专利名称：基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法
技术领域：
本发明专利涉及集中供热领域。基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法可广泛应用于集中供热中对用户采暖进行分户计量，为用户采暖提供公平合理的热能分摊依据，能够有效地解决当前集中供热领域中存在的多重问题与矛盾。
背景技术：
在集中供热领域，需要解决如何对用户的采暖进行计量与收费的问题，根据当前国家新出台的《供热计量技术规程》JGJ173-2009，供热计量方法主要分为如下四种散热器热分配计法、户用热量表法、流量温度法和通断时间面积法。在实际应用过程中，由于存在着供热水质差问题、户间传热问题、建筑顶部高热耗问题，导致这四种方法都存在明显的缺陷。
散热器热分配计法的优点1)既有建筑改造方便，不必改成分户分环水平系统；2)采用蒸发式热分配计法安装简单，价格较低。散热器热分配计法的缺点1)适用范围有限，只能用于一定形式的散热器系统，且无法在地板辐射采暖中使用；2)正确安装位置十分重要，尤其是低温供热系统；3)散热器的平均温度必须保证在一定范围之内，否则带来的误差较大；4)无法有效解决户间传热问题、建筑顶部高热耗问题；5)专业公司统一管理和服务，其投资成本和管理费都较高。用户热量表法的优点计量精确，读数直观，可作为供热收费的直接依据。用户热量表法的缺点1)当前热量表很难满足我国供热水质差的现状，户表的初始投资高或故障率高都是主要问题；2)按照《计量法》，进行结算的热量计需要定期标定，大规模的使用有很多实际操作的困难；3)不适用单管串联系统，而中国大部分北方地区既有建筑户内采用的是单管串联方式，由此造成户内管网改动非常大；4)无法有效解决户间传热问题、建筑顶部闻热耗问题。流量温度法的优点兼备了热量表的部分功能，能够通过测量供回水的温差计量用户的用热量。流量温度法的缺点1)该方法的本质计量的仍是用户实际耗热量，仍无法解决在户间墙传热，建筑端部、顶层耗热多的问题；2)由于调节的三通阀属于手动设备，不能对供热量进行自动调节，从而无法有效利用室内自由热，节能效果较差；3)当系统局部阻力发生变化，所有用户的流量需重新测试，管理维护复杂；4)流量测量的工作量大，用户难以普遍接受，使得实际操作难度较大。通断时间面积法的优点1)由我国传统的按面积收费演化而来，便于用户接受；2)高可靠性，低安装成本；3)实现了计量与温控一体化。通断时间面积法的缺点1)无法解决散热器容量不匹配的问题和用户擅自改大散热器容量的问题；2)单纯的时间计量对环境温度的季节性变化不敏感，导致相同采暖时间内的实际能耗可能存在很大差异；3)不宜实现分室计量与温控；4)不宜在地板辐射采暖中使用；5)无法有效解决户间传热问题、建筑顶部高热耗问题。
发明内容
本发明专利提供了一种新概念的基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法(以下简称“AKT法”)，它是依据中华人民共和国行业标准《供热计量技术规程》JGJ173-2009，从供热系统为采暖用户所提供的实际效用的视角出发，研究出的具有领先水平的解决方案。AKT法可应用于集中供热领域对用户的采暖进行热计量分摊使用，也可以应用于对中央空调用户的制热和制冷进行计量分摊使用。AKT法是在深入研究我国供热现状与居民住房特征的基础上，引入了 “有效能耗”的概念，采用了集热能消耗计量与温控一体的控制器并配置了室外温度传感器和室内温度 传感器以及调节热力支管流量或控制热力支管通断的电动控制阀门，通过弱化由于建筑结构和不同用户房间之间的热传导与热辐射等客观因素所导致的热能损耗或增益和凸出用户在不同的室外环境温度和室内采暖温度下的有效热能消耗，然后计量用户房间在实时的室外环境温度和室内采暖温度下每个采样时间段所对应的能耗，最后按照用户采暖的“面积*温差*时间”分摊楼栋热量表所计量的热量，作为向用户收费的基本依据，从而找到了平衡集中供热与分户采暖之间多重矛盾的有效途径。AKT法是由暖通计量控制器、室内温度传感器(Si)、室外温度传感器(S。)、电动控制阀门(Mi)、通讯装置、监控主机等组成。