供热分户热计量新方法

闫小林，韩希强

(河北联合大学冶金与能源学院，河北唐山063009)

0 引言

分户供热是我国供热体制改革的重要组成部分。它的主要目的在于节能，对于用户来说则是节省热费。实行分户供暖能使用户消耗的供热量与所交的热费之间的关系更加科学合理，能有效的消除原有供热形式“大锅饭”、高耗能、用户拒缴热费等弊端，使用户能积极自觉的响应国家供热体制改革。

近些年来，随着建筑环境设备技术的不断更新，为使其供热更为舒适和便捷，更加适应建筑节能要求，集中供暖技术正广泛的被研究和加以改进应用［1］。但由于集中供暖只是按供暖面积计量收费，而用户实际消耗的供暖量不但与供暖面积有关还与室内温度有关，因此这种供暖收费制度便存在不合理性。目前国家积极推行的分户计量收费方式，把每户用热量单独计量并按实际耗热量计费，使上述问题得到了有效的解决。但有些地区分户计量方式仍存在计量不准确、收费不合理等现象，且改造费用特别是各种量热仪表费用大多由用户自己承担，加大了用户的改造成本，致使用户参与分户计量改造的积极性不高，使大面积推行分户计量遇到阻力，因此如何使分户计量更准确、更合理、改造成本更低便成了一个十分迫切的问题。

1 供热分户计量简介

1.1 传统供暖收费模式存在的不足

我国现行的按建筑面积计算热费的供热收费体制，实质上并不适应市场经济的客观规律，导致用户用热量和用户付费值之间的关系不合理，用户并不关心供热能耗问题，抑制了用户节能的积极性。一方面上游有些用户感觉室温高时会采取开门向外散热的方式降温，白白浪费大量热能。有些甚至采用关小供热主管道阀门减小主管流量的方式降温，这就造成其他用户供热不足;另一方面下游或末端有些用户因供热不足时造成室温过低而拒缴热费。使供暖公司很难采取有效措施，难以正常运行［2］。为了解决上述问题，供暖分户热计量的实施便迫在眉睫了。

1.2 目前供暖分户计量的主要形式

目前供暖分户计量的主要方式有两种:热量表计费方式和热量分配计方式。

(1)热量表计费方式

把热量表安装于供暖用户入口，用于计量用户的热量消耗，以便按实际用量收费。热水系统用热表通常由流量计、温度传感器和数据处理与显示机构组成。当流量、温度(或温差)测定后，便可求出瞬时热功率，连续监测并累加计算可得某一时段总用热量［3］。

(2)热量分配计方式

热量分配计即是散热量测定仪，其中装有与散热量成比例挥发的特种液体，根据计量期内液体的蒸发量，与散热器表面温度之间的关系来确定散热器热耗的称为蒸发式热量分配计，另一种是在蒸发式基础上发展起来的新型测量手段，利用电子元件可同时测量室温和散热器表面温度并设有存储功能，方便观察，这种称为电子式热量分配计［4］。

1.3 目前供暖分户计量模式存在的不足

目前实行的供暖分户计量模式使得计量更准确、收费更合理，但也存在一些不足之处，主要有以下几点:

首先是户间传热问题。由于对室温的要求不同，有些用户可能把暖气调控阀开的很小或者干脆关闭，使室温可能要低一些，而与之相邻的住户如果室温较高，热量就会从高温房间传向低温房间。当实行分户供暖时，室温较高的住户就会被相邻室温较低的住户“吸热”(俗称“蹭热”)，那么室温较高的住户就要多交热费。据有关资料统计显示，一个不采暖的中间层南向房间(相邻房间均采暖)，采暖期其室温可维持在12℃左右(地区不同，温度有所差异)，这说明周围房间用户无形中多消耗了热量，在分户热计量中这部分热量是要向采暖用户收费的［5］。这显然是不合理的。

