既有建筑采暖系統熱計量方式的研究

既有建筑采暖系統熱計量方式的研究

摘要　　本語言針對既有建筑采暖系統的特點，根據式。儀表的工作原理，了管道散熱對測量結果的，探討了如何在保證測量精度的條件下，減少溫度傳感器的。結果表明，利用較少的水溫敏感元件，對單管順流式采暖系統房間供熱量計量，是完全可行的。無跨越管的單管順流式采暖系統，進出水溫敏感元件可減少40%；帶跨越管的水平式采暖系統，溫度傳感器的數量可以減少30%。這不但減少設備投資，而且減少安裝工程量。
　　
關鍵詞　　采暖系統 熱計量 既有建筑 建筑節能 改造

　　在計劃時期，我國北方地區建設了大量的節能建筑，這些既有建筑內的采暖系統以單管順流式為主。由于單管順流式系統的用戶，1戶內有若干個產管，每根立管中的熱水自上而下流過每1層的散熱器后進入回水管，與大家設想的熱量計量條件不同：即每1戶只有1個給水入口和1個回水出口，具有測量流量和溫差的條件。因此有人認為單管順流式系統不可計量。實際上，不同的采暖系統形式，需采用不同的工作大批量制造的計量儀表。為解決既有建筑采暖系統的計量問題，我們在96年開始的中加合作項目--既有建筑節能改造中，對該問題進行了探討。
　　
1、單管順充式系統供熱量計量的基本原理及
　　
　　采用單管順流式系統的建筑物，在每1戶內，是以相互獨立的每1組散熱器來進行供熱的，戶內各房間的散熱器的相互獨立特點，可采用按照公式（1）原理制造的計量儀表。
　　　　　 　　　　　　　　　　　　　（1） 　　
　　式中：A、b--由實驗確定的散熱器系數；
　　　　　β₁、β₂、β₃、β₄--與散熱器使用條件有關的系數；
　　　　　F--散熱器面積，m²；
　　　　　t_p--散熱器平均溫度，℃；
　　　　 --計量儀表的采樣周期，S。
　　由式（1）可見，只要測得室內溫度及散熱器平均溫度，確定儀表的采樣時間，即可得出散熱設備放出的熱量Q。測量t_p的方法不同，熱量計量的方式也不同。按照式（1）制造的儀表有兩種，1種是蒸發式儀表，1種是電子式儀表。
　　
2、既有建筑采暖系統熱量的計量方法
　　
　　在既有建筑改造試點項目中，采用的電子式計量儀表就是通過測量散熱器的進出水溫度和室內溫度的方法，進行熱量計量的。散熱器的進出水溫度傳感器安裝在每組散熱器的進出水的支管上。這樣對于1個具體房間來說，房間供熱量Q_Z應是散熱器的散熱量與管道散熱量之和。

　　　　　　　　即：Q_Z = Q+ Q_L 　　　　　　　　　　　　　　　（2）

　　式中：Q--散熱器散熱量，J
　　　　　Q_L--管道散熱量，J。
　　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1個具有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。采暖系統為異程式帶跨越管的單管順流式系統，兩根立管的間距為3.3m，建筑物層高為3.0m，立管6是最遠立管。由表1可知，不同樓層不同立管管道散熱量是不1樣的。靠近主立管處管道散熱量占房間供熱量的5.2%～10.1%，最遠立管為4.3%～7.0%，系統平均為6.35%。如果僅散熱器散熱量，則房間的供熱量將少計6.35%.
　　
　　　　　　　　　　　　管道散熱量占房間供熱量的百分比　　　 單位：% 　　　表1

1 2 3 4 5 6 1 9.9 9.0 8.5 7.8 7.5 7.0 2 6.1 5.7 5.7 5.8 5.5 5.5 3 5.4 5.4 5.4 5.2 5.0 5.0 4 5.2 5.2 4.9 4.9 4.5 4.3 5 10.1 9.3 8.4 7.2 6.0 5.2

　　通過對歐美的采暖系統分析，我們發現，西方國家在計量中，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。這與我國的國情是不相符的。為此有必要探討1種既能減少水溫測點，又可提高計量精度的方法。
　　對于單管順流式采暖系統來說，房間供熱量應是散熱器的散熱量與管道散熱量之和。由于每個房間內的管道規格不同，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為：
　　 （2）
　　式中：Q_3L、Q_2L、Q_1L--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；
　　　　　Q_3L0、Q_1L0--第3、1層編號為0的管道散熱量，W；
　　　　　Q_g3、Q_hl--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　房間供熱量計算簡圖
　　
　　上述公式中，未知量太多，無法求解。需依據溫度敏感元件的設置情況，在補充若干個方程后，即可利用計算機求出各個房間的供熱量。

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3、結果
　　
　　1．無跨越管的單管順流式采暖系統
　　對于1棟5層的建筑物來說，分析表明，無跨越管的單管順流式采暖系統，進出水溫敏感元件可減少40%。為了對各種計量方式比較，將考慮管道散熱量以后，傳感器不減少時的測得的房間供熱量，計為方案1；將考慮管道散熱量以后，傳感器減少40%時測得的房間供熱量，計為方案2；將不考慮管道散熱量以后，傳感器減少40%時的測得的房間供熱量，計為方案3。經可知：
　　（1）計算管道散熱量以后，方案1和方案2相比，水溫敏感元件減少前后，測得的每個房間供熱量基本相同。每根立管上各個房間供熱量之和的最大誤差為-0.33%。整棟樓各個房間供熱量之和的平均誤差為-0.25%。這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要多計算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，得出的每個房間供熱量相關較大。每根立管上各個房間供熱量之和的最大誤差為8%。整棟樓各個房間供熱量這和的平均誤差為7.3%。這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要少計算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）相比，得出每個房間供熱量誤差。經計算可知，如果不考慮管道散熱量，每根立管上各個房間供熱量之和的最大誤差為10.8%。整棟樓各個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房間供熱量計量，是完全可知地的。同時使水溫敏感元件減少40%。這不但減少設備投資，而且減少安裝工程量。
　　
　　2．帶跨越管的單側連接的單管順流式采暖系統
　　按照人們的習慣做法，帶跨越管的單管順流式采暖系統房間供熱量計量與無跨越管的單管順流式采暖系統1樣，需在每組散熱器的進出口設置溫度敏感元件。理論分析表明，有跨越管的單管順流式采暖系統，進出水溫敏感元件可減少30%。為了對各種計量方式比較，將考慮管道散熱量以后，傳感器不減少時的測得的房間供熱量，計為方案5；將考慮管道散熱量以后，傳感器減少30%時測得的房間供熱量，計為方案6；將不考慮管道散熱量以后，傳感器減少30%時的測得的房間供熱量，計為方案7。經比較可知：
　　（1）計算管道散熱量以后，方案5和方案6相比，水溫敏感元件減少前后，測得的每個房間供熱量基本相同。整棟樓各個房間供熱量之和的平均誤差為0.32%。這表明采用此法，整棟樓各個房間供熱量之和要少計算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，整棟樓各個房間供熱量之和要少計算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，得出的每個房間供熱量誤差。可知，如果不考慮管道散熱量，整棟樓各個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房間供熱量計量，是完全可行的。同時使水溫敏感元件減少30%。這不但減少設備投資，而且減少安裝工程量。
　　
4、小結
　　
　　通過以上分析，可以看到：本所提出的少測點房間供熱量計量方法，用于順流式采暖系統房間供熱量的計量，是完全可行的。與國外采用的同類方法相比，具有利用敏感元件少，計量精度高，設備投資少，安裝工程量小等優點。

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