根据不同需求，用户房间的温控与调节可以选择如下两种方式1)所有房间统一温控与调节的方式，该方式需要安装一组SiZ^Mi (即S1ZM1)和一个与S1对偶温度传感器S2A1与S2分开安装在用户的两个最常用的房间内，M1安装在供热系统入户支管的进水管(或回水管)上；2)每个房间分别温控与调节的方式，该方式根据用户的房间数量一般可选择安装2至N组SiZ^Mi (I彡i彡N)，Si安装在用户的每个房间内，Mi安装在Si所在房间的散热系统支管的进水管(或回水管)；按照通讯构架方式不同，通常可选用无线远程通讯或IC卡通讯的方式。I.基本概念定义有效能耗采暖期间由于室内外温差所导致的用户房间的平均热能消耗叫做有效能耗。对偶温度传感器在所有房间统一温控与调节的技术方案中，须要把对偶温度传感器(S1A2)分开安装在用户最常用的两个房间内，并把对偶温度传感器(S1A2)所检测到的一对室内温度经过修正后的较大值作为该用户的室内采暖温度。采用对偶温度传感器不仅能够准确地测量出用户的室内采暖温度，还可以很好地预防用户对某个室内测温点所在房间长时间放风造成的计量偏差和能源浪费。2. AKT法的计量原理由单原子分子构成的气体的大量分子的平均动能Ek与它的温度T的关系经统计热力学理论推导为E (-) k = 3/2kT其中k= I. 391X 10-23J/K，为玻尔兹曼(Boltzmann)常量。根据以上公式和能量的转化与守恒定律，忽略不计热量在入户之前的运输过程中的少量损耗(此损耗与室内外温差也存在一定的正相关)和次级热源对供热系统内房间温度的微小影响等次要因素，可以推理出供热管理部门供热的实时能量消耗率与供热系统内平均的室内外温差成正比，用公式可以表述为W = § A AK其中，§为供热系统内建筑外墙的平均传热系数，单位为W/K. m2 ;A为供热系统内建筑的有效外表面积，单位为m2 ; AK为供热系统内平均的室内外温差，单位为K。针对一个供热系统，§和A是在供暖季度内是特定的。对于独立的单个用户的房间，忽略不计热量在计量装置前端入户支管中的少量损耗(此损耗与室内外温差也存在一定的正相关)和次级热源对房间温度的微小影响等次要因素，其实时的功耗率用公式可以表述为Wi = § JAi A K 其中，§ i为用户房间外墙面积的平均传热系数，单位为W/K.m2 'Ki为用户房间的外墙面积，单位为m2 ; AK为用户房间的室内外温差，单位为K。对于独立的单个用户的房间，§ JPAi是一定的，即在不开窗放风的前提下，用户房间的能耗率与室内外温差成正比。对于楼栋中不同的用户，其房间的平均传热系数L会由于建筑结构和用户房间之间的热传导与热辐射等因素而差别很大。在楼栋的同一层采暖用户中，L越大的用户热能消耗率越大，但其室内温度反而越低。因此由于建筑结构和不同用户房间之间热传导与热辐射等客观因素导致的热能损耗，是不应该仅向有热损的用户收取费用的。在实际操作中，这部分由客观因素所导致的热能损耗的费用采取平均分摊的方法比较可行。无论是以用户房间的外墙面积还是以用户房间的建筑面积作为其米暖面积(这个可以按照政府部门的相关规定或由供热管理部门与用户协商决定)，对于独立的单个用户的房间，其热能消耗率与室内外温差成正比。由此可得出如下结论对于楼栋中相互关联的任何一个用户，在一定的室外环境温度下所达到的室内采暖温度就是供热系统为其所提供的“实际效用”，该实际效用所对应的热能消耗就是其有效热能消耗即“有效能耗”。因此，用户的有效热能消耗率与室内外温差成正比——这就是AKT法的计量原理。3. AKT法的计量公式AKT法能够很好地计量用户采暖的有效能耗，但它却不能作为热力公司和用户之间结算的直接依据。根据供热计量技术规程，采用AKT法需要配套采用楼栋热量表分摊的方式对用户的采暖进行结算。(I)用户所有房间统一温控时，AKT的计量公式用户采暖的有效能耗公式=Ei = 1/3600 X § f AK(t)dt其中，E为采样时段内用户采暖的有效热能消耗量(有效能耗量)，单位为Wh ; § i为用户i房间所在建筑在单位室内外温差下传热的总功率平均分摊到该建筑的建筑面积得到的的传热系数，单位为W/K. m2 ；A,为用户房间的建筑面积，单位为m2 ；AK(t)为t时刻对Ai检测到的室内温度经修正后确定的室内采暖温度与SO检测到的室外环境温度之差，单位为K ；t为采样的时间间隔,单位为S。设一个供热季度内楼栋热量表计量的供热总量为Q，楼栋内有n个分户计量的用户，则用户i应当分摊的热量为
