通斷時(shí)間面積法在熱費(fèi)分?jǐn)傊械膽?yīng)用

通斷時(shí)間面積法在熱費(fèi)分?jǐn)傊械膽?yīng)用

1熱費(fèi)分?jǐn)偤侠硇缘挠绊懖捎猛〝鄷r(shí)間間隔法作為一種新的熱計(jì)量法，經(jīng)實(shí)踐證明具有良好的加熱效果，但按門的累積開始時(shí)間劃分熱費(fèi)問題主要包括：1）通過累積開始時(shí)間分配的熱費(fèi)方式，可以一定程度上削弱建筑物端部、上層和中間用戶的外部邊界差異，但這種削弱效果多大？2）用戶擅自設(shè)計(jì)哪個(gè)助套和熱風(fēng)扇的設(shè)計(jì)是否阻礙了熱容量的合理分工。3）實(shí)際流量和設(shè)計(jì)流量之間的差異對(duì)熱損失的合理性有多大的影響。4）當(dāng)前供水溫度和需求供水溫度之間的差異對(duì)熱損失分布合理性的影響是什么？在上述問題的回答中，我們首先通過模擬手段對(duì)不同因素的影響進(jìn)行了定量分析，然后結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)和結(jié)果表明，對(duì)基于送料器的時(shí)間分配過程進(jìn)行了合理性和用戶可接受性的綜合評(píng)估。2系統(tǒng)熱力特性仿真影響熱費(fèi)分?jǐn)偟母鞣N因素相互耦合,作用復(fù)雜,很難通過實(shí)測(cè)的手段對(duì)每一種因素進(jìn)行獨(dú)立研究,而仿真模擬是解決這個(gè)問題比較好的手段。本文采用的模型較全面地考慮了影響系統(tǒng)熱力特性的各類因素,包括相鄰房間的傳熱、水流在散熱器中的流動(dòng)延遲和散熱器殼體的蓄熱。模型通過了各種驗(yàn)證,能夠反映實(shí)際情況,鑒于篇幅限制,具體內(nèi)容詳見參考文獻(xiàn)[1]。2.1計(jì)算對(duì)象和參考場(chǎng)景2.1.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用“4.2”模型,根據(jù)分在選擇計(jì)算對(duì)象時(shí),考慮到計(jì)算量的大小,在保證不同建筑位置的用戶和各種房間類型均存在的前提下,盡可能減少相同類型的房間數(shù)。根據(jù)該原則,本文對(duì)北京市1棟滿足1997年北京市住宅節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的4單元6層住宅樓進(jìn)行了簡(jiǎn)化,取其中2個(gè)單元作為計(jì)算對(duì)象,且只考慮4層,層高為2.7m,建筑計(jì)算模型如圖1所示。圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能見表1。通風(fēng)參數(shù)的設(shè)定主要依據(jù)一些測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)2.1.2基準(zhǔn)工況設(shè)計(jì)為分析問題方便,首先設(shè)定1個(gè)基準(zhǔn)工況,其它工況的輸入和輸出都以此為標(biāo)準(zhǔn)。基準(zhǔn)工況的參數(shù)設(shè)置如下:室溫監(jiān)控房間為北臥,室內(nèi)空氣溫度設(shè)定為20℃;散熱器面積、流量采用設(shè)計(jì)參數(shù);模擬時(shí)段為1月1～10日;整個(gè)模擬時(shí)段內(nèi)供水溫度恒定為60℃。