暖通空調(diào)HV&AC2014年第44卷第4期￥哈爾濱工業(yè)大學(xué)戶式散熱器熱分配法的計(jì)量原理及應(yīng)用分析哈爾濱工業(yè)大學(xué)方修睦☆李輝李慶宇姜永成周新朋摘要起源于歐洲的散熱器熱分配表是以每組散熱器為計(jì)算單元進(jìn)行熱量分配的,我國(guó)的供暖系統(tǒng)很難滿足散熱器熱分配表所要求的安裝使用條件。將毎戶內(nèi)水平單管系統(tǒng)的多組散熱器折箅為一組當(dāng)量散熱器進(jìn)行熱量分?jǐn)?可大大減少散熱器熱分配表的數(shù)量,降低對(duì)安裝使用條件的要求。分析了戶式散熱器熱分配法的計(jì)量原理,通過試驗(yàn)驗(yàn)證了戶式散熱器熱分配法分?jǐn)偰Ｐ偷暮侠硇圆⒔o出了其適用范圍。關(guān)鍵詞熱計(jì)量計(jì)量原理散熱器熱分配表當(dāng)量散熱器戶式散熱器熱分配法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我國(guó)北方地區(qū)居住建筑以公寓類住宅居多,該算表的熱量。類建筑的供暖熱計(jì)量收費(fèi)往往是在每棟建筑的熱Q a f, (Lp-In)+,(2)力入口處設(shè)置測(cè)量總供熱量的熱量結(jié)算表,在每戶(B1B2 B3B設(shè)置分配儀表,通過測(cè)量一些參數(shù)得到各熱用戶式中Q為散熱器供給房間的熱量,kW·h;a,b用熱量占總供熱量的比例(見式(1),從而將熱量為散熱器的熱特性參數(shù);f為散熱器的散熱面積,結(jié)算表計(jì)量的熱量合理地分配到各個(gè)熱用戶m2;tp為散熱器的平均溫度,C,tp=(tx-th)/2,其中tg,t分別為散熱器的供、回水溫度,C;t為室內(nèi)溫度,℃,B,,R分別為散熱器組裝片數(shù)修式中為相對(duì)熱量比;Q為由系統(tǒng)供給熱用戶i正系數(shù)散執(zhí)器連接形式修正系數(shù)散熱器安裝形式的維持室溫所需要的熱量kW·h;Q為由熱量結(jié)修中國(guó)煤化工數(shù)(包括落地窗簾等用算表計(jì)量的外網(wǎng)供給建筑物的熱量,kW·h。CNMHG根據(jù)熱量結(jié)算表的計(jì)量結(jié)果,將結(jié)算熱量分配☆方修睦,男,1954年2月生,大學(xué),教授到熱用戶的方法有多種。最早應(yīng)用的散熱器分配150090哈爾濱市南崗區(qū)海河路202號(hào)2644信箱(0)13845113053表法起源于歐洲,是利用散熱器的散熱量與散熱器E-mail:fxm490@163.com收稿日期:2013-11-05的平均溫度和室溫的關(guān)系(見式(2)來分配熱量結(jié)修回日期:2013-12-26暖通空調(diào)HV&AC2014年第4卷第4期哈爾濱工業(yè)大學(xué)戶自行增加的部分);下標(biāo)j為房間散熱器的序號(hào)。使用條件(組裝片數(shù)、連接形式、安裝形式、使用條散熱器分配表法由于設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉而在件)分別對(duì)每組散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量進(jìn)行修正。我歐洲得到廣泛應(yīng)用。本文在分析歐洲采用的散熱國(guó)供暖系統(tǒng)的特點(diǎn)及熱用戶的使用習(xí)慣導(dǎo)致了我器熱分配表的工作原理的基礎(chǔ)上,根據(jù)我國(guó)建筑供國(guó)的供暖系統(tǒng)很難滿足散熱器熱分配表所要求的暖系統(tǒng)的特點(diǎn),探討基于散熱器進(jìn)行熱量分配的新安裝使用條件。