通断时间面积法.doc

供热计量技术路线的思考河北工业大学、石家庄工大科雅能源技术有限公司齐 承 英一、我国供热计量改革面临的问题在各级政府部门的支持下，我国的供热计量改革工作有了很大进展，但也面临很多问题，正如住房和城乡建设部仇保兴副部长在2011年北方采暖地区供热计量改革工作会议上所指出的，供热计量改革工作存在“两不、两假”的严重问题：不安装计量表、装“假”表、装表不收费、假计量收费。供热计量改革对建筑领域节能减排作用巨大，能够调动居民参与建筑节能改造的积极性，供热部门可以减少耗能、居民可以节省热费支出。政府大力推进供热计量改革工作，对供热计量改革提出了明确的目标要求、有明确的配套政策、有奖罚措施。这样利国利民的好事、政府又主导推动的大事，怎么就在实施过程中困难重重？十几年来的实施结果与预期偏离巨大？恐怕不是个简单问题，应该认真思考和反思。1、 为什么假表、质量差的表有市场？无论是新建建筑还是既有建筑改造，很多地方的热计量产品安装选用都存在“质量差的产品有市场、价格低的产品有优势、不正当竞争是主流”的怪现象。究其原因，没有实行热计量收费是关键因素。开发商普遍认为即使是安装再好的仪表设备也没有用，因为真正计量收费的很少，仅仅通过验收就行了。导致出钱购买热计量产品的人不关心质量（开发商仅仅是为了验收，没想使用；热力公司仅仅是为了完成政府的改造任务，不积极使用；政府财政仅仅是提供了资金，使用效果没有有效核查。都没想正常使用，也就不关心质量）。因此，实行热计量收费就能够解决假表问题。2、 为什么热计量收费推进困难重重？ 目前大多数城市的集中供热热源都很紧张、很多新建建筑开发商排队到热力公司交钱希望接入集中供热热网，而热力公司明知道实行热计量可以节能、可以扩大供热面积提高收益，为什么热力公司对热计量还不支持，甚至抵触？究其原因，是因为热力公司担心热计量仪表的管理成本、维护维修成本过大，节能收益得不偿失。试想一下，推行热计量以后，热力公司需要承担热计量数据的抄报、统计、分析；热计量仪表的维护维修；热计量器具的周期检定、拆装；等等。这些人力物力成本的上升均需要节能收益来补偿，如果得不偿失、没有经济效益，就没有驱动力。另外，十几年来的热计量工程实践证明，户用热量表加恒温阀的技术路线在我国供热系统中应用存在诸多问题，包括超声波热量表故障率高、计量数据不准确、使用寿命短（包括电池寿命），恒温阀易堵塞等。因此，研究开发适合的技术路线和热计量产品，解决使用过程中的维护维修成本过大的问题，帮助热力公司提升管理手段、提高经济效益，才能使热力公司积极推行热计量收费。3、 怎样保证实行热计量收费后热力公司的经济利益？分户热计量、分室温控的户用热量表加恒温阀的供热计量和温控技术路线在我国已经推行十几年了，天津、唐山、承德等城市也已经应用了较大规模，应该认真研究总结这一技术路线在促进热力公司实现节能、提高经济效益方面的作用，只有具有经济驱动力，才是可持续发展的技术路线。u 中国的公寓式住宅需要分室温控还是分户温控，取决于成本和使用要求。 u 楼栋热计量还是分户热计量，取决于计量器具的成本、安装使用条件、运行可靠性等。楼栋表的质量、可靠性都远高于户用表，楼栋表的维护维修成本与大量户用表相比，也是最佳方案（包括周期检定）。我国热计量技术方案的基点应该是“楼栋热计量，楼内热分摊”。 u 其实，计量系统的正常运行、热计量事业真正发展，必须解决使用中的维护维修问题，而且维护维修成本、仪表设备折旧成本与节能收益相比必须是合适的。这样热计事业才能良性发展，目前是政府财政买单或开发商出钱，下一次寿命期结束后，肯定不能再让政府买单了，也不能找开发商出钱了。我国热计量技术方案的关键要求应该是“经济性”。 u 供热计量、采暖调节、供热调控是一次供热系统的全面技术升级，不能片面理解热计量改革仅仅是安装计量仪表。