2.2影響用戶位置的影響2.2.1用戶熱費(fèi)分?jǐn)偛町惙治鲆话銇碚f,維持相同的室內(nèi)空氣溫度,和建筑中間的用戶相比,處于板式建筑端部和頂層的用戶由于外墻、外窗等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的差異,實(shí)際耗熱量要大些。若按閥門累計(jì)開啟時(shí)間分?jǐn)偀豳M(fèi),由于建筑端部和頂層散熱器面積較大,會(huì)削弱這種由于用戶位置不同帶來的熱費(fèi)分?jǐn)偛町悺槎糠治鲞@種影響,設(shè)計(jì)如下案例進(jìn)行分析:以基準(zhǔn)工況為基礎(chǔ),各用戶設(shè)定相同溫度(20℃),并且都以北臥為監(jiān)控房間,供水溫度恒定為60℃,比較各不同位置用戶熱費(fèi)的差異。由于耗熱量乘以單價(jià)即為熱費(fèi),熱費(fèi)的分?jǐn)倢?shí)際是熱量的分?jǐn)?本文在分析各種因素對(duì)分?jǐn)偤侠硇缘挠绊憰r(shí)將不對(duì)二者進(jìn)行區(qū)別。同時(shí),為了定量描述這種由于樓內(nèi)所處位置不同帶來的影響,引入“相對(duì)熱量比”和“熱量不均勻系數(shù)”來進(jìn)行評(píng)價(jià)。相對(duì)熱量比定義為用戶分?jǐn)偟膯挝幻娣e熱量q當(dāng)各個(gè)用戶的設(shè)定溫度、監(jiān)控房間等初始條件完全相同時(shí),最合理的熱費(fèi)分?jǐn)偡椒ㄊ菬豳M(fèi)的多少只與供暖面積有關(guān),即各個(gè)用戶分?jǐn)偟膯挝幻娣e熱量應(yīng)該相等,相對(duì)熱量比應(yīng)為1。熱量不均勻系數(shù)定義為樓棟內(nèi)所有用戶單位面積熱量均方差和平均值的比值,數(shù)學(xué)描述如下:2.2.2建筑實(shí)際耗熱量計(jì)量的合理性分析圖2為不考慮室內(nèi)發(fā)熱量情況下,建筑內(nèi)不同位置用戶按照閥門累計(jì)開啟時(shí)間分?jǐn)偀豳M(fèi)和按照實(shí)際耗熱量計(jì)量熱費(fèi)2種方式的比較。從圖2a可以看出,對(duì)于采用閥門累計(jì)開啟時(shí)間計(jì)量的方式,不同位置用戶單位面積分?jǐn)偟臒豳M(fèi)最大差異為10%左右,而對(duì)于采用實(shí)際耗熱量計(jì)量,這種差異可達(dá)60%。同時(shí)還可以明顯看出,中間位置用戶所耗的熱量普遍低于建筑端部和頂層用戶。圖2b給出了采用這2種計(jì)量方式的單位面積耗熱量的不均勻系數(shù),該參數(shù)表征著樓棟內(nèi)各用戶由于位置差異帶來的熱量分?jǐn)偛痪鶆虺潭?采用閥門累計(jì)開啟時(shí)間計(jì)量的不均勻系數(shù)僅為0.04,而按實(shí)際耗熱量計(jì)量的不均勻系數(shù)達(dá)到了0.27,差異很大。按閥門累計(jì)開啟時(shí)間計(jì)量的合理性明顯優(yōu)于按實(shí)際耗熱量計(jì)量。帶來這種改善的原因是對(duì)于建筑端部和頂層的用戶,雖然實(shí)際耗熱量大,但由于多安裝了散熱器,按閥門累計(jì)開啟時(shí)間分?jǐn)偀豳M(fèi)的計(jì)量方式并不需要多分?jǐn)偀豳M(fèi)。2.3平板腦癱的開口2.3.1用戶用戶涂層設(shè)計(jì)以基準(zhǔn)工況為基礎(chǔ),分別以位于建筑不同位置的101和202用戶為研究對(duì)象,將其各房間的散熱器面積依次變?yōu)榛鶞?zhǔn)工況的50%,60%,70%,……,150%,在其它輸入條件均不改變的情況下,比較101和202用戶熱費(fèi)的變化。2.3.2地面熱費(fèi)的影響圖3給出了101和202用戶分?jǐn)偀豳M(fèi)隨散熱器面積偏差的變化,可以看出:1)用戶分?jǐn)偀豳M(fèi)的變化并不與散熱器面積偏差成正比,而是成左上凹的曲線,即散熱器面積不足帶來的影響要高于散熱器面積過多帶來的影響。