CN1595083A - 集中供暖分户计费集成方法及计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集中供暖分户计费的集成方法及计量系统。为克服现有技术中存在的成本高、误差大，无法反映集中供暖的能量品质和供热效果的不足，本发明根据t时间内集中供暖系统的运行费用Z与用户消耗的总有效热E之比，确定单位有效热的价格u；依据用户消耗的有效热与单位有效热价格的乘积，确定各用户的供暖费用Y_m，i。本发明无须改动供热管路，仅在集中供暖区域设一室外温度表7；在m区域入口处设一热量表3；并通过热量表9或热分配表6实现对m区域i用户所消耗的供热量测定。本发明将供热量计费法和热分配计费法有机地集成起来，实现其优缺点互补，并引入了有效热来反映供热量的能量品质和供热效果的品质，使集中供暖分户计费具有科学性、经济性和实用性。

Description

集中供暖分户计费集成方法及计量系统

(一)所属技术领域：

本发明涉及一种集中供暖分户计费集成方法及计量系统。

(二)背景技术

对于集中供暖分户计费，目前采用的方法是测定用户的供热量，然后依据集中供暖系统的运行费用，来确定用户的供热费用。其计算公式为

$Q=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{Q}_i---\left(1\right)$

u＝Z/Q                                  (2)

Y_i＝u·Q_i                               (3)

上式(1)、(2)和(3)中，Q为供暖期内所有用户的供热量，Q_i为对i用户的供热量，u为供热量的单位价格，Z为集中供暖系统的运行费用，Y_i为i用户在供暖期内应缴纳的供暖费用。

为了确定各用户的供暖费用，关键就在于如何测定用户的供热量。以下就是测定用户供热量的两种现行方法：

(1)供热量测定法

这种方法是直接测量用户的供热量，即测量进入用户供暖热水的流量以及供、回水温度，由下式来确定用户的供热量

$Q_i={\∫G}_i\left(t\right)C_p(T_i^1-T_i^2)\mathrm{dt}---\left(4\right)$

式中，Q_i为i用户的供热量，G_i为进入i用户的供暖热水流量，t为i用户的供热时间，C_P为热水比热，T_i ¹和T_i ²分别为进入和离开i用户的热水温度。

该方法所采用的计量仪表是热量表，它由一个流量表和两个温度传感器组成。流量表用来测定供水管或回水管热水流量，两个温度传感器分别用来测定供水温度和回水温度。

(2)热分配测定法

这种方法首先测定用户各散热器的散热量，即利用散热器表面平均温度与室内温度差值的函数关系来确定散热器的散热量

$q_i=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{i,k}{F}_{i,k}(T_{i,k}^w-T_{i,k}^n)\·t_k---\left(5\right)$

式中，q_i为i用户所有散热器的散热量，α_i，k和F_i，k分别为i用户k散热器的表面换热系数和表面积，T_i，k ^w和T_i，k ⁿ分别为i用户k散热器表面平均温度和室内温度，t_k为i用户k散热器的供暖时间。

该方法所采用的计量仪表是热分配表，它由两个温度传感器组成，分别用来测定散热器的表面平均温度和室内空气温度。

由于公式(5)涉及到各散热器的表面换热系数α_i，k，而这一参数的影响因素较多，不易准确得出。为了消除由此造成的测量误差，常采用在一个供暖区域(既进出该区域的集中供暖管路只有一个供水管入口和一个回水管出口)的入口处设置一个热量表，由热量表测得该区域所消耗的供热量，然后再以此对该区域各用户的供热量进行分配。各用户热分配的公式为

$Q_i=\frac{q_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{q}_i}\·Q_m---\left(6\right)$

式中，Q_i为m供暖区域中i用户的供热量，q_i为m供暖区域中i用户所有散热器的散热量，Q_m为m供暖区域的供热量。

在上述两种测定用户供热量的方法中，供热量测定法的优点是：原理直观易懂，在理论上可达到很高的计量精度；对一个用户而言，所采用的测量仪表就只有一个热量表。热分配测定法的优点是：所采用的热分配表安装方便，价格低廉，一个热分配表的价格仅约为一个热量表价格的八分之一。

