王彥秋 鄧琳

(華電青島熱力有限公司 山東青島 266034)

1 概述

《國家節(jié)約能源法》第三十八條規(guī)定：“新建建筑或者對既有建筑進行節(jié)能改造，應(yīng)當按照規(guī)定安裝用熱計量裝置、室內(nèi)溫度調(diào)控裝置和供熱系統(tǒng)調(diào)控裝置。”隨著國家和地方配套法律、法規(guī)和技術(shù)標準的逐步完善，各地集中供熱系統(tǒng)中分戶熱計量表安裝越來越普及。分戶熱計量表的主要用處是計量熱用戶的用熱量，以適應(yīng)按熱量收費政策，鼓勵用戶自主節(jié)能。

《供熱計量技術(shù)規(guī)程（JGJ 173-2009）》第2.0.6條中規(guī)定了以下幾種分戶熱量表的計量方式：以住宅的戶（套）為單位，以熱量直接計量或熱量分攤計量方式計量每戶的供熱量。熱量直接計量方式是采用戶用熱量表直接結(jié)算的方法，對各獨立核算用戶計量熱量。熱量分攤計量方式是在樓棟熱力入口處（或熱力站）安裝熱量表計量總熱量，再通過設(shè)置在住宅戶內(nèi)的測量記錄裝置，確定每個獨立核算用戶的用熱量占總熱量的比例，進而計算出用戶的分攤熱量，實現(xiàn)分戶熱計量。用戶熱分攤方法主要有散熱器熱分配法、流量溫度法、通斷時間面積法和戶用熱量表法。該文所討論的“戶用熱計量表”是指“以熱量直接計量”的使用超聲波流量計的熱量表，以下所稱“熱計量表”也是此意。

在大量安裝熱計量表的小區(qū)，熱計量表的數(shù)據(jù)也可以用于分析小區(qū)水力工況和熱力工況。因此，熱計量表遠傳系統(tǒng)配套廠家，在遠傳和監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅設(shè)置了熱計量表定點集抄、費用計算等功能，還提供了水力工況分析和熱力工況分析的功能。供熱公司往往無法自主修改這些功能，各個小區(qū)的實際情況千差萬別，供熱公司經(jīng)常僅能用來進行初步分析，系統(tǒng)對其更加詳細地分析往往無能為力，甚至在一些供熱公司中，這些帶有水力和熱力分析功能的分戶熱計量表遠傳和監(jiān)控系統(tǒng)僅僅用于記錄用戶的用熱數(shù)據(jù)，分戶熱計量表僅僅成為與用戶進行結(jié)算的工具。

實際上，分戶熱計量表一般均能記錄熱用戶的流量、溫度和熱量數(shù)據(jù)，一般來說，與分戶熱計量表配套的遠傳系統(tǒng)均能做到每天抄表1 次，有的甚至可以一天抄表幾次，也可以人工發(fā)起集抄，將數(shù)據(jù)送往遠傳系統(tǒng)服務(wù)器。也就是說，分戶熱計量表會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。比如：一個小區(qū)有1 000戶居民，安裝了1 000戶熱計量表，每天抄表1 次，每次每塊表均可上傳供水溫度、回水溫度、瞬時流量和瞬時熱量等4個數(shù)據(jù)，那么每天會產(chǎn)生4 000 條數(shù)據(jù)，假設(shè)一個采暖季有120 天，那么這個小區(qū)在一個采暖季內(nèi)，分戶熱計量表將會產(chǎn)生48萬個數(shù)據(jù)[1-2]。

這些數(shù)據(jù)代表了每家每戶的用熱實際情況，深入挖掘、分析這些數(shù)據(jù)，完全可以用來判斷小區(qū)的水力工況、熱力工況，從而幫助運行服務(wù)人員進行管網(wǎng)平衡調(diào)整，為更好地服務(wù)用戶、節(jié)能降耗提供工作依據(jù)。

因此，筆者試著將小區(qū)分戶熱計量表數(shù)據(jù)導入Excel 表格，對這些數(shù)據(jù)加以整理、加工，形成了可調(diào)整、可拓展的分析表格，以幫助運行調(diào)節(jié)人員更加清晰地了解小區(qū)水力和熱力工況，使用戶服務(wù)和節(jié)能降耗更加具有針對性，提高工作效率和工作質(zhì)量。

