天津大学院士楼热计量收费的研究

一、介绍
　　
　　各城市集中供热普及率有很大提高，为提高城市人民生活水平，改善城市大气环境质量，能源利用率的提高发挥了重要的作用。对于天津大学来说，已经实现100%的集中供热。如何在实现了集中供热这种情况下，制定合理的收费模型式是值得探讨的问题。热计量方式和热计量装置的选择主要有热分配式和热量表式两种热计量方式。热分配式计量方式特别是采用蒸发式分配表进行计量，投资少，免维修并容易修正，（包括将系统沿程热损失由最终热用户承担），不需校正，但抄表和热费烦琐，不直观。热量表计量较为直观。但投资大、维修管理校正复杂。根据国情特别是节能效益选择合理的热计量装置是必须考虑的问题
　　为了检验我们自选研制的蒸发式热分配表是否达到欧盟标准EN835-1994，同时为了研究基于蒸发式热分配表的计量收费中遇到的技术经济问题。从2001年2月21日到3月22日的采暖期，在天津大学院士楼进行了自行研制的XH型蒸发式热分配表的集中供热计量现场试验。
　　
二、散热器散热量的测量原理和蒸发式热分配表的测量原理
　　
　　1．一个散热器的散热量一般可按下式求得：
　　　　　 　　　　　　　　　（1）
　　式中：ρ热水的密度；C_P定压比热；V热水的体积流量；（t_v-t_r）进水和回水的瞬时温差；Z加热的时间散热器传递给房间空气的热量我们可用下式求得：
　　　　　 　　　　　　　　　　　　（2）
　　式中：Q_N在水温为90℃，回水温度为70℃，房间温度为20℃时的散热器散热功率（由标准实验台根据标准对散热器进行检测所得到的散热功率，通常称它为标准功率）。
　　Δt_m散热器中热水平均温度和房间空气温度之间的温差，n：散热器特性指数。
　　
　　2．蒸发式热分配表的结构及测量原理
　　蒸发式热分配表由导热板、表管、表罩及蒸发液等组成。蒸发式热分配表属于辅助测量仪表，它不是精确表达物理量，只能用来提供相对的分配份额。蒸发式热分配表的测量本质是对安装在散热器表面一定高度上的热水温度作出反应，它是按照公式（2）来工作的。蒸发式热分配表的运行只与具有特征性的，对散热量起决定作用的散热器表面平均温度（或者说热媒在散热器中的平均温度）有关。未经处理的蒸发表读数只是被测散热器表面特征温度对时间积分的近似值。它所表示的只是一个与采暖散热器实际热耗或整个用户总热耗有关的、无量纲的相对值。
　　蒸发式热分配表是借助表外壳后背来接受散热器的导热的，通常是用螺丝或粘结剂将其同体现热媒平均温度的散热器表面处相连接。热媒向蒸发液体传热的实现是先由热水向散热器内壁，再由散热器外壁和蒸发表的外壳后背及蒸发液管外壁传向蒸发液体的。
　　未经处理的蒸发表读数只有经过与被测散热器标准散热功率Q_N有关的评价因子K_Q和蒸发表与散热器表面的热接触特性评价因子K_C等其它评价因子处理之后才能反映出被测散热器真正热消耗值的近似值或这个散热器在总热耗量中所占的比例。本次研究自行研制的XH型蒸发表采用统一刻度盘，其反映各组散热器散热在总热耗量中所占的比例。本次研究自行研制的XH型蒸发表采用统一刻度盘，其反映各组散热器散热在总热耗量中所占的比例。它的特点是：尽管各组散热器的片数或型号类型千差万别，但只要测量液体的工作温度和工作时间相同，所得的读数值利用评价因子K_Q和K_C进行换算处理后，最终得到实耗值。
　　我们将天大院士楼一幢楼作为一个热计量单位，在其热力入口处安装一块热量表，热用户的每组散热器上安装一块蒸发式热分配表，就组成热量计量系统。热量表计量单位所有热用户的消耗热量，蒸发式热分配表测量没个热用户每组散热器发热量的比例。每个采暖季节开始时，记录每只蒸发式热分配表的初始数值：采暖季节结束后，记录每只蒸发式热分配表的终数值，其差值是表管内液体的蒸发量，即蒸发刻度值。据此进行准确的消耗量计算和公平的热分摊计算，以帐单的形式，将采暖季的实际消耗热量及应付热费通知每个热用户。
　　
三、现场试验基本情况
　　
　　1．天津大学院士楼的供热系统情况
　　天津大学院士楼位于天学四季村内，是新建的高档院士住宅。天津大学院士楼为6层砖混结构，楼的建筑面积2520m²。天津大学院士楼设1个入口门，12套房，每套房建筑供热面积172 m²。热源是校集中供热锅炉房，供热设计供、回水温度是90/70℃。天津大学院士楼的供暖系统采用上供中回的形式，在散热器的进水管和出水管间加装跨越管，散热器进水支管上装设Danfoss产RTD-G型恒温阀，是单管带跨越管的顺流式系统。散热器采用铸铁TFD700-Ⅲ型。
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　图1　蒸发式热分配表安装示意图　
　
　　2．蒸发式热分配表的热量测量系统
　　蒸发式热分配表的试验系统由楼栋热力入口的热量表和安装在每组散热器上的蒸发式热分配表组成。热量表采用Honeywell产的UltraflowⅡ65-54型热量表，用来测量天津大学院士楼供热量。蒸发式热分配表的安装位置在欧盟标准EN-835中规定，应当选择那些在尽可能广的散热器工作范围内，尽可能准确的体现散热量与表读数的关系的地方。在通常情况下，这个位置在热媒刚好流经了其在散热器中总路径的四分之一的地方。对于垂直穿流的辐射散热器（片式、管式和板式散热器），热分配表的固定位置应位于散热器竖向中轴线上高度的66%～80%之间。由于考虑到热力调节阀的使用，安装位置选择TFD700-Ⅲ型散热器上75%的高度。如图1所示。
　　
四、供热计量结果及各户用热量热费分摊计算
　　
　　1．供热计量
　　2001年2月21～2001年3月22日间，天津大学院士楼总供热量37.8MWh。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　天津大学院士楼总供热量　　　 表1