由上述供热量测定法或热分配测定法所确定的用户供热量，与集中供暖系统的运行费用结合，即按照公式(1)、(2)和(3)来确定用户的供暖费用，就形成了现行的供热量计费法和热分配计费法。但是供热量计费法和热分配计费法还存在着如下四个方面的缺陷：

1.供热量测定法的缺陷是：所采用的热量表安装复杂；热量表若选用接触式流量表，则受水质影响较大，若选用非接触式流量表则造价昂贵；当供、回水温差较小时，由于温度测量的误差将导致测量用户供热量的误差较大；特别是供热量测定法对用户供暖用的供、回水管路有非常严格的要求，即每一用户的供、回水管路必须构成一个单独的闭环回路。

2.热分配测定法的缺陷是：与供热量法相比，测量误差稍大；若一个用户有多个散热器，每个散热器都必须安装一个热分配表，这将导致用户所需热分配表的费用较大。

3.在供热量计费法和热分配计费法这两种方法中，都是以用户供热量为参数作为用户供热计费的依据。但是，供热量这一参数却不能反映对用户供热的品质，也不能体现用户供暖调节的可能性。所以采用供热量作为用户供热计费是有明显缺陷的。

4.在供热量计费法和热分配计费法这两种方法中，都是以用户供热量为参数作为用户供热计费的依据，而供热量这一参数不能反映能量的品质，也不能全面与准确地反映集中供暖热源的运行费用。所以，这两种计费法不利于促进用户节能意识的提高以及主动节能运行。

(三)发明内容

为克服现有技术中存在的成本高、误差大，无法反映供热品质的不足，本发明提出了一种集中供暖分户计费集成方法及计量系统。

本发明所采用的技术方案为：根据t时间内集中供暖系统的运行费用Z与所有用户消耗的总有效热E之比，确定单位有效热的价格u，其中u＝Z/E，再依据用户消耗的有效热与单位有效热价格的乘积，确定各用户的供暖费用Y_m，i，即Y_m，i＝u·E_m，i。E_m，i为采用集中供暖的m区域i用户所消耗的有效热。

把用户划分为若干个供暖区域，划定区域的准则是区域内有多个用户，并且进出区域的供暖管路只有一个供水管入口和一个回水管出口。

所有用户消耗的总有效热E为： $E=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{E}_m=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{2\·T_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m,$ 其中E_m为m区域消耗的有效热，T_m ¹和T_m ²分别为热水进、出m区域的温度，Q_m为m区域消耗的供热量，T₀为室外大气温度。

(1)当区域中各用户供暖的供水管管路和回水管管路形成开环管路系统时(即进入用户的供暖供水管多于一个)，该区域各用户所消耗的有效热为：

$E_{m,i}=\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{{2T}_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

式中，Q_m，i，k和T_m，i，k分别为m区域i用户k散热器的散热量和表面平均温度。

(2)当区域中各用户的供水管的管路和回水管的管路形成闭环管路系统时(即进出用户的供暖管路只有一个供水管入口和一个回水管出口)，该区域各用户所消耗的集中有效热为：

$E_{m,i}=\frac{a\·(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{a\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{{2T}_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

式中，a为1或0的结构型选择变量，当a为1时表示采用热量表测量i用户的供热量，当a为0时表示采用热分配表测量i用户的供热量，Q_m，i为m区域i用户消耗的供热量，T_m，i ¹和T_m，i ²分别为供暖热水进、出m区域i用户的温度。

为实现本发明的技术方案，在集中供暖区域设置一个室外温度表，用于测定室外大气温度。在m区域入口处，设置一个热量表用来测定该区域所消耗的供热量、供暖热水进与出该区域的温度。对m区域i用户所消耗的供热量测定，可选择热量表或热分配表：若m区域i用户供暖的供水管管路和回水管管路形成开环管路系统时，采用热分配表测定用户的供热量(此时a为0)；若m区域i用户的供水管管路和回水管管路形成闭环管路系统时，可以选择热量表或热分配表测定用户的供热量，仅当采用热量表的运行成本小于采用热分配表的运行成本时，a为1。

