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摘要通过对某小区既有建筑热计量改造工程的实际应用,总结了采用时间面积通断法的热计量改造的内容及技术方法、系统构成和实施方法步骤。
关键词: 时间面积通断法、热网水力平衡、换热站自动控制及远程监控
中图分类号：P111.46文献标识码： A 文章编号：
项目背景
我国建筑能耗占全国总能耗量的25％,每年采暖耗原煤1.4-1.5亿吨,采暖耗费是采暖区家用能源耗费的首位。我国传统供热体制存在着室温难调节，舒适温度差，供热不计量，热能浪费大，按面积收费，计价不合理的现状。“十一五”期间，石家庄共完成了660万m2既有居住建筑供热计量及节能改造。现将石家庄某小区的热计量改造的项目实施进行介绍。
本小区共有18栋楼，采暖面积约为10万m2，为742户,采用散热器采暖，高低分区。建筑围护结构均按照50%节能标准进行设计和建设，满足建筑节能的要求，围护结构不需要进行改造。本次采用通断时间面积法进行热计量改造。
一、改造前存在的问题：
1、采用新双管系统散热器采暖，可实现分室调节，但无法控温。
2、管道井内预留了分户热量表位置；
3、热力外网采用直埋敷设，未设置相应的阻力平衡装置，单元间的冷热不匀。
4、热力站未安装热计量装置，未设置自动调控装置；
5、循环水泵在整个采暖期里采用手动定流量、连续运行方式，运行耗电量大。
二、改造依据
1、《供热计量技术规程》JGJ173-2009
2.《既有居住建筑节能改造技术标准》 DB13(J)/T74-2008
3、《建筑节能工程施工质量验收规范》 GB50411-2007
4、“既有居住建筑供热计量及节能改造技术方案”
三、改造内容：
严格按照《供热计量技术规程》(JGJ173-2009)的要求，完成小区的供热计量及有关热力站、外网节能改造工程。包括以下几部分：
分户热计量及户内温度调控改造，装设栋或单元热表；
热力入口设置自力式压差控制阀，并进行二次热网水力平衡改造；
换热站自动控制改造, 安装气候补偿器，设置循环泵变频装置，实现优化运行；
换热站热计量改造，在一次网安装超声波或电磁热量表，数据远传至热力公司，达到和适应按热量收费的运行条件。
四、 技术改造
小区供热计量改造采用通断时间面积法。以每户供暖系统的通水时间为依据，分摊建筑的总供热量。在各户的分支支路上安装室温通断控制阀，通过对用户的供水通断控制,实现室温调节。在各户放置室温控制器，测量室内温度和用户设定温度，并将温度值传输给室温通断控制阀。室温通断控制阀根据实测室温与用户设定温度的差值，确定在控制周期内通断
阀的开停比，通过控制通断调节阀的通断，调节室内供热量，并按照各户的累计接通时间结合供暖面积分摊整栋建筑的热量。
（一）、分户热计量及户内温度调控改造，装设栋或单元热量表；
通过采集单元采暖热能当量，并依据栋总表修正分摊，将单元热能当量显示在室内温度控制器上，方便实时查询；系统管理平台可根据各项数据实时动态监控管理，并对系统出现的事件实时做出反应。采暖计费控制以集中监控站为中心点，经各个区域的网络数据采集器连接到相应区域的计量控制器，用户通过室内的温控器与计量控制器以无线通讯控制室内温度。网络数据传输由射频无线网完成。分户计量系统由数据交换机、网络数据采集箱、总热表、计量控制器、无线温控器、通断阀门、系统软件组成。
（二）、热力入口设置自力式控制阀，并进行二次热网水力平衡改造及调试。
供热管网的水流量合理分配是热力工况平衡的基础。供热负荷及循环水流量的变化取决于用户需求，系统总循环流量的变化决定于用户的变化。自力式压差控制阀可实现隔绝用户间流量变化互相干扰；同时在水泵调速时保持各用户的流量；起到特殊工况的限流作用。对于多个支路设置自力式压差控制阀，吸收外网的压力波动，使被控环路的水力工况不受外网的影响，减少各支路间的调节干扰。对于分户热计量的供暖系统，由于用户用热调节的自主性，设置自力式压差控制阀,减少各户间的干扰。
自力式压差控制阀与电动阀串联设置，由压差控制阀控制电动阀的进出口压差，外网的压力波动和负载的压降变化，均由压差控制阀吸收。压差控制阀的选型主要依据被控环路的流量，并提供被控环路的控制压差，进行室外管网的平衡计算。设计阶段，应对室外采暖管网的水力平衡状况进行测试和计算，依据结果对室外热力管网进行水力平衡改造。小区外网的系统调节分成两步：