其次是顶层和最边层住户的散热问题。对于顶层和最外层的住户，他们由暖气得到的热量还会有相当一部分通过侧墙和楼顶散失到外界，如果把大楼看成一个整体，上述散热的热费应由所有住户均摊，而现在却是由顶层和最边层住户负担，他们比起内部住户就要多交热费。这显然也是不合理的。

再次是改造成本问题。新建大楼如果配套分户计量供暖的相关设施，这就会提高楼房售价。对于旧式楼房，实行分户计量也会有改造管道、加装仪表等成本，如果考虑仪表的精密性、使用寿命等因素而采用进口仪表，改造成本将会进一步增加。

2 供热分户计量新方法

2.1 新方法简介与优点

供热分户计量新方法就是把直接测量热量改为测量室温，以室温为依据，在能量守恒的基础上采用合理的数学模型，直接计算得出用户实际耗热量。新方法比起直接测量热量的方法更简单快捷。它可以较好的解决住户间的“蹭热”问题和楼体散热均摊的问题;从测量精度方面看，直接测量室温比直接测量热流量更精准，因为暖气管道内的水往往要加一些化学药剂，而且管道内的杂质也会融入到水中，这就对热量计的测量精度造成影响;从改造成本方面看，新方法只需在室内安装温度表，户用热量表每只价格一般为500～1000元，电子式室温计每只价格也就几十元(测量精度可达±0.2℃)，这比安装精密的热量计要节约很大一部分成本。

2.2 新方法的具体思路

在大楼主供暖管道上加装流量计和温度表，根据流量计和温度表得到的数据就可以计算出整个大楼的瞬时供暖量，把瞬时供暖量累加就可以得到月供暖量，相应的就可以计算出整个大楼的月供暖费。用户室内安装温度表用以采集室温数据，利用采集的室温数据计算出用户的瞬时供热量，利用累加的方法也就得出了用户月供暖量。整个大楼的月供热量和月热费前面已经得出，相应的单个用户均摊的月热费便可以计算得出。

这种以室温为依据的收费方式的关键是建立合理的数学模型，数学模型的好坏直接关系到计算结果的准确性，最终影响到用户所交热费的公平合理性，所以选择合理的数学模型才是关键所在。

3 物理数学模型

3.1 物理模型

图1是一栋高为5层、每层有6个房间的楼房的简化二维截面图。实线方框为一个房间，虚线为网格，虚线的交点为网格节点。把每一个房间看做是一个元体，假设元体温度均匀(房间温度均匀)，则每个节点温度代表每个元体温度(房间温度)。

图1 大楼二维截面图

3.2 基本假设与已知条件

由于实际大楼传热较为复杂，需要对实际情况进行简化，基本假设和已知条件如下:

(1)室温均匀，温度表测得的温度代表整个室温，设为ti/℃;

(2)冬季室外温度取平均温度，设为tf/℃;

(3)大楼与地表之间无传热，两者相交面视为绝热面;(4)忽略室内其他热源的散热，只有暖气散热;

(5)每个房间假设为正方体，长、宽、高都设为b/m;

(6)相邻房间之间通过墙壁的综合传热系数为k1/W·(m2·K)－1，上下楼之间通过楼板的综合传热系数为k2/W·(m2·K)－1;

(7)房间通过墙壁与外部环境的综合换热系数为k3/W·(m2·K)－1，顶层房间通过楼板与外部环境的综合换热系数为k4/W·(m2·K)－1。

3.3 房间(元体)热平衡分析

根据能量守恒定律，单个房间的热量平衡关系为:房间空气内能的变化量=房间热收入量－房间热支出量。根据以上关系，采用数学模型可得到暖气的散热功率，表达式如(1)式所示。

式中，q内为暖气散热功率，kW;ρ空为空气密度，kg·m－3;c空为空气比热容，kJ·(kg·K)－1;b 为房间的边长为室温变化率，可近似用代替，K·s－1;ki为各个面的表面换热系数，W·(m2·K)－1;Δti为房间与周围其他房间的温差，K。