当供水管路为开环结构时，室外温度表安装在集中供暖区域的室外；区域热量表安装在进入区域的供水管上；用户热分配表安装在用户的各散热器上。

当供水管路为闭环结构时，室外温度表安装在集中供暖区域的室外，区域热量表安装在进入区域的供水管上，根据热量表和热分配表的运行成本，可选用用户热量表安装在进入用户的供水管上，或者选用热分配表安装在用户的各散热器上。

本发明提出的方法和系统，是将供热量计费法和热分配计费法有机地集成起来实现其优缺点互补，并引入了有效热来反映供热量的能量品质和供热效果的品质，从而克服现有技术中存在的缺陷，使集中供暖分户计费方法更具有科学性、经济性和实用性。本发明无须对供热管路改动，仅仅是增加了一个室外温度的测量即可实现集中供暖分户计费的集成方法，以及由该方法所形成的计量计费系统，使之达到不仅能科学、合理、准确地体现了多消耗集中供暖的供热量就多缴费的集中供暖计费原则，还能促进用户节能思想、节能意识和环保意识的提高，变为行动的指导，并且能为集中供暖系统的总体节能与环保提供科学的依据。

(四)附图说明：

附图1是开环管路集中供暖分户计费集成方法的计量系统；

附图2是闭环管路集中供暖分户计费集成方法的计量系统。

其中：

1-回水管    2-供水管      3-区域热量表    4-流量调节阀    5-开环管路用户

6-热分配表  7-室外温度表  8-散热器        9-用户热量表    10-闭环管路用户

(五)具体实施方式：

现结合附图1和附图2对本发明作进一步描述：

实施例一

本实施例是一开环管路集中供暖分户计费集成系统(附图1)。

本实施例是由二个开环管路的用户5、每个用户的室内有两个散热器8组成的供暖区域。在本实施例中：在该区域设置一个室外温度表7，用于测定室外大气温度；在区域的入口处的供水管2上，设置一个区域热量表3以测定该区域所消耗的供热量、供暖热水进与出该区域的温度；用户热分配表6安装在用户的各个散热器8上。

在t时间内，由区域热量表3测量与记录下m区域所消耗的供热量Q_m、热水进/出区域的温度T_m ¹与T_m ²；各用户的热分配表6测量与记录下该用户各散热器8的散热量Q_m，i，k和表面平均温度T_m，i，k；由室外温度表7测量与记录下室外大气温度T₀。集中供暖分户计费的计算机通过网络通讯线路采集各表所记录下的参数信息，按照下式得出各用户所消耗的集中供暖有效热：

$E_{m,i}=\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{2T_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

上式在本实施例中，m＝1，i＝2，k＝2。

通过核算统计出t时间内集中供暖系统的运行费用Z，并输入到该计算机中，该计算机按下式得出集中供暖所有用户消耗的总有效热E和单位有效热的价格u：

$E=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{E}_m=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{{2T}_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

$u=\frac{Z}{E}$

上式在本实施例中，m＝1。

该计算机再按下式得出各用户的集中供暖费用Y_m，i并显示、记录和保留：

              Y_m，i＝u·E_m，i

实施例二

本实施例是一闭环管路集中供暖分户计费集成系统(附图2)。

本实施例是由二个供暖管路闭环的用户10、每个用户的室内有两个供暖散热器8组成的供暖区域。本实施例中：在该区域设置一个室外温度表7，用于测定室外大气温度；在区域入口处的供水管2上，安装一个区域热量表3以测定该区域所消耗的供热量、供暖热水进与出该区域的温度。根据用户供、回水管路的结构特点，其中一个用户选用了用户热量表9以测定该用户所消耗的供热量、供暖热水进与出该用户的温度；另一个用户选用了热分配表6以测定该用户各散热器8的散热量和表面平均温度。用户热量表9安装在进入用户的供水管上，用户热分配表6安装在用户的各散热器8上。

