專利名稱：基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及集中供熱領(lǐng)域。基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法可廣泛應(yīng)用于集中供熱中對用戶采暖進行分戶計量，為用戶采暖提供公平合理的熱能分攤依據(jù)，能夠有效地解決當前集中供熱領(lǐng)域中存在的多重問題與矛盾。
背景技術(shù)：
在集中供熱領(lǐng)域，需要解決如何對用戶的采暖進行計量與收費的問題，根據(jù)當前國家新出臺的《供熱計量技術(shù)規(guī)程》JGJ173-2009，供熱計量方法主要分為如下四種散熱器熱分配計法、戶用熱量表法、流量溫度法和通斷時間面積法。在實際應(yīng)用過程中，由于存在著供熱水質(zhì)差問題、戶間傳熱問題、建筑頂部高熱耗問題，導致這四種方法都存在明顯的缺陷。
散熱器熱分配計法的優(yōu)點1)既有建筑改造方便，不必改成分戶分環(huán)水平系統(tǒng)；2)采用蒸發(fā)式熱分配計法安裝簡單，價格較低。散熱器熱分配計法的缺點1)適用范圍有限，只能用于一定形式的散熱器系統(tǒng)，且無法在地板輻射采暖中使用；2)正確安裝位置十分重要，尤其是低溫供熱系統(tǒng)；3)散熱器的平均溫度必須保證在一定范圍之內(nèi)，否則帶來的誤差較大；4)無法有效解決戶間傳熱問題、建筑頂部高熱耗問題；5)專業(yè)公司統(tǒng)一管理和服務(wù)，其投資成本和管理費都較高。用戶熱量表法的優(yōu)點計量精確，讀數(shù)直觀，可作為供熱收費的直接依據(jù)。用戶熱量表法的缺點1)當前熱量表很難滿足我國供熱水質(zhì)差的現(xiàn)狀，戶表的初始投資高或故障率高都是主要問題；2)按照《計量法》，進行結(jié)算的熱量計需要定期標定，大規(guī)模的使用有很多實際操作的困難；3)不適用單管串聯(lián)系統(tǒng)，而中國大部分北方地區(qū)既有建筑戶內(nèi)采用的是單管串聯(lián)方式，由此造成戶內(nèi)管網(wǎng)改動非常大；4)無法有效解決戶間傳熱問題、建筑頂部聞熱耗問題。流量溫度法的優(yōu)點兼?zhèn)淞藷崃勘淼牟糠止δ?，能夠通過測量供回水的溫差計量用戶的用熱量。流量溫度法的缺點1)該方法的本質(zhì)計量的仍是用戶實際耗熱量，仍無法解決在戶間墻傳熱，建筑端部、頂層耗熱多的問題；2)由于調(diào)節(jié)的三通閥屬于手動設(shè)備，不能對供熱量進行自動調(diào)節(jié)，從而無法有效利用室內(nèi)自由熱，節(jié)能效果較差；3)當系統(tǒng)局部阻力發(fā)生變化，所有用戶的流量需重新測試，管理維護復雜；4)流量測量的工作量大，用戶難以普遍接受，使得實際操作難度較大。通斷時間面積法的優(yōu)點1)由我國傳統(tǒng)的按面積收費演化而來，便于用戶接受；2)高可靠性，低安裝成本；3)實現(xiàn)了計量與溫控一體化。通斷時間面積法的缺點1)無法解決散熱器容量不匹配的問題和用戶擅自改大散熱器容量的問題；2)單純的時間計量對環(huán)境溫度的季節(jié)性變化不敏感，導致相同采暖時間內(nèi)的實際能耗可能存在很大差異；3)不宜實現(xiàn)分室計量與溫控；4)不宜在地板輻射采暖中使用；5)無法有效解決戶間傳熱問題、建筑頂部高熱耗問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利提供了一種新概念的基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法(以下簡稱“AKT法”)，它是依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準《供熱計量技術(shù)規(guī)程》JGJ173-2009，從供熱系統(tǒng)為采暖用戶所提供的實際效用的視角出發(fā)，研究出的具有領(lǐng)先水平的解決方案。