分户热计量供暖供热系统的热负荷计算问题

　　随着我国的国民的飞速，人们对生活的舒适要求越来越高。人们对冬季的供暖要求不仅要舒适，而且要节能，要为国家省能，为居民自己省钱。现在国家对建筑节能政策也正在进一步地贯彻执行，居住建筑采用分户热计量和分室温控的供暖系统，就是这样一种为适应节能形式而发展起来的全新的供暖形式。我国建设部2000年第76号部长令要求从2000年10月1日起正式实施《民用建筑节能管理规定》，其中第五条就明确地规定："新建居住建筑的集中供暖系统应当使用双管系统，推行温度调节和户用热计量装置，实行供热计量收费。"因而，这种供暖系统已成为今后的居住供暖设计中必须采用的供暖形式。由于这种系统与以往的供暖系统的方式 有很大的不同，其供暖热负荷的计算　供暖系统型式、供暖系统阻力计算、供暖设备的选用等方面也与以往有所不同。因此，居住建筑分户热计量和分室温控的供暖系统设计中的技术急待解决。


　　为保证我国的用热量制度的顺利进行，为满足住宅居民对用热质量要求，我们必须认真地去解决好与之相关的问题。首先要研究的是这种供暖系统与常规的供暖系统在设计中的热负荷计算的区别。其中，最大的区别应当考虑的是邻户的传热问题。但是，如何考虑？这个问题不仅与建筑物的入住率有关，而且与居住者的生活习惯有关，还与居住者的收入等客观条件有关。对于这个问题，专家们提出了两个种设计计算方法：一种是采用在常规供暖系统设计计算热负荷的基础上进行附加修正的方法，采用此方法时，有的专家提出来用1.2～1.5作为其修正系数，但是，什么位置的户型采用1.2进行修正？而什么时候又通采用1.5呢？专家们并没有给出一个明确的说法；另一种是对邻户的传热进行计算的方法，这个问题也比较麻烦，而且其计算模型也比较复杂，人为因素也比较多。


　　为了了解和分析这种供暖系统的热负荷，我们应依据现行有关法规和计算方法，对不同户型、不同供暖户数和不同楼层位置的户供暖热负荷计算。由于本课题刚开始不久，只进行了第一步，即：研究、分析和探讨在一栋住宅楼里只有一户居住户供暖时的状况，并将其结果与在同样条件下的常规供暖系统的热负荷做了比较，试图找出有关问题的所在。以下，就整个计算和分析的过程向大家汇报如下：
　　


一、计算依据


　　
　　由于我国新的适合于《民用建筑节能管理规定》的《供暖通风与空气调节设计规范》及与之配套的设计技术措施还没有出台，本文中的供暖热负荷设计计算所使用的主要计算依据仍然采用老规范《采暖通风与空气调节设计规范》和老版本的《民用建筑暖通空调设计技术措施》，并根据新颁布《民用建筑节能管理规定》、《住宅设计规范》和《供暖通风与空气设计规范》（征求意见稿）的要求，做了适当的修改。


　　1、冬季供暖室外设计计算参数：（略）


　　2、冬季供暖室内设计计算参数：（略）


　　3、建筑室内外围护结构的设定：


　　（1）建筑模型


　　为了进一步了解和掌握居住建筑分户热计量和分户温控供暖系统的热负荷计算规律，我们选择了两个有代表性的住宅户型和四个常用的户面积指标作为热负荷计算的基本条件，组合了分别为五层和六层的四个单元、两个楼座（一号楼和二号楼）的建筑模型。


　　（2）一、二号楼的概况综述：（略）


　　（3）围护结构传热系数的设定：（略）


　　
二、实行分户热计量供暖建筑的传热分析


　　
　　分户热计量供热住宅建筑的传热过程的计算方法与以前的集中供热的计算方法基本一样，所不同之处就在于，它是以户为单位实施供热。当整个住宅楼的所有居住户均供暖时，其热负荷计算与以前的常规供热的计算完全一样；当部分居住户供暖而另一部分不供暖时，计算就不一样，它除了要计算正常的热负荷外还需要计算向不供暖的邻户的传热热负荷；当整个住宅楼只有一户供暖而其他户均不供暖时，该居住户的分户计量供热热负荷最大，也就是分户计量供热住宅每户供热的最不利情况。
　　

     因此，分户计量供热住宅每户供热热负荷要比以前的常规供热大，那么，在设计分户热计量供暖系统时所选用散热器的数量也要多。当然，整个住宅楼的供暖总热负荷并不是在当整个住宅楼只有一户供暖而其他户均不供暖时每户供热热负荷的叠加，而是在整个住宅楼所有居住记均供暖时每户供暖热负荷的叠加。但分户计量供热住宅每户传热过程究竟如何？它的热负荷要比以前常规供热的每户热负荷大多少？我们做了以下分析：