按照原有竣工图纸标定静态平衡阀（或手动调节阀）的开度，同时调整小区内公共用房及商业用房系统流量，并按照计算设定自力式压差控制阀，使供热管网达到初次平衡。
采暖季开始时，按照各单元热用户比例调节静态水力平衡元件，跟踪调整动态水力平衡元件，使小区管网平衡达到相对稳定。
（三）、换热站自动控制改造, 安装气候补偿器，设置循环泵变频，实现远程监控。
换热站的自动控制有热量控制、循环泵变频等。在换热站内加装电动调节阀、电磁阀、流量计、压力、温度变送器，室外温度变送器等设备。
1、热量控制：通过调整二次供水温度实现控制送到用户的供热量调节，控制策略：
（1）气候补偿调节：供热系统的供水温度应该随着室外的气候而改变。调整系统的供水温度，与室外气候相匹配，实现按需供热。在控制器输入温度调节曲线，统通过检测供水温度和室外温度，自动调节一次网的阀门，控制换热设备的出水温度，实现二次网的质调节。
（2）分时段修正:每天不同时段太阳辐射的强度是不同的，即使是相同的室外温度在阳光充足时用户的需热量也是不一样的，通过分时段修正来实现这一控制目的。
（3）设定供水温度:可设定供水温度，自动调节一次网供水流量，使供水温度稳定在设定值。
2、循环泵变频控制
在进行室温控制和热计量改造后，用户侧的流量处于变化中，二次网相应改变流量，才能实现节能。二次网循环泵采用變频器可达到调节二次网流量的目的。通过供水压力控制、供回水压差控制或负荷自适应控制,节省循环水泵电耗。
3、换热站一次网热计量改造：
安装符合供热公司要求的超声波或电磁热量表，热量表具有数据远传功能，小区耗热数据可远传至热力公司，同时实现对改造节能效果的监测与评价。
4、其他事项:进行热计量改造时，应对系统的水力工况进行校核。当热力入口资用压差不能满足改造后供暖系统要求时，采取提高管网循环泵扬程或增设局部加压泵等措施。
(四)、电气系统
1、供电电源：换热站电源利用原有供电系统。各单体楼系统供电源为AV220V,取自首层电气管井；为保证供暖的可靠性，由集抄器内配置的UPS不停电电源为整个系统供电。
2、系统供电 :采用集中供电，前端设备的供电由各单元电源箱供给；控制室设备采用含稳压功能的不间断电源，前端设备低压电由区域变压器供给24VAC。
3、接地系统：采用TN—S，采用总等电位及局部等电位连接。
4、管线敷设方式：根据现场情况采用难燃型PVC管或难燃型PVC线槽敷设，强、弱电线路须分管或分线槽敷设，入户管线的敷设部位征得住户同意。
5、线路保护措施：楼内改造工程线路较长，其短路电流较小，应利用特殊电气保护原件实现末端小电流保护方案。
五、项目总结及社会经济效益分析
供热计量改造采用通断时间面积法，采用无线温控器自动调控用热时间和温度，无线远传汇集数据，比采用“一户一表、一户多阀”改造方案一次性节约改造费用30%，同时解决了当前供热循环水水质差而带来的相关问题。
本小区供暖面积10万平米，按照50%节能围护结构进行建设，但由于未设置有效的温控热计量系统，存在冷热不均、水泵运行功耗高等问题，实际能耗远年耗煤量高于11kg/m2。进行热计量改造后，通过一个供暖季的证明，提高节能30%以上，本小区采暖季节煤量可达到330吨，每采暖季减少的排放量为：CO2576吨、SO217.3吨、NOX 8.66吨、粉尘15.73吨。本项目的实施对推动供热体制改革，促进热计量及节能改造的实施，促进节能减排的工作具有重要意义。
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作者：莘亮 职位：高级工程师
学位：大学本科
单位：河北建筑设计研究院有限责任公司
省市：石家庄市 邮编：050011
专业方向：暖通空调
石家庄万达五星级酒店设计
四川平武县人民医院设计
秦皇岛妇幼保健院设计
参考文献:
《北京市供热计量应用技术导则》
《既有居住建筑围护结构节能改造技术规程》 吉林省工程建设地方标准
关于平衡阀的应用王刚2004
北方采暖地区既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则
《ZY47型自力式压差控制阀的选用》 符永正刘万岭
平衡阀在热网运行中的应用研究韩旸祎何旭东
