住宅集中供暖系统分户热计量和收费的若干问题.docx

住宅集中供暖系统分户热计量和收费的若干问题张锡虎 北京市建筑设计标准化办公室北京市建筑设计研究院黄涛提要认为供暖设计中应考虑户间传热的因素 ,共用供回水立管和分户独立系统相结合是适合分户热计量的系统制式 。探讨了户内系统的布置方式 。提出应根据不同户型 、围护结 构特性 、户间传热等因素确定热价和热费的分配比例 ,目前应注重改进设计消除失调 ,提高供暖质量并以合理的运行调节实现节能 。关键词供暖热计量收费节能Ho u s e h o l d2b a s e d h e a t m e t e ri n g a n d c h a r g i n gi n r e s i d e n t i a l b u i l d i n g sBy Zhang Xihu and Huang TaoA b s t r a c t Ho l d s t h a t t h e h e a t t r a n s f e r t h r o u g h t h e p a r t i t i o n w a l l b e t w e e n r e s i d e n t i a l u n i t s s h o ul d b e t a k e n i n t o a c c o u n t i n h e a t i n g s y s t e m d e s i g n a n d t h e c o m b i n e d s y s t e m i n v o l vi n g c o mm o n s up p l y a n d r e t u r n r i s e r s a n d h o u s e h o l d s u b s y s t e m s i s s ui t a b l e f o r h e a t m e t e r i n g . D i s c u s e s t h e a r r a n g e m e n t o f t h e s u b s y s t e m . P r o p o s e s t h a t h e a t p r i c i n g a n d a l l o c a t i o n s h o ul d b e b a s e d o n d i f f e r e n t f l o o r p l a n s a n d e n v e l o p e t h e r m a l b e h a vi o u r . S t r e s s e s e l i mi n a t i o n o f h y d r a ul i c i m b a l a n c e f o r b e t t e r h e a t i n g e f f e c t s b y m e a n s o f i mp r o v e d d e s i g n a n d e n e r g y s a vi n g b y p r op e r a d j u s t m e n t i n o p e r a t i o n .Ke y w o r d s h e a t i n g , t h e r m a l m e t e r i n g , c h a r g i n g , e n e r g y s a vi n g Beijing St a nd a rdiz a tion Offic e of Arc hit e ct ure De si gn住宅集中供暖系统分户热计量和计费 ,可以用递 ,当部分房间空置 、或部分住户降低采暖标准 、或有的住户间断采暖时 ,户与户之间就会有较大的传 热量 ,这个因素不容忽视 ,并应有具体的概念 。厚度为 240 mm 的砖砌分户墙的传热系数约 为 1 . 86 W/ ( m2 K) 。厚度为 150 mm 的钢筋混凝土分户墙的传热系数为 2 . 8 W/ ( m2 K) 。三句话加以概括 :势在必行 ,难度较大 ,在积极进行试点同时要充分挖掘现实的节能潜力 。