2 分戶熱計量表和遠傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分戶熱計量表往往與遠傳系統(tǒng)配套。分戶熱計量表用于記錄熱用戶的用熱參數(shù)，如供水溫度、回水溫度、瞬時流量、瞬時熱量、累積流量、累積熱量；集抄系統(tǒng)用于發(fā)起抄表動作，收集熱計量表的數(shù)據(jù)并上傳至遠傳系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器并發(fā)往遠傳系統(tǒng)的服務(wù)器，在上位監(jiān)控系統(tǒng)中展現(xiàn)出來。圖1給出了分戶熱計量表和遠傳系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。

圖1 分戶熱計量表和遠傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 用戶服務(wù)、管網(wǎng)平衡調(diào)整關(guān)心的指標

在用戶服務(wù)和管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)中，供熱公司最關(guān)心的是水力平衡和熱力平衡。

水力平衡一般關(guān)心單位面積循環(huán)流量，往往以萬平米循環(huán)流量的形式出現(xiàn)，其單位是t/（h/萬m2），當然也有的供熱公司習慣用每平方米循環(huán)流量，其單位是kg/（h/m2）。這兩個指標實際上是一個概念，只是單位不同而已。循環(huán)流量差別較大時，會導致熱用戶用熱不均衡，為了使單位面積循環(huán)流量較低的用戶達到滿意的室內(nèi)溫度，需要換熱站增加供出流量，使得單位面積循環(huán)流量較高的用戶接受熱量過多，令用戶開窗散熱，引起不必要的能量損耗。該文采用萬平米循環(huán)流量作為分析指標。計算公式為

式（1）中：g為萬平米循環(huán)流量，單位：t/（h/萬m2）；G為戶循環(huán)流量，單位：kg/h；A為用戶建筑面積，單位：m2。

熱力平衡調(diào)節(jié)一般關(guān)心回水溫度，單位是℃。一個小區(qū)的一個熱力系統(tǒng)中，從換熱站出口到熱用戶入口的供水溫度都是一樣的。一個小區(qū)內(nèi)的建筑外圍護基本相同、室內(nèi)采暖設(shè)施設(shè)置基本相似，在管網(wǎng)水力工況較為平衡時，各相似位置單元的回水溫度應(yīng)大體一致。但是由于管網(wǎng)流量不夠平衡等因素，各熱用戶回水溫度差別可能較大，也能夠反映出熱用戶的水力工況和熱力工況。一個熱用戶的回水溫度比平均回水溫度高，往往意味著該戶流量過大、室內(nèi)溫度較高、相應(yīng)的熱量損失較大；反之如果一個熱用戶的回水溫度比平均回水溫度低，往往意味著該戶流量過小、室內(nèi)溫度較低、室內(nèi)舒適程度較差[3-4]。

熱指標是供熱公司關(guān)心的參數(shù)。單位是W/m2。這個參數(shù)代表了熱用戶的用熱強度。供熱公司希望在室內(nèi)溫度達標的前提下，熱指標越小越好，代表用能越少。熱指標的計算公式為

式（2）中：q為熱指標，單位：W/m2；Q為瞬時熱量單位：kW；A為用戶建筑面積，單位：m2。

當然，供熱公司和用戶最終都關(guān)心室內(nèi)溫度。該文所討論的熱計量表是指包括超聲波流量計、供回水溫度傳感器和計算儀組成的分戶熱計量表，這種熱計量表不包含室內(nèi)溫度測點，上傳的數(shù)據(jù)里面也不包括室內(nèi)溫度，所以該文所討論的熱力分析系統(tǒng)也不包括室內(nèi)溫度分析。

4 基于戶用熱計量表和Excel表的小區(qū)供熱管網(wǎng)水力和熱力分析系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