7、通断时间面积法热与换热站调控史登峰李艳杰 建设科技2011
8、集中供热工程无人值守换热站自控系统 丁世馨 韩龙区域供热2007
关键词: 时间面积通断法、热网水力平衡、换热站自动控制及远程监控
中图分类号：P111.46文献标识码： A 文章编号：
项目背景
我国建筑能耗占全国总能耗量的25％,每年采暖耗原煤1.4-1.5亿吨,采暖耗费是采暖区家用能源耗费的首位。我国传统供热体制存在着室温难调节，舒适温度差，供热不计量，热能浪费大，按面积收费，计价不合理的现状。“十一五”期间，石家庄共完成了660万m2既有居住建筑供热计量及节能改造。现将石家庄某小区的热计量改造的项目实施进行介绍。
本小区共有18栋楼，采暖面积约为10万m2，为742户,采用散热器采暖，高低分区。建筑围护结构均按照50%节能标准进行设计和建设，满足建筑节能的要求，围护结构不需要进行改造。本次采用通断时间面积法进行热计量改造。
一、改造前存在的问题：
1、采用新双管系统散热器采暖，可实现分室调节，但无法控温。
2、管道井内预留了分户热量表位置；
3、热力外网采用直埋敷设，未设置相应的阻力平衡装置，单元间的冷热不匀。
4、热力站未安装热计量装置，未设置自动调控装置；
5、循环水泵在整个采暖期里采用手动定流量、连续运行方式，运行耗电量大。
二、改造依据
1、《供热计量技术规程》JGJ173-2009
2.《既有居住建筑节能改造技术标准》 DB13(J)/T74-2008
3、《建筑节能工程施工质量验收规范》 GB50411-2007
4、“既有居住建筑供热计量及节能改造技术方案”
三、改造内容：
严格按照《供热计量技术规程》(JGJ173-2009)的要求，完成小区的供热计量及有关热力站、外网节能改造工程。包括以下几部分：
分户热计量及户内温度调控改造，装设栋或单元热表；
热力入口设置自力式压差控制阀，并进行二次热网水力平衡改造；
换热站自动控制改造, 安装气候补偿器，设置循环泵变频装置，实现优化运行；
换热站热计量改造，在一次网安装超声波或电磁热量表，数据远传至热力公司，达到和适应按热量收费的运行条件。
四、 技术改造
小区供热计量改造采用通断时间面积法。以每户供暖系统的通水时间为依据，分摊建筑的总供热量。在各户的分支支路上安装室温通断控制阀，通过对用户的供水通断控制,实现室温调节。在各户放置室温控制器，测量室内温度和用户设定温度，并将温度值传输给室温通断控制阀。室温通断控制阀根据实测室温与用户设定温度的差值，确定在控制周期内通断
阀的开停比，通过控制通断调节阀的通断，调节室内供热量，并按照各户的累计接通时间结合供暖面积分摊整栋建筑的热量。
（一）、分户热计量及户内温度调控改造，装设栋或单元热量表；
通过采集单元采暖热能当量，并依据栋总表修正分摊，将单元热能当量显示在室内温度控制器上，方便实时查询；系统管理平台可根据各项数据实时动态监控管理，并对系统出现的事件实时做出反应。采暖计费控制以集中监控站为中心点，经各个区域的网络数据采集器连接到相应区域的计量控制器，用户通过室内的温控器与计量控制器以无线通讯控制室内温度。网络数据传输由射频无线网完成。分户计量系统由数据交换机、网络数据采集箱、总热表、计量控制器、无线温控器、通断阀门、系统软件组成。
（二）、热力入口设置自力式控制阀，并进行二次热网水力平衡改造及调试。
供热管网的水流量合理分配是热力工况平衡的基础。供热负荷及循环水流量的变化取决于用户需求，系统总循环流量的变化决定于用户的变化。自力式压差控制阀可实现隔绝用户间流量变化互相干扰；同时在水泵调速时保持各用户的流量；起到特殊工况的限流作用。对于多个支路设置自力式压差控制阀，吸收外网的压力波动，使被控环路的水力工况不受外网的影响，减少各支路间的调节干扰。对于分户热计量的供暖系统，由于用户用热调节的自主性，设置自力式压差控制阀,减少各户间的干扰。
自力式压差控制阀与电动阀串联设置，由压差控制阀控制电动阀的进出口压差，外网的压力波动和负载的压降变化，均由压差控制阀吸收。压差控制阀的选型主要依据被控环路的流量，并提供被控环路的控制压差，进行室外管网的平衡计算。设计阶段，应对室外采暖管网的水力平衡状况进行测试和计算，依据结果对室外热力管网进行水力平衡改造。小区外网的系统调节分成两步：