如果將熱分配表由單組散熱器作方法,與關(guān)心熱計(jì)量的同行討論為計(jì)量單元改為以戶作為計(jì)量單元,則可以減少熱散熱器熱分配表的工作原理計(jì)量?jī)x表的安裝維護(hù)數(shù)量,簡(jiǎn)化安裝使用條件散熱器熱分配表分為蒸發(fā)式熱分配表和電子2戶式散熱器熱分配法的熱量計(jì)算模型式熱分配表。蒸發(fā)式熱分配表是利用所測(cè)液體的由多組散熱器組成的單戶水平單管系統(tǒng)中,設(shè)蒸發(fā)特性曲線和散熱器的散熱率曲線相似的特點(diǎn),環(huán)路的總散熱面積為Fn,總散熱量為Q。假設(shè)水通過測(cè)量蒸發(fā)液體的蒸發(fā)量來分配熱量的。電子溫沿散熱器逐漸降低,前一組散熱器的岀水溫度等式熱分配表是根據(jù)散熱器熱媒平均溫度與室溫之于下一組散熱器的進(jìn)水溫度。在連續(xù)供暖情況下差來分配熱量的。根據(jù)溫度傳感器的數(shù)量,電子式可以認(rèn)為散熱器處于一種穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)。不考熱分配表又分為單傳感器、雙傳感器和三傳感器3慮散熱器的各項(xiàng)修正系數(shù),則有種。目前應(yīng)用的散熱器熱分配表是利用實(shí)驗(yàn)室中dQ=Gc dt(5)得到的散熱器在額定條件下的散熱量與任一條件下的散熱量的關(guān)系進(jìn)行熱量計(jì)算的。當(dāng)散熱器熱式(5),(6)中G為流經(jīng)散熱器的水流量,kg/h;c分配表實(shí)際的安裝使用條件與實(shí)驗(yàn)室條件一致時(shí),為水的比熱容,J/(kg·K);t為散熱器微元面處的散熱器的散熱量可以用式(3)計(jì)算。式(3)表明,散平均溫度,C;a^,b為當(dāng)量散熱器的特性參數(shù)。熱器熱分配表實(shí)際上是過余溫度及時(shí)間的積分器聯(lián)立式(5)與式(6)得Gcdt=a(t-t)+ d(7)tp-tn)"'dx對(duì)式(⑦)兩邊積分,得到散熱器內(nèi)熱媒沿散熱式中Q為第j組散熱器的標(biāo)準(zhǔn)散熱量(德國(guó)規(guī)面積的變化規(guī)律為定其為水溫90℃/70℃、室溫20℃時(shí)散熱器的散熱量),kW·h;Δth為標(biāo)準(zhǔn)條件下散熱器的平均溫(tEIn(8)度與室內(nèi)溫度之差,C;B=1+b;x為時(shí)間式(⑧)揭示了水溫沿散熱面積連續(xù)變化的規(guī)律,由式(1)及式(3)可以得到表明可以將每戶水平單管系統(tǒng)散熱器的溫度變化看Qu(), (p-t),"dr作一條平滑的曲線(如圖1所示),將多組散熱器簡(jiǎn)Q(4)化成理想的單組散熱器(當(dāng)量散熱器)進(jìn)行分析∑Q(△)(=t)dr散熱器熱分配表是以每組散熱器為計(jì)算單元進(jìn)行熱量分配的,建筑物內(nèi)散熱器熱分配表的安裝使用數(shù)量較大。由式(4)可知,采用散熱器熱分配表進(jìn)行熱量分配時(shí),在同一棟建筑物內(nèi),所有散熱器的型號(hào)及安裝使用條件均應(yīng)相同。對(duì)于將散熱設(shè)備作為公共設(shè)備,熱用戶入住后不再更改的建筑物,以及各用戶使用條件一致,用戶能聽從勸阻,放YH中國(guó)煤化工溫降曲CNMHG為棄使用暖氣罩和落地窗簾等影響熱量分配物件的(9)建筑物,可以按照式(4)進(jìn)行熱量分配。