通斷時間面積法在供熱系統分戶計量技術中的應用

梁玉霞

（河北工程技術學院,河北 石家莊 050091）

2010年，為貫徹執行《節約能源法》和《民用建筑節能條例》，進一步深化城鎮供熱體制改革，推進供熱計量改革，促進建筑節能，住房和城鄉建設部、國家發展改革委、財政部、國家質檢總局聯合下發《關于進一步推進供熱計量改革工作的意見》。供熱計量改革的核心理念是“節能”，以用戶實現熱舒適度為基本原則，目的是增強用戶的建筑節能意識，保障供熱方和用熱方雙方利益最大化。目前，我國供熱計量方法有多種。其中，通斷時間面積法是國內供熱計量改造的主流方法，符合《中華人民共和國節約能源法》第三十八條要求：“對實行集中供熱的建筑分步驟實行供熱分戶計量、按照用熱量收費的制度。新建建筑或者對既有建筑進行節能改造，應當按照規定安裝用熱計量裝置、室內溫度調控裝置和供熱系統調控裝置。”

實行集中供熱的建筑按照用熱量分攤收費制度是我國居住建筑進行節能改造的關鍵，是提高居住能效和進行供熱改革的重要手段[1]。通斷時間面積法的理論基礎是對用戶按供熱需求收費，其實質是相同建筑面積、采暖舒適度相同的用戶熱量分攤相同。實踐證明，研究通斷時間面積法熱計量技術是大勢所趨[2]。

1 通斷時間面積法的熱計量分攤裝置與運行原理

通斷時間面積法是以每戶供熱系統通水時間為依據，實現總供熱量的分戶計量，其作為一種新的熱計量方法，可在用戶入戶支管上安裝電動通斷調節閥控制供熱系統循環水的流入量，最終實現用戶供暖溫度的調控。通斷時間面積法熱計量系統主要由樓棟結構、戶內結構、管理系統組成[3]。其中，樓棟結構主要包括樓棟數據采集計算器、樓棟總熱量表、流量平衡閥水力平衡設備等組件；戶內結構主要由室內溫度控制器、通斷調節閥、用戶熱分配表、供回水溫度數據采集器組成；管理系統主要分為管理中心和通訊系統兩部分。基于通斷時間面積法的熱計量分攤裝置如圖1所示。

由圖1可知，供熱系統分戶計量技術的實現路徑：供暖熱量通過總管道進入整棟建筑物內，樓棟總熱量表計量整棟建筑物的總耗熱量，流量平衡調節閥調節樓棟用戶之間供熱的水力平衡。熱量進入戶內時，由室內溫度控制器分別測量室內溫度和用戶設定的溫度，并將這兩個溫度值傳輸給用戶通斷調節閥，用戶通斷調節閥根據室內測量溫度和設定的溫度之差來控制閥門自身的開啟、關閉時間。即當室內溫度低于用戶設定的溫度值時，調節閥打開；當室內溫度高于用戶設定的溫度值時，戶調節閥關閉，按照通斷調節閥一定周期內的啟停比來實現用戶供暖房間的自動調節，同時室內溫度控制器將溫度信號轉換成電信號輸入用戶熱量分配表，戶熱分配表可記錄用戶分攤的供暖熱量，最終達到用戶供熱最舒適度，實現供熱系統分戶計量[4]。

2 通斷時間面積法熱量分攤修正算法分析

中華人民共和國建筑工業行業標準（JG/T 379-2012）《通斷時間面積法熱計量裝置技術條件》中規定“通斷時間面積法在操作實施前，應進行戶間的水力平衡調節，消除系統的垂直失調和水平失調；在實施過程中，用戶的散熱器不可自行改動更換。”此時用戶熱量分攤計算公式見式（1）。

式（1）中，Qi——第 i 個供暖用戶在分攤周期內或供暖總時間內分攤的熱量，單位：kW·h；

εi——第 i 個供暖用戶在分攤周期內或供暖總時間內閥門累計開啟時間（單位：h）與分攤周期或供暖總時間（單位：h）的比值；

Fi——第i個供暖用戶的建筑面積，單位：m2；

Q ——分攤周期或供暖總時間內樓棟入口處總熱量表的讀數，單位：kW·h；

n ——參與熱量分攤的供暖用戶數量，單位：戶。

由式（1）可知，供暖用戶在分攤周期內或供暖總時間內分攤的熱量與樓棟總熱量、用戶供熱期內閥門接通時間、用戶供熱的建筑面積有關。在以上各個參數中，樓棟總熱量由樓棟熱量表直接測量，用戶供熱建筑面積為定量，保持不變。那么，計算供暖用戶熱量分攤值的主要依據為用戶供熱期內閥門的接通時間，而用戶采暖期內閥門的開啟直接與循環水的流入即水力工況和室內溫度即采暖設備數量密切相關。因此，若想利用式（1）計算供暖用戶應分攤的熱量，需保證水力工況和室內溫度完全相同的技術條件下計算出的熱量分攤值才相對公平。

