户式散热器热分配法的计量原理及应用分析

暖通空调HV&AC2014年第44卷第4期￥哈尔滨工业大学户式散热器热分配法的计量原理及应用分析哈尔滨工业大学方修睦☆李辉李庆宇姜永成周新朋摘要起源于欧洲的散热器热分配表是以每组散热器为计算单元进行热量分配的,我国的供暖系统很难满足散热器热分配表所要求的安装使用条件。将毎户内水平单管系统的多组散热器折箅为一组当量散热器进行热量分摊,可大大减少散热器热分配表的数量,降低对安装使用条件的要求。分析了户式散热器热分配法的计量原理,通过试验验证了户式散热器热分配法分摊模型的合理性并给出了其适用范围。关键词热计量计量原理散热器热分配表当量散热器户式散热器热分配法Measurement principle and application analysis ofhousehold radiator heat distri bution methodBy Fang Xiumu*, Li Hui, Li Qingyu, Jiang Yongcheng and Zhou XinpengAbstract Originated in Europe, the radiator heat distribution meter puts each radiator as calculatedunit for heat distribution, but the heating system in our country is very difficult to satisfy the installationconditions of the radiator heat distribution meter. Converting a group of radiators of indoor horizontal one-pipe system into a set of equivalent heat sink can greatly reduce the number of radiator heat distributionmeters and the installation requirements. Analyses the measurement principle of the household radiatorheat distribution method, verifies the reasonability of its heat distribution model through experiment andgives the applicable scope of this methodKeywords heat metering, measurement principle, radiator heat distribution meter, equivalent heatsink, household radiator heat distributioHarbin Institute of Technology, Harbin, China我国北方地区居住建筑以公寓类住宅居多,该算表的热量。类建筑的供暖热计量收费往往是在每栋建筑的热Q a f, (Lp-In)+,(2)力入口处设置测量总供热量的热量结算表,在每户(B1B2 B3B设置分配仪表,通过测量一些参数得到各热用户式中Q为散热器供给房间的热量,kW·h;a,b用热量占总供热量的比例(见式(1),从而将热量为散热器的热特性参数;f为散热器的散热面积,结算表计量的热量合理地分配到各个热用户m2;tp为散热器的平均温度,C,tp=(tx-th)/2,其中tg,t分别为散热器的供、回水温度,C;t为室内温度,℃,B,,R分别为散热器组装片数修式中为相对热量比;Q为由系统供给热用户i正系数散执器连接形式修正系数散热器安装形式的维持室温所需要的热量kW·h;Q为由热量结修中国煤化工数(包括落地窗帘等用算表计量的外网供给建筑物的热量,kW·h。CNMHG根据热量结算表的计量结果,将结算热量分配☆方修睦,男,1954年2月生,大学,教授到热用户的方法有多种。最早应用的散热器分配150090哈尔滨市南岗区海河路202号2644信箱(0)13845113053表法起源于欧洲,是利用散热器的散热量与散热器E-mail:fxm490@163.com收稿日期:2013-11-05的平均温度和室温的关系(见式(2)来分配热量结修回日期:2013-12-26暖通空调HV&AC2014年第4卷第4期哈尔滨工业大学户自行增加的部分);下标j为房间散热器的序号。