如果無法則微元面積df之前的散熱量為做到同一棟建筑物內(nèi)所有散熱器的型號(hào)及安裝使Q= Gc(t,-t(10)用條件均相同,則應(yīng)根據(jù)每組散熱器的型號(hào)、安裝由式(9),(10)及式(6)可以得到2014(4)方修睦,等:戶式散熱器熱分配法的計(jì)量原理及應(yīng)用分析dQ=a'(tg-th)+(At-Q)++df(11)式中△t為相對(duì)溫差,為供回水溫度及室溫的函數(shù),C;Q為相對(duì)熱量,為微元面之前的熱量與總供熱量之比。教些器組序號(hào)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)理論分析數(shù)據(jù)對(duì)式(11)兩邊積分,整理后得到3實(shí)測(cè)與理論熱水溫度變化曲線Q=6(=4)Fn(12)論分析的當(dāng)量散熱器的水溫吻合很好,測(cè)試數(shù)據(jù)與式(12)即為將每戶水平單管系統(tǒng)的多組散熱理論分析數(shù)據(jù)相等。從第2組散熱器開始,隨著散器簡(jiǎn)化成當(dāng)量散熱器時(shí)的散熱量計(jì)算公式這里將熱器面積的增加,理論分析的數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的誤以戶為單位進(jìn)行供暖熱量計(jì)量的方法稱為戶式散差增大,第4組散熱器的誤差達(dá)到最大(為374%),熱器熱分配法。隨后逐漸減小,第6組散熱器的誤差為3.26%。聯(lián)立式(5)和式(6),并對(duì)等式兩側(cè)積分可以得3.2當(dāng)量散熱器的特性參數(shù)到圖4為在流量固定的情況下,根據(jù)不同時(shí)段b(每個(gè)時(shí)段供回水溫度不同,溫差不同)的測(cè)試結(jié)果(13)繪制的曲線。圖4表明,由6組散熱器組成的當(dāng)量式(13)表明,對(duì)于一個(gè)確定的系統(tǒng)來說,不同工況下散熱器的熱特性系數(shù)可以有不同的組合,且其組合的結(jié)果在流量不變的情況下為一常數(shù)3戶式散熱器熱分配法的試驗(yàn)驗(yàn)證0..000構(gòu)建如圖2所示的由6組散熱器組成的單戶水平式系統(tǒng),已知單組散熱器面積為1.7204m2,總散熱面積F為10.3224m2。系統(tǒng)中設(shè)置超聲波熱量表(2級(jí)表)一塊,每組散熱器的出口處設(shè)置時(shí)段序號(hào)熱量表A3.B25A418B23溫度傳感器;在大廳的1.8m高度處設(shè)置12個(gè)溫A44.5B=2A=40.8B=1.237圖4水平單管系統(tǒng)當(dāng)量散熱器的散熱量度傳感器。數(shù)據(jù)采樣周期為10min。測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)送到計(jì)算機(jī)處進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)散熱器的特性參數(shù)盡管有不同的組合,但每一個(gè)組合得到的熱量均與熱量表測(cè)出的熱量吻合得很好(見圖5)。當(dāng)量散熱器在溫差不同的情況下,根據(jù)pL址每一時(shí)段的特征參數(shù)計(jì)算的結(jié)果與熱量表測(cè)量結(jié)果的最大誤差為5.63%。這表明實(shí)際的供熱系統(tǒng)可在運(yùn)行中選取穩(wěn)定的工況進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí),獲接數(shù)據(jù)采集系線得實(shí)際的散熱器特性參數(shù)。