通斷時間面積法在供熱系統(tǒng)分戶計量技術中的應用

梁玉霞

（河北工程技術學院,河北 石家莊 050091）

2010年，為貫徹執(zhí)行《節(jié)約能源法》和《民用建筑節(jié)能條例》，進一步深化城鎮(zhèn)供熱體制改革，推進供熱計量改革，促進建筑節(jié)能，住房和城鄉(xiāng)建設部、國家發(fā)展改革委、財政部、國家質(zhì)檢總局聯(lián)合下發(fā)《關于進一步推進供熱計量改革工作的意見》。供熱計量改革的核心理念是“節(jié)能”，以用戶實現(xiàn)熱舒適度為基本原則，目的是增強用戶的建筑節(jié)能意識，保障供熱方和用熱方雙方利益最大化。目前，我國供熱計量方法有多種。其中，通斷時間面積法是國內(nèi)供熱計量改造的主流方法，符合《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十八條要求：“對實行集中供熱的建筑分步驟實行供熱分戶計量、按照用熱量收費的制度。新建建筑或者對既有建筑進行節(jié)能改造，應當按照規(guī)定安裝用熱計量裝置、室內(nèi)溫度調(diào)控裝置和供熱系統(tǒng)調(diào)控裝置。”

實行集中供熱的建筑按照用熱量分攤收費制度是我國居住建筑進行節(jié)能改造的關鍵，是提高居住能效和進行供熱改革的重要手段[1]。通斷時間面積法的理論基礎是對用戶按供熱需求收費，其實質(zhì)是相同建筑面積、采暖舒適度相同的用戶熱量分攤相同。實踐證明，研究通斷時間面積法熱計量技術是大勢所趨[2]。

1 通斷時間面積法的熱計量分攤裝置與運行原理

通斷時間面積法是以每戶供熱系統(tǒng)通水時間為依據(jù)，實現(xiàn)總供熱量的分戶計量，其作為一種新的熱計量方法，可在用戶入戶支管上安裝電動通斷調(diào)節(jié)閥控制供熱系統(tǒng)循環(huán)水的流入量，最終實現(xiàn)用戶供暖溫度的調(diào)控。通斷時間面積法熱計量系統(tǒng)主要由樓棟結(jié)構(gòu)、戶內(nèi)結(jié)構(gòu)、管理系統(tǒng)組成[3]。其中，樓棟結(jié)構(gòu)主要包括樓棟數(shù)據(jù)采集計算器、樓棟總熱量表、流量平衡閥水力平衡設備等組件；戶內(nèi)結(jié)構(gòu)主要由室內(nèi)溫度控制器、通斷調(diào)節(jié)閥、用戶熱分配表、供回水溫度數(shù)據(jù)采集器組成；管理系統(tǒng)主要分為管理中心和通訊系統(tǒng)兩部分?；谕〝鄷r間面積法的熱計量分攤裝置如圖1所示。

由圖1可知，供熱系統(tǒng)分戶計量技術的實現(xiàn)路徑：供暖熱量通過總管道進入整棟建筑物內(nèi)，樓棟總熱量表計量整棟建筑物的總耗熱量，流量平衡調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)樓棟用戶之間供熱的水力平衡。熱量進入戶內(nèi)時，由室內(nèi)溫度控制器分別測量室內(nèi)溫度和用戶設定的溫度，并將這兩個溫度值傳輸給用戶通斷調(diào)節(jié)閥，用戶通斷調(diào)節(jié)閥根據(jù)室內(nèi)測量溫度和設定的溫度之差來控制閥門自身的開啟、關閉時間。即當室內(nèi)溫度低于用戶設定的溫度值時，調(diào)節(jié)閥打開；當室內(nèi)溫度高于用戶設定的溫度值時，戶調(diào)節(jié)閥關閉，按照通斷調(diào)節(jié)閥一定周期內(nèi)的啟停比來實現(xiàn)用戶供暖房間的自動調(diào)節(jié)，同時室內(nèi)溫度控制器將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入用戶熱量分配表，戶熱分配表可記錄用戶分攤的供暖熱量，最終達到用戶供熱最舒適度，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)分戶計量[4]。