AKT法可應(yīng)用于集中供熱領(lǐng)域?qū)τ脩舻牟膳M行熱計量分攤使用，也可以應(yīng)用于對中央空調(diào)用戶的制熱和制冷進行計量分攤使用。AKT法是在深入研究我國供熱現(xiàn)狀與居民住房特征的基礎(chǔ)上，引入了 “有效能耗”的概念，采用了集熱能消耗計量與溫控一體的控制器并配置了室外溫度傳感器和室內(nèi)溫度 傳感器以及調(diào)節(jié)熱力支管流量或控制熱力支管通斷的電動控制閥門，通過弱化由于建筑結(jié)構(gòu)和不同用戶房間之間的熱傳導與熱輻射等客觀因素所導致的熱能損耗或增益和凸出用戶在不同的室外環(huán)境溫度和室內(nèi)采暖溫度下的有效熱能消耗，然后計量用戶房間在實時的室外環(huán)境溫度和室內(nèi)采暖溫度下每個采樣時間段所對應(yīng)的能耗，最后按照用戶采暖的“面積*溫差*時間”分攤樓棟熱量表所計量的熱量，作為向用戶收費的基本依據(jù)，從而找到了平衡集中供熱與分戶采暖之間多重矛盾的有效途徑。AKT法是由暖通計量控制器、室內(nèi)溫度傳感器(Si)、室外溫度傳感器(S。)、電動控制閥門(Mi)、通訊裝置、監(jiān)控主機等組成。根據(jù)不同需求，用戶房間的溫控與調(diào)節(jié)可以選擇如下兩種方式1)所有房間統(tǒng)一溫控與調(diào)節(jié)的方式，該方式需要安裝一組SiZ^Mi (即S1ZM1)和一個與S1對偶溫度傳感器S2A1與S2分開安裝在用戶的兩個最常用的房間內(nèi)，M1安裝在供熱系統(tǒng)入戶支管的進水管(或回水管)上；2)每個房間分別溫控與調(diào)節(jié)的方式，該方式根據(jù)用戶的房間數(shù)量一般可選擇安裝2至N組SiZ^Mi (I彡i彡N)，Si安裝在用戶的每個房間內(nèi)，Mi安裝在Si所在房間的散熱系統(tǒng)支管的進水管(或回水管)；按照通訊構(gòu)架方式不同，通常可選用無線遠程通訊或IC卡通訊的方式。I.基本概念定義有效能耗采暖期間由于室內(nèi)外溫差所導致的用戶房間的平均熱能消耗叫做有效能耗。對偶溫度傳感器在所有房間統(tǒng)一溫控與調(diào)節(jié)的技術(shù)方案中，須要把對偶溫度傳感器(S1A2)分開安裝在用戶最常用的兩個房間內(nèi)，并把對偶溫度傳感器(S1A2)所檢測到的一對室內(nèi)溫度經(jīng)過修正后的較大值作為該用戶的室內(nèi)采暖溫度。采用對偶溫度傳感器不僅能夠準確地測量出用戶的室內(nèi)采暖溫度，還可以很好地預防用戶對某個室內(nèi)測溫點所在房間長時間放風造成的計量偏差和能源浪費。2. AKT法的計量原理由單原子分子構(gòu)成的氣體的大量分子的平均動能Ek與它的溫度T的關(guān)系經(jīng)統(tǒng)計熱力學理論推導為E (-) k = 3/2kT其中k= I. 391X 10-23J/K，為玻爾茲曼(Boltzmann)常量。根據(jù)以上公式和能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律，忽略不計熱量在入戶之前的運輸過程中的少量損耗(此損耗與室內(nèi)外溫差也存在一定的正相關(guān))和次級熱源對供熱系統(tǒng)內(nèi)房間溫度的微小影響等次要因素，可以推理出供熱管理部門供熱的實時能量消耗率與供熱系統(tǒng)內(nèi)平均的室內(nèi)外溫差成正比，用公式可以表述為W = § A AK其中，§為供熱系統(tǒng)內(nèi)建筑外墻的平均傳熱系數(shù)，單位為W/K. m2 ;A為供熱系統(tǒng)內(nèi)建筑的有效外表面積，單位為m2 ; AK為供熱系統(tǒng)內(nèi)平均的室內(nèi)外溫差，單位為K。