流量傳感器2積分儀3供水溫度傳感器4同水溫度傳感器5散熱器6俱水管7H水管8數(shù)據(jù)通訊線9數(shù)了溫度傳感器圖2水平單管試驗(yàn)系統(tǒng)3.1當(dāng)量散熱器的水溫試驗(yàn)求得當(dāng)量散熱器的a′=3.453,b=0.259。每組散熱器的測(cè)試水溫及根據(jù)式(8)計(jì)算中國(guó)煤化工的水溫變化情況見圖3,兩者誤差見表CNMHG表1散熱器出水溫度測(cè)試誤差49c—685c75℃:6℃一整體回自散熱器組序號(hào)圖5用回歸方程得出的散熱器的散熱量出水溫度誤差743.573.23.3當(dāng)量散熱器計(jì)量的熱量圖3及表1表明,在系統(tǒng)的前端,實(shí)測(cè)水溫與理考慮到在整個(gè)供暖季中,供熱系統(tǒng)需要根據(jù)室暖通空調(diào)HV&AC2014年第4卷第4期哈爾濱工業(yè)大學(xué)外溫度的變化調(diào)整熱網(wǎng)的供回水溫度。為了檢驗(yàn)為4個(gè)時(shí)段。試驗(yàn)中保持系統(tǒng)流量不變,每個(gè)時(shí)段在不同溫差下當(dāng)量熱量法的合理性,將熱量試驗(yàn)分采用不同的供回水溫差,試驗(yàn)結(jié)果見表2表2熱量表計(jì)量值與當(dāng)量散熱器計(jì)量值試驗(yàn)階髟熱量分配比Q1/kJQ2/kJ(Q1-Q2)/kJ誤差/%誤差3667634.30.2832ⅢⅣ77508147239655.120.05910.06032.04652970.05118178450.61140.60540.98l31127435086239588注:1)Q為熱量表計(jì)量的熱量;Q2為按照式(12)計(jì)算的當(dāng)量散熱器的熱量2)熱量分配比為每段熱量與總熱量之比;a1為熱量表的熱量分配比;2為按照式(12)計(jì)算的當(dāng)量散熱器的熱量分配比表2表明F+th1)4個(gè)階段熱量表計(jì)量結(jié)果與按照式(12)計(jì)tn)△z算的當(dāng)量散熱器的熱量值之間的誤差為-3.02%2—Bm一2)各個(gè)不同時(shí)段,熱量表計(jì)量結(jié)果和當(dāng)量散aFm(4+在熱器法計(jì)量的熱量值的誤差不同,較大的誤差出現(xiàn)B13234在試驗(yàn)時(shí)間比較短的第Ⅱ時(shí)段和第Ⅲ時(shí)段;最大誤(15)差為-5.63%,出現(xiàn)在第Ⅲ時(shí)段。試驗(yàn)表明,如果利用式(14)計(jì)算當(dāng)量散熱器的散熱量時(shí),需求試驗(yàn)時(shí)間進(jìn)一步加長(zhǎng),該誤差會(huì)進(jìn)一步減小出當(dāng)量散熱器的特性參數(shù),測(cè)量熱用戶的供回水溫3)每個(gè)時(shí)段的熱量分配比不同,最小誤差為度及室溫,入戶調(diào)查用戶實(shí)際使用的散熱器的型號(hào)0.98%,最大誤差為-2.53%。及安裝使用條件。為解決型號(hào)不同的散熱器的面4戶式散熱器熱分配法的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證積計(jì)算問題,以M132型散熱器為基準(zhǔn),將其他類為驗(yàn)證戶式散熱器熱分配法的正確性,在位于型的散熱器面積進(jìn)行折算哈爾濱市一棟一梯三戶的6層居民樓進(jìn)行了試驗(yàn)。4.2方法2:戶式散熱器熱分配法試驗(yàn)選取建筑物的一個(gè)用熱單元,共計(jì)18戶。