集中供暖系统户间传热量的分析

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发布日期：2008-05-19 来源：互联网作者：互联网浏览次数：286

简介： 户间传热量是集中供暖系统采用分户计量、分户收费后不可忽视的问题。本文分析了影响户间传热量大小的因素，探讨了提高建筑物内外围护结构保温隔热水平对减少户间传热量的作用，并提出户间传热量的计算方法。

关键字：集中供暖系统户间传热量热阻计算方法

0 引言

《民用建筑节能管理规定》提出：“新建居住建筑的集中供暖系统应使用双管系统，推行温度调节和户用热量计量装置，实行供热计量收费。”这就要求住宅的集中供暖系统必须按照分户热计量进行`设计，改变以往按面积的收费方式，实施按户计量收费。由于用户可以自行调节室温，所以各户维持的室温不尽相同；再者考虑住户闲置或住户生活习惯的不同，会产生间断用热的可能性，邻户传热问题不可忽视。

１影响户间传热量大小的因素

户间传热量的大小取决于许多不确定因素，这些因素大致可分为人为因素和技术因素两方面。我们讨论技术因素。文献1提倡用6℃的温差来计算，但6℃的温差不能针对所有情况，这只是权宜之计。我们从热传递的基本原理出发，可以得到以下公式：

Q_得=Q_失

Q_得——通过户间传热从邻户的得热量

Q_失 ——通过内、外围护结构的失热量

Q_得 = () 　　 ⑴

Q_失 = 　 ⑵

根据Q_得=Q_失，可求得：

⑶

把⑶代入公式⑴、⑵得，

Q_得 = ⑷

以上公式中

A₁ 、A₂……——不供暖房间与供暖房间相邻的围护结构的传热面积，㎡

A_a 、A_b……——不供暖房间与室外相邻的围护物的传热面积，㎡

K₁ 、K₂……——对应于A₁ 、A₂……的围护结构的传热系数，W/㎡.℃

K_a、K_b……——对应于A_a 、A_b……的围护结构的传热系数，W/㎡.℃

t_b——不供暖房间的空气温度，℃；t_n——供暖房间的室内温度，℃

t_w——室外空气计算温度，℃；V_o——由渗透及通风进入不供暖房间的室外空气量，m³/h。

由此可知，典型房间通过户间传热从邻户的得热量不仅与内、外围护结构的传热系数、传热面积有关，还与户间围护结构的传热系数、传热面积有关。在实际工程中，K_a、A_a、K_b、A_b、…K₁_、A₁、K₂_、A₂、…都不可能为零，因此户间传热量也不可能消失。

以典型房间甲、乙为研究对象，其围护结构参数如下：

南外墙：3.5×2.8－1.5×1.5 （㎡）南外墙：3.9×2.8－2.4×2.4（㎡）

北内墙：3.5×2.8－2.2 （㎡）北内墙：3.9×2.8－0.9×2.4（㎡）

西外墙：4.5×2.8 （㎡）西内墙：4.5×2.8（㎡）

东内墙：4.5×2.8 （㎡）东内墙：4.5×2.8（㎡）

隔门： 2.2 （㎡）　隔门： 0.9×2.4（㎡）

南外窗：1.5×1.5 （㎡）　南外门：2.4×2.4（㎡）

Vo=2.52m³/h 　Vo=12.6m³/h

　　典型房间甲　　　　　　　　　　　典型房间乙
图1 典型房间示意图

利用公式⑴、⑵、⑶、⑷计算出甲、乙典型房间的t_b, Q_得，计算结果列于下表：（表1、表2中列出了典型房间甲、乙的围护结构的传热系数、传热面积，以及典型房间甲、乙的平均传热系数、平均热阻及围护结构总面积）