針對一個供熱系統(tǒng)，§和A是在供暖季度內(nèi)是特定的。對于獨立的單個用戶的房間，忽略不計熱量在計量裝置前端入戶支管中的少量損耗(此損耗與室內(nèi)外溫差也存在一定的正相關(guān))和次級熱源對房間溫度的微小影響等次要因素，其實時的功耗率用公式可以表述為Wi = § JAi A K 其中，§ i為用戶房間外墻面積的平均傳熱系數(shù)，單位為W/K.m2 'Ki為用戶房間的外墻面積，單位為m2 ; AK為用戶房間的室內(nèi)外溫差，單位為K。對于獨立的單個用戶的房間，§ JPAi是一定的，即在不開窗放風的前提下，用戶房間的能耗率與室內(nèi)外溫差成正比。對于樓棟中不同的用戶，其房間的平均傳熱系數(shù)L會由于建筑結(jié)構(gòu)和用戶房間之間的熱傳導與熱輻射等因素而差別很大。在樓棟的同一層采暖用戶中，L越大的用戶熱能消耗率越大，但其室內(nèi)溫度反而越低。因此由于建筑結(jié)構(gòu)和不同用戶房間之間熱傳導與熱輻射等客觀因素導致的熱能損耗，是不應(yīng)該僅向有熱損的用戶收取費用的。在實際操作中，這部分由客觀因素所導致的熱能損耗的費用采取平均分攤的方法比較可行。無論是以用戶房間的外墻面積還是以用戶房間的建筑面積作為其米暖面積(這個可以按照政府部門的相關(guān)規(guī)定或由供熱管理部門與用戶協(xié)商決定)，對于獨立的單個用戶的房間，其熱能消耗率與室內(nèi)外溫差成正比。由此可得出如下結(jié)論對于樓棟中相互關(guān)聯(lián)的任何一個用戶，在一定的室外環(huán)境溫度下所達到的室內(nèi)采暖溫度就是供熱系統(tǒng)為其所提供的“實際效用”，該實際效用所對應(yīng)的熱能消耗就是其有效熱能消耗即“有效能耗”。因此，用戶的有效熱能消耗率與室內(nèi)外溫差成正比——這就是AKT法的計量原理。3. AKT法的計量公式AKT法能夠很好地計量用戶采暖的有效能耗，但它卻不能作為熱力公司和用戶之間結(jié)算的直接依據(jù)。根據(jù)供熱計量技術(shù)規(guī)程，采用AKT法需要配套采用樓棟熱量表分攤的方式對用戶的采暖進行結(jié)算。(I)用戶所有房間統(tǒng)一溫控時，AKT的計量公式用戶采暖的有效能耗公式=Ei = 1/3600 X § f AK(t)dt其中，E為采樣時段內(nèi)用戶采暖的有效熱能消耗量(有效能耗量)，單位為Wh ; § i為用戶i房間所在建筑在單位室內(nèi)外溫差下傳熱的總功率平均分攤到該建筑的建筑面積得到的的傳熱系數(shù)，單位為W/K. m2 ；A,為用戶房間的建筑面積，單位為m2 ；AK(t)為t時刻對Ai檢測到的室內(nèi)溫度經(jīng)修正后確定的室內(nèi)采暖溫度與SO檢測到的室外環(huán)境溫度之差，單位為K ；t為采樣的時間間隔,單位為S。設(shè)一個供熱季度內(nèi)樓棟熱量表計量的供熱總量為Q，樓棟內(nèi)有n個分戶計量的用戶，則用戶i應(yīng)當分攤的熱量為
n qt = QxEi / ^ Ei
i=\根據(jù)用戶采暖的有效能耗公式可推出
權(quán)利要求