n qt = QxEi / ^ Ei
i=\根据用户采暖的有效能耗公式可推出
权利要求
1.在集中供热领域，采用基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法。
2.根据权利要求I所述的基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，其特征在于，还包括它是从供热系统为用户所提供的实际效用的视角出发，引入了“有效能耗”的概念，从而解决了户间传热的计量难题和建筑顶部高热耗的计量难题。
3.根据权利要求I所述的基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，其特征在于，还包括它所采用的电动控制阀门可以是流量调节型，也可以是通断控制型。
4.根据权利要求I所述的基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，其特征在于，还包括用户所有房间统一计量与调控时，采用对偶温度传感器检测室内温度，把对偶温度传感器分开安装在用户最常用的两个房间内，并把对偶温度传感器所检测到的一对室内温度经过动态修正后的较大值作为用户的室内采暖温度。
5.根据权利要求I所述的基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，其特征在于，还包括对室内温度传感器检测温度的动态线性修正方法，其公式为Ri =ti+Kti-tJ/Ol-t。)] Xh，其中Ri为室内温度传感器Si的测定温度，\为室内温度传感器Si的实测温度，t。为室外温度传感器S。的实测温度，h为基准温度H下的修正值。
6.根据权利要求I所述的基于用户采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，其特征在于，还包括由该方法推导出来的“标准通断时间面积法”，其时间当量折算公式为 = (Ti-T0)Z(Tr-Ts) = (Ti-T0) [2Tr-(T-+Tmin)]/[2 (Tr-Tmax) (Tr-Tmin)]，其中 Qi 为TAT0向TATs转换的时间当量，Ti为室内温度传感器Si的测定温度，τ。为室外温度传感器S。的检测温度，供热期间标准的室内采暖温度设为 ；，供热期间标准的室外环境温度设为Ts，供热期间的平均最高室外环境温度设为Tmax，供热期间的平均最低室外环境温度设为Tllln0
7.根据权利要求I所述的基于用户采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，其特征在于，还包括楼栋中非采暖用户的间接采暖费用的计算公式=F = ClkEfiSi,其中d为用户间接采暖费用计算的折扣率，k为共用墙壁的传热率，fi为与非采暖用户相邻的某个采暖用户房间的单位内表面积在供暖季度内平均分摊的采暖费用，Si为非采暖用户和与其相临的某个采暖用户的之间的共用墙壁面积。
全文摘要
基于采暖面积与室内外温差和采暖时间的供热计量分摊方法，属于集中供热领域。它是从供热系统为采暖用户所提供的实际效用的视角出发，引入了“有效能耗”的概念，通过弱化由于建筑结构和不同用户房间之间的热传导与热辐射等因素所导致的热能损耗或增益，凸出用户在不同的室外环境温度和室内采暖温度下的有效热能消耗，然后计量用户房间在实时的室外环境温度和室内采暖温度下每个采样周期所对应的温差与时间的乘积，最后按照用户采暖的“面积×温差×时间”分摊楼栋热量表所计量的热量，并将其作为向用户收费的基本依据，从而很好地解决了采用传统计量方法进行分户计量时遇到的多重矛盾与问题。
文档编号G01D4/00GK102829804SQ20111016839
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者武海强 申请人:武海强