2 通斷時間面積法熱量分攤修正算法分析

中華人民共和國建筑工業(yè)行業(yè)標準（JG/T 379-2012）《通斷時間面積法熱計量裝置技術條件》中規(guī)定“通斷時間面積法在操作實施前，應進行戶間的水力平衡調(diào)節(jié)，消除系統(tǒng)的垂直失調(diào)和水平失調(diào)；在實施過程中，用戶的散熱器不可自行改動更換?！贝藭r用戶熱量分攤計算公式見式（1）。

式（1）中，Qi——第 i 個供暖用戶在分攤周期內(nèi)或供暖總時間內(nèi)分攤的熱量，單位：kW·h；

εi——第 i 個供暖用戶在分攤周期內(nèi)或供暖總時間內(nèi)閥門累計開啟時間（單位：h）與分攤周期或供暖總時間（單位：h）的比值；

Fi——第i個供暖用戶的建筑面積，單位：m2；

Q ——分攤周期或供暖總時間內(nèi)樓棟入口處總熱量表的讀數(shù)，單位：kW·h；

n ——參與熱量分攤的供暖用戶數(shù)量，單位：戶。

由式（1）可知，供暖用戶在分攤周期內(nèi)或供暖總時間內(nèi)分攤的熱量與樓棟總熱量、用戶供熱期內(nèi)閥門接通時間、用戶供熱的建筑面積有關。在以上各個參數(shù)中，樓棟總熱量由樓棟熱量表直接測量，用戶供熱建筑面積為定量，保持不變。那么，計算供暖用戶熱量分攤值的主要依據(jù)為用戶供熱期內(nèi)閥門的接通時間，而用戶采暖期內(nèi)閥門的開啟直接與循環(huán)水的流入即水力工況和室內(nèi)溫度即采暖設備數(shù)量密切相關。因此，若想利用式（1）計算供暖用戶應分攤的熱量，需保證水力工況和室內(nèi)溫度完全相同的技術條件下計算出的熱量分攤值才相對公平。

需要注意的是，供熱系統(tǒng)實際運行工況中不可避免地存在水力失調(diào)現(xiàn)象。那么，供熱系統(tǒng)中實際水力運行工況為在室外溫度一定，供熱溫度一定的情況下，不同位置的用戶保持相同室溫所需的熱量是不同的，導致用戶實際流量與需求流量不一致，最終使得供熱系統(tǒng)出現(xiàn)水力失調(diào)現(xiàn)象[5]。水力失調(diào)現(xiàn)象可使用戶室溫低的開啟時間長，從而循環(huán)水流入量多，造成用戶分攤的熱量多，即用戶分攤的費用多。同樣，若按熱量分攤計算公式（1）計算熱量分攤量會導致原本已增加采暖設備的用戶在入戶調(diào)節(jié)閥門開啟時間一樣，供水溫度一樣的情況下，與未增加采暖設備的用戶相比熱量計費并無增加，計算出的熱量分攤值也有失公平?；谝陨犀F(xiàn)象，有必要在實際水力運行工況下對式（1）進行熱量分攤修正。

由以上分析可知，在樓棟結(jié)構(gòu)中供熱系統(tǒng)無水力失調(diào)現(xiàn)象、終端用戶未增加散熱設備的情況下，式（1）通斷時間面積法能較公平地反映各終端熱用戶的實際耗熱分攤量。然而，在樓棟供熱系統(tǒng)不符合以上技術條件的情況下，需根據(jù)實際水力運行工況及設計溫度運用修正后的通斷時間面積法式（4）對終端用戶的熱分攤量進行修正。