值得注意的是,在實(shí)際工程中,散熱器面積偏大的現(xiàn)象要比散熱器不足的現(xiàn)象多得多。2)當(dāng)散熱器面積偏少10%時(shí),用戶分?jǐn)偟臒豳M(fèi)將增加5%～10%,偏少20%時(shí),分?jǐn)偟臒豳M(fèi)將增加15%～20%;當(dāng)散熱器面積偏大30%時(shí),用戶分?jǐn)偟臒豳M(fèi)約減少15%～20%,偏大50%時(shí),分?jǐn)偟臒豳M(fèi)約減少25%～27%。即隨著散熱器面積的進(jìn)一步增加,影響越來越弱。一般來說,散熱器面積偏差在±20%之間變化是可接受的。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,通過精心計(jì)算,每戶散熱器面積的差異可控制在±10%以內(nèi)。2.4供水溫度差的影響2.4.1以用戶為中心的模型設(shè)計(jì)供水溫度的改變可能造成2個(gè)方面的影響:一是對(duì)各個(gè)用戶自身的影響;二是是否會(huì)加劇或減弱樓內(nèi)不同位置對(duì)熱費(fèi)分?jǐn)偟牟町?。為回答這2個(gè)問題,本文設(shè)計(jì)如下案例:以基準(zhǔn)工況的供水溫度為基準(zhǔn),改變用戶的供水溫度偏差依次為-8,-6,……,8℃(由于熱源的出口溫度是統(tǒng)一的,故所有用戶同時(shí)改變),在其它輸入條件均不改變的情況下,進(jìn)行模擬。上述2個(gè)問題的分析僅是研究對(duì)象不同,對(duì)于第1個(gè)問題,以單個(gè)用戶分?jǐn)偀豳M(fèi)的相對(duì)變化來說明;對(duì)于第2個(gè)問題,以整棟建筑所有用戶熱量不均勻系數(shù)來評(píng)價(jià)。2.4.2不同供水溫度偏差所分?jǐn)偟臒豳M(fèi)對(duì)比1)供水溫度偏差對(duì)用戶個(gè)體熱費(fèi)分?jǐn)偟挠绊憟D4為各個(gè)用戶分?jǐn)偟臒豳M(fèi)隨著供水溫度變化的曲線,可以看出,各個(gè)用戶變化的規(guī)律不盡相同,但總體變化量在±3%以內(nèi),說明在供水溫度偏差由-8℃到8℃的變化過程中,單個(gè)用戶所分?jǐn)偟臒豳M(fèi)變化不超過6%。差異最大的是202用戶,所分?jǐn)偟臒豳M(fèi)增加了約4%。2)供水溫度偏差對(duì)用戶整體均勻性的影響圖5給出了熱量不均勻系數(shù)隨供水溫度偏差的變化,可以看出,在供水溫度偏差由-8℃到8℃的變化過程中,熱量不均勻系數(shù)基本沒有變化,即供水溫度的變化對(duì)樓內(nèi)所有用戶的熱量均勻性影響不大。2.5供水流量偏差的影響2.5.1基于基準(zhǔn)工況的熱費(fèi)分?jǐn)傆脩袅髁科畎?種情況:一是某單個(gè)用戶流量的改變對(duì)其自身分?jǐn)偟臒豳M(fèi)造成的影響;二是樓棟總流量的變化對(duì)各個(gè)用戶自身的影響以及能否改善由用戶位置的不同所帶來的熱費(fèi)分?jǐn)偟牟町?。針?duì)上述2種情況,本文設(shè)計(jì)以下2類案例:對(duì)于第1種情況,以基準(zhǔn)工況為基礎(chǔ),以101用戶為研究對(duì)象,將其流量依次變?yōu)榛鶞?zhǔn)工況流量的50%,60%,……,140%,150%,其在它輸入條件均不改變的情況下,比較101用戶熱費(fèi)的變化;對(duì)于第2種情況,同樣以基準(zhǔn)工況為基礎(chǔ),將所有用戶流量依次變?yōu)榛鶞?zhǔn)工況流量的50%,60%,……,140%,150%,在其它輸入條件均不改變的情況下,分析比較不同位置用戶的熱費(fèi)分?jǐn)偛町惡驼w均勻性。