為便于介紹和理解，筆者以某小區(qū)（命名為AA院）為例，介紹分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和計算方法。該小區(qū)包括兩條路，分別命名為XX路和YY路。該小區(qū)共有1 504 個住戶、1 504 塊熱量表，分高區(qū)和低區(qū)，總建筑面積14.7萬m2，正常用熱建筑面積13.24萬m2。XX路有樓座13個，YY路有樓座3個。

4.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是該文所探討的“基于分戶熱計量表和EXCEL 表的小區(qū)供熱管網(wǎng)水力和熱力分析系統(tǒng)”（以下簡稱“分析系統(tǒng)”）的第一步——獲取分戶計量表的原始數(shù)據(jù)。

一般來說，遠傳系統(tǒng)都具備將某一時刻點一個小區(qū)的數(shù)據(jù)全部導出的功能。導出的數(shù)據(jù)格式和結(jié)構(gòu)一般都包括地址（包括路號、樓號、單元號、戶號）、供暖狀態(tài)（開通、停熱等）、抄表時間、供水溫度、回水溫度、瞬時流量、瞬時熱量、累計流量、累計熱量、建筑面積等參數(shù)。

該分析系統(tǒng)需要的原始數(shù)據(jù)至少要有地址（包括路號、樓號、單元號、戶號）、供暖狀態(tài)（開通、停熱等）、抄表時間、供水溫度、回水溫度、瞬時流量、建筑面積、分區(qū)（如高層建筑一般分高區(qū)和低區(qū)，超高層建筑甚至分4個區(qū)）。

4.2 分戶熱計量表數(shù)據(jù)整理

第二步是整理原始數(shù)據(jù)，目的是篩選正常熱計量表，整理、計算每戶正常熱計量表用于顯示的平均循環(huán)量、回水溫度、熱指標。

數(shù)據(jù)整理不要在原始數(shù)據(jù)表格中進行，而應(yīng)該另建一個工作表，用Excel 表格提供的“=”函數(shù)將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移過來，再進行處理，以隔離原始數(shù)據(jù)，防止誤操作，并方便原始數(shù)據(jù)更改。

篩選出正常供熱用戶的正常熱計量表，并計算分戶萬平米循環(huán)量、熱指標。

分戶熱計量表數(shù)量多，管理維護往往不能及時到位；甚至有的熱計量表受到外部人為破壞，不可避免會有無效表存在。該分析系統(tǒng)將熱計量表的狀態(tài)分為5類，判別條件如下。

（1）停熱：遠傳系統(tǒng)里標注停熱狀態(tài)，且熱計量表顯示流量為零。（2）停熱有流量：遠傳系統(tǒng)里標注停熱狀態(tài)，且熱計量表顯示流量大于零。（3）溫差錯誤：遠傳系統(tǒng)里標注正常用熱狀態(tài)，但回水溫度高于供水溫度。（4）用熱無流量：遠傳系統(tǒng)里標注正常用熱狀態(tài)，但熱計量表顯示流量為零。（5）正常：除以上情況以外的其他正常運行的熱計量表。

以上分類是筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗分類的，實際應(yīng)用的時候，使用者可能會遇到其他情況，使用者應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整分類和判別方法。判別的函數(shù)，筆者是用嵌套的IF語句實現(xiàn)的。

根據(jù)以上條件，在數(shù)據(jù)整理表中設(shè)置“表狀態(tài)”列，判斷熱計量表的運行狀態(tài)。用式（1）計算萬平米循環(huán)量，回水溫度無需處理，用式（2）計算熱指標。

經(jīng)過整理后的表格，可命名為“數(shù)據(jù)整理表”。

4.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析的目的是利用分戶熱計量表的大量數(shù)據(jù)，按照分區(qū)、單元、樓棟歸集匯總各計量表數(shù)據(jù)，并由此推算出分區(qū)的單元、樓棟的循環(huán)流量、單位面積循環(huán)流量、回水溫度和熱指標，以方便下一步圖表化顯示。

有的小區(qū)樓層較高，供熱系統(tǒng)分為2 各甚至更多分區(qū)，這些分區(qū)實際上是各自獨立的供熱系統(tǒng)，應(yīng)分開統(tǒng)計計算。