在2001年2月21日8：00供暖前，对热分配表逐个进行检查，看是否有松动和位置偏差现象：记下各蒸发式热分配表的初读值。在2001年3月22日22：00，采暖季结束时，记下各热分配表的终读值。各计量读值是终读值与初读值的差值。根据各户蒸发式热分配表的读值，并对散热器进行功率修正，按热量分配计算方法，各用户热量计算结果，见表3。
　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 天津大学院士楼各户用热量计算　　 表2

　　由计算结果看来，该楼12户居民所消耗的热量与校热网输送到院士楼的热量是一致的。

　　2．用热量热费分摊
　　推广供热计量收费的难关不是"计量"而是"收费"计量。供热前应有一个合理的社会平均供热成本以确定合理的热价。分摊的理由如下：城市供热是由热源、热网、热用户（室内采暖系统）组成的封闭、复杂的循环系统。是根据最不利气象条件下的最大热负荷建设的。供热系统建成后，无论用户是否用热或用热多少，都要有固定投入的人力、物力、财进行运营、维修和管理。这部分费用是固定的，是计算面积热费的主要依据。供热系统在向用户供热时，除固定费用外还会消耗燃料电力，水和劳动力投入相应资金。这部分是变动费用，是计算计量热费的主要依据。合理确定面积热费，计量热费在总热价中的分摊比例十分重要。国外固定热费是总费用30%～60%。变动费用（计量热费）是热费的70%～40%。变动部分比例较大可以鼓励用户节能，但仍需保证定定的固定部分比例以保证供热的运行。
　　根据天津大学供热服务中心提供的2001年2月21日～2001年3月22日间的天津大学院士楼总热费为4158.00元，面积费用分摊比例本次研究定为60%，计量费用分摊比例为40%。
　　根据我国北方地区采暖的室外气象参数和建筑保温现状在同样条件下，不同楼层、朝向、位置的住宅所消耗的热量会有较大的差别。所以，在计算热费时根据楼层、朝向、位置进行修正是必要的。所以，我们分三种情况作了热费分摊计算：
　　（1）考虑朝向、位置、层数等修正，按上述热费分摊比例计算；
　　（2）考虑朝向、位置、层数等修正。按照我国暖通技术人员对房间热负荷影响因素的分析，确定相应的修正系数。其
中：
　　朝向修正系数 北、东北、西北向：-30%；东、西向：-5%；东南、西南向：-15%
　　墙体修正系数 双面外墙：-13%；层数修正系数 中间层：0%；顶层：-35%；底层：-20%
　　（3）按照德国标准考虑朝向、位置、层数等修正，相应的修正系数为：
　　朝向修正系数 南向：0%；东北、西北向：-20%；东南、西南向：-15%
　　层数修正系数 中间层：0%；顶层：-10%；底层：-10%
　　对朝向、位置、层数等修正系数，按上述三种不同的处理方法，对各户热费计算结果进行比较，见图2所示。
　 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　 　图2：不同朝向，位置，层数修正后热费计算结果
　　
　　由图2看出，对朝向、位置、层数用其修正系数，按三种不同的处理方法，即不考虑修正、按我国暖通设计修正、按德国标准的修正，对天津大学院士楼各户热费计算结晶进行比较，表明各户热费发生了变化，但其数值相差不大。
　　
五、结论及建议
　　
　　1．蒸发式热分配表在天津大学院士楼发行后的单跨越式供热系统中运行状况良好，证明单管跨越式顺流系统适合选用蒸发式热分配表作为热计量手段。
　　2．根据蒸发式热分配表在2001年2月21日～2001年3月22日间的读值进行热量分配计算，该楼12户居民所消耗热量的总数与总热量相一致。证明在室外温度较高，供水温度较低的情况下，通过对蒸发式热分配表蒸发刻度的修正，可以用于较低供水温度条件下。
　　3．各户热费计算结果与热量分摊计算中的分摊原则和修正系数有关。对朝向、位置、层数及其修正系数，按三种不同的处理方法，即不考虑修正，按我国暖通设计修正、按德国标准的修正，对天津大学院士楼各户热费计算结果进行比较，其数值相关不大。表明对于类似天津大学院士楼这种大户型高档住宅，由于面积较大，面积热费分摊比例大于50%时，面积分摊的热费较多；同时房间较多，房间各种朝向都有，会对计量分摊热费起到中和作用。此时朝向、位置、层数对总热费的影响较小。建议大户型高档住宅可以不附加朝向、位置、层数修正。但对于一般公寓式住宅（少于100m²），同时面积热费分摊比例小于50%时，必须考虑朝向、位置、层数修正。
　　

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　　1．欧盟标准：EN-835"关于测定散热器散热量的热分配表的标准-适用于无电源蒸发式热分配表"，1994
　　2．天津大学建筑环境与设备系。Z-1型蒸发式热分配表研究工作报告，2001