戶(hù)式散熱器熱分配法的計量原理及應用分析

暖通空調HV&AC2014年第44卷第4期￥哈爾濱工業(yè)大學(xué)戶(hù)式散熱器熱分配法的計量原理及應用分析哈爾濱工業(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算單元進(jìn)行熱量分配的,我國的供暖系統很難滿(mǎn)足散熱器熱分配表所要求的安裝使用條件。將毎戶(hù)內水平單管系統的多組散熱器折箅為一組當量散熱器進(jìn)行熱量分攤,可大大減少散熱器熱分配表的數量,降低對安裝使用條件的要求。分析了戶(hù)式散熱器熱分配法的計量原理,通過(guò)試驗驗證了戶(hù)式散熱器熱分配法分攤模型的合理性并給出了其適用范圍。關(guān)鍵詞熱計量計量原理散熱器熱分配表當量散熱器戶(hù)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我國北方地區居住建筑以公寓類(lèi)住宅居多,該算表的熱量。類(lèi)建筑的供暖熱計量收費往往是在每棟建筑的熱Q a f, (Lp-In)+,(2)力入口處設置測量總供熱量的熱量結算表,在每戶(hù)(B1B2 B3B設置分配儀表,通過(guò)測量一些參數得到各熱用戶(hù)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(jiàn)式(1),從而將熱量為散熱器的熱特性參數;f為散熱器的散熱面積,結算表計量的熱量合理地分配到各個(gè)熱用戶(hù)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為室內溫度,℃,B,,R分別為散熱器組裝片數修式中為相對熱量比;Q為由系統供給熱用戶(hù)i正系數散執器連接形式修正系數散熱器安裝形式的維持室溫所需要的熱量kW·h;Q為由熱量結修中國煤化工數(包括落地窗簾等用算表計量的外網(wǎng)供給建筑物的熱量,kW·h。CNMHG根據熱量結算表的計量結果,將結算熱量分配☆方修睦,男,1954年2月生,大學(xué),教授到熱用戶(hù)的方法有多種。最早應用的散熱器分配150090哈爾濱市南崗區海河路202號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(jiàn)式(2)來(lái)分配熱量結修回日期:2013-12-26暖通空調HV&AC2014年第4卷第4期哈爾濱工業(yè)大學(xué)戶(hù)自行增加的部分);下標j為房間散熱器的序號。使用條件(組裝片數、連接形式、安裝形式、使用條散熱器分配表法由于設備簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉而在件)分別對每組散熱器的標準散熱量進(jìn)行修正。我歐洲得到廣泛應用。本文在分析歐洲采用的散熱國供暖系統的特點(diǎn)及熱用戶(hù)的使用習慣導致了我器熱分配表的工作原理的基礎上,根據我國建筑供國的供暖系統很難滿(mǎn)足散熱器熱分配表所要求的暖系統的特點(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)心熱計量的同行討論為計量單元改為以戶(hù)作為計量單元,則可以減少熱散熱器熱分配表的工作原理計量?jì)x表的安裝維護數量,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(hù)式散熱器熱分配法的熱量計算模型式熱分配表。蒸發(fā)式熱分配表是利用所測液體的由多組散熱器組成的單戶(hù)水平單管系統中,設蒸發(fā)特性曲線(xiàn)和散熱器的散熱率曲線(xiàn)相似的特點(diǎn),環(huán)路的總散熱面積為Fn,總散熱量為Q。假設水通過(guò)測量蒸發(fā)液體的蒸發(fā)量來(lái)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。在連續供暖情況下差來(lái)分配熱量的。根據溫度傳感器的數量,電子式可以認為散熱器處于一種穩定的傳熱狀態(tài)。不考熱分配表又分為單傳感器、雙傳感器和三傳感器3慮散熱器的各項修正系數,則有種。目前應用的散熱器熱分配表是利用實(shí)驗室中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)行熱量計算的。當散熱器熱式(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)計算。