萬平米循環(huán)流量計算方法為

式（3）中：g為萬平米循環(huán)流量，單位：t/h/萬m2；G為各戶循環(huán)流量，單位：kg/h；Ai為用戶建筑面積，單位：m2；n為計算范圍內(nèi)正常用熱、熱計量表正常的表數(shù)。

回水平均溫度是回水溫度用每戶循環(huán)流量加權(quán)求和，再用總循環(huán)流量平均后得到，計算方法：

式（4）中：th為加權(quán)平均回水溫度，單位：℃；Gi為各戶循環(huán)流量，單位：kg/h；thi為各戶回水溫度，單位：℃；Ai為用戶建筑面積，單位：m2；n為計算范圍內(nèi)正常用熱、熱計量表正常的表數(shù)。

熱指標計算方法：

式（5）中：q為熱指標，單位：W/m2；Qi為各戶瞬時熱量，單位：kW）；Ai為用戶建筑面積，單位：m2；n為計算范圍內(nèi)正常用熱、熱計量表正常的表數(shù)。

另建一個工作表，用式（3）、式（4）、式（5）計算出分區(qū)各單元、樓棟的萬平米循環(huán)量、回水溫度和熱指標。還可以用分戶熱計量表的數(shù)據(jù)匯總出其他數(shù)據(jù)。為方便下文敘述方便，此表命名為“分析表”。具體見圖2。

圖2 分析表示例圖

這個表格可以看到小區(qū)供熱用戶概況、熱計量表概況、萬平米循環(huán)流量、平均供水溫度、平均回水溫度、熱指標，根據(jù)萬平米平均循環(huán)流量和平均熱指標估算小區(qū)總流量和總熱負荷。

該研究的表格主要用到Excel提供的“COUNTIFS”“SUMIFS”“AVERAGEIFS”函數(shù)，分區(qū)匯總單元、樓棟、總區(qū)域的各項數(shù)據(jù)。

為了方便圖表顯示，再將上面的分析表整理一下，形成另一個工作表，此表命名為“分解分析表”，表格示例具體見圖3。

圖3 分解分析表示例圖

圖3 中萬平米循環(huán)量、平均供溫（指平均供水溫度）、平均回溫（指平均回水溫度）、熱指標均取自圖2示例中的數(shù)據(jù)，圖3 中的流量偏離度、回溫偏離、熱指標偏離均為計算所得。

（1）流量偏離度是指相應(yīng)區(qū)域偏離總區(qū)域平均萬平米流量的比例，公式如下。

式（6）中：dg為流量偏離度，單位：%；g為萬平米循環(huán)流量，單位：t/h/萬m2；gp為平均萬平米循環(huán)流量，單位：t/h/萬m2。

例如：1號樓1單元低區(qū)的流量偏離度為

（2）回溫偏離是指相應(yīng)區(qū)域總平均回水溫度與總回水溫度的差值，公式如下。

式（7）中：δth為回溫偏離，單位：℃；th為回水溫度，單位：℃；thp為總平均回水溫度，單位：℃。

例如，1號樓1單元低區(qū)回溫偏離為

（3）熱指標偏離是指相應(yīng)區(qū)域熱指標與總熱指標的差值，公式如下。

式（8）中：δq為熱指標偏離，單位：W/m2；q為熱指標，單位：W/m2；qp為總熱指標，單位：W/m2。

例如：1號樓1單元低區(qū)熱指標偏離為

4.4 數(shù)據(jù)圖形化

根據(jù)“分解分析表”，利用Excel 表格的柱狀圖功能，就可以做出直觀的、便于比較的各指標柱狀圖了。因為篇幅所限，僅將萬平米循環(huán)柱狀圖示例如圖4所示。

圖4 萬平米循環(huán)量柱狀圖

還可以生成“供水溫度柱狀圖”“回水溫度柱狀圖”“熱指標柱狀圖”“流量偏離柱狀圖”“回水溫度偏離柱狀圖”“熱指標偏離柱狀圖”等圖表。

根據(jù)“數(shù)據(jù)整理表”和“分析表”整理出分戶指標圖。另外，為了用圖表等比較直觀的方法顯示。筆者利用Excel表格中的VLOOLUP函數(shù)將整理后的分戶數(shù)據(jù)在圖5中顯示，以萬平米循環(huán)流量分戶顯示為例。

