CN101275873B - 采暖热量网络计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采暖热量网络计量方法，提供一种更科学、更合理、更公平的热计量方法。采暖中邻户间传热是不能忽略的，所以在热计量时就应将邻户的传热量计算在内，本发明的技术方案是：用户采暖的热源由两部分组成：一是散热器的散热量，二是邻户间传递的热量。本发明通过含主计算机、智能终端、网络设备和一个楼用热量表构成的网络系统进行热计量；应用传热学理论和计算方法计算出每个热用户的用热量，再根据热力入口总热量表折算出每个用户应承担的热量值。本发明适用于住宅、企事业单位、商务楼和写字楼等建筑采暖热计量和夏季用冷计量。

Description

采暖热量网络计量方法

所属技术领域

本发明涉及一种采暖热量计量方法，特别涉及一种采暖热量网络计量方法。

背景技术

目前，国内外采暖热量计量大体上有两种计量方式：热量表计量方式和热分配器计量方式，这两种计量方式都只计量了散热器对采暖室内的散热量，面均未考虑与邻户间隔墙及楼板的传热量。

在供热计量中邻户之间的热传递是个不可忽视的问题，户间传热量的存在是集中供暖系统实施分户热计量和分户热收费的最大困扰。曾经有人以室外逐时气温作为分析依据，选择北京市某小区高层住宅标准层的甲、乙两户为研究对象，根据传热学的非稳态热传导理论建立传热数学模型，并采用有限差分法对上述非稳态传热数学模型进行数值求解，得出结论：

1、当典型房间保持供暖其周围三邻户均停止供暖时，户间传热量占设计热负荷的百分比约为60％-90％；

2、当其周围有两邻户停暖时，户间传热量占设计热负荷的百分比约为40％-60％；

3、当其周围只有一邻户停暖时，户间传热量占设计热负荷的百分比约为20％-30％。

在《采暖通风与空气调节设计规范》中要求户间因室温差异而形成的热传递量应按设计热负荷的50％取值。

经大量的实验表明在集中供暖的楼内某户关闭散热器不采暖而四周邻户均供暖，不采暖的住户由于户间传热室温也可以达到12℃。

由于上述原因，欧洲的一些国家的热费实行两部制收缴即30％-50％仍按面积收费其余部分按热量表或热分配器计量收费，这样虽然收取了关闭散热器或将室温调低的热用户的一部分热费，但是邻户之间传热的问题没有得到彻底解决，在计量收费这部分仍然存在不合理性。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种采暖热量网络计量方法。使采暖热计量更科学，收费更公平、更合理。

本发明所采取的技术方案是：既然采暖供热中邻户传热不能消除，其所占比例很大又不可忽略，那我们就换一个思路来考虑——将邻户传热当作一种采暖热源，这样每个采暖户供热热源由两部分组成，一是散热器供给的，二是邻户通过分户隔墙及楼板传热供给的。但邻户传热有正有负。

本发明提供的采暖热量网络计量方法，包括下列步骤：

1)、采暖热用户的每个房间的智能终端每隔时间θ读一次本房间采暖散热设备上可计算散热量的参数和本房间的温度；

2)、主计算机每隔时间ξ，ξ＞θ读取一次楼用热量表计量的热量值，并保存；之后再读取所有终端保存的温度值；

3)、根据检测到的参数计算出第i个热用户第j个房间的散热设备在时段θ内散发的热量q_ijs；

4)、根据测得的本室的室温和邻户的室温计算出第i个热用户第j个房间在时段θ内第x邻户墙壁由于户间温差而传热的户间传热量q_ijlx；并求代数和：

$q_{\mathrm{ijl}}=\underset{x=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ijlx}}$