而是集中供热热网的管理模式、运行调控策略、节能技术应用等的全面技术升级。我国热计量技术方案的目标应该是“借助热计量技术的应用，提高热力公司的管理水平和调节控制水平”。 u 供热系统对“热量”的输送是依靠水的循环来实现的，每个热用户的采暖状态和运行条件都可能影响水网的循环，而且“热量”还会通过建筑隔墙在热用户间传递。因为“热量”的这些特殊性，导致“热量”的计量不能像“水”、“电”计量那样那么简单，热计量仪表也不像“水表”、“电表”那么简单。从供热计量改革、热计量收费管理的目的来看，我国热计量收费管理的基本模式应该是“采暖热舒适度相同的用户，交纳热费相同”。不考虑“热量”的特殊性，不考虑处于建筑不同位置热用户的采暖耗热不同，就会导致计量收费管理受挫，也不能达到促进建筑（围护结构）节能改造的目的。 目前，供热计量改革处于关键时期，还面临很多问题，热计量工作任重道远，无论是技术路线、产品质量，还是推进方式、应用模式，都需要认真总结经验教训，促其走向良性发展之路，否则，无论是使用财政资金的既有建筑改造、还是由开发商承担资金的新建建筑计量系统安装，都可能是不可持续的。二、户用热量表加恒温阀技术路线的缺点分户热计量、分室温控的户用热量表加恒温阀的供热计量和温控技术路线在我国已经推行十几年了，工程实践表明这一技术路线不能很好地适应我国供热系统特点。我国供热系统规模大、水质差、水硬度高，而且管井中的安装条件一般很难满足热量表的要求（直管段长度等），导致户用热量表和恒温阀的故障率很高、热计量精度差。目前，户用热量表大多采用超声波热量表，而超声波热量表换能器结垢、锈斑等会引起很大的计量精度偏差。我国供热系统水质差、水硬度高是普遍现象，而且夏季普遍会是系统无水（不能做到满水保养），不可避免得会产生超声波热量表换能器结垢、锈斑等，超声波热量表的可靠性和使用2-3年后的计量精度很难保证，如果对挂网2-3年后的户用超声波热量表进行检测，就会发现其计量偏差很大，随着挂网使用时间的加长，换能器结垢、锈斑等会越发严重，户用超声波热量表的数据会越来越不可靠。值得注意的是：根据技术监督部门的规定,户用超声波热量表应进行周期检定，成千上万只户用热量表的检定费用是要热力公司承担还是居民热用户承担?更可怕的是:这么多需要检定的户用热量表的拆装费用怎么办?水表和电表也是规定周期检定,但实际检定的较少,是因为水表、电表的可靠性和稳定性高，而户用超声波热量表长期运行的精度是很难保证的。即使规定用户提出的存疑检定费用由失败方承担，实际结果也会是热力公司承担很多费用和损失。国家标准供热计量技术规程（JCJ173-2009）第5.1.1条强制性条文规定：“居住建筑应以楼栋为对象设置热量表”；国家标准严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ26-2010）第5.2.9条，强制性条文规定：“集中采暖系统中建筑物的热力入口处，必须设置楼前热量表，作为该建筑物采暖耗热量的热量结算点”；北京市居住建筑供热计量管理办法（试行）第十六条，“热量结算点设置在居住建筑楼栋热力入口的热量表，并由分户热计量装置对楼栋热量表计量的热量值进行分摊，计算出楼栋内各用户的用热量”；北京市供热计量应用技术导则第3.1.2条，“住宅分户热计量应采用以楼栋计量、每户热分摊的方式。分户热分摊方法有通断时间面积法、散热器热分配计法、户用热量表法、流温法”；河北省地方标准河北热计量技术规程（DB13(J)128-2011）第4.3.1条强制性条文规定：“新建、改建和扩建居住建筑热力入口处必须设置楼前热量表，作为该建筑物采暖用热量的热量结算点”，第4.4.1条规定“在楼栋安装热量表作为热量结算点时，分户热计量应采取用户热分摊的方法确定”。