式(3)表明,散平均溫度,C;a^,b為當量散熱器的特性參數。熱器熱分配表實(shí)際上是過(guò)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對式(⑦)兩邊積分,得到散熱器內熱媒沿散熱式中Q為第j組散熱器的標準散熱量(德國規面積的變化規律為定其為水溫90℃/70℃、室溫20℃時(shí)散熱器的散熱量),kW·h;Δth為標準條件下散熱器的平均溫(tEIn(8)度與室內溫度之差,C;B=1+b;x為時(shí)間式(⑧)揭示了水溫沿散熱面積連續變化的規律,由式(1)及式(3)可以得到表明可以將每戶(hù)水平單管系統散熱器的溫度變化看Qu(), (p-t),"dr作一條平滑的曲線(xiàn)(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算單元進(jìn)行熱量分配的,建筑物內散熱器熱分配表的安裝使用數量較大。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,所有散熱器的型號及安裝使用條件均應相同。對于將散熱設備作為公共設備,熱用戶(hù)入住后不再更改的建筑物,以及各用戶(hù)使用條件一致,用戶(hù)能聽(tīng)從勸阻,放YH中國煤化工溫降曲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(wú)法則微元面積df之前的散熱量為做到同一棟建筑物內所有散熱器的型號及安裝使Q= Gc(t,-t(10)用條件均相同,則應根據每組散熱器的型號、安裝由式(9),(10)及式(6)可以得到2014(4)方修睦,等:戶(hù)式散熱器熱分配法的計量原理及應用分析dQ=a'(tg-th)+(At-Q)++df(11)式中△t為相對溫差,為供回水溫度及室溫的函數,C;Q為相對熱量,為微元面之前的熱量與總供熱量之比。教些器組序號實(shí)測數據理論分析數據對式(11)兩邊積分,整理后得到3實(shí)測與理論熱水溫度變化曲線(xiàn)Q=6(=4)Fn(12)論分析的當量散熱器的水溫吻合很好,測試數據與式(12)即為將每戶(hù)水平單管系統的多組散熱理論分析數據相等。從第2組散熱器開(kāi)始,隨著(zhù)散器簡(jiǎn)化成當量散熱器時(shí)的散熱量計算公式這里將熱器面積的增加,理論分析的數據與實(shí)測數據的誤以戶(hù)為單位進(jìn)行供暖熱量計量的方法稱(chēng)為戶(hù)式散差增大,第4組散熱器的誤差達到最大(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),并對等式兩側積分可以得3.2當量散熱器的特性參數到圖4為在流量固定的情況下,根據不同時(shí)段b(每個(gè)時(shí)段供回水溫度不同,溫差不同)的測試結果(13)繪制的曲線(xiàn)。圖4表明,由6組散熱器組成的當量式(13)表明,對于一個(gè)確定的系統來(lái)說(shuō),不同工況下散熱器的熱特性系數可以有不同的組合,且其組合的結果在流量不變的情況下為一常數3戶(hù)式散熱器熱分配法的試驗驗證0..000構建如圖2所示的由6組散熱器組成的單戶(hù)水平式系統,已知單組散熱器面積為1.7204m2,總散熱面積F為10.3224m2。系統中設置超聲波熱量表(2級表)一塊,每組散熱器的出口處設置時(shí)段序號熱量表A3.B25A418B23溫度傳感器;在大廳的1.8m高度處設置12個(gè)溫A44.5B=2A=40.8B=1.237圖4水平單管系統當量散熱器的散熱量度傳感器。數據采樣周期為10min。測量數據統送到計算機處進(jìn)行顯示、存儲散熱器的特性參數盡管有不同的組合,但每一個(gè)組合得到的熱量均與熱量表測出的熱量吻合得很好(見(jiàn)圖5)。當量散熱器在溫差不同的情況下,根據pL址每一時(shí)段的特征參數計算的結果與熱量表測量結果的最大誤差為5.63%。這表明實(shí)際的供熱系統可在運行中選取穩定的工況進(jìn)行系統參數辨識,獲接數據采集系線(xiàn)得實(shí)際的散熱器特性參數。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數據通訊線(xiàn)9數了溫度傳感器圖2水平單管試驗系統3.1當量散熱器的水溫試驗求得當量散熱器的a′=3.453,b=0.259。