引言

1996国家建设部颁布的《建筑节能“九五”计划和2010年规划》,吹响了中国供热计量改革的号角,17年来,住房和城乡建设部等有关部委,一直致力于供热计量改革推动供热节能和建筑节能的发展。

20086月,住建部制定发布的《民用建筑供热计量办法》,其“总则第六条”规定:“新建建筑和进行节能改造的既有建筑必须按照规定安装供热计量装置、室内温度调控装置和供热系统调控装置,实行按用热量收费的制度。”首次将计量、温控、平衡三项功能确定为供热计量装置的基本技术要求,进一步明确了供热计量改革的思路和方向。

令人遗憾的是,作为技术提供方的热量表制造企业,也许没有真正领会《方法》的要求,也许出于技术和成本等方面的考虑,行业里仍以单一功能的热量表、时间面积通断法、热分配表等技术方案为主流,和《办法》中的要求相去甚远,难以取得供热计量改革责任主体供热企业的认同,使得政府力推的供热计量改革陷入技术和产品无法落地的尴尬境地。行业里呈现出依托国家补贴、忽视热力公司、忽视节能目标的非市场化导向,导致行业在2010年增长后再次出现停滞不前。

如果我们的热量表企业跳出传统热量表结构的框框,从系统上考虑,把计量功能和控制管理功能组合起来设计制造一套仪表装置,可能是即科学合理,又利于被供热公司采纳。”中国科学院物理研究所研究员、住建部专家委员会委员王树铎的一席话,不仅代表着行业专家的观点,也代表着供热企业的期望。针对现阶段行业现状,人们不禁要问:供热计量路在何方?

以节能为目标、面向供热企业的平衡热量表

现有的供热计量系统由热量表和数据集抄系统构成,其初衷是通过热计量收费来引导用户行为节能,避免开窗及室温偏高。然而,由于热量表的质量问题以及“多退少不补”的收费政策,预期的行为节能被打了折。一些热力公司之所以表示“计量并不等于节能”,一方面是因为前几年热量表质量不尽如人意,另一方面则由于行为节能未被充分调动。所以,单纯的供热计量系统在节能的便利性和自动化程度上存在缺陷,促使人们在室内温度控制系统中寻找答案,于是出现了时间面积通断法。

时间面积通断法一般是在各户安装控制阀和无线温感器,对该住户循环水进行通断控制。室内温控系统首先面临入户安装时住户许可的问题;其次,室内温度传感器放在室内还存在温度测点准确性问题,如被移动到靠窗位置测得温度偏冷则控制系统会额外提供过多热量;此外,无线通讯的稳定性和可靠性作为一个工程问题长期存在,使得系统的可靠性得不到保证。作为列入行业标准的时间面积通断法和流温法,至今无法在理论上和实践中提供完善的量值传递依据,难以成为一种热计量收费标准。

多年的实践证明,单一的计量和温控均不能满足供热计量的要求,行业里也有尝试同时实施计量和温控的方案,无奈采用部件太多、施工复杂、性价比太低而缺乏商用价值。如何构造一个满足供热节能系统的要求,同时成本低廉、施工便捷的热网仪控装置,问题一直困扰着行业人士。

云谷科技研发团队长期从事换热站控制系统的研究,历经国内几百座换热站的工程施工和节能运行,国内最先进的无人值守换热站专用控制器在2011年住建部日照会议上的成功展出,标志着云谷科技研发团队在供热节能控制领域处于领先地位。基于对供热系统的熟知和供热节能的研究,云谷科技研发团队以系统化节能为目标,历经近十年的探索和研究,面向供热计量改革主体——供热企业,推出了世界上第一台具有阀控功能的电磁式热量表——平衡热量表。

平衡热量表是一种集计量、温控、平衡于一体的新型户用热量表,它打破了热量表的常规结构,将计量功能和控制管理功能有机的结合在一台表中,充分发挥了两者的综合优势,同时又避免了单一系统的缺陷。作为创新产品的平衡热量表,不仅具备常规热量表的计量、显示、通讯等功能,其内置的控制阀可以调节热流量,达到房间温度可控制,以及管网的整体平衡。平衡热量表不仅为热力公司提供计量、远程抄表等基本功能,而且可构建全方位的整网管控系统,解决一系列困扰热力公司的难题,是目前热计量技术的重大突破。

平衡热量表的原理和节能技术

众所周知的原因,机械式热量表在恶劣的供热水质下几乎无法使用,而超声波热量表长期运行后极易出现无信号的故障。电磁式热量表虽然一直以来被人们认为具有极好的环境适应性,完全满足供热水质的要求,但高昂的成本和较大的功耗,阻碍了电磁式热量表在户用热量表中应用。

平衡热量表选用一直被人们认为“昂贵”的电磁原理测量流体的流速具有精度高、环境适应性好、流阻小、寿命长等特点。根据供热水质的特点,平衡热量表对电磁式流量计传统结构做了重大革新,通过控制阀和流量传感器一体化结构,以及新型复合材料,简化了电磁式流量传感器的结构和制造工艺,使得电磁式户用热量表不再“昂贵”。

由于控制阀和流量传感器采用完全的一体化结构,而不是简单的组合,产品整体尺寸甚至小于普通热量表,并且技术指标上完全遵循CJ128-2007《热量表》行业标准,这使得平衡热量表在功能、性能和安装尺寸上完全兼容普通热量表,以便工程实施和替换。