q_ijl-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的传热量；

n-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的个数；

5)、根据测得的本室的室温和相邻的楼上和楼下房间的室温计算出第i个热用户第j个房间在时段θ内由于室间温差由楼板传热的传热量q_ij楼上、q_ij楼下；

6)、求出以上三组热量值的代数和，即求出第i个热用户第j个房间在时段θ内总的得热量：

式中q_ij-第i个热用户第j个房间在时段θ内总的得热量，单位为J；

q_ijs-第i个热用户第j个房间在时段θ内散热设备的散热量，单位为J；

q_ijlx-第i个热用户第j个房间在时段θ内第X邻室由墙壁传入的热量，单位为J；

q_ij楼上-第i个热用户第j个房间在时段θ内从邻的楼上房间由楼板传入的热量，单位为J；

q_ij楼下-第i个热用户第j个房间在时段θ内从邻的楼下房间由楼板传入的热量，单位为J；

n-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的个数；

7)、计算出第i个热用户在时段θ内的总用热量：

$q_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ij}}$

式中q_i-第i个热用户在时段θ内计算机计算的用热量，单位为J；

q_ij-第i个热用户第j个房间在时段θ内总的用热量，单位为J；

m-第i个热用户的房间的个数；

8)、将计算机计算的楼内所有热用户在时段θ的用热量累加

$Q_{\mathrm{\θ}}=\underset{i=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}{q}_i$

式中Q_θ——时段θ楼内所有热用户用热的总和，单位为J；

q_i——第i个热用户在时段θ内计算机计算的用热量，单位为J；

h——楼内热用户的户数；

9)、计算出每个热用户在时段θ实际应承担的热量值

q_iθ＝(q_表/Q_θ)×q_i

式中q_iθ——第i个热用户在时段θ实际应承担的热量值，单位为J；

q_表——楼用热量表在上述同一时段θ测量的全楼的用热量，单位为J；

Q_θ——计算机计算的在时段θ楼内所有热用户用热的总和，单位为J；

q_i——第i个热用户在时段θ内计算机计算的用热量，单位为J；

10)、将9)计算出的每个用户实际承担的热量值q_iθ按一个采暖期的时间累加，即得本采暖期的各个用户的总的采暖热量。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用计算机技术及网络技术将在采暖热计量及热费收缴领域长期困扰人们的难题得以解决；

2、取消了按面积收取的30％-50％的基础费，全部按计量收费，使采暖计量更科学，热费收缴更合理、更公平；

3、真正实现热是商品，用多少热交多少钱，更有利于调动人们节能的积极性；

4、安装方便，对既有建筑可不改动热用户室内的原管网，在散热器外直接安装；

5、成本低廉，设备投资少；

6、使用寿命长，一次设定可长期使用，设备维护量小。

本发明适用于住宅、商务楼、企事业单位和写字楼等建筑的冬季采暖用热计量和夏季制冷的用冷量的计量。

附图说明

图1是终端主程序流程图；

图2是终端通讯程序流程图；

图3是计算机主程序流程图；

图4是采暖热量网络计量方法实施例网络连接图。

图中主计算机1  智能终端2  中继器3  测量可计算散热器散热量参数的组件4  检测室内温度传感器5  检测散热器进水温度传感器6  检测散热器回水温度传感器7  楼用热量表8

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参阅图4，图4是采暖热量网络计量方法实施例网络连接图。本实施例在一栋七层住宅楼中安装该采暖热量网络计量系统，该住宅楼共五个单元，每个单元每层三户，总共105户，每户有5个房间，每个房间有一组对流长翼型大60散热器。

该系统每室安装一台智能终端2，每个终端连接三个温度传感器，其中温度传感器6检测散热器的进水温度、温度传感器7检测散热器的回水温度、温度传感器5检测本室的室内温度。每层楼设有一个中继器，每户各房间的智能终端通过485串行口与本层的中继器连接。每层的中继器与主计算机连接。在住宅楼的热力入口安装一台楼用热量表，该热量表计算器的串口与主计算机的串口相连。

