閆小林，韓希強

(河北聯(lián)合大學冶金與能源學院，河北唐山063009)

0 引言

分戶供熱是我國供熱體制改革的重要組成部分。它的主要目的在于節(jié)能，對于用戶來說則是節(jié)省熱費。實行分戶供暖能使用戶消耗的供熱量與所交的熱費之間的關系更加科學合理，能有效的消除原有供熱形式“大鍋飯”、高耗能、用戶拒繳熱費等弊端，使用戶能積極自覺的響應國家供熱體制改革。

近些年來，隨著建筑環(huán)境設備技術的不斷更新，為使其供熱更為舒適和便捷，更加適應建筑節(jié)能要求，集中供暖技術正廣泛的被研究和加以改進應用［1］。但由于集中供暖只是按供暖面積計量收費，而用戶實際消耗的供暖量不但與供暖面積有關還與室內(nèi)溫度有關，因此這種供暖收費制度便存在不合理性。目前國家積極推行的分戶計量收費方式，把每戶用熱量單獨計量并按實際耗熱量計費，使上述問題得到了有效的解決。但有些地區(qū)分戶計量方式仍存在計量不準確、收費不合理等現(xiàn)象，且改造費用特別是各種量熱儀表費用大多由用戶自己承擔，加大了用戶的改造成本，致使用戶參與分戶計量改造的積極性不高，使大面積推行分戶計量遇到阻力，因此如何使分戶計量更準確、更合理、改造成本更低便成了一個十分迫切的問題。

1 供熱分戶計量簡介

1.1 傳統(tǒng)供暖收費模式存在的不足

我國現(xiàn)行的按建筑面積計算熱費的供熱收費體制，實質(zhì)上并不適應市場經(jīng)濟的客觀規(guī)律，導致用戶用熱量和用戶付費值之間的關系不合理，用戶并不關心供熱能耗問題，抑制了用戶節(jié)能的積極性。一方面上游有些用戶感覺室溫高時會采取開門向外散熱的方式降溫，白白浪費大量熱能。有些甚至采用關小供熱主管道閥門減小主管流量的方式降溫，這就造成其他用戶供熱不足;另一方面下游或末端有些用戶因供熱不足時造成室溫過低而拒繳熱費。使供暖公司很難采取有效措施，難以正常運行［2］。為了解決上述問題，供暖分戶熱計量的實施便迫在眉睫了。

1.2 目前供暖分戶計量的主要形式

目前供暖分戶計量的主要方式有兩種:熱量表計費方式和熱量分配計方式。

(1)熱量表計費方式

把熱量表安裝于供暖用戶入口，用于計量用戶的熱量消耗，以便按實際用量收費。熱水系統(tǒng)用熱表通常由流量計、溫度傳感器和數(shù)據(jù)處理與顯示機構組成。當流量、溫度(或溫差)測定后，便可求出瞬時熱功率，連續(xù)監(jiān)測并累加計算可得某一時段總用熱量［3］。

(2)熱量分配計方式

熱量分配計即是散熱量測定儀，其中裝有與散熱量成比例揮發(fā)的特種液體，根據(jù)計量期內(nèi)液體的蒸發(fā)量，與散熱器表面溫度之間的關系來確定散熱器熱耗的稱為蒸發(fā)式熱量分配計，另一種是在蒸發(fā)式基礎上發(fā)展起來的新型測量手段，利用電子元件可同時測量室溫和散熱器表面溫度并設有存儲功能，方便觀察，這種稱為電子式熱量分配計［4］。

1.3 目前供暖分戶計量模式存在的不足

目前實行的供暖分戶計量模式使得計量更準確、收費更合理，但也存在一些不足之處，主要有以下幾點:

首先是戶間傳熱問題。由于對室溫的要求不同，有些用戶可能把暖氣調(diào)控閥開的很小或者干脆關閉，使室溫可能要低一些，而與之相鄰的住戶如果室溫較高，熱量就會從高溫房間傳向低溫房間。當實行分戶供暖時，室溫較高的住戶就會被相鄰室溫較低的住戶“吸熱”(俗稱“蹭熱”)，那么室溫較高的住戶就要多交熱費。據(jù)有關資料統(tǒng)計顯示，一個不采暖的中間層南向房間(相鄰房間均采暖)，采暖期其室溫可維持在12℃左右(地區(qū)不同，溫度有所差異)，這說明周圍房間用戶無形中多消耗了熱量，在分戶熱計量中這部分熱量是要向采暖用戶收費的［5］。這顯然是不合理的。