按照原有竣工图纸标定静态平衡阀（或手动调节阀）的开度，同时调整小区内公共用房及商业用房系统流量，并按照计算设定自力式压差控制阀，使供热管网达到初次平衡。
采暖季开始时，按照各单元热用户比例调节静态水力平衡元件，跟踪调整动态水力平衡元件，使小区管网平衡达到相对稳定。
（三）、换热站自动控制改造, 安装气候补偿器，设置循环泵变频，实现远程监控。
换热站的自动控制有热量控制、循环泵变频等。在换热站内加装电动调节阀、电磁阀、流量计、压力、温度变送器，室外温度变送器等设备。
1、热量控制：通过调整二次供水温度实现控制送到用户的供热量调节，控制策略：
（1）气候补偿调节：供热系统的供水温度应该随着室外的气候而改变。调整系统的供水温度，与室外气候相匹配，实现按需供热。在控制器输入温度调节曲线，统通过检测供水温度和室外温度，自动调节一次网的阀门，控制换热设备的出水温度，实现二次网的质调节。
（2）分时段修正:每天不同时段太阳辐射的强度是不同的，即使是相同的室外温度在阳光充足时用户的需热量也是不一样的，通过分时段修正来实现这一控制目的。
（3）设定供水温度:可设定供水温度，自动调节一次网供水流量，使供水温度稳定在设定值。
2、循环泵变频控制
在进行室温控制和热计量改造后，用户侧的流量处于变化中，二次网相应改变流量，才能实现节能。二次网循环泵采用變频器可达到调节二次网流量的目的。通过供水压力控制、供回水压差控制或负荷自适应控制,节省循环水泵电耗。
3、换热站一次网热计量改造：
安装符合供热公司要求的超声波或电磁热量表，热量表具有数据远传功能，小区耗热数据可远传至热力公司，同时实现对改造节能效果的监测与评价。
4、其他事项:进行热计量改造时，应对系统的水力工况进行校核。当热力入口资用压差不能满足改造后供暖系统要求时，采取提高管网循环泵扬程或增设局部加压泵等措施。
(四)、电气系统
1、供电电源：换热站电源利用原有供电系统。各单体楼系统供电源为AV220V,取自首层电气管井；为保证供暖的可靠性，由集抄器内配置的UPS不停电电源为整个系统供电。
2、系统供电 :采用集中供电，前端设备的供电由各单元电源箱供给；控制室设备采用含稳压功能的不间断电源，前端设备低压电由区域变压器供给24VAC。
3、接地系统：采用TN—S，采用总等电位及局部等电位连接。
4、管线敷设方式：根据现场情况采用难燃型PVC管或难燃型PVC线槽敷设，强、弱电线路须分管或分线槽敷设，入户管线的敷设部位征得住户同意。
5、线路保护措施：楼内改造工程线路较长，其短路电流较小，应利用特殊电气保护原件实现末端小电流保护方案。
五、项目总结及社会经济效益分析
供热计量改造采用通断时间面积法，采用无线温控器自动调控用热时间和温度，无线远传汇集数据，比采用“一户一表、一户多阀”改造方案一次性节约改造费用30%，同时解决了当前供热循环水水质差而带来的相关问题。
本小区供暖面积10万平米，按照50%节能围护结构进行建设，但由于未设置有效的温控热计量系统，存在冷热不均、水泵运行功耗高等问题，实际能耗远年耗煤量高于11kg/m2。进行热计量改造后，通过一个供暖季的证明，提高节能30%以上，本小区采暖季节煤量可达到330吨，每采暖季减少的排放量为：CO2576吨、SO217.3吨、NOX 8.66吨、粉尘15.73吨。本项目的实施对推动供热体制改革，促进热计量及节能改造的实施，促进节能减排的工作具有重要意义。
---------------------------------------------------------------------------
作者：莘亮 职位：高级工程师
学位：大学本科
单位：河北建筑设计研究院有限责任公司
省市：石家庄市 邮编：050011
专业方向：暖通空调
石家庄万达五星级酒店设计
四川平武县人民医院设计
秦皇岛妇幼保健院设计
参考文献:
《北京市供热计量应用技术导则》
《既有居住建筑围护结构节能改造技术规程》 吉林省工程建设地方标准
关于平衡阀的应用王刚2004
北方采暖地区既有居住建筑供热计量及节能改造技术导则
《ZY47型自力式压差控制阀的选用》 符永正刘万岭
平衡阀在热网运行中的应用研究韩旸祎何旭东
7、通断时间面积法热与换热站调控史登峰李艳杰 建设科技2011
8、集中供热工程无人值守换热站自控系统 丁世馨 韩龙区域供热2007