圖5模擬樓座、單元和用戶的分布設(shè)計，主要利用Excel表格中的VLOOLUP函數(shù)將“數(shù)據(jù)整理表”中經(jīng)過整理后的分戶數(shù)據(jù)顯示其中?？v向粉色格里面的數(shù)字代表樓層數(shù)，橫向“0x”代表戶號。例如：1 號樓1 單元301 戶的萬平米循環(huán)流量為32.7 t/h/萬m2。數(shù)據(jù)的提取是用“VLOOKUP”函數(shù)從“數(shù)據(jù)整理表”中實現(xiàn)的。

圖5 萬平米循環(huán)流量分戶顯示示例

圖5 模擬的時萬平米循環(huán)量，還可以類似模擬分戶回水溫度數(shù)據(jù)和熱指標數(shù)據(jù)。

使用者可以用顏色表示指標的大小。例如：可以用綠色表示在正常范圍內(nèi)，深藍色表示指標或參數(shù)偏高，淺藍色表示指標或參數(shù)偏低，灰色代表停熱戶，黃色表示溫差錯誤（熱計量表回水溫度大于供水溫度）或用熱無流量，橘黃色表示停熱有流量。數(shù)值正常或過大、過小，用圖中的“設(shè)定值”和“偏差”判斷。萬平米循環(huán)量的偏差用百分比表示。在“設(shè)定值”正負“偏差”范圍內(nèi)判斷為正常，大于設(shè)定值上偏差即判斷為偏大，小于設(shè)定值下偏差判斷為偏小?！霸O(shè)定值”和“偏差”均可以修改，表格內(nèi)的顏色根據(jù)“設(shè)定值”和“偏差”自動計算和顯示顏色。使用者可以根據(jù)實際需要，修改這兩個值，以幫助了解分戶用熱指標或參數(shù)的分布情況。圖中可見6 號樓1 單元除停熱戶外全部顯示“溫差錯誤”，這是由于計量表整單元上傳失敗導致。

4.5 圖表應(yīng)用

以上說明和示例中，圖4是柱狀圖，可以用來分析分區(qū)的單元和樓座的水力、熱力平衡工況，兩個不同時間點的柱狀圖，可以比較期間管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的效果，主要用于單元間或樓座間平衡調(diào)節(jié)。

圖5都是分戶數(shù)據(jù)圖，可以用來分析戶間平衡，兩個不同時間點的圖，可以分析期間戶間調(diào)節(jié)的效果，確定其后戶間調(diào)整策略。

張雯提出目前供熱行業(yè)普遍在熱源處基本實現(xiàn)了調(diào)控運行，但供熱管網(wǎng)的運行經(jīng)常處于失控狀態(tài)，造成熱源供給側(cè)與建筑內(nèi)使用側(cè)的不匹配，導致系統(tǒng)能耗偏高[5-6]。該分析系統(tǒng)就是為了解決由于管網(wǎng)水力和熱力不平衡導致的高耗能，為管網(wǎng)側(cè)和建筑側(cè)節(jié)能降耗提供工具。而這些圖表的應(yīng)用可以很靈活，使用者可以根據(jù)自己的經(jīng)驗對比使用。

5 結(jié)語

Excel表格具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，它又是常用的辦公軟件，Microsoft Office 和WPS 均支持使用，具有普遍的適用性。用Excel表處理、分析分戶熱計量表數(shù)據(jù)，在普通電腦上即可運行。

該文介紹的分析原理和方法，是筆者在實際工作中總結(jié)出來的，具有一定的實用性，不僅供熱行業(yè)的從業(yè)者可以參考、使用，熱計量表及遠傳系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家也可以參考優(yōu)化他們的遠傳系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析功能。但筆者相信，供熱行業(yè)的從業(yè)者若也采用Excel 表整理、分析分戶計量表的數(shù)據(jù)，一定還會有更多、更好的方法來挖掘、提煉這些數(shù)據(jù)，更好地服務(wù)用戶、節(jié)能降耗。