引言

根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]分析，2007年我國(guó)城市采暖建筑面積達(dá)80億平方米，其中城市既有采暖建筑面積約為65億平方米，若實(shí)現(xiàn)城市既有采暖建筑的采暖熱計(jì)量，則每年采暖節(jié)煤量可達(dá)9300萬(wàn)噸[2]，可見(jiàn)，實(shí)施我國(guó)城市既有采暖建筑的熱計(jì)量，是一重大的節(jié)能環(huán)保措施。然而，我國(guó)城市既有采暖建筑的室內(nèi)采暖系統(tǒng)，絕大多數(shù)采用垂直單管順流式系統(tǒng)。雖然垂直單管順流式系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，就國(guó)際當(dāng)前的熱計(jì)量技術(shù)而言，由于這種系統(tǒng)對(duì)各熱用戶(hù)來(lái)說(shuō)，采暖管道沒(méi)有形成室內(nèi)閉環(huán)系統(tǒng)，所以無(wú)法采用計(jì)量準(zhǔn)確且熱計(jì)量表總費(fèi)用低的熱量表來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的熱計(jì)量，只能采用熱分配表系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱計(jì)量。由于熱分配表系統(tǒng)存在著重大弊病，所以熱分配表系統(tǒng)難于或不宜在我國(guó)城市既有采暖建筑中推廣應(yīng)用。由此可見(jiàn)，能否研制出適應(yīng)于我國(guó)既有采暖建筑國(guó)情的熱計(jì)量表，是制約我國(guó)全面與有效實(shí)施采暖熱計(jì)量的瓶頸問(wèn)題或關(guān)鍵問(wèn)題。本文將深入研究和解決這一問(wèn)題。

1我國(guó)既有采暖建筑狀況和實(shí)施熱計(jì)量的關(guān)鍵問(wèn)題

1.1我國(guó)既有采暖建筑狀況

垂直單管順流式系統(tǒng)是很常見(jiàn)的一種采暖系統(tǒng)，它具有管路結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)配件少、施工方便、造價(jià)低、空間占有少等的優(yōu)點(diǎn)，幾十年來(lái)成為了我國(guó)城市既有采暖建筑的主要形式，在采暖住宅樓宇和采暖公共樓宇中普遍采用。

我國(guó)城市既有采暖建筑采用的垂直單管順流式系統(tǒng)，見(jiàn)圖1，從采暖熱計(jì)量與溫控的角度來(lái)分析，它具有如下三個(gè)特點(diǎn)：

(1)屬于開(kāi)環(huán)采暖系統(tǒng)——不適宜用熱量表進(jìn)行采暖熱計(jì)量

垂直單管順流式系統(tǒng)，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，每個(gè)房間都有一根采暖立管貫穿室內(nèi)。由于用戶(hù)室內(nèi)有多根采暖立管，所以用戶(hù)室內(nèi)的采暖系統(tǒng)沒(méi)有形成閉環(huán)管路的采暖系統(tǒng)，它屬于開(kāi)環(huán)采暖系統(tǒng)。閉環(huán)采暖系統(tǒng)，如城市新建采暖住宅那樣，其特點(diǎn)為，進(jìn)出用戶(hù)室采暖管道只有一根采暖供水管和一根采暖回水管。對(duì)閉環(huán)采暖系統(tǒng)，采用單個(gè)熱量表就可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的采暖熱計(jì)量。然而，對(duì)開(kāi)環(huán)采暖系統(tǒng)則不然，用戶(hù)室內(nèi)有幾根采暖立管就需要安裝幾個(gè)熱量表，才能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的采暖熱計(jì)量。況且，對(duì)開(kāi)環(huán)采暖系統(tǒng)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，室內(nèi)受空間和管路結(jié)構(gòu)所限，難于安裝多個(gè)熱量表。所以，對(duì)于開(kāi)環(huán)采暖系統(tǒng)的采暖建筑，采用熱量表實(shí)施采暖熱計(jì)量既不經(jīng)濟(jì)也難于安裝。因此，開(kāi)環(huán)采暖系統(tǒng)建筑，即我國(guó)既有采暖建筑，就不能采用熱量表來(lái)實(shí)現(xiàn)采暖熱計(jì)量。