下面详细说明本发明采暖热量网络计量方法的工作流程：

1、每个房间内的智能终端每隔1分钟即θ＝60秒读一次与之相连的散热器进口水的温度、出口水的温度和本室的室内温度，并存入各自终端内。

2、每隔1小时，即ξ＝60分主计算机首先读取楼用热量表的热量数值，再通过网络中继器读取各智能终端内存储的一个小时的所有温度数据。

3、主计算机根据读来的数据计算第i个用热户在1分钟内的用热量：

(1)、首先计算第i个用户第j个房间的用热量；

①、本室散热器的散热量，q_ijs；

②、邻户通过墙壁传递的热量；

$q_{\mathrm{ijl}}=\underset{x=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ijlx}}$

③、楼上及楼下相邻房间传递的热量，q_ij楼上、q_ij楼下；

④、将上述计算的热量相加，求其代数和即为第i个用户第j个房间在时段1分钟内的用热量，q_ij；

(2)、将第i个用户所有房间的用热相加即为该热用户在时段1分钟内的总用热量，q_i；

(3)、热量的计算方法

①、对流散热器散热量的计算

根据牛顿冷却公式：

$Q_{\mathrm{ijs}}=\frac{K_{\mathrm{ijs}}}{{\mathrm{\β}}_1\·{\mathrm{\β}}_2\·{\mathrm{\β}}_3}\·F\·\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ijs}}\·60$

式中Q_ijs——散热器的散热量，单位为J；

β₁——散热器组装片数修正系数，(查表)；

β₂——散热器连接形式修正系数，(查表)；

β₃——散热器安装形式修正系数，(查表)；

F——散热器的散热面积，m²，(产品手册提供)；

K_ijs——散热器的传热系数，W/(m²·℃)；

a、散热器的传热系数K的计算方法如下：

K＝a(Δt)^b

其中K：散热器的传热系数，W/(m²·℃)；

Δt；对数平均温差，℃；

a，b：散热器的特征系数；

b、对数平均温差Δt的计算方法如下：

$\mathrm{\Δt}=\frac{t_g-t_h}{\ln \frac{t_g-t_n}{t_h-t_n}}$

其中：Δt：对数平均温差，℃；

t_g：散热器的进水温度，℃；

t_h：散热器的回水温度，℃；

t_n：建筑物的室内温度，℃；

②、邻户通过墙壁传递的热量

住宅的分隔墙为三层结构，中间为砖结构，两侧抹砂浆灰。则邻户隔墙传入的热量为：

$Q_{\mathrm{ijlx}}=60\·F\frac{t_{\ln }-t_n}{R}$

$=60\·F\frac{t_{\ln }-t_n}{\frac{1}{{\mathrm{\α}}_1}+\frac{{\mathrm{\δ}}_1}{{\mathrm{\λ}}_1}+\frac{{\mathrm{\δ}}_2}{{\mathrm{\λ}}_2}+\frac{{\mathrm{\δ}}_3}{{\mathrm{\λ}}_3}+\frac{1}{{\mathrm{\α}}_2}}$

