【关键词】分户供热,分户计量热量,设计方案,量调节
【摘要】本文提出了一种具有分户供热和分户计量热量功能的采暖系统设计方案，可以利用简单热水表有效实施热量计量。
1 前言
随着城市住房和城市集中供热的商品化经营，如何实现集中供热系统的分户供热和分户计量热量，成为当前供热工程技术迫切要求解决的课题。这是由于商品房是以户为单位出售、采暖费是以户为单位收缴的原因所致。本文就集中供热系统的分户供热和热量计量方法进行一些分析和探讨。
2 分户供热
2.1 由我国过去的经济体制所决定的传统采暖工程设计，既不要求分户供热、也就不存在分户计量热量问题，故大都采用竖向串连的单双管采暖系统(如图1、Ⅰ和Ⅱ)。后来随着多层建筑的发展及热水采暖系统的推广，从单纯的经济适用观点出发，在民用采暖工程中，几乎都采用了竖向串连的单管采暖系统(图1Ⅱ)。由于各住户是分层居住，而竖向串连的单、双管采暖系统中分布于各住户内的散热器，是上下之间顺序的串接在一起，不能以户为单位形成独立的水力循环分支回路，因此不可能从系统中分离出来实现分户供热。双管系统中的散热器虽然可以从采暖系统中隔离开来，但这些散热器分布在住户的各个房间，住户可以随时随心操作，供热主管企业是难以监控管理的。虽然可采用智能开关阀设施解决这一难题，但这种针对个别不交采暖费的用户所采取的措施，却要遍及到每个住户，无论从经济效益或是社会效益看，都是得不偿失的。因此，上述传统的单、双管采暖系统都是不可能实现分户供热的。
Ⅰ—双管系统；Ⅱ—单管系统
图1 竖向串连单双管采暖系统
Ⅰ－双管系统；Ⅱ－单管系统；Ⅲ－跨越管
1-分户隔断阀；2-散热器隔断阀；3-温控阀
图2 分户水平串连单双管采暖系统
2.2 如果将传统的竖向串连的单、双管采暖系统，改变成如图二所示的分层水平串连系统形式，当这种水平串连是以每个住户内的散热器数为准则串接在一起形成一个独立的水力循环分支回路时，那么设在分支回路供回水管起始端上的隔断阀门1，就可将用户的采暖回路从整个系统中隔离出来，也能随时中断或并入系统运行。若将分支回路上的两个隔断阀门1安装在一起，并设箱上锁由供热企业统一管理，就可十分简便的实现分户供热。
3 分户计量热量
3.1 供热系统中热煤的输热量由下式确定：
Q=C.G.(t1－t2)
=C.G.Δt
Q——输热量
C——比热
G——热媒流量
Δt——热媒输热前后的温差
由上式看出，输热量的大小由热媒的两个参数即流量G和温差Δt来确定。由于热量是一种特殊性质的商品，它和电功率一样也是一种能量，其数量大小，要在传热过程中反映出来。显然，传热的条件不同，传热量的大小和计量方法也有所不同。具体到采暖系统，由于采暖负荷是一种季节性负荷，其大小随室外的温度变化而变化，同时为了保证采暖质量、防止水力失调，又要求采暖系统按质调节方式运行。这就导致了热媒输热量中的两个计量参数G和Δt都是变量，其输热量的大小，要由积分计算确定，即：
供热量的积分计量，用于工程计量十分困难，时至今日，还未研制出一种通过直接测量热媒的流量和温度来确定其热量大小的仪表。
1-温控阀；2-量热表；3-散热器
图3 热分配表法热量计量装置图
3.2 目前采暖系统的供热量计量方法之一。可以举国外若培*卡彻公司研制的热分配表法为例来说明。该法是一种间接计量法，它是在散热器上安装一个盛有某种特定液体介质的量热表，表中的液体介质因接受散热器的热量而蒸发，以其在整个采暖季蒸发量的多少来换算出该组散热器的耗热量。安装位置如图三所示，在双管采暖系统的每组散热器上，安装一组温控阀和量热表来计量该组散热器的耗热量。为了对每组散热器的耗热量进行计算，需将散热器根据其热媒温度、几何形状、材质构造、连接方式、安装条件等因素分成不同的组型，并在试验室中预先确定出各组型散热器的热量换算特性系数C，然后依其进行该组型散热器的耗热量计算。这种热量计量方法在国外已是成熟的技术，国内已有引进，它的优点是可直接用于现有双管采暖系统的热量计量，但由于各组型散热器的特性系数C常由该供热企业的试验室测定，技术垄断性强，热量计量透明度低，且又是以每组散热器为计量单元，不是以户为单位进行计量，企业和住户都觉有些不便，加上价格昂贵，因此在国内推广应用，还有不少困难。