供在我國(guó),同一棟建筑物內(nèi)往往有多種型號(hào)的散曖系統(tǒng)為單戶水平單管系統(tǒng),散熱器主要為M32熱器,各戶的散熱器的安裝使用條件存在差異,利型散熱器,但有私改和增加散熱器的情況,衛(wèi)生間用式(14)計(jì)算當(dāng)量散熱器的散熱量需要的調(diào)查工幾乎都采用扁背簍型衛(wèi)浴散熱器;個(gè)別用戶臥室增作量大且復(fù)雜,因此需要將當(dāng)量散熱器的計(jì)算模型加了鋼制散熱器,客廳增加了鋼制云梯式散熱器;簡(jiǎn)化(見式(16)才便于實(shí)施各戶散熱器的安裝使用條件不同Ab(t-t)△r在試驗(yàn)建筑熱用戶的供暖系統(tǒng)上設(shè)置超聲波(△t-1)2(△t1)熱量表(2級(jí)表),同時(shí)設(shè)置單戶散熱器熱分配系A(chǔ)b1(t2-t1)4x(16)統(tǒng),每10min采集一次數(shù)據(jù),測(cè)量的室內(nèi)溫度和供(△t1-1)4-(△t1)回水溫度傳給單戶散熱器熱分配系統(tǒng)的采集器,采式中A=aFn/(122B集器將測(cè)量數(shù)據(jù)直接上傳至計(jì)算機(jī)。散熱器的散式(16)中A,B是系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況下的綜合熱量采用下述2種方法進(jìn)行計(jì)算熱特性參數(shù),實(shí)際使用的散熱器的型號(hào)差別、安裝4.1方法1:當(dāng)量散熱器法使用差別已綜合考慮到A,B中;A,B利用實(shí)測(cè)數(shù)將用戶內(nèi)水平單管系統(tǒng)的多組散熱器用一組據(jù)采用辨識(shí)的方法確定。從計(jì)量原理的角度,可以當(dāng)量散熱器來代替時(shí),當(dāng)量散熱器的散熱量由式將14)計(jì)算,每戶散熱器的散熱量占整棟建筑總供熱器I中國(guó)煤化工的方法稱為戶式散熱CNMHG參數(shù)的角度,也可以稱量的比例ψa由式(15)計(jì)算為三溫度法。a F+th以熱量表計(jì)量的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn),采用當(dāng)量散熱△zxQ.=2)-器的計(jì)算模型(見式(14),(15))和戶式散熱器的計(jì)(14)算模型(見式(16)),分別計(jì)算散熱器的散熱量及每2014(4)方修睦,等:戶式散熱器熱分配法的計(jì)量原理及應(yīng)用分析戶熱量占總熱量的比例,計(jì)量結(jié)果見圖6~8。由及安裝使用條件要求高圖6~8可以看出:5.2將每戶水平單管系統(tǒng)的多組散熱器折算為一組當(dāng)量散熱器進(jìn)行熱量分?jǐn)?實(shí)測(cè)水溫與理論分析3.0水溫吻合很好,最大誤差為3.74%;在試驗(yàn)周期內(nèi)存在不同供回水溫差時(shí),熱量表計(jì)量的結(jié)果與采用當(dāng)量散熱器計(jì)量的結(jié)果的誤差為3.02%。這表明散熱層熱量表計(jì)量熱量去計(jì)算熱量戶式散熱器熱分配法將水平單管系統(tǒng)的散熱器折圖6當(dāng)量散熱器散熱量與熱量表計(jì)量結(jié)果算為一組當(dāng)量散熱器是可行的。5.3不同時(shí)段內(nèi)熱量表計(jì)量的熱量與采用當(dāng)量散熱器計(jì)量的熱量的一致性及熱量分配比例的一致性均較好,這表明戶式散熱器熱分配法在不同溫差下分配的熱量是可信的哀冒萵窩罩§§5.4戶式散熱器熱分配法將單戶水平單管系統(tǒng)作熱用戶戶式散熱器熱分配法當(dāng)量散熱器法為整體,通過測(cè)量每戶的室溫及熱用戶的供水溫度圖7熱計(jì)量方法誤差和回水溫度來計(jì)量每戶的供熱量,解決了熱量總表所轄范圍內(nèi)熱用戶散熱器型號(hào)不同、安裝使用條件不同、實(shí)際散熱器面積與設(shè)計(jì)不同時(shí)的計(jì)量問題。