　　
　　1、建筑传热过程：


　　我们讨论任何建筑物的传热过程时都必须在稳定状态下进行的，即室内的得热量与耗热量相等，室内供热量与热负荷平衡。我们把分户计量供热住宅每户的热负荷分为：外围护结构的耗热量Qw和向不供暖的邻户的传热耗热量Q，即：Q= Qw + Qn (2.1)


　　与以前的常规供热住宅的传热一样其传热过程计算包括：外围护结构的基本耗热量、外围护结构的附加耗热量和加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量等。计算方式略。


　　外围护结构的耗热

量：
　　  

（2.2）


　　由以上各式，我们可以看出：一旦某栋住宅楼定型后，分户计量供热住宅每户的外围护结构热负荷只与室内外温差有关。


　　现在我们来讨论分户计量供热住宅与以前的常规供热住宅的传热不同之处，即增加了向不供暖的邻户的传热耗热量Qn。为了便于研究这种耗热量，首先，我们在分析、计算和统计时是以住户为单位的，而且户内温度是相对均匀的：其次，我们在计算热负荷时假设：整个住宅楼只有一户供暖而其他户均不供暖的情况下。假设这栋住宅楼有M层、每层I 户，当我们要计算第m层第I户的耗热量时（参见图三，略），其外围护结构的耗热量为：Qw(m,i)，而其向不供暖的邻户的传热耗热量为：Qn(m,i)，该户的供热热负荷为：

 

　　供热热负荷：Q(m,i)= Qw(m,i)+ Qn(m,i) 　　　　　　　　　　　　（2.3）

 

　　如果我们称由供暖户通过内墙或内楼板传向邻户的热为一级传热的话，那么邻户得到一级传热量除了抵消其外围护结构的耗热量外，也通过其内墙或内楼板向其它不供暖且室内温度低于该室内温度邻户传热，我们称之一二级供热量。中热网-中国热量表网依次类推事例要室内温度与其邻户的室内温度有温差，就有向下一级传热的过程，就且级供热量，当（最终一级的）邻户室内温度与其邻户的室内温度的温差很小时，视为通过内墙或内楼板传向邻户的传热终止。因此，由供暖户通过内墙或内楼板传向邻户的耗热量（一级供热量）Qn(m,i)：


　　一级供热量： 


　　其中， 为供暖户通过内墙或内楼板传向基上下左右邻户的热量为一级供热量。


　　对于某一邻户（如：第m-1，i户）来讲，所得到的一级供热量就得它的传热量 ，而由公式（2.1.7）得：Q(m-1,i)= Qw(m-1,i)+ Qn(m-1,i)；


　　依次类推，供暖户的热负荷  　　　　　　　（2.4）


　　由此可见，某一分户计量供热住宅在整个住宅中仍一户供暖而其他户均不供暖的情况下该户的热负荷就等于在传热稳定后，整个住宅楼各户在其各自室内温度与室外温度的差值下的外围护结构耗热量的总和。


　　2．传热温差的确定：


　　由以上的结论可知，分户热计量住宅的传热过程比较复杂，要计算其供暖热负荷也是比较困难的，因为要计算其供暖热负荷，就必须要计算出整个住宅楼各户的室内温度值或各户的室内外传热温差。而随着通风内墙或内楼板传向邻户的传热一级一级地传下去，邻户的定内外传热温差和一级室内与下一级室内传热温差直来越小，供热量直来越少，以至于可以忽略不计。那么传热温差小到多少可以忽略不计呢？有关规范和资料的供暖部分中规定"与相邻房间的温差大于或等于5℃时，应计算通过隔墙或楼板等的供热量"。这个要求太低，由此引起的耗热量比较大，不应忽略。而上述文件中的空调部分冷负荷计算要求中规定为：当传热温差大于或等于3℃时，应计算通过隔墙或楼板等的供热量。我们认为这个数值还是可以采用的。


　　
3．的确定：


　　根据分户热计量供热过程的，可以看出，要解决某一供暖热负荷的计算，就必须首先要掌握该住户所在住宅楼的各住户在传热稳定后的传热方向，然后再计算出其所在住宅楼的中住户所在住宅楼的各住户传热稳定后的传热方向，然后再计算出其所在住宅楼的各住户在传热稳定后的室内温度，最后算出各住户在其各自室内温度与室外温度的差值下的外围护结构耗热量。因此，光凭上述传热公式和了解该住户所在住宅楼的各住户住户在传热稳定后的传热方向，要计算该住户所在住宅楼的各住户在传热稳定后的室内温度是非常复杂的和困难的，必须了解和掌握在热传递稳定后的热平衡以及该住户在所在住宅楼的几种特殊的边界情况下的传热计算方法，而且为了简便计算方法，我们也必须做一些假设以忽略一些不大的计算因素。

 

