、Qhl--第3、1層立管與供水（回水）管道相連接部分的散熱量，W；
圖1 房間供熱量計算簡圖
上述公式中，未知量太多，無法求解。需依據(jù)溫度敏感元件的設(shè)置情況，在補充若干個方程后，即可利用計算機求出各個房間的供熱量。
3、結(jié)果
1．無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)
對于1棟5層的建筑物來說，分析表明，無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)，進出水溫敏感元件可減少40%。為了對各種計量方式比較，將考慮管道散熱量以后，傳感器不減少時的測得的房間供熱量，計為方案1；將考慮管道散熱量以后，傳感器減少40%時測得的房間供熱量，計為方案2；將不考慮管道散熱量以后，傳感器減少40%時的測得的房間供熱量，計為方案3。經(jīng)可知：
（1）計算管道散熱量以后，方案1和方案2相比，水溫敏感元件減少前后，測得的每個房間供熱量基本相同。每根立管上各個房間供熱量之和的最大誤差為-0.33%。整棟樓各個房間供熱量之和的平均誤差為-0.25%。這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要多計算0.25%。
（2）如果不考慮管道散熱量，方案1和方案2相比，水溫敏感元件減少前后，得出的每個房間供熱量相關(guān)較大。每根立管上各個房間供熱量之和的最大誤差為8%。整棟樓各個房間供熱量這和的平均誤差為7.3%。這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要少計算7.3%。
（3）方案2與方案4（水溫敏感元件不減少，但不考慮管道散熱量時）相比，得出每個房間供熱量誤差。經(jīng)計算可知，如果不考慮管道散熱量，每根立管上各個房間供熱量之和的最大誤差為10.8%。整棟樓各個房間供熱量之和的平均誤差為6.62%。
（4）方案3和方案1相比，得出的每個房間供熱量誤差。可知：靠近主立管的立管所在的頂層和底層房間，由于不考慮管道散熱量，最大誤差為12.2%。其余房間最大誤差為10.4%。
由此可知在，利用較少的水溫敏感元件，對無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)房間供熱量計量，是完全可知地的。同時使水溫敏感元件減少40%。這不但減少設(shè)備投資，而且減少安裝工程量。
2．帶跨越管的單側(cè)連接的單管順流式采暖系統(tǒng)
按照人們的習(xí)慣做法，帶跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)房間供熱量計量與無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)1樣，需在每組散熱器的進出口設(shè)置溫度敏感元件。理論分析表明，有跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)，進出水溫敏感元件可減少30%。為了對各種計量方式比較，將考慮管道散熱量以后，傳感器不減少時的測得的房間供熱量，計為方案5；將考慮管道散熱量以后，傳感器減少30%時測得的房間供熱量，計為方案6；將不考慮管道散熱量以后，傳感器減少30%時的測得的房間供熱量，計為方案7。經(jīng)比較可知：
（1）計算管道散熱量以后，方案5和方案6相比，水溫敏感元件減少前后，測得的每個房間供熱量基本相同。整棟樓各個房間供熱量之和的平均誤差為0.32%。這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要少計算0.32%。
（2）如不考慮管道散熱量，方案5和方案7相比，整棟樓各個房間供熱量之和的平均誤差為7.19%.這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要少計算7.19%。
(3) 方案6和方案8(水溫敏感元件不減少，但不考慮管道散熱量)相比，得出的每個房間供熱量誤差。可知，如果不考慮管道散熱量，整棟樓各個房間供熱量之和平均誤差為7.02%。
（4）方案7和方案5相比，得出的每個房間供熱量誤差。可知：靠近主立管的立管所在的頂層和底層房間，由于不考慮管道散熱量，最大誤差為11.4%。其余房間最大誤差為10.9%。
由此可知，利用較少的水溫敏感元件，對有跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)房間供熱量計量，是完全可行的。同時使水溫敏感元件減少30%。這不但減少設(shè)備投資，而且減少安裝工程量。
4、小結(jié)
通過以上分析，可以看到：本所提出的少測點房間供熱量計量方法，用于順流式采暖系統(tǒng)房間供熱量的計量，是完全可行的。與國外采用的同類方法相比，具有利用敏感元件少，計量精度高，設(shè)備投資少，安裝工程量小等優(yōu)點。
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