上述这些标准的相关条文就是规定了供热计量的基本技术方案是：“楼栋热计量，楼内热分摊”。这也就避免了户用热量表周期检定的问题，而且大口径楼栋热量表的周期检定、维护管理、长时间运行的计量精度等都远优于户用热量表，有效降低热力公司的维护管理成本，有利于热计量工作良性发展。另外，因为水质的原因，恒温阀堵塞也是普遍现象和难以处理的棘手问题。近年来，甚至出现了一些不负责任的厂家，在市场上推行所谓的户用热量表加电动调节阀的技术方案，使用电动调节阀的分户控制代替恒温阀，但热计量还是使用户用超声波热量表。（或者是所谓的“阀控超声波热量表”）。其安装原理如图1所示。图1 “户用热量表加电动调节阀”安装原理图上述这种技术方案是没有认真研究超声波热量表的原理和安装使用要求，从原理上来看，超声波热量表的计量精度受水流状态的影响很大，水流中不能存在涡流、震动等，所以超声波热量表安装对前后直管段有严格要求。而这种技术方案本身就不符合直管段的要求，更严重的是电动调节阀启/闭动作过程中，会产生较明显的涡流、震动，严重影响超声波热量表的精度，建议技术监督部门进行阀门动作下超声波热量表误差的检定，以给予该种技术方案的否定，否则，会造成热计量工作走向歧途。十几年来的工程实践表明，户用热量表的技术方案在我国供热系统中使用存在诸多问题，可以说这些问题也是导致供热计量改革工作进展缓慢的重要原因。三、热计量技术发展趋势“通断时间面积法”供热计量技术规程（JGJ173-2009）中给出了四种热计量的技术方法，其中“通断时间面积法”发展很快，实际应用工程已有较大规模，在热计量收费和促进采暖节能方面取得一定成功，但也有很多不成功案例。不成功的厂家是因为不掌握通断时间面积法的技术核心。通断时间面积法基于通断式供热控制模式1，2，其热计量的可靠性和适用性取决于计算分摊方法（算法），不是像很多人想象的那样，仅仅有通断阀门、记录时间，就能成功应用的。 1、 “通断时间面积法”的理论依据如果定义：累计时间积分平均温度相同的热用户是采暖需求相同的热用户。那么，通/断式调节模式下，通断控制阀的开启时间和累计供热时间之比，代表了热用户的采暖需求和采暖状态。尽管热用户处于建筑物的不同位置，但只要采暖需求相同，则通断控制阀开启的时间比就相同。这是供热通/断调节模式下，可以按照通断控制阀的开启时间（比）进行热（费）分摊的理论依据3。 图2 两个不同的热用户室内积分平均温度与开启比实验结果通断时间面积法是一种“采暖名义耗热量”的分摊算法，之所以称其为“名义耗热量”，是因为基于楼栋热计量和通断时间面积法计算出的热用户分摊热量，不代表该热用户的采暖实际耗热量，而是从“采暖需求相同、缴纳热费应相同”的热计量收费策略上来说的该热用户应缴费的热量，该分摊热量与户用热量表测量热量的数值不同，其物理意义相当于户用热量表测量的耗热量经位置修正系数修正后的热量值。图3 分摊热量不受热用户位置的影响通断时间面积法，不是通过测量物理量（参数）来计算热量的方法，而是对热用户的一种热计量（收费）管理方法；它是一种追求采暖消费相对公平、促进用户行为节能的一种管理方法（收费方法），而不是计算用户实际热消耗量的方法。从其原理上来看，通断时间面积法通过分摊计算得出的对于热用户热计量（收费）管理的热耗值，可实现我国供热改革的基本模式“采暖热舒适度相同的用户，交纳热费相同”。2、 户用热量表法与通断时间面积法的理论基础不同（1） 热量表的理论基础是对用户按耗热量收费：也就是按用户的采暖消耗热量多少收取采暖费用。悖论：高精度热量表读出的数据，又不得不采用模糊的位置修正系数加以平衡。（2） “通断时间面积法”的理论基础是对用户按供热需求收费：用户的室内采暖温度代表的是用户的采暖需求，而基于楼栋热计量的“通断时间面积法”实质结果是：采暖热舒适度相同的用户热费相同，不需修正，公平合理。