(2)溫度隨樓層降低而依次遞減——不適宜用熱水表進(jìn)行采暖熱計(jì)量

我國(guó)既有采暖建筑的垂直單管順流式系統(tǒng)，大多采用上供下回的采暖供水形式。這種形式表現(xiàn)為，每個(gè)采暖立管對(duì)樓宇各層用戶(hù)有相同的采暖熱水流量，但從樓宇的最高層開(kāi)始，采暖水溫隨樓層降低而依次遞減，最高層和最低層用戶(hù)的采暖水溫相差約為20度。由于這一特點(diǎn)，所以，采用熱水表來(lái)實(shí)施用戶(hù)的采暖量熱計(jì)量，就會(huì)造成20%左右的熱計(jì)量誤差。由于采暖熱計(jì)量所計(jì)量的是向用戶(hù)提供的采暖熱量，而不是采暖熱水量，所以，用熱水表來(lái)實(shí)施用戶(hù)的采暖量熱計(jì)量，既不公正也不合理。

(3)沒(méi)有采暖調(diào)節(jié)功能——不能適應(yīng)采暖熱計(jì)量下的采暖溫控

我國(guó)既有采暖建筑的垂直單管順流式系統(tǒng)，大多數(shù)都沒(méi)有設(shè)置室內(nèi)跨越管和調(diào)節(jié)閥，所以就不具有調(diào)節(jié)采暖熱水量的溫控功能，因此不能適應(yīng)采暖熱計(jì)量下的采暖溫控，而采暖溫控才是實(shí)現(xiàn)采暖熱計(jì)量的根本目的。所以，在解決我國(guó)既有采暖建筑的采暖熱計(jì)量問(wèn)題時(shí)，需要同步解決其采暖溫控問(wèn)題。

由上述分析可見(jiàn)，我國(guó)既有采暖建筑的垂直單管順流式系統(tǒng)，由于存在著上述三個(gè)特點(diǎn)，無(wú)法采用熱量表或熱水表來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的采暖熱計(jì)量。就當(dāng)前國(guó)際采暖熱計(jì)量技術(shù)而言，只能選用國(guó)外熱分配表系統(tǒng)，即熱分配表加樓棟熱量表組成的采暖熱計(jì)量系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)采暖熱計(jì)量。

1.2熱分配表系統(tǒng)存在著重大弊病——不宜在我國(guó)推廣應(yīng)用

1.2.1熱分配表系統(tǒng)的分析

熱分配表系統(tǒng)，就是在用戶(hù)室內(nèi)的每個(gè)散熱器上安裝一個(gè)熱分配表，在用戶(hù)所屬的樓棟里再安裝一個(gè)樓棟熱量表。以用戶(hù)各熱分配表的計(jì)量為權(quán)重，以樓棟熱量表的計(jì)量為基數(shù)，進(jìn)行各用戶(hù)采暖供熱量的分配，這就是熱分配表名稱(chēng)的由來(lái)。熱分配表有兩種形式，蒸發(fā)式和電子式。蒸發(fā)式熱分配表與電子式相比，雖然其造價(jià)要低于電子式，但它的計(jì)量精度遠(yuǎn)低于電子式，而且每年還必須進(jìn)入用戶(hù)室內(nèi)，進(jìn)行熱分配表的更換和計(jì)量數(shù)據(jù)的采集。

雖然熱分配表系統(tǒng)采用了樓棟熱量表來(lái)修正采暖供熱量，但是，這種修正，只是對(duì)樓棟采暖供熱量的整體誤差修正，卻沒(méi)有作出任何對(duì)樓棟各用戶(hù)熱分配表計(jì)量誤差的修正，所以，熱分配表系統(tǒng)這種采暖熱計(jì)量方法，存在著很大的計(jì)量誤差，它仍然保持著樓棟內(nèi)用戶(hù)之間由熱分配表引起的高達(dá)20-40%的計(jì)量誤差。