5.5戶式散熱器熱分配法分?jǐn)偰Ｐ秃侠?測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單,易提高計(jì)量系統(tǒng)的可靠性,安裝登登系系方便,擾民少,易于實(shí)施,適用于分戶控制的單戶水典用戶平單管系統(tǒng)。當(dāng)量教熱器戶式教熱器圖8分配比例誤差5.6戶式散熱器熱分配法計(jì)量的是供給熱用戶的熱量,進(jìn)行用戶熱費(fèi)計(jì)算時(shí)需對(duì)計(jì)量的熱量進(jìn)行位1)熱量表計(jì)量的熱量與計(jì)算出的熱量吻合較置修正;該方法沒有解決戶間傳熱的計(jì)量問題好。直接采用當(dāng)量散熱器法(見式(14)計(jì)算得到參考文獻(xiàn)的散熱器散熱量的相對(duì)誤差最大值為4.68%;采用1] Joachim Wien.德國(guó)供熱計(jì)量手冊(cè)[M.德國(guó)技術(shù)合戶式散熱器熱分配法(見式(16))計(jì)算得到的散熱作公司,德國(guó)米諾測(cè)量?jī)x表有限公司,譯.北京:中國(guó)器散熱量的相對(duì)誤差最大值為3.33%。建筑工業(yè)出版社,20092)熱用戶的熱量占總供熱量的分配比例一致[2]孫延勛.水平串聯(lián)熱水采暖系統(tǒng)散熱器的熱量比計(jì)算法[.暖通空調(diào),1977,7(1):1性較好。直接采用當(dāng)量散熱器法計(jì)算得到的熱量分[31石兆玉,楊同球,王峰安試論平均溫度熱量分配法配比例最大誤差為4.07%;采用戶式散熱器熱分配的可行性[.區(qū)域供熱,2012(4):1-6法計(jì)算得到的熱量分配比例最大誤差為-3.98%[4]李輝.建筑冷、熱計(jì)量方法的試驗(yàn)研究[D.哈爾濱3)試驗(yàn)結(jié)果表明,盡管實(shí)際的供暖系統(tǒng)中熱哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011:54-55用戶的散熱器的型號(hào)有差異,安裝使用條件不同[5]方修睦,孫杰.基于熱量結(jié)算表的熱量分配方法的分配原理剖析[冂.暖通空調(diào),2013,43(11):42-45但是將單戶水平單管系統(tǒng)的多組散熱器折算為[6]張全悅郝培,楊向文,等.推行供熱計(jì)量收費(fèi)制度急組當(dāng)量散熱器來計(jì)算散熱量仍是可行的。戶式散卻的若干問題[C]∥第7屆國(guó)際熱器熱分配法,無論是計(jì)算分配的熱量還是計(jì)算熱中國(guó)煤化工侖文集,2011475-480量分配比例均優(yōu)于直接采用當(dāng)量散熱器法計(jì)算的[7CNMHG阻礙我國(guó)推行供熱計(jì)量結(jié)果,且實(shí)施簡(jiǎn)單。收費(fèi)制度的若干問題分析和解決方案[C]∥第3屆國(guó)際智能、綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)智能與綠色建筑5結(jié)論文集,2007:884-8905.1單組散熱器的熱計(jì)量方法用于建筑物的熱量[8]李慶宇.基于散熱器散熱量的熱計(jì)量方法研究[D]計(jì)量時(shí),所需要的分配表數(shù)量大,對(duì)散熱器的型式哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012:8-3