使用条件(组装片数、连接形式、安装形式、使用条散热器分配表法由于设备简单、造价低廉而在件)分别对每组散热器的标准散热量进行修正。我欧洲得到广泛应用。本文在分析欧洲采用的散热国供暖系统的特点及热用户的使用习惯导致了我器热分配表的工作原理的基础上,根据我国建筑供国的供暖系统很难满足散热器热分配表所要求的暖系统的特点,探讨基于散热器进行热量分配的新安装使用条件。如果将热分配表由单组散热器作方法,与关心热计量的同行讨论为计量单元改为以户作为计量单元,则可以减少热散热器热分配表的工作原理计量仪表的安装维护数量,简化安装使用条件散热器热分配表分为蒸发式热分配表和电子2户式散热器热分配法的热量计算模型式热分配表。蒸发式热分配表是利用所测液体的由多组散热器组成的单户水平单管系统中,设蒸发特性曲线和散热器的散热率曲线相似的特点,环路的总散热面积为Fn,总散热量为Q。假设水通过测量蒸发液体的蒸发量来分配热量的。电子温沿散热器逐渐降低,前一组散热器的岀水温度等式热分配表是根据散热器热媒平均温度与室温之于下一组散热器的进水温度。在连续供暖情况下差来分配热量的。根据温度传感器的数量,电子式可以认为散热器处于一种稳定的传热状态。不考热分配表又分为单传感器、双传感器和三传感器3虑散热器的各项修正系数,则有种。目前应用的散热器热分配表是利用实验室中dQ=Gc dt(5)得到的散热器在额定条件下的散热量与任一条件下的散热量的关系进行热量计算的。当散热器热式(5),(6)中G为流经散热器的水流量,kg/h;c分配表实际的安装使用条件与实验室条件一致时,为水的比热容,J/(kg·K);t为散热器微元面处的散热器的散热量可以用式(3)计算。式(3)表明,散平均温度,C;a^,b为当量散热器的特性参数。热器热分配表实际上是过余温度及时间的积分器联立式(5)与式(6)得Gcdt=a(t-t)+ d(7)tp-tn)"'dx对式(⑦)两边积分,得到散热器内热媒沿散热式中Q为第j组散热器的标准散热量(德国规面积的变化规律为定其为水温90℃/70℃、室温20℃时散热器的散热量),kW·h;Δth为标准条件下散热器的平均温(tEIn(8)度与室内温度之差,C;B=1+b;x为时间式(⑧)揭示了水温沿散热面积连续变化的规律,由式(1)及式(3)可以得到表明可以将每户水平单管系统散热器的温度变化看Qu(), (p-t),"dr作一条平滑的曲线(如图1所示),将多组散热器简Q(4)化成理想的单组散热器(当量散热器)进行分析∑Q(△)(=t)dr散热器热分配表是以每组散热器为计算单元进行热量分配的,建筑物内散热器热分配表的安装使用数量较大。由式(4)可知,采用散热器热分配表进行热量分配时,在同一栋建筑物内,所有散热器的型号及安装使用条件均应相同。对于将散热设备作为公共设备,热用户入住后不再更改的建筑物,以及各用户使用条件一致,用户能听从劝阻,放YH中国煤化工温降曲CNMHG为弃使用暖气罩和落地窗帘等影响热量分配物件的(9)建筑物,可以按照式(4)进行热量分配。如果无法则微元面积df之前的散热量为做到同一栋建筑物内所有散热器的型号及安装使Q= Gc(t,-t(10)用条件均相同,则应根据每组散热器的型号、安装由式(9),(10)及式(6)可以得到2014(4)方修睦,等:户式散热器热分配法的计量原理及应用分析dQ=a'(tg-th)+(At-Q)++df(11)式中△t为相对温差,为供回水温度及室温的函数,C;Q为相对热量,为微元面之前的热量与总供热量之比。教些器组序号实测数据理论分析数据对式(11)两边积分,整理后得到3实测与理论热水温度变化曲线Q=6(=4)Fn(12)论分析的当量散热器的水温吻合很好,测试数据与式(12)即为将每户水平单管系统的多组散热理论分析数据相等。从第2组散热器开始,随着散器简化成当量散热器时的散热量计算公式这里将热器面积的增加,理论分析的数据与实测数据的误以户为单位进行供暖热量计量的方法称为户式散差增大,第4组散热器的误差达到最大(为374%),热器热分配法。随后逐渐减小,第6组散热器的误差为3.26%。联立式(5)和式(6),并对等式两侧积分可以得3.2当量散热器的特性参数到图4为在流量固定的情况下,根据不同时段b(每个时段供回水温度不同,温差不同)的测试结果(13)绘制的曲线。