1.2.2熱分配表系統(tǒng)的重大弊病

通過(guò)上述對(duì)熱分配表系統(tǒng)計(jì)量誤差的分析以及其它問(wèn)題的分析，可得出這樣的結(jié)論，熱分配表系統(tǒng)存在著如下弊?。?/p>

(1)計(jì)量不直觀(guān);

(2)計(jì)量誤差很大;

(3)安裝技術(shù)難度大;

(4)熱計(jì)量處理技術(shù)難度很大;

(5)散熱器裝飾方式影響大;

(6)人為干擾因素影響極大。

由于熱分配表系統(tǒng)存在著高達(dá)20-40%的熱計(jì)量誤差，以及存在著熱計(jì)量處理技術(shù)難度很大、受散熱器裝飾方式影響大、以及受人為干擾因素影響極大的重大弊病，所以，熱分配表系統(tǒng)難于或不宜在我國(guó)既有采暖建筑中推廣應(yīng)用。

1.3我國(guó)既有采暖建筑熱計(jì)量的關(guān)鍵問(wèn)題

采暖熱計(jì)量，因?yàn)樯婕爸脩?hù)和供熱企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，只有使用準(zhǔn)確、可靠和經(jīng)濟(jì)的熱計(jì)量方式與手段，才能達(dá)到采暖熱計(jì)量的目的——得出客觀(guān)、公平、公正的采暖供熱量計(jì)量，并由此促進(jìn)用戶(hù)和供熱企業(yè)去主動(dòng)進(jìn)行采暖節(jié)能，使國(guó)家、熱用戶(hù)和供熱企業(yè)三方從中獲得節(jié)能效益和環(huán)保效益。

然而，綜上分析，對(duì)我國(guó)既有采暖建筑，因當(dāng)前缺少準(zhǔn)確、可靠和經(jīng)濟(jì)的采暖熱計(jì)量方式與手段，所以，能否研制出適應(yīng)于我國(guó)既有采暖建筑國(guó)情的熱計(jì)量表，是我國(guó)既有采暖建筑熱計(jì)量的瓶頸問(wèn)題或關(guān)鍵問(wèn)題。若能成功解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于我國(guó)既有采暖建筑的熱計(jì)量這一重大的節(jié)能環(huán)保舉措，將獲得實(shí)施上的重大突破。

2我國(guó)既有建筑采暖熱計(jì)量關(guān)鍵問(wèn)題的突破——串聯(lián)熱量表

為克服熱分配表系統(tǒng)所存在的計(jì)量誤差很大、熱計(jì)量處理技術(shù)難度很大、受散熱器裝飾方式影響大、以及受人為干擾因素影響極大的重大弊病，針對(duì)我國(guó)既有采暖建筑的垂直單管順流式系統(tǒng)，參見(jiàn)圖1，或者設(shè)置有或通過(guò)簡(jiǎn)單管道改造后加有采暖調(diào)節(jié)功能的垂直單管跨越式系統(tǒng)，參見(jiàn)圖2，這里提出并研制了一種新型的熱計(jì)量表——串聯(lián)熱量表，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)既有采暖建筑準(zhǔn)確、可靠和經(jīng)濟(jì)的采暖熱計(jì)量。

2.1串聯(lián)熱量表的組成與結(jié)構(gòu)

串聯(lián)熱量表，也稱(chēng)為串聯(lián)熱量表系統(tǒng)，它由立管流量表、立管溫度表和積算顯示器組成。參見(jiàn)圖3，串聯(lián)熱量表的結(jié)構(gòu)為：在樓棟各采暖立管上安裝一個(gè)立管流量表，在各立管的進(jìn)用戶(hù)處安裝一個(gè)溫度表，在各立管底層用戶(hù)的出口處安裝一個(gè)溫度表，在樓棟室內(nèi)或室外的公共區(qū)設(shè)置一個(gè)積算顯示器。積算顯示器與各立管流量表、立管溫度表通信連接，采集它們的測(cè)量信息，進(jìn)行各用戶(hù)采暖供熱量的計(jì)算，顯示、存儲(chǔ)。在樓棟各采暖立管旁設(shè)立RS485總線(xiàn)，積算顯示器由RS485總線(xiàn)與各立管流量表、立管溫度表之間通信連接;也可以在積算顯示器、立管流量表、立管溫度表內(nèi)加裝無(wú)線(xiàn)通信模塊，建立它們之間的無(wú)線(xiàn)通信。