以下分述 之 :1分户热计量和收费的特殊性供暖用热同用水 、用电和炊事用燃气相比 ,有 其特殊性 。供暖用热的多少 ,居住者的主观作用相对较小 。供暖用热量 Q 可以用一般式表达为 :Q = F K ( tn - tw) 。从式中可以看出 ,除了室温 tn 以 外 ,围护结构的面积 F 和传热系数 K ,特别是室外温度 tw ,并不是居住者可以主观确定的 。此外 ,用热量还受邻室温度 ,即户与户之间的热传递的影响 。 传统的住宅设计 ,并不考虑户与户之间的热传 张锡虎 ,男 ,1935 年 10 月生 ,大学 ,教授级高级工程师 ,顾问总工程师100045 北京市二七剧场路东里新 11 号楼二层南段北京市 建筑设计标准化办公室( 010) 68021692 收稿日期 :1999 - 06 - 07 稿件修回日期 :1999 - 07 - 18专题研讨暖通空调 HV &AC专题研讨3 一般楼板的传热系数约为 2 . 32 . 8 W/ ( m2 K) 。和可能条件 ,设置在户外公共空间可锁封的专用管井内 。也有人提出 ,可仅在供暖总入口处设置热量 表 ,而每户只需设置流量表 ,此种方法在多种复杂 因素综合作用下 ,所折算的热量会产生较大误差 ,似不宜采用 。每组散热器上安装一个测量实际散热量的 仪表 。对于传统的单管或双管系统制式 ,每户会有 垂直方向上下层贯通的多根供暖立管 ,不可能在所 有散热器与立管的连接处都设置热量表 ,只能在每 组散热器上安装一个测量实际散热量的仪表 ,即所 谓“热量分配表”。这种仪表的原理 ,是它的导热板 紧贴在散热器的典型部位 ,因感受散热器表面温度 而引起玻璃管内的液体蒸发 , 蒸发后刻度值的变 化 ,反映出散热器散热量的大小 。国外有此种产品 且有较多应用 ,国内也已开发出类似产品 ,其价格 虽较低 ,但测量结果易受多种因素的影响 ,产生不 同程度的误差 ,新建工程不宜采用 ,旧有系统改造 时采用是否适合于我国国情 ,还待经试点工程的验 证 。北京某节能试点示范小区 ,为演示此种计量方 式 ,本拟部分试用国外某公司的产品 ,但该公司不 单卖 ,提出要在若干年内由他们负责抄表和分摊热 量 ,并收取可观的服务费用 ,由于此种附加条件未 能被我方所接受而采用 。3 适合于分户热计量的系统制式3 . 1 实施按户用热计量的室内系统制式 ,如采用 每户一个热量表的方案 ,首先需要改变传统的室内供暖系统的制式 ,以“共用的供回水立管和分户独立系统相组合”的新制式 ,来取代传统的 、上下层贯 通的单管或双管系统制式 。3 . 2 此种新的系统制式 ,十分有利于解决困扰我们已久的集中供暖系统垂直失调问题 。垂直双管系统发生垂直失调的主要原因 ,是 因为同一立管的各层散热器是相互并联的环路 ,散 热器阻力占立管总阻力的比例较小 ,再加以各层散 热器的自然作用压力值不同且在整个供暖期内是变 量。解决的办法无非是增大散热器组阻力 ,以抵消 垂直失调因素 ,例如设置高阻阀或恒温阀等 ,但上述 阀门的高阻力特性是相对的 ,对每组散热器负荷较 小的住宅而言 ,较高的局部阻力系数形成的阻力值 有限。为此 ,需根据每一组散热器处的剩余水头对 高阻阀逐一进行预调锁定。第一 ,这是难以操作的 ; 第二 ,高阻阀较小的水流通道难以避免堵塞 ;第三 ,如按户与户之间的温差为 10传热量可达 2328 W/ m2 。计算 ,楼板的这就是说 ,仅通过一个方向即楼板的传热量 ,就相当于一般住宅供暖总耗热量 50 W/ m2 的 46 %56 % 。有工程实例证明 ,中间楼层和主要房间为南向 的中间单元 ,当上下层和相邻房间温度为 18 20时 ,即使关闭散热器阀门 ,室温几乎也能达到 16。实施分户热计量和收费以后 ,要考虑到部分房 间空置和相当多住户间断用热的可能性 ,户与户之 间热传递问题会相应突出 ,供暖系统的设计就会面 临下列十分现实的问题 :是否应考虑楼板和分户墙的隔热措施 ? 传 热系数宜控制在什么水平上 ?户与户之间传热温差取多少 ?按间歇供暖还是连续供暖进行设计计算 ?多数意见认为 ,户与户之间采取隔热措施 ,要增 加可观的投资费用和占用宝贵的建筑空间 ,对照 10年来建筑节能和墙体改革的艰难历程 ,可能是难以实施的。