3.3 本文探讨一种利用热水表就可实施有效热量计量的方案。鉴于现有采暖系统的供热量计量的两个参数G和Δt同是变量，使得热量计量变得困难，由此可以设想：能否设计出一种供热系统形式，使其热媒在输送过程中保持温度不变，即：
Δt=常量
Q=kf(G)
说明供热量Q只与热媒流量G有关，即根据流量G的变化就可计算出供热量的多少。但同时Q=kf(G)又是供热系统量调节运行的条件。由此看出，只要系统按量调节方式运行，并保持供回水温度不变，就可根据流量参数G来计量热量，也就是说，可用热水表测定的热媒流量数来表述热量。可是对采暖系统来说，为保障采暖质量防止水力失调，却又恰恰要求系统按质调节方式运行，即：
G=常量
Q=kf(Δt)
1-外网管路；2-分户供热计量箱；3-温控流量调节阀；4-L型管道泵；5-采暖管路；6-膨胀补水箱；7-散热器；8-浅水阀；9-用户热水系统；10-双参数水—水换热器
图4 用热水表计量热量的供热系统原理图
如何解决这一矛盾，成为能否利用热水表进行热量计量的关键。为此设计了如图四所示的供热系统形式，成功的解决了上述矛盾，能够实现利用热水表计量热量的设想。这一供热系统形式，由一次热媒外网、用户引入管、用户计量控制箱、温控流量调节阀、水—水换热器、用户内部采暖系统与热水供应系统等部分组成。其中水—水换热器的设置，使用户内形成独立采暖系统，其水力工况与外网水力工况得以分开、互不影响，为外网实行量调节运行和用户采暖系统实行质调节运行提供了条件。这样，在用户采暖系统实行质调节运行的同时，由设在采暖房间的温度测头控制的流量调节阀、调控着一次热媒流入换热器的流量，实现了外网一次热媒的量调节运行。若能保持一次热媒的供回水温度不变，装设于用户引入管上的热水表计量的热媒流量，即可表示为对该用户的供热量。
3.4 上述用热水表计量热量设定的供热系统形式，要以外网系统按量调节运行和保持供回水温度不变为前提。那么这两个条件对外网的技术经济问题有什么影响?保持供回水温度不变是否能够实现?成为能否采用该系统形式需要回答的问题。
关于外网按量调节方式运行问题，正是当前热网进行技术改造、提高技术含量、以期获得最佳节能效果和全面提高供热系统的技术经济效益所努力的方向。目前，为实现外网量调节运行而广泛推广采用的无级变速泵技术。正是这一技术成果的代表，它已为热网运行带来了人所共知的经济效益。
1-风量调节阀；2-燃料调节阀；3-锅炉热源；4-无级变速泵；5-自力温度调节阀；6-外网管路；7-分户供热计量箱；8-温控流量调节阀；9-用户采暖管道；10-用户热水系统；11-双参数水-水换热器
图5 供热系统定温量调节运行技术原则图
至于保持外网供回水温度不变的运行条件，这也正是常规热源锅炉生产运行所希望的技术条件，无论是蒸汽锅炉或是热水锅炉，都是在定温、定压常规条件下运行(不希望变量、变压不稳定工况)，这就为外网供水定温运行提供了保障。在量调节运行条件下，只要在回水管上设置一自力温度调节阀，也能方便的实现回水定温运行，见图5。这样，在供热系统初次运行时，进行认真的平衡和调节，使各用户的进出口水温达到要求的数值，就能保证热网系统在稳定的供回水温度条件下运行。
上述系统形式，既解决了分户供热和分户计量热量问题，又实现了利用热水表进行热量计量问题。同时外网按量调节方式运行，还增加了热网的技术含量，又提高了整个供热系统的技术经济效益。为了该系统形式的实施，可以开发研制出系列住户用双参数换热器和住户供暖系统管道泵等配套产品，因此可以预见，随着该系统形式的工程实施，必将以其明显的技术经济优越性迎得广阔的市场开发前景。
参考文献
〔1〕贺平，孙刚编著.供热工程.(新一版).北京：中国建筑工业出版社，1993.
〔2〕许富昌.一种分户供热和计量的高温水直供采暖系统.青岛建筑工程学院学报，1997，18(2)：45～50