式中Q_ijlx——邻户墙壁传递的热量，单位为J；

R——墙壁单位面积的传热热阻，(m²·℃)/W；

t_1n——邻户的室内温度，℃；

t_n——本室的室内温度，℃；

α₁——邻户墙壁一侧的放热系数，W/( m²·℃)；

α₂ ——邻户墙壁另一侧的放热系数，W/(m²·℃)；

λ₁——墙壁一侧砂浆灰的导热系数，W/(m·℃)；

λ₂——墙壁一侧砂浆灰的导热系数，W/(m·℃)；

λ₃——墙壁另一侧砂浆灰的导热系数，W/(m·℃)；

δ₁、δ₃——分别为砖墙两侧砂浆灰的厚度，m；

δ₂——砖墙壁的厚度，m；

F——墙壁的面积，m²；

③、楼上、楼下相邻房间通过楼板传递的热量

Q_ij楼上＝K₁·F₁·Δt·60

式中Q_ij楼上——楼板传递的热量，单位为J；

K₁——楼板的传热系数，W/(m²·℃)；

F₁——楼板的面积，m²；

Δt——楼上或楼下与本室的室温温差，℃；

④、将上面计算得到的室内散热器散发的热量、邻户墙壁传递的热量和楼上楼下传入的热量相加，求其代数和计算楼内第i个用户的第j个房间在1分钟的用热量：

式中q_ij-第i个热用户第j个房间在时段1分钟内总的得热量，单位为J；

q_ijs-第i个热用户第j个房间在时段1分钟内散热设备的散热量，单位为J；

q_ijlx-第i个热用户第j个房间在时段1分钟内第X邻室由墙壁传入的热量，单位为J；

q_ij楼上-第i个热用户第j个房间在时段1分钟内从相邻的楼上房间由楼板传入的热量，单位为J；

q_ij楼下-第i个热用户第j个房间在时段1分钟内从相邻的楼下房间由楼板传入的热量，单位为J；

n-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的个数；

⑤、将第i个用户所有房间用热量求和

$q_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ij}}$

式中q_i-第i个热用户在时段1分钟内的用热量，单位为J；

q_ij-第i个热用户第j个房间在时段1分钟内总的用热量，单位为J；

m-第i个热用户的房间的个数；

4、将主计算机读取的一个小时共60组数据所计算出来的每个用户的用热量累加，即得到在读取数据前的一个小时每个用户的用热量，q_ilh；

5、将楼内105个用户上述计算的一个小时内全部用热量相加：

$Q_{\mathrm{lh}}=\underset{i=1}{\overset{105}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ilh}}$

式中Q_lh-计算的一栋楼内所有热用户1个小时用热的总和，单位为J；

Q_ilh-第i个热用户1小时的用热量，单位为J；

105一楼内热用户的户数；

6、计算出每个热用户1小时实际应承担的热量

式中Q_ilh——第i个热用户在时段1个小时实际应承担的热量值，单位为J；

q_表——楼用热量表在上述同一时段1小时计量的全楼的用热量，单位为J；

Q_lh——计算机计算的在时段1小时楼内所有热用户用热的总和，单位为J；

Q_ilh——第i个热用户在时段1小时内计算机计算的用热量，单位为J；

7、将上面每次计算出的每个热用户实际承担的热量值按一个采暖期的时间累加，即得本采暖期楼内各个用户总的实际应承担的用热热量。

下面结合附图对终端和主计算机的程序加以说明：

请参阅图1，图1是终端主程序流程图；系统在步骤101初始化，然后在步骤102读取时钟，在步骤103判断是否到1分钟计时：是，则在步骤104读取温度传感器的数据序列，然后在步骤105保存时间与温度数据，然后在步骤106执行其他处理子程序，并跳转到步骤102循环执行；若在步骤103的判断结果若为否，则转到步骤106执行其他处理子程序，并跳转到步骤102循环执行。

请参阅图2，图2是终端通讯程序流程图；如果终端通信端口接收到数据，则在步骤201保存程序现场，进入中断处理程序，然后在步骤202读取接收到的数据，在步骤203判断其是否为读取温度命令：是，则在步骤204将保存的时间和温度数据发送给主机，然后在步骤205恢复保存的现场数据，退出中断；若步骤203的判断结果若为否，则在步骤206判断该数据是否为热量值：是，则在步骤207将热量值显示在LCD上并发送接收成功标志给主机，然后跳转到步骤205；否，则直接跳转到步骤205。

请参阅图3，图3是计算机主程序流程图；步骤301系统到达设定的读取温度时间，系统在步骤302读取楼用热表的热量值，在步骤303将热用户计数器i，终端计数器j都设置为1，在步骤304向第i个用户的第j个终端发送读取命令，然后在步骤305判断j是否大于房间个数m：否，则在步骤312将终端计数器j值加1，然后返回步骤304；是，则在步骤306保存接收到的数据，在步骤307将i值加1；接下来在步骤308判断i值是否大于热用户总数h：否，则返回步骤304；是，则在步骤309根据公式计算计时时间内的热值，然后在步骤310计算每户应承担的热量值，在步骤311将计算出的每户应承担的热量值累加。