但是 ,应合理确定不同于常规的供暖负荷 计算方法 ,散热器数量必然需要多于传统的集中系 统。有的设计单位在试点工程中 ,已经试行供暖负荷按常规计算值的 1. 5 倍取值。考虑到目前供暖系 统设计时散热面积普遍偏大的现实状况 ,以及间断 采暖后短时间内要求升温的需要 ,1. 5 倍的取值可 能是适当的 ,但尚需经试点工程的实测验证。2 分户热计量的基本方法根据目前国内外的可行技术手段 ,分户热计量 有以下两种基本方法 :一户设置一个热量表 。此种热量表是由流 量传感器 、温度传感器 、积算器和显示器组成 。如丹 麦 的公 司 和 法 国 的DAN FO SSSCHL U NB ER GER 公司均有此产品 , 但价格较昂贵 。北京市和其它地区已开发出类似产品 ,价格较 低 ,在扩大推行住宅分户热计量的情况下 ,逐步实 现国产化应是根本出路 。此种热量表适合于设置 在户内 ,以使住户能直观地进行用热量调节 。当然它较易具备“远传”和在户外显示的条件 。考虑到 设置在户内可能会发生的人为损坏 ,也可根据需要专题研讨2000 年第 30 卷第 1 期4 除对总体供热过量的建筑能有调节作用外 ,对多数总体供热不足的建筑 ,预调锁定也难以确保。垂直单管式系统发生垂直失调的主要原因 ,是由于设计的保守等因素造成散热面积偏大而致 使上热下冷 。虽然由于垂直单管式系统各层散热器是同一环路 ,相对于垂直双管式系统有较好的水力稳定性 ,但由于各种复杂因素 ,散热面积偏大很 难避免 。由入户总阀门 、热量表和较长的户内管系等 环节组成的分户独立系统阻力 ,约可达 50 k Pa 以上 ,远大于传统垂直双管制式单组散热器的阻力 , 共用供回水立管的阻力和自然作用压力值相对较 小 ,如在严格进行水力平衡计算的基础上 ,再配以 适当型式的入户总阀门 ,完全可能避免垂直失调 。3 . 3 此种新的系统制式 ,也有利于实施供热部门正在积极探索的变流量调节的节能运行方案 。变 流量调节对传统的单管或双管室内系统制式 ,会产 生不同程度的失调度 ,而对共用供回水立管和分户 独立系统相组合的分户系统制式 ,则影响较小 。3 . 4 共用供回水立管的配置 ,应根据住宅的建筑条件和仪表的设置位置确定 :如仪表可设置在户内时 ,可按同一平面位置 的各户分别配置共用供回水立管 。如仪表需设置在户外公共空间可锁封的专 用管井内时 ,单元式住宅可每一个入口配置共用供回水立管 ,塔式住宅则可按每层 4 户左右配置共用 供回水立管 。共用供回水立管 ,无论是采用上供下回同程 式还是下供下回异程式 ,都会有较好的水力特性 , 为简化管系一般情况下可采用下供下回异程式 。4 探索户内系统的布置方式4 . 1 在技术方面和操作方面 ,探索行之有效的户 内系统的布置方式 ,相对于以上几个问题 ,难度要 更大一些 。一户设置一个热表之后 ,必然形成单户 的独立系统 ,此种户内系统的管道 ,在建筑层高受限 、而住户对装饰要求提高的条件下 ,需进行深入 的探索和试点 。4 . 2 户内系统管道的布置 ,综合各地的试点方案 ,无非是以下几种方式 :布置在下一层顶板下 , 采用下供下回双管 式 。布置在本层顶板下 ,采用上供上回双管式 。布置在本层地面上 , 可采用下供下回双管式 、水平串连单管式或水平串连单管跨越式 。布置在本层地面下的垫层内 。显然 ,在居住者对住宅的装饰要求日趋高档的 情况下 ,前 3 种方式均难以被居住者所接受 ,特别 是第一种方式更不可取 。第 4 种方式虽较优越 ,但 应采用交联聚乙烯管 、聚丁烯管或铝塑复合管等特 殊管材 ,并应有厚度不少于 50 mm 的垫层 。虽同 样可采用下供下回双管式 、水平串连单管式或水平 串连单管跨越式 ,但最好采用“章鱼式”配管方式 , 以避免在垫层内安装连接管件的隐患 ,并要采取防 止住户地面装修时钉破管道的可靠构造和管理措 施 ,北京某节能试点示范小区 ,虽然事先已警示住 户 ,但仍发生了有 3 户钉破管道的事故 。4 . 3 所有上述方式 ,都必须探索改进散热器的合 理布置问题 。传统的将散热器在窗下居中布置的做法 ,缺乏有利于温度场分布的理论根据 ,是可以突破的 。