其次是頂層和最邊層住戶的散熱問題。對于頂層和最外層的住戶，他們由暖氣得到的熱量還會有相當一部分通過側墻和樓頂散失到外界，如果把大樓看成一個整體，上述散熱的熱費應由所有住戶均攤，而現(xiàn)在卻是由頂層和最邊層住戶負擔，他們比起內(nèi)部住戶就要多交熱費。這顯然也是不合理的。

再次是改造成本問題。新建大樓如果配套分戶計量供暖的相關設施，這就會提高樓房售價。對于舊式樓房，實行分戶計量也會有改造管道、加裝儀表等成本，如果考慮儀表的精密性、使用壽命等因素而采用進口儀表，改造成本將會進一步增加。

2 供熱分戶計量新方法

2.1 新方法簡介與優(yōu)點

供熱分戶計量新方法就是把直接測量熱量改為測量室溫，以室溫為依據(jù)，在能量守恒的基礎上采用合理的數(shù)學模型，直接計算得出用戶實際耗熱量。新方法比起直接測量熱量的方法更簡單快捷。它可以較好的解決住戶間的“蹭熱”問題和樓體散熱均攤的問題;從測量精度方面看，直接測量室溫比直接測量熱流量更精準，因為暖氣管道內(nèi)的水往往要加一些化學藥劑，而且管道內(nèi)的雜質(zhì)也會融入到水中，這就對熱量計的測量精度造成影響;從改造成本方面看，新方法只需在室內(nèi)安裝溫度表，戶用熱量表每只價格一般為500～1000元，電子式室溫計每只價格也就幾十元(測量精度可達±0.2℃)，這比安裝精密的熱量計要節(jié)約很大一部分成本。

2.2 新方法的具體思路

在大樓主供暖管道上加裝流量計和溫度表，根據(jù)流量計和溫度表得到的數(shù)據(jù)就可以計算出整個大樓的瞬時供暖量，把瞬時供暖量累加就可以得到月供暖量，相應的就可以計算出整個大樓的月供暖費。用戶室內(nèi)安裝溫度表用以采集室溫數(shù)據(jù)，利用采集的室溫數(shù)據(jù)計算出用戶的瞬時供熱量，利用累加的方法也就得出了用戶月供暖量。整個大樓的月供熱量和月熱費前面已經(jīng)得出，相應的單個用戶均攤的月熱費便可以計算得出。

這種以室溫為依據(jù)的收費方式的關鍵是建立合理的數(shù)學模型，數(shù)學模型的好壞直接關系到計算結果的準確性，最終影響到用戶所交熱費的公平合理性，所以選擇合理的數(shù)學模型才是關鍵所在。

3 物理數(shù)學模型

3.1 物理模型

圖1是一棟高為5層、每層有6個房間的樓房的簡化二維截面圖。實線方框為一個房間，虛線為網(wǎng)格，虛線的交點為網(wǎng)格節(jié)點。把每一個房間看做是一個元體，假設元體溫度均勻(房間溫度均勻)，則每個節(jié)點溫度代表每個元體溫度(房間溫度)。

圖1 大樓二維截面圖

3.2 基本假設與已知條件

由于實際大樓傳熱較為復雜，需要對實際情況進行簡化，基本假設和已知條件如下:

(1)室溫均勻，溫度表測得的溫度代表整個室溫，設為ti/℃;

(2)冬季室外溫度取平均溫度，設為tf/℃;

(3)大樓與地表之間無傳熱，兩者相交面視為絕熱面;(4)忽略室內(nèi)其他熱源的散熱，只有暖氣散熱;

(5)每個房間假設為正方體，長、寬、高都設為b/m;

(6)相鄰房間之間通過墻壁的綜合傳熱系數(shù)為k1/W·(m2·K)－1，上下樓之間通過樓板的綜合傳熱系數(shù)為k2/W·(m2·K)－1;

(7)房間通過墻壁與外部環(huán)境的綜合換熱系數(shù)為k3/W·(m2·K)－1，頂層房間通過樓板與外部環(huán)境的綜合換熱系數(shù)為k4/W·(m2·K)－1。

3.3 房間(元體)熱平衡分析

根據(jù)能量守恒定律，單個房間的熱量平衡關系為:房間空氣內(nèi)能的變化量=房間熱收入量－房間熱支出量。根據(jù)以上關系，采用數(shù)學模型可得到暖氣的散熱功率，表達式如(1)式所示。

