智能控制对计量供热影响的调查与分析

文｜天津城建大学 高晓云 郭春梅

1 前言

2009年低碳经济与绿色建筑产业发展高峰论坛明确指出：我国建筑总面积截至2009年已超过400亿m2，并且每年以16～20亿m2的速度增长，到2020年将新增200多亿m2。建筑单位面积能耗相对较高，建筑使用能耗占全社会总能耗约28%,在未来20年内有可能增至35%。”根据国务院的部署，“十一五”期间，既有建筑节能改造工作首先从北方采暖地区居住建筑供热计量和节能改造做起。在百姓中间大力开展了供热节能的宣传工作，节能意识深入人心计量供热进展仍然较慢。 笔者分析认为，其原因在于：供暖系统尚未安装能够自动调节的智能控制器，当家里没人时系统关闭，刚刚回到家中时室内温度过低容易导致人体不舒适，另外,现行系统需要经常手动开启关闭，费时又费力。

2 供暖系统智能控制的现状

现在用户室内的温度控制是可以通过温控阀来实现。温控阀是由恒温控制器、流量调节阀及连接件组成，可以人为调节设定温度，通过温度传感器对周围环境温度变化的感应来改变流量，进而改变散热器的散热量，从而来达到调控室温的目的。温控阀只能是室内温度维持在一定的水平下，当家里没人时，维持水管不被冻住，虽然这样节约了能源，但是在居民回到家中时室内温度低，会产生热舒适性差的缺点。

目前国内尚未在供暖系统中设置室内自动启闭控制器，而国外有关此方面控制方式复杂，采用网络控制或手机控制的方式，既增加了控制成本，又使控制过程变得复杂化，且在调查中发现人们普遍接受的控制方式是越简单越方便越易于被接受。另外，据文献可知，我国与外国的供热系统在水质、管理方式、运营模式等方面有很多不同，国内外热用户的消费观和生活习惯也有差异，因此国外的经验和控制方案也不能简单照搬。

3 供暖系统智能控制器的介绍

供暖系统智能控制器是一种安装在采暖系统入户干管上的操作简单、使用方便的仪器，它由控制面板、单片机、输出电路、整流电桥和电动控制阀组成，通过控制面板按键或遥控器可以设定采暖系统入户阀门的定时开启和关闭时间。

供暖系统智能控制器，根据气候、天气、室温等条件自动控制供暖系统，具有简单方便又节能减排一种设备。对于供暖系统智能控制器的研制，我们可以通过在供暖期每天到试验房间内进行数据测量，采取不同的控制条件并根据天气变化情况分别记录各影响因素对控制器开启时间的影响，而后综合各因素研制。

4 调查分析

4.1 调查一、对天津市多个小区关于居民计量供热调查的分析

该项调查于2012年11月向天津市37个不同层次的小区居民发放的100份调查问卷中,共完成有效问卷94份，其中，采用计量供热的家庭有20家，未采用的家庭有74家。

从调查显示的结果来看，大部分居民认为计量供热存在①要经常开启关闭，费时费力 ②.刚回到家时，室温较低令人不舒适 ③收费方式改变了，不知是否能够真正节省供暖费等问题。

我们对调查结果分为“已采用计量供热的”和“未采用计量供热的”两部分进行分析，可知“已采用计量供热的”居民认为存在以上几种问题的，在被调查对象中所占的比例及希望安装供暖系统智能控制器的比例（如图1）：

图1 采用计量供热用户调查分析

而“未采用计量供热的”的居民认为存在以上几种问题的，在被调查对象（除去部分老居民区尚图2未采用计量供热用户调查分析未进行节能改造安装热计量表外）中所占的比例希望安装供暖系统智能控制器的比例为（图2）。 由图1、2可知：导致很多家庭不采用计量供热主要原因，除去部分老居民区尚未进行节能改造安装热计量表外，认为“要经常开启关闭，费时费力”，“刚回到家时，室温较低令人不舒适”的比例占调查对象的58.5% ，其次认为“收费方式改变了，不知是否能够真正节省供暖费”，“不太了解计量供热，不想去涉及”这两项的比例分别达到41.5%。由此可知，要让大部分居民接受计量供热收费方式，还需要解决以上问题。