平衡热量表本体设计遵循节能的原则。由于采用电磁测量原理,测量管内无构造件,平均压损小于10KPa,低于25KPa的行业指标,其入口管路无需前置过滤器,免除过滤器阻塞和压损。平衡热量表的总体管损远低于普通热量表,可降低装表后的电能消耗。内置控制阀采用高可靠低扭矩低功耗阀门结构,并采用开关控制模式,平均功耗低于0.1瓦,每台平衡热量表每年的耗电量少于1度。

平衡热量表提供能量控制和温度控制两种节能控制模式,并采取小流量大温差控制策略,从而大幅度降低管网流量,解决远端管网供热不足的问题,同时解决普通热量表小温差时无法准确测量热流量的问题,这也是普通热量表在质量问题解决后面临的工程化问题。从现场应用角度分析,平衡热量表的热计量准确度高于普通热量表,是真正能满足热计量准确度的热量表。

平衡热量表采用独特的渐近式室内温度控制技术,省却入户安装温度传感器,这也是困扰众多温度控制系统,包括时间面积通断法的工程化问题。平衡热量表仅仅在入户管路上安装就可以直接实施能量和温度控制的热量表,有利于明确热力公司和住户的职责,并减少热力公司的管理成本。

总体来看,平衡热量表功能上集计量、温控、平衡于一体,是一台功能全面和复杂的户用热量表,但却是工程化最简单的热量表。平衡热量表解决了普通热量表的可靠性问题、小温差精确度问题,解决了时间面积通断法的温度传感器安装问题,并且采用小流量输送热量,大幅度降低管网投资、提高供热质量。

构架整网节能和管控系统

基于平衡热量表的热网节能系统——智能热网系统,由分户计量平衡系统、换热站平衡控制系统、智能热网管理系统等三个子系统构成,分别实现室温控制和能源计量、换热站无人值守和优化平衡、管网平衡和优化等功能。

分户计量平衡系统是热网系统的二次网控制部分,由平衡热量表、集抄器、热量表集抄管理软件等部件组成。平衡热量表安装于入户端,由通讯网络和集抄器保持通讯,实现温度、流量、热量、阀门开关等信息的交互。热量表集抄管理软件运行于监控中心的数据服务器中,通过3G网络和集抄器保持远程数据通讯。

换热站平衡控制系统是热网系统的一次网控制部分,用于换热站的全自动运行。由换热站RTU、换热站监控软件等部件组成,控制器收集管网温度、压力、流量等运行参数,并控制水泵运行,配合分户计量平衡系统和智能热网管理系统,完成整网的优化运行。换热站通过3G网络和监控中心数据服务器保持数据通讯。换热站平衡控制系统通过控制二次网供热能量,降低管网输送的热能损耗。

智能热网管理系统是热网系统的能量优化和管控部分,由智能热网WEB管理、气候补偿、负荷预测等软件组成,运行于监控中心数据服务器,并且通过3G通讯网络和集抄器、换热站RTU保持数据通讯。系统具有节能算法和优化算法,可以在分户计量平衡系统和换热站平衡控制系统的基础上,通过提升热源效率、换热站站间平衡,进一步提升系统的运行效率,降低系统能耗。

节能和管控技术的收益

供热企业能源消耗占其成本70%以上,是企业经营的主要成本,能源消耗不仅包含煤炭,也包含水、电等间接能耗。平衡热量表的应用将为供热企业带来四大益处。

首先是实现了供热技术的进步。平衡热量表的使用不仅实现了对用户的用热量计量,还实现了供热系统二次网户用供热量的自动调节和变流量运行,更好得满足了热用户的需求。同时,该方案在产品成本和施工成本方面具有显著优势,总体成本上与安装单纯热量表相比没有明显提高。

其次是减少了能耗,降低了供热企业的运行成本。无论是采用何种收费方式,在实现了室温和户用供热量的自动控制之后,将解决供热的水平和垂直失调,解决房间温度过冷过热问题,减少了热量的浪费,大幅降低供热企业的能源消耗。

再次是能节省供热容量,给供热企业带来“容量收益”。平衡热量表实现了二次网户用热量和水力的调节和平衡,实现小流量大温差控制,大幅度降低水泵负荷。在达到用户满意的供热质量的前提下,相同的供热管网可覆盖更大的范围以供应更多的小区和住户。或者从另外一个角度来讲,与以往相比,用以覆盖相同供热区域的管网建设费用将被大大降低,而此类管网基础建设费用在热力公司开支中占相当比例。

最后是能实现精细化管理,提高企业运营管理水平,从而提高集中供热的竞争力,扩大市场份额。云谷科技提供的基于平衡热量表的全新供热节能综合解决方案——智能热网系统,不仅实现计算机集中抄表读取各住户用热量数据,同时还能实现远程定能量控制、远程精确室温控制、欠费停止供热、住户失水自动关阀、故障诊断和报警、运行数据分析和实时数据监控等功能,使供热管理更智能、更方便、也更人性化,同时还能减少用户投诉,提高了管理效率和水平。

系统综合节能效果显著,有望节省煤炭资源30%,节省设备投资30%,节省人工成本50%,节省电费50%,节省水费80%

结论

基于平衡热量表的智能热网系统,为供热公司提供了一种全新的节能和运行方案,不仅有效节能,大幅度提高管理效率,还有效调动供热计量改革的主体——供热公司的积极性,从被动的执行到主动使用供热计量装置,推动供热计量改革走向市场化道路。基于平衡热量表的智能热网系统,将解决困扰供热计量产业多年的问题,为供热计量扫平技术上的障碍,推动供热节能事业的发展。

平衡热量表 ——计量温控平衡三位一体

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平衡热量表——构建新型供热节能系统

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