图4表明,由6组散热器组成的当量式(13)表明,对于一个确定的系统来说,不同工况下散热器的热特性系数可以有不同的组合,且其组合的结果在流量不变的情况下为一常数3户式散热器热分配法的试验验证0..000构建如图2所示的由6组散热器组成的单户水平式系统,已知单组散热器面积为1.7204m2,总散热面积F为10.3224m2。系统中设置超声波热量表(2级表)一块,每组散热器的出口处设置时段序号热量表A3.B25A418B23温度传感器;在大厅的1.8m高度处设置12个温A44.5B=2A=40.8B=1.237图4水平单管系统当量散热器的散热量度传感器。数据采样周期为10min。测量数据统送到计算机处进行显示、存储散热器的特性参数尽管有不同的组合,但每一个组合得到的热量均与热量表测出的热量吻合得很好(见图5)。当量散热器在温差不同的情况下,根据pL址每一时段的特征参数计算的结果与热量表测量结果的最大误差为5.63%。这表明实际的供热系统可在运行中选取稳定的工况进行系统参数辨识,获接数据采集系线得实际的散热器特性参数。流量传感器2积分仪3供水温度传感器4同水温度传感器5散热器6俱水管7H水管8数据通讯线9数了温度传感器图2水平单管试验系统3.1当量散热器的水温试验求得当量散热器的a′=3.453,b=0.259。每组散热器的测试水温及根据式(8)计算中国煤化工的水温变化情况见图3,两者误差见表CNMHG表1散热器出水温度测试误差49c—685c75℃:6℃一整体回自散热器组序号图5用回归方程得出的散热器的散热量出水温度误差743.573.23.3当量散热器计量的热量图3及表1表明,在系统的前端,实测水温与理考虑到在整个供暖季中,供热系统需要根据室暖通空调HV&AC2014年第4卷第4期哈尔滨工业大学外温度的变化调整热网的供回水温度。为了检验为4个时段。试验中保持系统流量不变,每个时段在不同温差下当量热量法的合理性,将热量试验分采用不同的供回水温差,试验结果见表2表2热量表计量值与当量散热器计量值试验阶髟热量分配比Q1/kJQ2/kJ(Q1-Q2)/kJ误差/%误差3667634.30.2832ⅢⅣ77508147239655.120.05910.06032.04652970.05118178450.61140.60540.98l31127435086239588注:1)Q为热量表计量的热量;Q2为按照式(12)计算的当量散热器的热量2)热量分配比为每段热量与总热量之比;a1为热量表的热量分配比;2为按照式(12)计算的当量散热器的热量分配比表2表明F+th1)4个阶段热量表计量结果与按照式(12)计tn)△z算的当量散热器的热量值之间的误差为-3.02%2—Bm一2)各个不同时段,热量表计量结果和当量散aFm(4+在热器法计量的热量值的误差不同,较大的误差出现B13234在试验时间比较短的第Ⅱ时段和第Ⅲ时段;最大误(15)差为-5.63%,出现在第Ⅲ时段。试验表明,如果利用式(14)计算当量散热器的散热量时,需求试验时间进一步加长,该误差会进一步减小出当量散热器的特性参数,测量热用户的供回水温3)每个时段的热量分配比不同,最小误差为度及室温,入户调查用户实际使用的散热器的型号0.98%,最大误差为-2.53%。及安装使用条件。为解决型号不同的散热器的面4户式散热器热分配法的现场验证积计算问题,以M132型散热器为基准,将其他类为验证户式散热器热分配法的正确性,在位于型的散热器面积进行折算哈尔滨市一栋一梯三户的6层居民楼进行了试验。4.2方法2:户式散热器热分配法试验选取建筑物的一个用热单元,共计18户。供在我国,同一栋建筑物内往往有多种型号的散暧系统为单户水平单管系统,散热器主要为M32热器,各户的散热器的安装使用条件存在差异,利型散热器,但有私改和增加散热器的情况,卫生间用式(14)计算当量散热器的散热量需要的调查工几乎都采用扁背篓型卫浴散热器;个别用户卧室增作量大且复杂,因此需要将当量散热器的计算模型加了钢制散热器,客厅增加了钢制云梯式散热器;简化(见式(16)才便于实施各户散热器的安装使用条件不同Ab(t-t)△r在试验建筑热用户的供暖系统上设置超声波(△t-1)2(△t1)热量表(2级表),同时设置单户散热器热分配系Ab1(t2-t1)4x(16)统,每10min采集一次数据,测量的室内温度和供(△t1-1)4-(△t1)回水温度传给单户散热器热分配系统的采集器,采式中A=aFn/(122B集器将测量数据直接上传至计算机。