每組散熱器的測試水溫及根據式(8)計算中國煤化工的水溫變化情況見(jiàn)圖3,兩者誤差見(jiàn)表CNMHG表1散熱器出水溫度測試誤差49c—685c75℃:6℃一整體回自散熱器組序號圖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當量散熱器計量的熱量圖3及表1表明,在系統的前端,實(shí)測水溫與理考慮到在整個(gè)供暖季中,供熱系統需要根據室暖通空調HV&AC2014年第4卷第4期哈爾濱工業(yè)大學(xué)外溫度的變化調整熱網(wǎng)的供回水溫度。為了檢驗為4個(gè)時(shí)段。試驗中保持系統流量不變,每個(gè)時(shí)段在不同溫差下當量熱量法的合理性,將熱量試驗分采用不同的供回水溫差,試驗結果見(jiàn)表2表2熱量表計量值與當量散熱器計量值試驗階髟熱量分配比Q1/kJQ2/kJ(Q1-Q2)/kJ誤差/%誤差3667634.30.2832ⅢⅣ77508147239655.120.05910.06032.04652970.05118178450.61140.60540.98l31127435086239588注:1)Q為熱量表計量的熱量;Q2為按照式(12)計算的當量散熱器的熱量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)計算的當量散熱器的熱量分配比表2表明F+th1)4個(gè)階段熱量表計量結果與按照式(12)計tn)△z算的當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,熱量表計量結果和當量散aFm(4+在熱器法計量的熱量值的誤差不同,較大的誤差出現B13234在試驗時(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%,出現在第Ⅲ時(shí)段。試驗表明,如果利用式(14)計算當量散熱器的散熱量時(shí),需求試驗時(shí)間進(jìn)一步加長(cháng),該誤差會(huì )進(jìn)一步減小出當量散熱器的特性參數,測量熱用戶(hù)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(hù)調查用戶(hù)實(shí)際使用的散熱器的型號0.98%,最大誤差為-2.53%。及安裝使用條件。為解決型號不同的散熱器的面4戶(hù)式散熱器熱分配法的現場(chǎng)驗證積計算問(wèn)題,以M132型散熱器為基準,將其他類(lèi)為驗證戶(hù)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(hù)的6層居民樓進(jìn)行了試驗。4.2方法2:戶(hù)式散熱器熱分配法試驗選取建筑物的一個(gè)用熱單元,共計18戶(hù)。供在我國,同一棟建筑物內往往有多種型號的散曖系統為單戶(hù)水平單管系統,散熱器主要為M32熱器,各戶(hù)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,衛生間用式(14)計算當量散熱器的散熱量需要的調查工幾乎都采用扁背簍型衛浴散熱器;個(gè)別用戶(hù)臥室增作量大且復雜,因此需要將當量散熱器的計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(jiàn)式(16)才便于實(shí)施各戶(hù)散熱器的安裝使用條件不同Ab(t-t)△r在試驗建筑熱用戶(hù)的供暖系統上設置超聲波(△t-1)2(△t1)熱量表(2級表),同時(shí)設置單戶(hù)散熱器熱分配系Ab1(t2-t1)4x(16)統,每10min采集一次數據,測量的室內溫度和供(△t1-1)4-(△t1)回水溫度傳給單戶(hù)散熱器熱分配系統的采集器,采式中A=aFn/(122B集器將測量數據直接上傳至計算機。散熱器的散式(16)中A,B是系統實(shí)際運行情況下的綜合熱量采用下述2種方法進(jìn)行計算熱特性參數,實(shí)際使用的散熱器的型號差別、安裝4.1方法1:當量散熱器法使用差別已綜合考慮到A,B中;A,B利用實(shí)測數將用戶(hù)內水平單管系統的多組散熱器用一組據采用辨識的方法確定。從計量原理的角度,可以當量散熱器來(lái)代替時(shí),當量散熱器的散熱量由式將14)計算,每戶(hù)散熱器的散熱量占整棟建筑總供熱器I中國煤化工的方法稱(chēng)為戶(hù)式散熱CNMHG參數的角度,也可以稱(chēng)量的比例ψa由式(15)計算為三溫度法。a F+th以熱量表計量的數據作為基準,采用當量散熱△zxQ.