2.2串聯(lián)熱量表的優(yōu)越性

串聯(lián)熱量表，完全克服的熱分配表系統(tǒng)存在的熱計(jì)量誤差很大、熱計(jì)量處理技術(shù)難度很高、受散熱器裝飾方式影響大、以及受人為干擾因素影響極大的重大弊病，在我國(guó)既有采暖建筑的熱計(jì)量中，能體現(xiàn)出以下的優(yōu)良特征：

(1)不需要改造原有的采暖建筑管路結(jié)構(gòu)

串聯(lián)熱量表應(yīng)用于我國(guó)既有采暖建筑的熱計(jì)量，不需要對(duì)原有采暖管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，避免了對(duì)原有采暖管路結(jié)構(gòu)改造所引發(fā)的耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力，避免了對(duì)原有采暖管路結(jié)構(gòu)改造所引發(fā)的擾民影響，僅需在原采暖立管上安裝立管流量表、立管溫度表即可。

(2)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

戶(hù)用熱量表由一個(gè)流量表和兩個(gè)溫度表組成，流量表的造價(jià)約為三倍的溫度表造價(jià)，這樣熱量表可折合為5個(gè)溫度表。戶(hù)均串聯(lián)熱量表與戶(hù)用熱量表作對(duì)比，對(duì)一個(gè)5層樓且戶(hù)內(nèi)有5個(gè)散熱器的用戶(hù)來(lái)講，采用串聯(lián)熱量表來(lái)進(jìn)行用戶(hù)的熱計(jì)量，戶(hù)均流量表為1個(gè)，溫度表為5個(gè)，戶(hù)均串聯(lián)熱量表可折合為8個(gè)溫度表，再考慮到通信線(xiàn)路和樓棟積算顯示器的每戶(hù)分?jǐn)?，則戶(hù)均串聯(lián)熱量表的造價(jià)約為1.5倍的戶(hù)用熱量表造價(jià)。對(duì)于5層以上的多層或高層樓宇，隨著樓層數(shù)的增多，由于戶(hù)均流量表分?jǐn)倲?shù)在減少，則戶(hù)均串聯(lián)熱量表的造價(jià)也在減小，一般當(dāng)樓層數(shù)大于8層時(shí)，串聯(lián)熱量表的戶(hù)均造價(jià)就與熱量表相同了。由此可見(jiàn)，串聯(lián)熱量表仍具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的特性。

(3)熱計(jì)量準(zhǔn)確

由于串聯(lián)熱量表與熱量表采用相同熱計(jì)量原理來(lái)測(cè)定用戶(hù)的采暖供熱量，而不是采用熱分配表計(jì)量原理，所以串聯(lián)熱量表具有與熱量表相當(dāng)?shù)臒嵊?jì)量精度，因而串聯(lián)熱量表具有熱計(jì)量準(zhǔn)確的特性。

(4)不存在熱計(jì)量處理技術(shù)的難度

由于串聯(lián)熱量表采用與熱量表相同的熱計(jì)量原理，其熱計(jì)量與用戶(hù)散熱器的形式或規(guī)格沒(méi)有關(guān)系，因而就不像熱分配表那樣存在著難度很高的熱計(jì)量處理技術(shù)，所以串聯(lián)熱量表不存在熱計(jì)量處理技術(shù)的難度。

(5)不受散熱器裝飾方式的影響

由于串聯(lián)熱量表中的流量表、溫度表傳感器安裝在采暖管道內(nèi)，所以，就不像熱分配表那樣，散熱器的裝飾方式不對(duì)串聯(lián)熱量表的熱計(jì)量產(chǎn)生任何影響。

(6)不受人為干擾因素的影響

由于串聯(lián)熱量表中的流量表、溫度表傳感器安裝在采暖管道內(nèi)，所以，就不像熱分配表那樣，人為干擾因素不會(huì)對(duì)串聯(lián)熱量表的熱計(jì)量產(chǎn)生影響。