需要注意的是，供熱系統實際運行工況中不可避免地存在水力失調現象。那么，供熱系統中實際水力運行工況為在室外溫度一定，供熱溫度一定的情況下，不同位置的用戶保持相同室溫所需的熱量是不同的，導致用戶實際流量與需求流量不一致，最終使得供熱系統出現水力失調現象[5]。水力失調現象可使用戶室溫低的開啟時間長，從而循環水流入量多，造成用戶分攤的熱量多，即用戶分攤的費用多。同樣，若按熱量分攤計算公式（1）計算熱量分攤量會導致原本已增加采暖設備的用戶在入戶調節閥門開啟時間一樣，供水溫度一樣的情況下，與未增加采暖設備的用戶相比熱量計費并無增加，計算出的熱量分攤值也有失公平。基于以上現象，有必要在實際水力運行工況下對式（1）進行熱量分攤修正。

由以上分析可知，在樓棟結構中供熱系統無水力失調現象、終端用戶未增加散熱設備的情況下，式（1）通斷時間面積法能較公平地反映各終端熱用戶的實際耗熱分攤量。然而，在樓棟供熱系統不符合以上技術條件的情況下，需根據實際水力運行工況及設計溫度運用修正后的通斷時間面積法式（4）對終端用戶的熱分攤量進行修正。

3 通斷時間面積法熱量分攤修正的工程應用

2021—2022年度研究小組聯合供熱企業在石家莊市某小區實施了通斷時間面積法的熱分攤技術修正改造工程。該試驗小區總建筑面積約為5 739 m2，共3棟，每棟為2個單元，一梯兩戶，共5層的磚混結構住宅樓，該小區無外墻保溫，屬于非節能建筑。此次試驗以其中一棟樓（1號樓兩個單元總計20戶）為試驗對象，其中，樓棟總熱量為275654 kW·h，設計供水溫度55.2 ℃，設計回水溫度47.6 ℃，設計室內溫度為18 ℃，1戶型設計散熱面積為49.6 m2，2戶型設計散熱面積為43.2 m2。

研究小組通過實地調查、走訪入戶、數據計算等方法，對供熱系統的實際熱耗量進行了綜合分析，計算在實際供熱水系統運行工況及終端用戶不同散熱設備數量的情況下的熱量分攤值。詳見表1通斷時間面積法熱分攤量實際測定值，其中熱分攤量1為供熱系統不考慮水力失調且不受溫度和散熱面積影響的前提下應用通斷時間面積法式（1）測定的各供暖用戶的熱量分攤值。熱分攤量2為考慮實際水力運行工況情況下對溫度和面積進行綜合修正后應用修正后的通斷時間面積法式（2）計算的熱量分攤量。

由表1可知，首先，在未考慮實際水力運行工況的條件下建筑面積大的用戶按未修正的通斷時間面積法公式計算的熱量分攤量高，但造成了在通斷閥開啟時間一樣室溫不同的情況下用戶分攤的熱量相同的結果，這一結果顯然與通斷時間面積法“等熱量、等溫度”的目標相悖。而應用修正后的通斷時間面積法公式計算的熱量分攤量不僅體現出建筑面積大的用戶熱量分攤量高，也正好驗證了在通斷閥開啟時間一樣的前提下室溫高的用戶熱分攤量高的結論。

表1 通斷時間面積法熱分攤量實際測定值

其次，2單元501用戶和502用戶加裝散熱設備后導致散熱面積增大，但按熱分攤量1計取熱費跟未加裝散熱設備的用戶值是一樣的，這對后者來說計費有失公平。因此，須應用修正后的熱量分攤量計取熱費，從熱分攤量2可以看出，相同戶型的用戶散熱面積大的（如2-502用戶）在通斷閥開啟時間一樣、溫度一樣的前提下耗熱量要高于散熱面積小的用戶（如1-402），體現了通斷時間面積法修正的必要性。

最后，低層用戶和高層用戶（加裝散熱設備的用戶除外）應用修正后的通斷時間面積法計算的熱分攤量2要低于未修正前計算的熱分攤量1，這在一定程度上可節省能源消耗，進而減少用戶熱費開支。但從中層用戶熱分攤量來看，其修正后的熱分攤量要高于修正前的，主要原因是存在低層和高層用戶向中間層用戶傳熱的現象，這一現象直接導致在通斷閥開啟時間一樣的前提下，中間層用戶的平均室溫要高于低層和高層用戶的平均室溫，隨之能耗也會增加。因此，修正后的通斷時間面積法不僅考慮了通斷時間，還考慮了供回水溫度和室內溫度，使計算結果更趨于合理。

4 結語

供熱系統中，通斷時間面積法的適用條件在實際水力運行工況的影響下較難實現。因此，對通斷法的分攤公式進行修正是有必要的。試驗表明，經修正后的熱量分攤量不但可準確計量熱量消耗量，而且在一定程度上也實現了節能降耗和減排增效，達到了節能效益、環保效益和經濟效益“三效”統一的目的。