表1 利用公式⑴、⑵、⑶及⑷、⑸、⑹计算所得的甲房间的Q_失、Q_得　

传热系数

传热面积

tw

tn

tb

Q_失

Q_得

Kp/Ap

Rp/Ap

Aa

1.5

12.6

-9

18

10.17

748

Ab

1.5

7.55

1.6999

0.58827

Ac

3.49

2.25

22.4

A1

1.965

12.6

2.4738

0.40424

A2

2.72

13.02

38.64

A3

2.72

13.02

V0

2.52

用平均传热系数计算

748

　　表2 利用公式⑴、⑵、⑶及⑷、⑸、⑹计算所得的乙房间的Q_失、Q_得　

传热系数

传热面积

tw

tn

tb

Q_失

Q_得

Kp/Ap

Rp/Ap

Aa

1.5

5.16

-9

18

12.91

683

Ab

3.26

5.76

2.4284

0.4118

A1

1.965

12.6

10.92

A2

1.965

12.6

2.3819

0.41983

A3

2.72

15.54

56.28

A4

2.72

15.54

V0

12.6

用平均传热系数计算

683

将表1 、表2计算出的户间传热量与房间的基本负荷相比，结果列于表3 ，如下：

表3 户间传热量与房间的基本负荷相比　

不计户间传热时的热负荷

Q得

户间传热量所占比例

A围

A邻

R围

R邻

K围

K邻

甲房间

1687

748

0.443

22.4

38.6

0.59

0.4

1.7

2.47

乙房间

1473

683

0.464

10.9

56.3

0.41

0.42

2.43

2.38

由表3的数据表明，典型房间甲的户间传热量占房间基本附和的44.3﹪，典型房间乙的户间传热量占房间基本附和的46.4﹪，这些数据是在现有的围护结构的条件下计算出来的。

由于计算公式⑴、⑵、⑶、⑷比较冗长，所涉及的围护结构很多，对我们分析问题不方便，因此，我们可将两类围护结构的传热系数作简化，即采用平均传热系数的方法。改动如下：

A_w——典型房间产生失热的内、外围护结构的总面积，㎡

A_l——典型房间与邻室之间的户间墙、楼板的总面积，㎡

K_w——典型房间产生失热的内、外围护结构的平均传热系数，W/㎡.℃

K_l——典型房间与邻室之间的户间墙、楼板的平均传热系数，W/㎡.℃。

因此，公式⑴、⑵、⑶简化为：

⑸

Q_失=(t_n-t_w)(0.37V₀+A_w.K_w) ⑹

Q_得=(t_b-t_n) A_l K_l⑺

利用公式⑸、⑹、⑺计算t_n、Q_得列于表1、表2，计算结果与用公式⑴、⑵、⑶、⑷的计算结果相同，可见，这种简化方式是可取的。

2　户间传热量与内、外围护结构热阻的关系

利用热阻分析户间传热量比用传热系数分析更直观与方便，因此我们省略典型房间的冷风渗透热损失，把公式⑸、⑹、⑺转化为：

⑻

Q_失=(t_n-t_w) ⑼

Q_得=(t_b-t_n) A_l /R_l⑽

然后，我们分别改变R_w、R_l，根据公式⑽计算得Q_得的值，典型房间甲的计算结果见表4，典型房间乙的计算结果见表5。

表4 甲房间得热量Q_得

R_w

（m².℃/W）

R_l（m².℃/W）

0.4

0.9

1.4

1.9

2.4

2.9

3.4

3.9

4.4

0.59

748.532

550.75

435.6

360

307.2

268

237

213.027

193.275

1.09

474.421

386.46

326

282

248.3

222

201

182.945

168.184

1.59

350.929

300.36

262.5

233

209.7

191

175

161.086

149.53

2.09

280.669

247.36

221.1

200

182.4

168

155

144.484

135.118

2.59

235.324

211.45

192

176

162.1

150

140

131.445

123.648

3.09

203.638

185.51

170.4

157

146.4

137

128

120.934

114.303

表5 乙房间得热量Q_得

R_w

（m².℃/W）

R_l（m².℃/W)