之所以在建筑物的热力入口处安装楼用热量表是因为应将楼内管网的热损失也计算在内，为所有热用户按用热量多少分担。

最后说明计算公式中除温度外其余各参数、数据的取得：

1、新建建筑

新建建筑可在暖通空调设计时将建筑结构、隔墙、楼板的传热系数、导热系数、放热系数，墙壁和楼板的面积及各结构层的厚度、，散热器的型号、散热器的特征系数和面积、散热器的连接方式等直接标注在暖通设计图或施工图上。主管热计量的电脑程序员可根据图上的数据直接输入电脑。

2、既有建筑

既有建筑有设计图的可直接从设计图和相关手册及样本查得。无建筑设计图的可由相关技术人员对每栋楼进行一次普查，然后将各参数、数据输入电脑。

Claims (1)

1.一种采暖热量网络计量方法，所述方法包括下列步骤：

1)、采暖热用户的每个房间的智能终端每隔时间θ读一次本房间采暖散热设备上可计算散热量的参数和本房间的温度，并保存；

2)、主计算机每隔时间ζ，ζ＞θ读取一次楼用热量表计量的热量值，并保存；之后再读取所有终端保存的温度值；

3)根据检测到的参数计算出第i个热用户第j个房间的散热设备在时段θ内散发的热量q_ijs；

4)、根据测得的室温和邻室的室温计算出第i个热用户第j个房间在时段θ内第x邻户墙壁由于户间温差而传热的户间传热量q_ijlx；并求代数和：

$q_{\mathrm{ijl}}=\underset{x=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ijlx}}$

q_ijl-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的传热量；

n-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的个数；

5)、根据测得的本室的室温和相邻的楼上和楼下房间的室温计算出第i个热用户第j个房间在时段θ内由于室间温差由楼板传热的传热量q_ij楼上、q_ij楼下；

6)、求出以上三组热量值的代数和，得到第i个热用户第j个房间在时段θ内总的得热量：

式中q_ij——第i个热用户第j个房间在时段θ内总的得热量，单位为J；

q_ijs——第i个热用户第j个房间在时段θ内散热设备的散热量，单位为J；

q_ijlx——第i个热用户第j个房间在时段θ内第X邻室由墙壁传入的热量，单位为J；

q_ij楼上-第i个热用户第j个房间在时段θ内从相邻的楼上房间由楼板传入的热量，单位为J；

q_ij楼下-第i个热用户第j个房间在时段θ内从相邻的楼下房间由楼板传入的热量，单位为J；

n-与第i个热用户第j个房间相邻邻户房间的个数；

7)、计算出第i个热用户在时段θ内的总用热量：

$q_i=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{\mathrm{ij}}$

式中q_i-第i个热用户在时段θ内计算机计算的用热量，单位为J；

q_ij-第i个热用户第j个房间在时段θ内总的用热量，单位为J；

m-第i个热用户的房间的个数；

8)、将计算机计算的楼内所有热用户在时段θ的用热量累加

$Q_{\mathrm{\θ}}=\underset{i=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}{q}_i$

式中Q_θ——时段θ楼内所有热用户用热的总和，单位为J；

q_i——第i个热用户在时段θ内计算机计算的用热量，单位为J；

h——楼内热用户的户数；

9)、计算出每个热用户在时段θ实际应承担的热量值

式中q_iθ——第i个热用户在时段θ实际应承担的热量值，单位为J；

q_表——用热量表在上述同一时段θ测量的全楼的用热量，单位为J；

Q_θ——计算机计算的在时段θ楼内所有热用户用热的总和，单位为J；

q_i——第i个热用户在时段θ内计算机计算的用热量，单位为J；

10)、将9)计算出的每个用户实际承担的热量值q_iθ按一个采暖期的时间累加，即得本采暖期的各个用户的总的采暖热量。

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