=2)-器的計算模型(見(jiàn)式(14),(15))和戶(hù)式散熱器的計(14)算模型(見(jiàn)式(16)),分別計算散熱器的散熱量及每2014(4)方修睦,等:戶(hù)式散熱器熱分配法的計量原理及應用分析戶(hù)熱量占總熱量的比例,計量結果見(jiàn)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(hù)水平單管系統的多組散熱器折算為一組當量散熱器進(jìn)行熱量分攤,實(shí)測水溫與理論分析3.0水溫吻合很好,最大誤差為3.74%;在試驗周期內存在不同供回水溫差時(shí),熱量表計量的結果與采用當量散熱器計量的結果的誤差為3.02%。這表明散熱層熱量表計量熱量去計算熱量戶(hù)式散熱器熱分配法將水平單管系統的散熱器折圖6當量散熱器散熱量與熱量表計量結果算為一組當量散熱器是可行的。5.3不同時(shí)段內熱量表計量的熱量與采用當量散熱器計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(hù)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(hù)式散熱器熱分配法將單戶(hù)水平單管系統作熱用戶(hù)戶(hù)式散熱器熱分配法當量散熱器法為整體,通過(guò)測量每戶(hù)的室溫及熱用戶(hù)的供水溫度圖7熱計量方法誤差和回水溫度來(lái)計量每戶(hù)的供熱量,解決了熱量總表所轄范圍內熱用戶(hù)散熱器型號不同、安裝使用條件不同、實(shí)際散熱器面積與設計不同時(shí)的計量問(wèn)題。5.5戶(hù)式散熱器熱分配法分攤模型合理,測量系統設計制造簡(jiǎn)單,易提高計量系統的可靠性,安裝登登系系方便,擾民少,易于實(shí)施,適用于分戶(hù)控制的單戶(hù)水典用戶(hù)平單管系統。當量教熱器戶(hù)式教熱器圖8分配比例誤差5.6戶(hù)式散熱器熱分配法計量的是供給熱用戶(hù)的熱量,進(jìn)行用戶(hù)熱費計算時(shí)需對計量的熱量進(jìn)行位1)熱量表計量的熱量與計算出的熱量吻合較置修正;該方法沒(méi)有解決戶(hù)間傳熱的計量問(wèn)題好。直接采用當量散熱器法(見(jiàn)式(14)計算得到參考文獻的散熱器散熱量的相對誤差最大值為4.68%;采用1] Joachim Wien.德國供熱計量手冊[M.德國技術(shù)合戶(hù)式散熱器熱分配法(見(jiàn)式(16))計算得到的散熱作公司,德國米諾測量?jì)x表有限公司,譯.北京:中國器散熱量的相對誤差最大值為3.33%。建筑工業(yè)出版社,20092)熱用戶(hù)的熱量占總供熱量的分配比例一致[2]孫延勛.水平串聯(lián)熱水采暖系統散熱器的熱量比計算法[.暖通空調,1977,7(1):1性較好。直接采用當量散熱器法計算得到的熱量分[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(hù)式散熱器熱分配的可行性[.區域供熱,2012(4):1-6法計算得到的熱量分配比例最大誤差為-3.98%[4]李輝.建筑冷、熱計量方法的試驗研究[D.哈爾濱3)試驗結果表明,盡管實(shí)際的供暖系統中熱哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011:54-55用戶(hù)的散熱器的型號有差異,安裝使用條件不同[5]方修睦,孫杰.基于熱量結算表的熱量分配方法的分配原理剖析[冂.暖通空調,2013,43(11):42-45但是將單戶(hù)水平單管系統的多組散熱器折算為[6]張全悅郝培,楊向文,等.推行供熱計量收費制度急組當量散熱器來(lái)計算散熱量仍是可行的。戶(hù)式散卻的若干問(wèn)題[C]∥第7屆國際熱器熱分配法,無(wú)論是計算分配的熱量還是計算熱中國煤化工侖文集,2011475-480量分配比例均優(yōu)于直接采用當量散熱器法計算的[7CNMHG阻礙我國推行供熱計量結果,且實(shí)施簡(jiǎn)單。收費制度的若干問(wèn)題分析和解決方案[C]∥第3屆國際智能、綠色建筑與建筑節能大會(huì )智能與綠色建筑5結論文集,2007:884-8905.1單組散熱器的熱計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量方法研究[D]計量時(shí),所需要的分配表數量大,對散熱器的型式哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2012:8-3