　　（1）稳定传热的热平衡：


　　由于是稳定传热，对于某一分住宅的户热计量供热住户来说，要使该住户保持较舒适的热环境所需的供热量应等于其外围护结构耗热量与通过内墙或内楼板传向邻户的耗热量（一级供热量）之和；而对于某一分户热计量住宅的非供热住户来讲，中热网-中国热量表网该住户从上一级传热得到的供热量就等于其（在该住户的室内温度下的）外围护结构耗热量与通过内墙或内楼板传向下一级邻户的耗热量（二级供热量或若干级供热量）之和。


　　设：通过内墙传热至所计算的住户的上级邻户为：(m,i-1)户、通过楼板传热至所计算的住户的上级邻户为：户(m-1,i)户、所计算住户内的室内温度为：t(m,i)时，该非供热住户的热平衡式为： 


　　即： 　　　　　　　　(5)

　

　(2) 对几个问题的讨论：（略）


　　
三、分户热计量供暖系统热负荷计算程序方法：


　　
　　为了了解、掌握和比较分户热计量住宅的供暖热负荷的计算方法和变化，我们选择了四种相关计算方法对两栋实例进行供热负荷计算。这四种方法分别是：一、整个住宅楼所有的住户均供暖（方法一）；二、整个住宅楼只有一户供暖而其他住户均不供暖，但只计算通过内墙或楼板向不供暖的邻户传热的一级供热量（方法二）；三、整个住宅楼只有一户供暖而其他住户均不供暖，但计算通过内墙或楼板向不供暖的邻户传热到二级供热量（方法三）；四、整个住宅楼只有一户供暖而其他住户均不供暖，但计算通过内墙或楼板向不供暖的邻户传热到三级供热量（方法四）。由于方法一是常规集中供热情况下的外围护结构耗热量计算，在这里不再讨论，下面我们讨论一下方法二～四（略）。
　　


四、实行分户热计量供热建筑模型计算结果


　　
　　根据上述计算方法和所对应的建筑模型，我们采用FORTRAN语言对分户热计量供暖系统在整个住宅楼只有一户供暖而其他住户均不供暖的状况下，各住户的各级传热的多元一次方程进行了编程求解。任何住宅建筑物只要其内外围护结构的布置与尺寸一旦确定，整个住宅建筑的各个住户在所有住户都供暖的状态下的热负荷即可求出，将这些有关参数以及住宅的有关热工参数输入计算程序并运行，最终计算出该供暖系统在整个住宅楼只有一户供暖而其他住户均不供暖的状况下，各住户的各级传热负荷。所计算的热负荷结果（略）。


　　
五、结论


　　
　　通过上述分户计量供热热负荷的计算分析和对分户热计量供暖系统在整个住宅楼只有一户供暖而其他住户均不供暖的状况下，各住户的各级室内温度和传热热负荷的最终结果的分析和，可以得到以下初步结论：


　　1．对住宅分户计量供热系统的热负荷计算方法的分析、传热分析以及为计算分户计量供热系统的热负荷所建立的多元一次方程是基本合理的，所编制计算程序是正确的，对所建立的建筑模型的计算结果是基本可信的。


　　2．当计算到三级传热时，室内温度与室外温度或下一级室内温度差已经小于3℃，第三级通过建筑物的内部围护结构传向第四级的热负荷可以忽略不计。所计算的级数越多分户计量供热热负荷越大，一级传热的温度差就越大，计算就越精确。


　　3．由于一级传热温度差值比较大，通过建筑物内部围护结构传热损失就较大，对供暖热负荷的影响较大。因此，采用分户计量供热系统的住宅的内墙和内部楼板作保温势在必行。


　　4．从上述计算结果可以看出：供热采暖网当不考虑其他住户供热时，住户的外围护结构越多且内围护结构越少其总热负荷与常规集中供热状况下的热负荷差距越小，住户的外围护结构越多且内围护结构越多其总热负荷与常规集中供热状况下的热负荷差距越大。也就是说，顶层和底层的外端户所需在常规集中供热状况下的热负荷基础上修正系数最小（1.55～1.65）中间层外端户的修正系数较小（1.90～2.05）；顶层和底层中间户的修正系数比较大（1.99～2.30）：中间层中间户的修正系数最大（2.65～2.94）。


　　
六、问题


　　
　　在实际住宅建筑中，在一栋住宅楼内只有一户居住户供暖的供暖状况的概率几乎为零。本课题从一户供暖着手，逐步、逐级地研究和分析分户热计量供暖系统的热负荷计算规律是可行的。由于研究时间较为仓促，以下方面还需要进一步的分析、研究和探讨；


　　1．不同地区、不同供暖户数、不同供暖状况和不同边界条件对住宅分户计量供热系统的热负荷计算方法和传热分析以及为计算分户计量供热系统的热负荷所建立的多元一次方程是否有影响。


　　2．入住率对住宅分户计量供热的热负荷计算方法、传热分析以及为计算分户计量供热系统的热负荷所建立的多元一次方程的影响。应研究在不同入住率的情况下，对供暖住户热负荷修正系数的影响，以及设计时应采用的入住率。