在t时间内，由区域热量表A测量与记录下m区域所消耗的供热量Q_m、热水进/出m区域的温度T_m ¹与T_m ²。通过热量表和热分配表运行成本分析，一个用户的热量表9测量与记录下该用户所消耗的供热量Q_m，i、集中供暖热水进/出该用户的温度T_m，i ¹和T_m，i ²；另一个用户的热分配表6测量与记录下该用户各散热器8的散热量Q_m，i，k和表面平均温度T_m，i，k；由室外温度表7测量与记录下室外大气温度T₀。集中供暖分户计费的计算机通过网络通讯线路采集各表所记录的参数信息，按照下式计算出各用户所消耗的有效热：

$E_{m,i}=\frac{a\·(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{a\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{2T_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

上式在本实施例中，m＝1，i＝2，k＝2，当i＝1时a＝1，当i＝2时a＝0。

通过核算统计出t时间内集中供暖系统的运行费用Z，并输入到该计算机中，得出所有用户消耗的总有效热E和单位有效热的价格u：

$E=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{E}_m=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{{2T}_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

$u=\frac{Z}{E}$

上式在本实施例中，m＝1。

各用户的集中供暖费用Y_m，i：

    Y_m，i＝u·E_m，i

本发明提出的依据是：

集中供暖热源所提供的供热量Q，它在理论上可转换为的电能E_d(高级能)为

$E_d=(1-\frac{T_0}{T})\·Q---\left(7\right)$

式中，T为供热量Q所对应的温度，T₀为室外大气温度。

由此可见，相同的供热量Q，由于所对应的温度T不同，可转换为电能的数量E_d也不同，从而发电的经济性也就不同。况且，相同的供热量Q，随着所对应温度T的升高，集中供暖热源的运行费用也要相应地升高。这就是为何能量应由数量和品质两个方面来体现的理由。热量的品质与所对应的温度直接相关。另一方面，相同的供热量Q，若所对应的温度不同，供暖的效果也不同。当供热量所对应的温度较低时，就不能起到供暖的作用。这表明温度可以反映供热效果的品质。引入有效热这一参数不但可以反映供热量，又能体现供热量这一能量的品质以及供热效果的品质。

把采用集中供暖的用户划分为若干个供暖区域。在m区域入口处，设置一个热量表3并测定m区域所消耗的供热量Q_m，则m区域所消耗的有效热E_m依据公式(7)就为

$E_m=(1-\frac{2\·T_0}{T_m^1+T_m^2})\·Q_m---\left(8\right)$

式中，T_m ¹和T_m ²分别为热水进/出m区域的温度，T₀为室外大气温度。

对m区域i用户来说，它所消耗的有效热E_m，i依据公式(7)，得出：

$E_{m,i}=(1-\frac{T_0}{\stackrel{-}{T_{m,i}}})\·Q_{m,i}---\left(9\right)$

式中，Q_m，i为m区域i用户所消耗的供热量，T₀为室外大气温度，T_m，i为m区域i用户供暖散热器的平均温度。

对所有用户来说，所消耗的总有效热E为

$E=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{E}_m=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{E}_{m,i}---\left(10\right)$

设在t时间内，集中供暖系统的运行费用为Z，而在这段时间内所有用户消耗的总有效热为E，则单位有效热的价格u就为

$u=\frac{Z}{E}---\left(11\right)$

m区域i用户在t时间内应缴纳的供暖费用Y_m，i为

Y_m，i＝u·E_m，i                        (12)

由于确定m区域i用户在t时间内应缴纳的供暖费用Y_m，i，需先确定i用户所消耗的有效热E_m，i。根据公式(9)可知，有效热E_m，i需通过测定m区域i用户的供热量Q_m，i来确定。若m区域i用户供暖用的供、回水管路没有构成闭环回路的结构，则对i用户只能采用热分配表测定它的供热量Q_m，i；若m区域i用户供暖用的供、回水管路构成了闭环回路的结构，可采用热量表或者热分配表来测定。但是采用不同的测定方法，其经济性是不同的。这可以通过两种测定方法的运行成本比较，来判定应当选用哪种测定方法。