0.42

0.92

1.42

1.92

2.42

2.92

3.42

3.92

4.42

0.41

684.19

558.5

471.8

408

360.1

322

291

265.67

244.32

0.91

399.668

353.23

316.5

287

261.9

241

223

208.136

194.799

1.41

306.282

278.25

254.9

235

218.3

204

191

179.616

169.596

1.91

259.857

239.4

221.9

207

193.6

182

172

162.582

154.329

2.41

232.088

215.63

201.3

189

177.8

168

159

151.259

144.09

2.91

213.61

199.59

187.3

176

166.7

158

150

143.186

136.746

将表4、表5的计算结果用曲线表示图2和图3为：

图2 　甲房间的得热量　　　　　　图3　乙房间的得热量

分析图2、图3，我们可以看出：

随着R_l、R_w的增加，Q_得的值减小。

若R_w不变，随着R_l的不断增加，户间传热量会不断减小，但减小的幅度越来越小，也就是说，当户间的平均热阻增大到一定程度后，若继续增加R_l，对于减少户间传热量的作用很小。如典型房间甲，以R_w=0.59 W/㎡.℃的曲线来看，当R_l从0.4 W/㎡.℃增加到0.9 W/㎡.℃时，Q_得值从748.5W降到550.8W，减少了197.7W，而当R_l从2.9 W/㎡.℃增加到3.4W/㎡.℃时，Q_得值从268W降到237W，减少了31W。可见，再增加R_l值，对Q_得值的减少意义不大。这一规律，从典型房间甲的曲线图看得更清楚，从中，我们可以推断出，房间的外围护结构越多（即R_w/（R_w+R_l））的值越大），增加户间平均热阻，对减少户间传热量的作用越小。

若R_l不变，增加R_w的值，户间传热量会显著减少。也就是说，在不改变邻户的墙、楼板的热阻的情况下，增加围护结构的热阻，也可明显地减少户间传热量。但从曲线图看出，随着R_w的增加，Q_得值减少的幅度会减小。以典型房间甲为例，当R_l=0.4 W/㎡.℃时，R_w从0.59 W/㎡.℃增加到1.09 W/㎡.℃，Q_得从748.5W减少到474.4W，减少了274.1W，而当R_w从2.09 W/㎡.℃增加到2.59 W/㎡.℃时，Q_得从280.7W减少到235.3 W，只减少了45.4 W。由此可见，R_w增加到一定程度后，再增加R_w对于减少Q_得的意义不大。这一规律，从典型房间甲的曲线图看得更清楚，也就是说，房间的外围护结构占总围护结构面积的比例（即R_w/（R_w+R_l））越大，无限制地增加外围护结构的热阻，对减少户间传热量的作用越小。

当R_w值增加到一定程度后，R_l值的任何增加几乎都没有实际意义。也就是说，只要建筑物的外围护结构保温足够好，增加户间墙和户间楼板的热组，不会使户间传热量明显减少，这从典型房间甲的R_w=3.09 W/㎡.℃时的曲线看得十分明显，这是R_l从0.4 W/㎡.℃到4.4 W/㎡.℃，Q_得仅仅减少了89.3W。

从以上的分析中，我们可以得出以下结论:

户间传热量的存在是集中供暖系统实施分户热计量和分户热收费的最大困扰。

提高建筑物外围护结构的保温水平和增加内围护结构的隔热性能是减少户间的必要措施。

从减少户间传热量的技术经济性分析，外围护结构的保温性能和内围护结构的隔热性能并不是越高越好。两者需要结合起来考虑，均衡提高。

3 户间传热量计算方法的分析

利用上述公式⑸、⑹、⑺ 来计算户间传热量的方法从理论上来说是最准确的，计算出的户间传热量较小，可以减少初投资费用。

以典型房间甲为例，已知房间的基本传热量Q为988W定此周围房间均不供暖，则取与非采暖房间的温差修正系数为0.7，

则计算出邻墙的传热量Q₁=αKF△t=0.7×1.965×4.5×2.8×27=470W

地板的传热量Q₂=αKF△t=0.7×2.72×13.02×27=669W

楼板的传热量Q₃=αKF△t=0.7×2.72×13.02×27=669W

则邻户传热量Qˊ= Q₁+ Q₂+ Q₃=1808W

λ= Qˊ/Q=1.83

根据公式⑸、⑹、⑺，λˊ= Qˊ/Q=0.76

λˊ/λ=0.76/1.83=0.42

由此可知采用热平衡方法计算是比较合理的。考虑到用热平衡方法计算量较大，一般需要用程序来计算。在此，我们根据公式

在不同的A_lR_w、A_wR_l情况下，得到相对的t_n值，可由图4来查得。

4 结语

本文以北京地区（室外供暖设计计算温度为-9℃）为例，分析了影响户间传热量大小的因素以及户间传热量与内、外围护结构热阻的关系,从减少户间传热量的技术经济性分析，外围护结构的保温性能和内围护结构的隔热性能并不是越高越好,两者需要结合起来考虑，均衡提高。考虑到户间传热量计算复杂,可以利用Excel自带的图表功能将内外围护结构的参数做成图表以方便查值。