3、 从分摊算法看“通断时间面积法”的可靠性和准确性 国家建筑工业行业标准通断时间面积法热计量装置技术条件（送审稿）给出了热量分摊计算方法： 从算法来看，其计算公式中物理参数包括楼栋总热量、分户采暖开启时间比、分户采暖面积等。除总热量由楼栋热量表测量外，计算公式中需要装置测量和记录的物理量就只有时间，但分摊计算的准确性除了计算公式中的物理参数外，更重要的是还取决于供热系统的运行条件、状况。通断时间面积法热计量装置（系统）开发过程中仅仅追求开启时间（比）记录的准确度，其实不能保证热分摊计量的可靠性和准确性。正如通断时间面积法热计量装置技术条件（送审稿）中指出的，采用供回水温度或室温等与采暖状态相关的参数进行修正，是保证热分摊计量可靠性和准确性的有效技术方法4。 图4 采用供回水温度修正才能保证热分摊计量的可靠性和准确性4、 “通断时间面积法”不仅仅是热计量手段，还是供热管理手段“通断时间面积法”自开始研究和工程应用，就一直是基于网络数据传输和管理的热计量系统，应该把“通断时间面积法”作为供热收费管理、供热工况监控、运行状态和异常分析的一个完整的供热计量、采暖调节、节能控制的系统（解决方案），其优势是不仅仅解决热计量问题，还解决供热企业管理和运行调节的问题。因此，研发和应用通断时间面积法，不仅仅是用于供热计量的目的，同时还是提高供热管理水平、提高热力公司调控能力的重要技术手段和平台。通断时间面积法热计量系统的目标是构建供热计量及供热节能管理平台，该平台包括：u 楼栋热计量及通断时间面积法热计量系统 u 供热管网运行（平衡调节）监控系统 u 热用户用热管理控制系统（收费管理） u 热用户采暖状态（室温）监控系统 图5 通断时间面积法供热计量及节能管理平台这就是前面提出的我国热计量技术方案的目标：“借助热计量技术的应用，提高热力公司的管理水平和调节控制水平”。从而解决热力公司维护维修、运行管理的后顾之忧，提高热力公司的经济效益，促使热力公司由抵触供热计量改革到欢迎供热计量改革。 需要指出的是，通断时间面积法作为一种热量（费）管理方法，其应用宜以热源为单位统一采用。而且必须作为一个完整的热计量管理系统推广应用，而不是仅仅完成设备仪表的生产和安装，因为它不仅仅是一个计量物理参量的仪表（装置），其应用成功与否还取决于该装置与供热系统运行工况的匹配，取决于其对工程实际条件的适用，决不仅仅是对几个物理量的简单记录和分摊计算。 河北工业大学和石家庄工大科雅能源技术有限公司的研究和工程应用实践经验表明，严格考虑通断时间面积的适用条件，以一个完整的技术解决方案应用通断时间面积法热计量分摊系统，才能够取得可靠结果，获得热力公司和广大热用户的认可和欢迎。 5、 从供热计量的技术经济性看“通断时间面积法热计量系统”“楼栋热计量、楼内热分摊”无论是初次安装成本还是未来的维护维修成本，都具有优势。楼栋表的质量、可靠性都远高于户用表，楼栋表的维护维修成本与大量户用表相比，也是最佳方案。其实，计量系统的正常运行、热计量事业真正发展，必须解决使用中的维护维修问题（还有周期检定的问题），而且维护维修成本、仪表设备折旧成本与节能收益相比必须是合适的。这样热计事业才能良性发展。基于楼栋热计量和通断时间面积法的热计量分摊系统，是基于网络的耗热量数据管理和供热运行参数监测系统，具有明显优势，很好地解决了使用过程中数据分析处理、设备仪表维护维修、节能运行调节控制等问题。而且，“工大科雅”通断时间面积法热计量系统采用供回水温度修正和实时热分摊技术5，保证了通断时间面积法的分摊可靠性、准确性，热计量收费管理明确，用户节能调节方便。强化了供热节能管理和收费管理，可以实现居民热用户、热力公司共同受益。2011年11月16日，住房和城乡建设部在北