3 通斷時間面積法熱量分攤修正的工程應用

2021—2022年度研究小組聯(lián)合供熱企業(yè)在石家莊市某小區(qū)實施了通斷時間面積法的熱分攤技術修正改造工程。該試驗小區(qū)總建筑面積約為5 739 m2，共3棟，每棟為2個單元，一梯兩戶，共5層的磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，該小區(qū)無外墻保溫，屬于非節(jié)能建筑。此次試驗以其中一棟樓（1號樓兩個單元總計20戶）為試驗對象，其中，樓棟總熱量為275654 kW·h，設計供水溫度55.2 ℃，設計回水溫度47.6 ℃，設計室內(nèi)溫度為18 ℃，1戶型設計散熱面積為49.6 m2，2戶型設計散熱面積為43.2 m2。

研究小組通過實地調(diào)查、走訪入戶、數(shù)據(jù)計算等方法，對供熱系統(tǒng)的實際熱耗量進行了綜合分析，計算在實際供熱水系統(tǒng)運行工況及終端用戶不同散熱設備數(shù)量的情況下的熱量分攤值。詳見表1通斷時間面積法熱分攤量實際測定值，其中熱分攤量1為供熱系統(tǒng)不考慮水力失調(diào)且不受溫度和散熱面積影響的前提下應用通斷時間面積法式（1）測定的各供暖用戶的熱量分攤值。熱分攤量2為考慮實際水力運行工況情況下對溫度和面積進行綜合修正后應用修正后的通斷時間面積法式（2）計算的熱量分攤量。

由表1可知，首先，在未考慮實際水力運行工況的條件下建筑面積大的用戶按未修正的通斷時間面積法公式計算的熱量分攤量高，但造成了在通斷閥開啟時間一樣室溫不同的情況下用戶分攤的熱量相同的結(jié)果，這一結(jié)果顯然與通斷時間面積法“等熱量、等溫度”的目標相悖。而應用修正后的通斷時間面積法公式計算的熱量分攤量不僅體現(xiàn)出建筑面積大的用戶熱量分攤量高，也正好驗證了在通斷閥開啟時間一樣的前提下室溫高的用戶熱分攤量高的結(jié)論。

表1 通斷時間面積法熱分攤量實際測定值

其次，2單元501用戶和502用戶加裝散熱設備后導致散熱面積增大，但按熱分攤量1計取熱費跟未加裝散熱設備的用戶值是一樣的，這對后者來說計費有失公平。因此，須應用修正后的熱量分攤量計取熱費，從熱分攤量2可以看出，相同戶型的用戶散熱面積大的（如2-502用戶）在通斷閥開啟時間一樣、溫度一樣的前提下耗熱量要高于散熱面積小的用戶（如1-402），體現(xiàn)了通斷時間面積法修正的必要性。

最后，低層用戶和高層用戶（加裝散熱設備的用戶除外）應用修正后的通斷時間面積法計算的熱分攤量2要低于未修正前計算的熱分攤量1，這在一定程度上可節(jié)省能源消耗，進而減少用戶熱費開支。但從中層用戶熱分攤量來看，其修正后的熱分攤量要高于修正前的，主要原因是存在低層和高層用戶向中間層用戶傳熱的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象直接導致在通斷閥開啟時間一樣的前提下，中間層用戶的平均室溫要高于低層和高層用戶的平均室溫，隨之能耗也會增加。因此，修正后的通斷時間面積法不僅考慮了通斷時間，還考慮了供回水溫度和室內(nèi)溫度，使計算結(jié)果更趨于合理。

4 結(jié)語

供熱系統(tǒng)中，通斷時間面積法的適用條件在實際水力運行工況的影響下較難實現(xiàn)。因此，對通斷法的分攤公式進行修正是有必要的。試驗表明，經(jīng)修正后的熱量分攤量不但可準確計量熱量消耗量，而且在一定程度上也實現(xiàn)了節(jié)能降耗和減排增效，達到了節(jié)能效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟效益“三效”統(tǒng)一的目的。