3.4 大楼各个房间热平衡分析

根据式(1)，可以计算得出大楼每个房间暖气散热功率。qi为某个房间暖气散热功率，计算式如(2)式至(10)式所示。

(1)对于2、3、4、5 号房间，qi计算如(2)式所示。

(2)对于 26、27、28、29 号房间，qi计算如(3)式所示。

(3)对于 8、9、10、11、14、15、16、17、20、21、22、23 号房间，qi计 算如(4)式所示。

(4)对于7、13、19 号房间，qi计算如(5)式所示。

(5)对于12、18、24 号房间，qi计算如(6)式所示。

(6)对于1号房间，qi计算如(7)式所示。

(7)对于6号房间，qi计算如(8)式所示。 dt

(8)对于25号房间，qi计算如(9)式所示。

(9)对于30号房间，qi计算如(10)式所示。

(2)至(10)式联立，可形成一个以30个房间暖气散热功率q内为未知量的线性代数方程组，求解该方程组即可得到各房间用户从暖气得到的热量qi。通过联立方程组不难看出，从数学表达式中各房间温度的线性关联上已经解决了由顶层和最边层住户负担全楼向外散热损失的不合理问题。

3.5 大楼每个房间的热费计算

某一时刻，测得整个大楼进出口流速和水温，得到供给大楼的热量由(11)式计算。

式中，q为供给整个大楼的单位时间供暖量，kW;c1、c2分别为进水和回水的比热，kJ·(kg·K)－1;d1、d2分别为进水和回水管道的直径，m;ρ1、ρ2分别为进水和回水的密度，kg·m－3;v1、v2分别为进水和回水的流速，m/s;t1、t2分别为进水和回水的水温，K。

q为整个大楼的单位时间总供暖量，假设对应的总热费为Y元，则每个房间的瞬时热费yi用下式表示:

yi为每个房间的瞬时热费，把瞬时热费按月累加，即可得出每个房间的月供暖费。从上述热量计算过程可以看出，收费是按照用户实际耗热量收取，即使对不开暖气的用户，只要其室温达到一定值，也要收取其从周边用户“蹭热”消耗的热费，从而使收费公平合理。

4 结语

针对我国城镇供热的变迁，探讨了从传统的集中供暖收费发展到现阶段的分户计量供暖收费的形式和特点，针对现阶段分户计量收费存在的问题和不足，提出了一种新的分户计量方法，即以室温为依据进行分户计量的收费模式，并建立了相应的物理和数学模型，对其进行求解和分析，可以计算得出每个房间的月供暖费。新模式不但能取消价格昂贵的量热仪表，大幅度降低收费成本，还可以避免用户从邻居免费“蹭热”等不公平弊端。文中对实际情况进行了相应的简化，对于用户可能在房间加装电热器等辅助采暖设备的情况未做考虑。另外，有些用户可能故意开窗门向外过量散热，用以达到降低室温少缴热费的目的，文中对此也未加考虑。因此，由于上述情况的存在，致使计算结果与实际情况可能存在一定误差，所以在以后的研究中要加以考虑并做相应修正，使之更好的与实际情况相符。

［1］ 曹惠民.浅谈小区供暖分户热计量的意义［J］.黑龙江科技信息，2004，(3):57-59

［2］ 郑执锐，周鹄，崔建东.供暖分户计量的探讨［J］.企业技术开发，2008，27(3):36-38

［3］ 郑沪秋，韩炳坤，蔡颖.国外室内供暖分户计量技术［J］.安装，1999(2):37-38.

［4］ 单连平，张新杰，李明瑛.浅谈室内供暖分户计量技术［J］.山东建筑2000(3):44-45.

［5］ 岳少青，武文彩.浅析住宅集中供暖分户热计量及其不合理因素［J］.河北建筑工程学院学报，2002，20(2):19-20.