2.5.2流量偏大時(shí)的熱費(fèi)分?jǐn)?)單個(gè)用戶流量變化的模擬結(jié)果圖6為101用戶在不同供水流量下的熱費(fèi)變化,可以看出,其變化和散熱器面積偏差帶來的影響類似,當(dāng)用戶流量偏少時(shí),用戶分?jǐn)偟臒豳M(fèi)增加,并且流量偏少的程度越大,熱費(fèi)增加的越多,但兩者之間不成正比關(guān)系,而是成左上凹的曲線,表明流量偏少的程度越大,其熱費(fèi)增加速率越大。相反,當(dāng)流量偏多的時(shí)候,隨著流量越來越多,熱費(fèi)減少的速率越來越小。當(dāng)流量偏少10%時(shí),其分?jǐn)偟臒豳M(fèi)將增加5%,偏少20%時(shí),分?jǐn)偟臒豳M(fèi)增加9%,但當(dāng)流量偏少50%時(shí),對(duì)熱費(fèi)分?jǐn)偟挠绊懞艽?熱費(fèi)分?jǐn)倢⒃黾?2%。另一方面,當(dāng)用戶流量偏大時(shí),對(duì)用戶熱費(fèi)減少的影響卻相對(duì)較小,當(dāng)偏大10%時(shí),其分?jǐn)偟臒豳M(fèi)只減少了4%,當(dāng)偏大30%時(shí),其分?jǐn)偟臒豳M(fèi)僅減少11%。值得注意的是,在實(shí)際情況中,多是由于水力耦合造成的用戶流量增加。一般來說,流量偏差在-20%～30%范圍內(nèi)變化是可以接受的?！恫膳L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019-2003)第4.8.6條要求計(jì)算壓力損失的相對(duì)差額應(yīng)控制在±15%以內(nèi)2)樓棟總流量變化的模擬結(jié)果圖7為各個(gè)用戶分?jǐn)偟臒豳M(fèi)隨著樓棟總流量變化的曲線,可以看出,各個(gè)用戶變化的規(guī)律不盡相同,但總體變化量在±6%以內(nèi),即當(dāng)樓棟總流量的偏差由-50%變化到50%時(shí),單個(gè)用戶所分?jǐn)偟臒豳M(fèi)最大變化不超過12%。差異最大的是202用戶,約為10%。圖8給出了熱量不均勻系數(shù)隨樓棟總流量偏差的變化,可以看出,當(dāng)樓棟總流量的偏差由-50%變化到50%時(shí),按閥門累計(jì)開啟時(shí)間的計(jì)量方式的熱量不均勻系數(shù)略有增加,但幅度不大,總流量偏差每變化10%,熱量不均勻系數(shù)變化0.005。總體上講,樓棟總流量的變化對(duì)樓內(nèi)所有用戶的熱量均勻性影響不大。2.6“中間用戶”的概念為了敘述方便,本文將同一建筑內(nèi)不同位置的用戶分為2大類,一類是位于建筑端部、頂層和底層的用戶,稱為“邊角用戶”,如圖9中的陰影部分所示;另一類是完全位于建筑中間的用戶,稱為“中間用戶”,如圖9中的非陰影部分所示。理論上對(duì)于戶型相同的中間用戶來說,可排除位置對(duì)熱費(fèi)分?jǐn)値淼挠绊?。若用戶都正常供?不考慮戶間傳熱,則按照實(shí)際耗熱量計(jì)量就是最合理的方法,因此檢驗(yàn)按閥門累計(jì)開啟時(shí)間計(jì)量是否合理就可以通過分析其與實(shí)際耗熱量接近線性關(guān)系的程度來確定。圖10為2008年3月28～31日期間,部分樓棟中間用戶的閥門累計(jì)開啟時(shí)間和實(shí)際耗熱量的關(guān)系,可以看出,每棟樓中間用戶單位面積耗熱量與閥門平均占空比(閥門開啟總時(shí)間與供暖總時(shí)間的比值)之間表現(xiàn)出了較為明顯的線性關(guān)系(R2.7用戶滿意或滿意圖11為供暖通斷調(diào)節(jié)和計(jì)量示范過程中用戶的滿意度調(diào)查,結(jié)果表明,有65%的用戶感到很滿意或滿意,僅有5%用戶感到不滿意。