基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法

第３５卷２０１３年８月

第４期

４８５—４８７页

世界科技研究与发展

ＷＯＲＬＤ

ＳＣＩ．ＴＥＣＨＲ＆Ｄ

Ｖ０１．３５Ａｕｇ．２０１３

Ｎｏ．４ＰＰ．４８５—４８７

基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法８

苏玉刚” １叶本利１

阊琳２王智慧１

（１．重庆大学自动化学院，重庆４０００４４；２．成都电子机械高等专科学校，成都６１１７３０）

摘要：对目前常用的热计量方法存在的问题进行分析，提出了一种基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法。以传热学和流体力学的相关理论为基础，建立了集中供暖系统的流量、压力和热损失数学模型，推导出了用户流量、供水端温度计算公式。该方法只需安装少量传感器就可实现分户热计量，降低了系统成本和维护费用，有利于热计量的推广使用。关键词：４９暖系统；热计量系统；数学模型；参数辨识；分户热计量中图分类号：ＴＱ３１６．２４１

文献标识码：Ａ

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６０５５．２０１３．０４．０１２

ＨｏｕｓｅｈｏｌｄＨｅａｔ．ｍｅｔｅｒｉｎｇ

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２．ＣｈｅｎｇｄｕＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏＵｅｇｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｈｅａｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇｍｏｔｈｏｄｓ

１７３０）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｈｅａｔ－ｍｅｔｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ

１

引言

“热商品化”这个概念越来越多地为人们所接受，未来我

配表和电子式热分配表，前者不利于节能；它们都只适合几

种特殊的散热器类型，不具有通用性，管理成本高，安装质量

和外界因素对计量精度影响大Ｈ１，使其难以得到推广使用。针对上述热计量方法的不足之处，本文以传热学和流体力学的相关理论为基础，提出了一种基于集中供暖系统数学模型

国供暖事业也将朝着这个方向发展。２００１年３月颁布的国标《采暖通风与空气调节设计规范》（ＧＢＪｌｌ—８７）第３．９．１

条中规定：“新建住宅热水集中采暖系统，应设置分户热计量和室温控制装置。对建筑内的公共用房和公用空间，应单独

设置采暖系统和热计量装置”，并将此条规定为强制性条文。计量方法一定要和温控配合使用，才能相辅相成，既能实现房间温度调节，节约能源，又能保证房间热舒适度¨Ｊ。要实现这个目标，就必须要有成熟的、公平的和低成本的热计量技术。因此，如何对用户用热量进行计量，是目前的研究热点和难点。

的分户热计量方法。

２分户热计量系统及其原理

集中供暖系统在我国北方地区得到了广泛的应用，其结构如图１所示。它主要由热源（锅炉房）、一次管网、热力站（换热器）、二次管网和供暖单元（ｆ个）组成。这里的供暖单元指一对立水管（一根供水立管和一根回水立管）所负责的供暖区域。本文以双管下供下回式单用户供暖单元为例，来阐述基于集中供暖系统数学模型的分户热计量方法的系统组成和原理。

２．１分户热计量系统

目前常用的热计量方法是热量表法和热量分配表法。热量表价格贵，系统初始投资高；安装效率低，维护困难，需

要进行周期性的检测和矫正，增加维护费用；对水质要求高，不然会影响计量精度旧＇３Ｊ。热量分配表法又分为蒸发式热分

对于图１所示的集中供暖系统，每个供暖单元的热计量

图１集中供暖系统结构图

Ｆｉｇｕｒｅ１

Ｔｈｅｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｃｅｎｔｒａｌｈｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

系统和原理都是一样的。因此，本文只对其中的一个供暖单

｝教育部高等学校博士学科点专项科研基金（２０１００１９１１２００２４）资助

元进行分析，其分户热计量系统如图２所示。它主要由传感器、数据采集装置和热计量装置３大部分组成。

｝｝Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕｇａｎｇｓｕ＠删．ｃｏｍ

万方数据

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能源与动力工程世界科技研究与发展２０１３年８月

图２分户热计量系统

Ｆｉｇｕｒｅ２

Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ

ｈｅａｔ—ｍｅｔｅｒｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍ

图２中，字符“Ｔ”、“Ｐ”和“Ｇ”分别表示温度、压力和流

量传感器，符号“Ｏ”表示模型计算节点。节点旁边标有传感

器字符的表示安装了相应的传感器，且该节点的值由传感器测得；节点旁边未标有传感器字符的表示该节点的值由模型计算得到。

传感器的主要作用是检测供暖单元的流量、压力和温度等数据，用这些数据来估算模型的相关参数，计算用户流量和供水端温度。数据采集装置采集传感器送来的数据和调节阀的开度，并以无线或者电力载波通信方式把数据传送给热计量装置。热计量装置安装在供暖单元热力入口处，对数据采集装置传来的数据进行分析和处理，就可得到各用户用热量。

该热计量系统不仅可以通过热计量装置就地显示各用户用热量，还可通过网络与小区集中供暖系统管理中心进行通信。既便于用户及时查询用热信息，又为小区能源管理和决策提供依据。２．２分户热计量原理

如图２所示，根据传热学理论和热平衡方程，可得每个采样周期山时间内用户用热量为∞１

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