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(yǔ)言針對(duì)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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，探討了如何在保證測(cè)量精度的條件下，減少溫度傳感器的問(wèn)題。研究結(jié)果表明，利用較少的水溫敏感元件，對(duì)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(wú)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(guó)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(guò)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(cè)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?jī)x表。為解決既有建筑采暖系統(tǒng)的計(jì)量問(wèn)題，我們?cè)?6年開(kāi)始的中加合作項(xiàng)目--既有建筑節(jié)能改造中，對(duì)該問(wèn)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(lái)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?jī)x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?jī)x表的采樣周期，S。
由式（1）可見(jiàn)，只要測(cè)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(cè)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?jī)x表就是通過(guò)測(cè)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(duì)于一個(gè)具體房間來(lái)說(shuō)，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�？拷髁⒐芴幑艿郎崃空挤块g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(guò)對(duì)歐美的采暖系統(tǒng)分析，我們發(fā)現(xiàn)，西方國(guó)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(guó)的.國(guó)情是不相符的。為此有必要探討一種既能減少水溫測(cè)點(diǎn)，又可提高計(jì)量精度的方法。
對(duì)于單管順流式采暖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(duì)于圖1所示的立管來(lái)說(shuō)，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(hào)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(jiǎn)圖
上述公式中，未知量太多，無(wú)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(wú)跨越管的單管順流式采暖系統(tǒng)
對(duì)于一棟5層的建筑物來(lái)說(shuō)，理論分析表明，無(wú)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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�？芍嚎拷髁⒐艿牧⒐芩诘捻攲雍偷讓臃块g，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(duì)無(wú)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(wú)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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�？芍绻豢紤]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(duì)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(guò)以上分析，可以看到：本研究所提出的少測(cè)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(guó)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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