式中，q內(nèi)為暖氣散熱功率，kW;ρ空為空氣密度，kg·m－3;c空為空氣比熱容，kJ·(kg·K)－1;b 為房間的邊長為室溫變化率，可近似用代替，K·s－1;ki為各個面的表面換熱系數(shù)，W·(m2·K)－1;Δti為房間與周圍其他房間的溫差，K。

3.4 大樓各個房間熱平衡分析

根據(jù)式(1)，可以計算得出大樓每個房間暖氣散熱功率。qi為某個房間暖氣散熱功率，計算式如(2)式至(10)式所示。

(1)對于2、3、4、5 號房間，qi計算如(2)式所示。

(2)對于 26、27、28、29 號房間，qi計算如(3)式所示。

(3)對于 8、9、10、11、14、15、16、17、20、21、22、23 號房間，qi計 算如(4)式所示。

(4)對于7、13、19 號房間，qi計算如(5)式所示。

(5)對于12、18、24 號房間，qi計算如(6)式所示。

(6)對于1號房間，qi計算如(7)式所示。

(7)對于6號房間，qi計算如(8)式所示。 dt

(8)對于25號房間，qi計算如(9)式所示。

(9)對于30號房間，qi計算如(10)式所示。

(2)至(10)式聯(lián)立，可形成一個以30個房間暖氣散熱功率q內(nèi)為未知量的線性代數(shù)方程組，求解該方程組即可得到各房間用戶從暖氣得到的熱量qi。通過聯(lián)立方程組不難看出，從數(shù)學表達式中各房間溫度的線性關聯(lián)上已經(jīng)解決了由頂層和最邊層住戶負擔全樓向外散熱損失的不合理問題。

3.5 大樓每個房間的熱費計算

某一時刻，測得整個大樓進出口流速和水溫，得到供給大樓的熱量由(11)式計算。

式中，q為供給整個大樓的單位時間供暖量，kW;c1、c2分別為進水和回水的比熱，kJ·(kg·K)－1;d1、d2分別為進水和回水管道的直徑，m;ρ1、ρ2分別為進水和回水的密度，kg·m－3;v1、v2分別為進水和回水的流速，m/s;t1、t2分別為進水和回水的水溫，K。

q為整個大樓的單位時間總供暖量，假設對應的總熱費為Y元，則每個房間的瞬時熱費yi用下式表示:

yi為每個房間的瞬時熱費，把瞬時熱費按月累加，即可得出每個房間的月供暖費。從上述熱量計算過程可以看出，收費是按照用戶實際耗熱量收取，即使對不開暖氣的用戶，只要其室溫達到一定值，也要收取其從周邊用戶“蹭熱”消耗的熱費，從而使收費公平合理。

4 結語

針對我國城鎮(zhèn)供熱的變遷，探討了從傳統(tǒng)的集中供暖收費發(fā)展到現(xiàn)階段的分戶計量供暖收費的形式和特點，針對現(xiàn)階段分戶計量收費存在的問題和不足，提出了一種新的分戶計量方法，即以室溫為依據(jù)進行分戶計量的收費模式，并建立了相應的物理和數(shù)學模型，對其進行求解和分析，可以計算得出每個房間的月供暖費。新模式不但能取消價格昂貴的量熱儀表，大幅度降低收費成本，還可以避免用戶從鄰居免費“蹭熱”等不公平弊端。文中對實際情況進行了相應的簡化，對于用戶可能在房間加裝電熱器等輔助采暖設備的情況未做考慮。另外，有些用戶可能故意開窗門向外過量散熱，用以達到降低室溫少繳熱費的目的，文中對此也未加考慮。因此，由于上述情況的存在，致使計算結果與實際情況可能存在一定誤差，所以在以后的研究中要加以考慮并做相應修正，使之更好的與實際情況相符。

［1］ 曹惠民.淺談小區(qū)供暖分戶熱計量的意義［J］.黑龍江科技信息，2004，(3):57-59

［2］ 鄭執(zhí)銳，周鵠，崔建東.供暖分戶計量的探討［J］.企業(yè)技術開發(fā)，2008，27(3):36-38

［3］ 鄭滬秋，韓炳坤，蔡穎.國外室內(nèi)供暖分戶計量技術［J］.安裝，1999(2):37-38.

［4］ 單連平，張新杰，李明瑛.淺談室內(nèi)供暖分戶計量技術［J］.山東建筑2000(3):44-45.

［5］ 岳少青，武文彩.淺析住宅集中供暖分戶熱計量及其不合理因素［J］.河北建筑工程學院學報，2002，20(2):19-20.