散热器的散式(16)中A,B是系统实际运行情况下的综合热量采用下述2种方法进行计算热特性参数,实际使用的散热器的型号差别、安装4.1方法1:当量散热器法使用差别已综合考虑到A,B中;A,B利用实测数将用户内水平单管系统的多组散热器用一组据采用辨识的方法确定。从计量原理的角度,可以当量散热器来代替时,当量散热器的散热量由式将14)计算,每户散热器的散热量占整栋建筑总供热器I中国煤化工的方法称为户式散热CNMHG参数的角度,也可以称量的比例ψa由式(15)计算为三温度法。a F+th以热量表计量的数据作为基准,采用当量散热△zxQ.=2)-器的计算模型(见式(14),(15))和户式散热器的计(14)算模型(见式(16)),分别计算散热器的散热量及每2014(4)方修睦,等:户式散热器热分配法的计量原理及应用分析户热量占总热量的比例,计量结果见图6~8。由及安装使用条件要求高图6~8可以看出:5.2将每户水平单管系统的多组散热器折算为一组当量散热器进行热量分摊,实测水温与理论分析3.0水温吻合很好,最大误差为3.74%;在试验周期内存在不同供回水温差时,热量表计量的结果与采用当量散热器计量的结果的误差为3.02%。这表明散热层热量表计量热量去计算热量户式散热器热分配法将水平单管系统的散热器折图6当量散热器散热量与热量表计量结果算为一组当量散热器是可行的。5.3不同时段内热量表计量的热量与采用当量散热器计量的热量的一致性及热量分配比例的一致性均较好,这表明户式散热器热分配法在不同温差下分配的热量是可信的哀冒莴窝罩§§5.4户式散热器热分配法将单户水平单管系统作热用户户式散热器热分配法当量散热器法为整体,通过测量每户的室温及热用户的供水温度图7热计量方法误差和回水温度来计量每户的供热量,解决了热量总表所辖范围内热用户散热器型号不同、安装使用条件不同、实际散热器面积与设计不同时的计量问题。5.5户式散热器热分配法分摊模型合理,测量系统设计制造简单,易提高计量系统的可靠性,安装登登系系方便,扰民少,易于实施,适用于分户控制的单户水典用户平单管系统。当量教热器户式教热器图8分配比例误差5.6户式散热器热分配法计量的是供给热用户的热量,进行用户热费计算时需对计量的热量进行位1)热量表计量的热量与计算出的热量吻合较置修正;该方法没有解决户间传热的计量问题好。直接采用当量散热器法(见式(14)计算得到参考文献的散热器散热量的相对误差最大值为4.68%;采用1] Joachim Wien.德国供热计量手册[M.德国技术合户式散热器热分配法(见式(16))计算得到的散热作公司,德国米诺测量仪表有限公司,译.北京:中国器散热量的相对误差最大值为3.33%。建筑工业出版社,20092)热用户的热量占总供热量的分配比例一致[2]孙延勋.水平串联热水采暖系统散热器的热量比计算法[.暖通空调,1977,7(1):1性较好。直接采用当量散热器法计算得到的热量分[31石兆玉,杨同球,王峰安试论平均温度热量分配法配比例最大误差为4.07%;采用户式散热器热分配的可行性[.区域供热,2012(4):1-6法计算得到的热量分配比例最大误差为-3.98%[4]李辉.建筑冷、热计量方法的试验研究[D.哈尔滨3)试验结果表明,尽管实际的供暖系统中热哈尔滨工业大学,2011:54-55用户的散热器的型号有差异,安装使用条件不同[5]方修睦,孙杰.基于热量结算表的热量分配方法的分配原理剖析[冂.暖通空调,2013,43(11):42-45但是将单户水平单管系统的多组散热器折算为[6]张全悦郝培,杨向文,等.推行供热计量收费制度急组当量散热器来计算散热量仍是可行的。户式散却的若干问题[C]∥第7届国际热器热分配法,无论是计算分配的热量还是计算热中国煤化工仑文集,2011475-480量分配比例均优于直接采用当量散热器法计算的[7CNMHG阻碍我国推行供热计量结果,且实施简单。收费制度的若干问题分析和解决方案[C]∥第3届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会智能与绿色建筑5结论文集,2007:884-8905.1单组散热器的热计量方法用于建筑物的热量[8]李庆宇.基于散热器散热量的热计量方法研究[D]计量时,所需要的分配表数量大,对散热器的型式哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012:8-3