既有建筑采暖系統(tǒng)熱計(jì)量方式的研究工學(xué)論文

　　摘要 本語言針對既有建筑采暖系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)電子式。儀表的工作原理，分析了管道散熱對測量結(jié)果的影響，探討了如何在保證測量精度的條件下，減少溫度傳感器的問題。研究結(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(jì)量，是完全可行的。無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)，進(jìn)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(jì)量 既有建筑 建筑節(jié)能 改造

　　在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)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，一戶內(nèi)有若干個(gè)產(chǎn)管，每根立管中的熱水自上而下流過每一層的散熱器后進(jìn)入回水管，與大家設(shè)想的熱量計(jì)量條件不同：即每一戶只有一個(gè)給水入口和一個(gè)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(jì)量。實(shí)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(jì)量儀表。為解決既有建筑采暖系統(tǒng)的計(jì)量問題，我們在96年開始的中加合作項(xiàng)目--既有建筑節(jié)能改造中，對該問題進(jìn)行了探討。

　　一、單管順充式系統(tǒng)供熱量計(jì)量的基本原理及方法

　　采用單管順流式系統(tǒng)的建筑物，在每一戶內(nèi)，是以相互獨(dú)立的每一組散熱器來進(jìn)行供熱的，戶內(nèi)各房間的散熱器的相互獨(dú)立特點(diǎn)，可采用按照公式（1）原理制造的計(jì)量儀表。

　�。�1）

　　式中：A、b--由實(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)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(jì)量的方式也不同。目前按照式（1）制造的儀表有兩種，一種是蒸發(fā)式儀表，一種是電子式儀表。

　　二、既有建筑采暖系統(tǒng)熱量的計(jì)量方法

　　在既有建筑改造試點(diǎn)項(xiàng)目中，采用的電子式計(jì)量儀表就是通過測量散熱器的進(jìn)出水溫度和室內(nèi)溫度的方法，進(jìn)行熱量計(jì)量的。散熱器的進(jìn)出水溫度傳感器安裝在每組散熱器的進(jìn)出水的支管上。這樣對于一個(gè)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。

　　理論分析表明，由于水溫不同，每層房間的管道散熱量不同。表1是一個(gè)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一樣的�？拷�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%。如果僅計(jì)算散熱器散熱量，則房間的供熱量將少計(jì)6.35%.

　　管道散熱量占房間供熱量的百分比 單位：% 表1

　　123456一9.99.08.57.87.57.0二6.15.75.75.85.55.5三5.45.45.45.25.05.0四5.25.24.94.94.54.3五10.19.38.47.26.05.2

　　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(jì)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。為此有必要探討一種既能減少水溫測點(diǎn)，又可提高計(jì)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(gè)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(jì)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(bǔ)充若干個(gè)方程后，即可利用計(jì)算機(jī)求出各個(gè)房間的供熱量。

　　三、結(jié)果分析

　　1．無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)

　　對于一棟5層的建筑物來說，理論分析表明，無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)，進(jìn)出水溫敏感元件可減少40%。為了對各種計(jì)量方式比較，將考慮管道散熱量以后，傳感器不減少時(shí)的測得的房間供熱量，計(jì)為方案1；將考慮管道散熱量以后，傳感器減少40%時(shí)測得的房間供熱量，計(jì)為方案2；將不考慮管道散熱量以后，傳感器減少40%時(shí)的測得的房間供熱量，計(jì)為方案3。經(jīng)計(jì)算可知：

　�。�1）計(jì)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(gè)房間供熱量基本相同。每根立管上各個(gè)房間供熱量之和的最大誤差為-0.33%。整棟樓各個(gè)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(gè)房間供熱量之和要多計(jì)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(gè)房間供熱量相關(guān)較大。每根立管上各個(gè)房間供熱量之和的最大誤差為8%。整棟樓各個(gè)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(gè)房間供熱量之和要少計(jì)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(shí)）相比，得出每個(gè)房間供熱量誤差。經(jīng)計(jì)算可知，如果不考慮管道散熱量，每根立管上各個(gè)房間供熱量之和的最大誤差為10.8%。整棟樓各個(gè)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(gè)房間供熱量誤差�？芍�：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(jì)量，是完全可知地的。同時(shí)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(jì)量方法與無跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)一樣，需在每組散熱器的進(jìn)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(jìn)出水溫敏感元件可減少30%。為了對各種計(jì)量方式比較，將考慮管道散熱量以后，傳感器不減少時(shí)的測得的房間供熱量，計(jì)為方案5；將考慮管道散熱量以后，傳感器減少30%時(shí)測得的房間供熱量，計(jì)為方案6；將不考慮管道散熱量以后，傳感器減少30%時(shí)的測得的房間供熱量，計(jì)為方案7。經(jīng)比較可知：

　�。�1）計(jì)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(gè)房間供熱量基本相同。整棟樓各個(gè)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(gè)房間供熱量之和要少計(jì)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(gè)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(gè)房間供熱量之和要少計(jì)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(gè)房間供熱量誤差。可知，如果不考慮管道散熱量，整棟樓各個(gè)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(gè)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(jì)量，是完全可行的。同時(shí)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。

　　四、小結(jié)

　　通過以上分析，可以看到：本研究所提出的少測點(diǎn)房間供熱量計(jì)量方法，用于順流式采暖系統(tǒng)房間供熱量的計(jì)量，是完全可行的。與目前國外采用的同類方法相比，具有利用敏感元件少，計(jì)量精度高，設(shè)備投資少，安裝工程量小等優(yōu)點(diǎn)。

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