由于对一个区域供热量测量的相对误差要小于对一个用户供热量测量的相对误差，并且采用热量表或者热分配表来测定各用户供热量，具有不同的优缺点。将供热量测定法与热分配测定法集成起来，能使它们的优缺点互补。再结合两种测量方法的经济性，以区域供热量来对区域中各用户的供热量进行分配，由此可发展为以区域所消耗的有效热来分配区域中各用户所消耗的有效热。这样，对m区域i用户消耗的有效热E_m，i，按照公式(9)，其具体内容就为

$E_{m,i}=\frac{a\·(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{a\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{2T_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m---\left(13\right)$

式中，a为1或0的结构型选择变量，Q_m，i为m区域i用户消耗的供热量，T_m，i ¹和T_mi ²分别为热水进、出m区域i用户的温度，Q_m，i，k和T_m，i，k分别为m区域i用户k散热器的散热量和表面平均温度。

Claims (6)

1.一种集中供暖分户计费集成方法，其特征在于：根据t时间内集中供暖系统的运行费用Z与集中供暖所有用户消耗的总有效热E之比，确定单位有效热的价格u为 $u=\frac{Z}{E},$ 再依据用户消耗的有效热与单位有效热价格的乘积，确定各用户的集中供暖费用Y_m，i，即Y_m，i＝u·E_m，i，其中E_m，i为采用集中供暖的m区域i用户所消耗的集中供暖有效热。

2.如权利要求1所述集中供暖分户计费的集成方法，其特征在于：集中供暖所有用户消耗的总有效热E为：

$E=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{E}_m=\underset{m}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{2T_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

其中E_m为m区域消耗的集中供暖有效热，T_m ¹和T_m ²分别为集中供暖热水进、出m区域的温度，Q_m为m区域消耗的集中供暖的供热量，T₀为室外大气温度。

3.如权利要求1所述集中供暖分户计费的集成方法，当区域中各用户的供水管(2)的管路和回水管(1)的管路形成开环时，其特征在于：

该区域各用户所消耗的集中供暖有效热为：

$E_{m,i}=\frac{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{{2T}_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

式中，Q_m，i，k和T_m，i，k分别为m区域i用户k散热器的散热量和表面平均温度。

4.如权利要求1所述一种集中供暖分户计费的集成方法，当区域中各用户的供水管(2)的管路和回水管(1)的管路形成闭环时，其特征在于：

该区域各用户所消耗的集中供暖有效热为：

$E_{m,i}=\frac{a\·(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}{a\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{{2T}_0}{T_{m,i}^1+T_{m,i}^2})Q_{m,i}+(1-a)\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}(1-\frac{T_0}{T_{m,i,k}})Q_{m,i,k}}\·(1-\frac{{2T}_0}{T_m^1+T_m^2})Q_m$

式中，a为1或0的结构型选择变量，当a为1时表示采用热量表测量i用户的供热量，当a为0时表示采用热分配表测量i用户的供热量，Q_m，i为m区域i用户消耗的集中供热量，T_m，i ¹和T_m，i ²分别为供暖热水进、出m区域i用户的温度。

5.一种实现权利要求1所述集中供暖分户计费集成方法的计量系统，包括区域热量表(3)、用户热量表(9)、用户热分配表(6)和数据处理系统，可用于开环管路用户(5)和闭环管路用户(10)，其特征在于：

a.当供水管(2)的管路和回水管(1)的管路形成开环时，该计量系统还包括有室外温度表(7)；

b.当供水管(2)的管路和回水管(1)的管路形成闭环时，该计量系统还包括有室外温度表(7)、用户热分配表(6)和区域热量表(3)，并且此时a为1。

6.如权利要求5所述集中供暖分户计费集成方法的计量系统，其特征在于：室外温度表(7)安装在集中供暖区域的室外；区域热量表(3)安装在进入区域的供水管上；用户热量表(9)安装在进入用户的供水管上；用户热分配表(6)安装在用户的各个散热器(8)上。

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