由于是分户独立系统 ,不受竖向立管位置 的制约 ,可以尽量缩短水平供回水管的长度 ,但应 按照新的住宅设计规范( GB 50096 1999) 的要求 ,在确保室内温度的均匀分布的前提下 ,与室内 设施和家具协调布置 。4 . 4 如有可能在地面垫层内敷设管道时 ,采用地 板辐射供暖的优势就突出了 ,此种方式除了众所周 知的优点外 ,还由于需在楼板基底上铺设保温层 ,可部分减少户与户之间的传热量 。5 从分户热计量到按热量收费5 . 1 从实施分户热计量过渡到按热量收费 ,除了 取决于政策和制度的改革外 ,还需要研究不同户型 围护结构特性与供暖负荷的关系 ,合理确定一幢建筑物内有所区别的不同热价 ,这是比较复杂的 。5 . 2 综合考虑户与户之间的热传递以及公共空间 热环境等因素 ,国外在按户用热收费时 ,将总热量 的一部分 ( 例如 30 %40 %或更多) , 按各户的建 筑面积比例分配 ,而将总热量的其余部分按各户热表计量值分配 。此种比例 ,尚待区别不同情况 ,通 过测试和论证后合理确定 。5 . 3 充分估计到难度 ,建设部 1995 年发布的建 筑节能“九五”计划和 2010 年规划中 ,提出了下列 时间表 :1998 年通过试点取得成效 ;2000 年在重点城市新建小区中推广 ; 2010 年全面推广 。即使是 这样 ,面对较大的难度 ,任务还是十分紧迫的 。暖通空调专题研讨HV &AC5 6 关于对解决拖欠供暖费的作用供暖和物业管理部门很看好采用分户独立系 统的热计量方式 ,并主张将热量表设置在户外公共 管井内 ,可关闭不及时缴纳供暖费用户的入户阀门停止供暖 ,认为这能解决拖欠供暖费的难题 。 由于户与户之间热传递因素 ,对部分未及时缴纳供暖费用户停止供暖的办法 ,会产生一系列连锁 的复杂问题 ,会危及被停止供暖用户的邻室 ,进一 步引起计费纠纷 ,因而不应作为主要的对策 ,应从 供需双方的因素全面考虑 。其实 ,居住者的“无偿供暖”观念 ,是在长时期 的计划经济和分配制度下形成的 ,主要需通过制度 的改革加以解决 。用水和用电在实行包费制的很 长时期内 ,就很少发生拖欠缴费的问题 。供暖质量的不能尽如人意 ,也会是拖欠供暖费的原因之一 。按用热量收费 ,必须建立在能确保供 暖质量的基础上 ,如同消费者对于商品的质量要求 一样 ,必然要求较高的热舒适度 ,但目前的供暖运 行管理水平还不能适应这种要求 。7 充分挖掘现实的节能潜力集中供暖系统按户用热计量和收费 ,肯定是必 须逐步实施的推动住宅建筑节能的重要措施 ,但在 积极进行分户热计量的试点和相关管理方面前期 工作的同时 ,还应充分挖掘现实的节能潜力 。供暖能耗高而同时热环境质量差 ,是我国目前住宅供暖状况的基本特征 ,反映出能源的利用效率 低下 。这就确定了节能的主要途径 ,应是多方位提 高能源效率 ,降低各环节的无效损耗 ,以较少的能 源消耗获取较多的有效热并得到较高的热环境质 量 ,而非只是在热环境质量较差的基础上再抑制需求 。前述分户热计量和收费 ,在一定程度上包含着 使居住者为节省开支而抑制需求的因素 。对于供 暖设计标准和热环境质量本来不高的普遍状况而 言 ,例如某一集中供暖系统本来就供热不足 ,或者 供热状况正常室温适当并较均匀 ,而住户又不愿降 低供暖标准 ,实施分户热计量和收费后 ,可挖掘的 节能潜力是有限的 ,对此应有适当的估计 。提高供暖能效 ,首先是要根本改善建筑热工质 量 。而在供暖系统本身 ,除了节能设计标准中已有具体量化要求的热源运行效率和热媒输送效率 两个因素之外 ,当前 ,应着重注意供暖系统的均匀性和合理的运行调节两个重要环节 。提高供暖系统的均匀性 ,就是要克服区域系 统和室内系统较普遍存在的失调现象 。解决的办 法应是采用较佳的系统制式 ,以系统设计的水力平 衡为主 ,辅以必要的平衡调节手段 。目前多种调节 手段 (如平衡阀 、控制阀等) 是具备的 ,而系统的设 计问题相形突出 ,例如 : 同一热源各幢住宅的设计 计算标准不统一致使散热器装备水平相差悬殊 ,设 计裕量过大并互相攀比 ,单纯依靠调节手段而设计 计算粗糙等