2.3串聯(lián)熱量表的研制、實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)串聯(lián)熱量表的熱計(jì)量原理、組成和結(jié)構(gòu)，成功研制出了串聯(lián)熱量表，并獲得了青島市高新技術(shù)產(chǎn)品，參見(jiàn)圖3和圖4。

串聯(lián)熱量表經(jīng)過(guò)兩年多長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，參見(jiàn)圖4，經(jīng)過(guò)在青島市某住宅樓兩個(gè)采暖期的實(shí)際應(yīng)用與熱計(jì)量檢驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用的實(shí)踐，證實(shí)了：串聯(lián)熱量表，成功克服了熱分配表系統(tǒng)的重大弊病，是一種熱計(jì)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟(jì)的新型熱計(jì)量表，完全可應(yīng)用于我國(guó)城市既有采暖建筑的熱計(jì)量，是我國(guó)既有采暖建筑熱計(jì)量關(guān)鍵問(wèn)題的重大突破。

3、結(jié)論

(1)對(duì)我國(guó)城市既有采暖建筑實(shí)施采暖熱計(jì)量，每年可獲得采暖節(jié)煤量達(dá)9300萬(wàn)噸，這是一項(xiàng)重大的節(jié)能環(huán)保措施。

(2)由于我國(guó)城市既有采暖建筑絕大多數(shù)采用垂直單管順流式系統(tǒng)，就當(dāng)前國(guó)際采暖熱計(jì)量技術(shù)而言，只能選用國(guó)外的熱分配表系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)采暖熱計(jì)量。

(3)由于熱分配表系統(tǒng)存在著高達(dá)20-40%的熱計(jì)量誤差，以及存在著熱計(jì)量處理技術(shù)難度很高、受散熱器裝飾方式影響大、以及受人為干擾因素影響極大的重大弊病，所以，熱分配表系統(tǒng)難于或不宜在我國(guó)城市既有采暖建筑中推廣應(yīng)用。

(4)能否研制出適應(yīng)于我國(guó)既有采暖建筑國(guó)情的熱計(jì)量表，是我國(guó)既有采暖建筑熱計(jì)量的瓶頸問(wèn)題或關(guān)鍵問(wèn)題。

(5)本文提出并研制的串聯(lián)熱量表，由理論分析、實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用證實(shí)：它能成功克服熱分配表系統(tǒng)的重大弊病，是一種熱計(jì)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟(jì)的新型熱計(jì)量表。

(6)對(duì)于我國(guó)既有采暖建筑的采暖熱計(jì)量，串聯(lián)熱量表具有如下的優(yōu)越性能：不需要改造采暖建筑原有的管路結(jié)構(gòu)、不存在熱計(jì)量處理技術(shù)的難度、不受散熱器裝飾方式的影響、不受人為干擾因素的影響、能準(zhǔn)確、可靠和經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)采暖熱計(jì)量。

(7)串聯(lián)熱量表的研制成功，是我國(guó)既有采暖建筑熱計(jì)量關(guān)鍵問(wèn)題的重大突破，它為我國(guó)全面與有效實(shí)施采暖熱計(jì)量這一重大節(jié)能環(huán)保措施，提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保證。

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[21]西北工業(yè)大學(xué)，集中供暖分戶(hù)計(jì)費(fèi)集成方式及計(jì)量系統(tǒng)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利號(hào):200410026273.X，公告日：2005.03.16

[22]西北工業(yè)大學(xué)，開(kāi)環(huán)供暖系統(tǒng)的熱計(jì)量測(cè)定方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利號(hào):200510041711.4,公告日：2005.08.10

[23]西北工業(yè)大學(xué)，單管串聯(lián)式供熱樓宇的有效熱計(jì)量方法，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利號(hào):200510096298.1,公告日：2007.05.09

[24]青島海納電氣自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，串聯(lián)式熱量表,中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利:ZL200520079973.5,2006年4月12日

[25]青島海納電氣自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司，調(diào)控式串聯(lián)熱量表,中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利:ZL200520001879.8,2006年9月13日