1.在集中供熱領(lǐng)域，采用基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，其特征在于，還包括它是從供熱系統(tǒng)為用戶所提供的實際效用的視角出發(fā)，引入了“有效能耗”的概念，從而解決了戶間傳熱的計量難題和建筑頂部高熱耗的計量難題。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，其特征在于，還包括它所采用的電動控制閥門可以是流量調(diào)節(jié)型，也可以是通斷控制型。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，其特征在于，還包括用戶所有房間統(tǒng)一計量與調(diào)控時，采用對偶溫度傳感器檢測室內(nèi)溫度，把對偶溫度傳感器分開安裝在用戶最常用的兩個房間內(nèi)，并把對偶溫度傳感器所檢測到的一對室內(nèi)溫度經(jīng)過動態(tài)修正后的較大值作為用戶的室內(nèi)采暖溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，其特征在于，還包括對室內(nèi)溫度傳感器檢測溫度的動態(tài)線性修正方法，其公式為Ri =ti+Kti-tJ/Ol-t。)] Xh，其中Ri為室內(nèi)溫度傳感器Si的測定溫度，\為室內(nèi)溫度傳感器Si的實測溫度，t。為室外溫度傳感器S。的實測溫度，h為基準溫度H下的修正值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于用戶采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，其特征在于，還包括由該方法推導出來的“標準通斷時間面積法”，其時間當量折算公式為 = (Ti-T0)Z(Tr-Ts) = (Ti-T0) [2Tr-(T-+Tmin)]/[2 (Tr-Tmax) (Tr-Tmin)]，其中 Qi 為TAT0向TATs轉(zhuǎn)換的時間當量，Ti為室內(nèi)溫度傳感器Si的測定溫度，τ。為室外溫度傳感器S。的檢測溫度，供熱期間標準的室內(nèi)采暖溫度設(shè)為 ；，供熱期間標準的室外環(huán)境溫度設(shè)為Ts，供熱期間的平均最高室外環(huán)境溫度設(shè)為Tmax，供熱期間的平均最低室外環(huán)境溫度設(shè)為Tllln0
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于用戶采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，其特征在于，還包括樓棟中非采暖用戶的間接采暖費用的計算公式=F = ClkEfiSi,其中d為用戶間接采暖費用計算的折扣率，k為共用墻壁的傳熱率，fi為與非采暖用戶相鄰的某個采暖用戶房間的單位內(nèi)表面積在供暖季度內(nèi)平均分攤的采暖費用，Si為非采暖用戶和與其相臨的某個采暖用戶的之間的共用墻壁面積。
全文摘要
基于采暖面積與室內(nèi)外溫差和采暖時間的供熱計量分攤方法，屬于集中供熱領(lǐng)域。它是從供熱系統(tǒng)為采暖用戶所提供的實際效用的視角出發(fā)，引入了“有效能耗”的概念，通過弱化由于建筑結(jié)構(gòu)和不同用戶房間之間的熱傳導與熱輻射等因素所導致的熱能損耗或增益，凸出用戶在不同的室外環(huán)境溫度和室內(nèi)采暖溫度下的有效熱能消耗，然后計量用戶房間在實時的室外環(huán)境溫度和室內(nèi)采暖溫度下每個采樣周期所對應(yīng)的溫差與時間的乘積，最后按照用戶采暖的“面積×溫差×時間”分攤樓棟熱量表所計量的熱量，并將其作為向用戶收費的基本依據(jù)，從而很好地解決了采用傳統(tǒng)計量方法進行分戶計量時遇到的多重矛盾與問題。
文檔編號G01D4/00GK102829804SQ20111016839
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者武海強 申請人:武海強