而對(duì)選擇一般和不滿意的用戶進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn),大部分用戶是由于在示范過程中,對(duì)調(diào)控原理和操作過程不清楚造成了誤解或誤操作。調(diào)查結(jié)果表明:末端通斷調(diào)節(jié)與熱分?jǐn)偧夹g(shù)能夠被用戶所接受。2.8用戶用熱量減少的計(jì)算在歐洲,目前普遍應(yīng)用的熱費(fèi)收繳方法有3種關(guān)于這3種方法,目前的爭(zhēng)論很多。支持方法A的人認(rèn)為:這種方法通過節(jié)能帶給用戶的收益最大,能夠最大限度地提高用戶節(jié)能積極性。不支持方法A的一部分人認(rèn)為雖然方法A對(duì)刺激用戶節(jié)能積極性最大,但是對(duì)于計(jì)量前供暖能耗較高的國家,由于用戶的積極節(jié)能會(huì)使得能源消耗急劇減少,供熱企業(yè)的收入顯著下降,甚至?xí)飘a(chǎn),難以被企業(yè)所接受。另外基于管網(wǎng)的能源供應(yīng)需要復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施,其投資和運(yùn)行維護(hù)這部分費(fèi)用是不會(huì)隨著用戶用熱量的減少而降低的,所以應(yīng)該有一部分不隨用戶用熱量變化的固定費(fèi)用。基于上述2條理由,相關(guān)人士提出了方法C。值得注意的是,目前我國的城市發(fā)展非常迅速,集中供熱存在的主要矛盾是熱需求過多而導(dǎo)致熱源不足,不同于東歐的供過于求,因此熱力公司由于用戶節(jié)能所減少的熱量可以供給新的熱用戶,不會(huì)存在破產(chǎn)或者效益下降的問題。盡可能提高用戶節(jié)能的積極性來減少能耗對(duì)于我國來說是最重要的。另外,我國的熱力設(shè)施同用電和用燃?xì)庖粯?在建造時(shí)已經(jīng)從用戶那里按照供暖面積收取了容量費(fèi)用,再按面積收取是不合理,也是不必要的。至于設(shè)施的運(yùn)行維護(hù),應(yīng)注意到相類似的情況在用電和用燃?xì)鈺r(shí)同樣存在,但用電和用燃?xì)鈪s沒有額外收取固定費(fèi)用。還有一部分不支持方法A的人認(rèn)為對(duì)于公寓式建筑,建筑端部和頂層會(huì)耗熱較多,當(dāng)鄰戶不供暖時(shí),供暖戶的熱量會(huì)增加,因此提出了方法B以減少這種差異,使得計(jì)量能夠被用戶接受。從這個(gè)角度看方法B是合理的,也是可以理解的。按照時(shí)間分?jǐn)偟姆椒ㄔ谝欢ǔ潭壬蠒?huì)削弱位置不同對(duì)熱費(fèi)分?jǐn)偟挠绊?但不能完全解決戶間傳熱的問題,因此若類比方法B,采用樓棟總熱費(fèi)一部分按供暖面積分?jǐn)?削弱戶間傳熱的影響),另一部分按閥門累計(jì)開啟時(shí)間計(jì)量分?jǐn)?就能夠達(dá)到既能被用戶接受又能最大限度發(fā)揮用戶節(jié)能積極性的目的。因此借鑒方法B的思路,即將按照樓棟消耗的實(shí)際熱量計(jì)算出的總熱費(fèi)分成2部分,其中一部分根據(jù)供暖面積收取固定費(fèi)用,另一部分采用本文所討論的按照閥門累計(jì)開啟時(shí)間來分?jǐn)偀豳M(fèi)的方式收取可變費(fèi)用。這便是本文建議的熱費(fèi)收繳方式。3流量偏差不平衡率控制本文通過仿真模擬手段對(duì)影響熱費(fèi)分?jǐn)偟母鱾€(gè)因素進(jìn)行了定量分析。主要結(jié)論有:1)