与此同时,经过对调查结果的分析是知：已采用计量供热的居民,有半数有意愿安装供暖系统安装智能控制器,而未采用计量供热的居民则有58.8%的有意愿安装智能控制器后采用计量供热方式。

图2 未采用计量供热用户调查分析

4.2 调查二、对天津市某供热站计量供热现状的分析

我们对天津市某供热站的供热情况进行了走访，该热源在工艺布局、设备选型、自动化程度等方面均处于天津市领先水平，特别是热计量技术应用已处于国内先进水平。了解到其供暖用户有36000余户，采用计量供热收费方式的有4880户，约占13.56%，其中采用计量供热收费方式的用户中经常对系统进行调控的占85%。

由此可见，采用计量供热收费方式的用户约占13.56%，但从经常对系统进行控制的比例占85%这个数据上看，可知已采用计量供热收费方式的用热户，由于热费与用热量挂钩，因此85%的用户希望对系统进行调控。但很多居民反映由于对系统进行了调控导致晚上回家时室内温度低而感到不舒适。同时表明了热舒适性差是计量供热推广勉励的一个主要问题，而智能控制可以有效的解决这一问题。

5 建筑的蓄热对计量供暖的影响

5.1 建筑的蓄热特性

通过建筑围护结构的热量传递在建筑采暖空调能耗中占很大的一部分，根据文献可知：建筑围护结构本身和房间内的家具具有蓄热、放热特性。从室外通过围护结构的传递的热量会部分储存在围护结构中，内热源和进入室内的热量也可以储存在围护结构和家具中，随着室内外温度的变化通过对流、辐射等方式释放或储存。

通常将建筑中可存储和释放能量的物质叫做蓄热体。按照位置的不同，分为内蓄热体和外蓄热体两种，如图3a、图3b所示。建筑的蓄热特性受到蓄热材料的热容量、导热系数、厚度及蓄热墙体的朝向、保温性能等诸多因素的影响。

图3 建筑蓄热体

由此可知，在供暖系统正常工作时，热量通过散热器释放到室内，同时热量也将储存在围护结构和家具中；如果在一天当中系统间歇供热，即采用计量供热，当早上供暖系统关闭时，温度并不会立即降下来，建筑围护结构及家具在这时会向室内释放出热量。这就给系统自动开启时间的控制造成了影响。

5.2 蓄热对计量供热的影响

通过文献可知，供暖系统可以通过利用建筑围护结构及室内蓄热体具有的蓄热、释热特性来减少建筑能耗，并为室内创造舒适的环境。例如，当居民早上出门时，把供暖系统关闭，内蓄热体晚上所吸收的热量及外蓄热体对阳光的吸收使屋内屋外温差不至于太大而损失能量，同时延长了室内温度下降的速度。”因此，良好的建筑蓄热能力，是使计量供暖方式真正起到节能效果的有利条件。

另一方面，由于推广计量供热方式，需要让用热户回到家时有很好的热舒适性，但又要考虑到节能的要求，这就需要系统控制器能够对系统进行可靠的控制，在用热户回到家或离开家前合适的时间自动开启或关闭阀门。

因此计量供热系统安装的智能控制器需要加入建筑蓄热这一要素，确定开启和关闭时间。

6 结论

本文通过对热用户对计量供热使用及智能控制器计量供热的影响的调查分析表明：

（1）热舒适性是影响计量供热推广的主要问题，如能够解决，58.5%的用户愿意选择计量供热方式缴纳热费，实施便捷的智能控制可以提高居民选择计量收费方式的积极性；

（2）建筑及家具的蓄热及放热特性对智能控制器启闭时间的影响还需进一步研究。