一.熱計量與溫控的意義

我國地域廣闊，人口眾多，房屋建筑規(guī)模巨大，其中住宅建設(shè)約占居住建筑的92％，住宅建設(shè)量大而且面廣，至今仍呈上升趨勢，而且這個上升趨勢還將持續(xù)20－30年。但是我們必須清醒的看到，我國如此龐大的房屋建筑及住宅建設(shè)的快速增長是以資源和能源的高消耗為代價換取的，除了利用最直接的資源--土地以外，住宅能源消耗的增長是住宅建設(shè)發(fā)展的一大限制因素。當(dāng)前由于我國建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差，供暖系統(tǒng)熱效率低，單位住宅建筑面積采暖能耗為相同氣候條件下發(fā)達(dá)國家的3倍。到2000年，全國城市建筑耗能將占能源生產(chǎn)總量的14％，這就說明，只有堅決采取節(jié)約能源的措施才能維持建筑的可持續(xù)發(fā)展。

國外的熱計量經(jīng)驗表明，按照熱量收費的制度是促使用戶自覺節(jié)能的最有效手段，據(jù)統(tǒng)計，把"大鍋飯"式的采暖包費制，改為按實際使用熱量向用戶收費，可節(jié)能20％－30％。而在我國長期以來實行福利制供暖，能耗多少與用戶利益無關(guān)，這是大鍋飯體制遺留下來的一大弊端，也是供熱系統(tǒng)節(jié)能工作的一個最大障礙。按照國家節(jié)能法的要求，生活用能必須計量向用戶收費。這是適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟(jì)要求的一項重大改革，是供熱企業(yè)改變運行機(jī)制的重要舉措，是促進(jìn)建筑節(jié)能工作的一項根本措施。我們只有遵循市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律，把熱作為商品，由用戶自行調(diào)節(jié)控制使用，并按實用熱量合理收費，才能調(diào)動熱和供熱兩方面的積極性，進(jìn)而促進(jìn)節(jié)能。

實現(xiàn)供暖系統(tǒng)的按熱量收費的最終目的是建筑節(jié)能，要作到這一點，除了加強(qiáng)建筑保溫、降低設(shè)計能耗外，室內(nèi)供暖系統(tǒng)必須有溫控裝置。溫控是實現(xiàn)熱計量的前提條件之一，只有計量收費裝置而沒有室內(nèi)系統(tǒng)的溫控手段，實際上達(dá)不到節(jié)能的目的，而僅僅是為了收費，這實際上偏離了建筑節(jié)能的根本目的，因此熱計量和溫控往往是密不可分的。雖然熱計量的大面積推廣一定要在有溫控的前提下進(jìn)行，但是溫控除了節(jié)能、節(jié)資外，它的另一個作用是提高了室內(nèi)舒適度，提高熱網(wǎng)供熱質(zhì)量。因此熱計量一定要和溫控配合使用，才能相輔相成，使兩者的效果達(dá)到最好。

二.國外應(yīng)用情況及我國發(fā)展現(xiàn)狀

國外，特別是在北歐國家，從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來，十分重視建筑節(jié)能工作，并制定了有關(guān)政策、法規(guī)以及相配套的技術(shù)措施。國外發(fā)達(dá)國家的集中供熱系統(tǒng)均為動態(tài)的變流量系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)與控制技術(shù)先進(jìn)，控制手段完善，設(shè)備質(zhì)量高。通常一次管網(wǎng)所提供的熱量在熱力站交換成二次采暖熱水和民用生活熱水。在熱力站的二次水系統(tǒng)中均安裝有變頻調(diào)速的水泵、壓差控制器、電動調(diào)節(jié)閥、氣溫補(bǔ)償器以及回水溫度限制器等設(shè)備。有了一整套成熟的供熱系統(tǒng)運行模式。集中采暖按熱量計費是世界各國發(fā)展的趨勢，也是各國家節(jié)能環(huán)保的一項基本措施。目前除西方發(fā)達(dá)國家已采用這一措施外，東歐各國及原蘇聯(lián)地區(qū)國家正逐步推廣。與此同時，集中采暖按熱量計費的相應(yīng)技術(shù)也進(jìn)一步發(fā)展，采暖系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)更加先進(jìn)，計費技術(shù)更加可靠和準(zhǔn)確，整個采暖熱量計費裝置向小型化、計算機(jī)化發(fā)展。

我國由于現(xiàn)行的供熱收費體制是按面積收費，所以抑制了供熱節(jié)能的實現(xiàn)，同時造成了熱費收繳困難等問題。目前，隨著對供熱節(jié)能研究的深入，熱計量與溫度控制已經(jīng)成為當(dāng)前我國暖通行業(yè)關(guān)注與研究的熱點。由于我國熱計量與溫控方面的研究處于起步階段，存在一定程度上的盲目性與試探性，研究中出現(xiàn)了一些問題與爭議，比如國外的熱計量方式與推廣經(jīng)驗是否適合中國國情？國外的溫度控制與熱計量產(chǎn)品能否在中國完全適用？什么樣的系統(tǒng)能夠應(yīng)用計量與溫控？面對我國如此大的市場需求，開發(fā)什么產(chǎn)品、采用什么系統(tǒng)方式能夠經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠，在達(dá)到節(jié)能目的的同時，滿足舒適需要？等等，這些都需要我們進(jìn)行更深入地研究和探討。近幾年來，國內(nèi)許多部門做了大量有效地工作，在居住建筑建立適合熱量計量的供熱系統(tǒng)以及熱量計量方法方面做了一些示范工程，進(jìn)行了有益的探索，取得了一定的成效。比如天津市凱麗花園熱分配式的熱計量、龍?zhí)堵饭?jié)能住宅一戶一表式熱計量等，都為下一步的研究提供了寶貴的經(jīng)驗。另外，在溫控與熱計量產(chǎn)品方面，一方面，國外大公司如Danfoss、Honeywell、西門子、斯倫貝謝等大舉進(jìn)入中國市場，另一方面，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)全面進(jìn)入起步階段，溫控與熱計量產(chǎn)品的研制開發(fā)工作發(fā)展很快，已經(jīng)有多家企業(yè)開發(fā)出類似產(chǎn)品。

三.熱計量方法與儀表

3.1 熱計量方法

目前，歐美國家按戶計量熱量使用的方法基本是以下三種：

（1） 直接測定用戶從供暖系統(tǒng)中用熱量。

該方法需對入戶系統(tǒng)的流量及供回水溫度進(jìn)行測量。采用的儀表為熱量表。該方法的特點是：原理上準(zhǔn)確，但價格較貴，安裝復(fù)雜，并且在小流量時，計量誤差較大。目前在法國、瑞典等國應(yīng)用較多。

（2） 通過測定用戶散熱設(shè)備的散熱量來確定用戶的用熱量。

方法是利用散熱器平均溫度與室內(nèi)溫度差值的函數(shù)關(guān)系來確定散熱器的散熱量。該方法采用的儀表為熱量分配表，常用的有蒸發(fā)式和電子式兩種。其中蒸發(fā)式熱分配表的特點是：價格較低，安裝方便，但計量準(zhǔn)確性較差。目前在丹麥、德國廣泛采用。電子式熱量分配表的特點是：計量較準(zhǔn)確、方便，價格比熱量計量表低，并且可在戶外讀值。目前在歐美受到歡迎。

（3） 通過測定用戶的熱負(fù)荷來確定用戶的用熱量。

該方法是測定室內(nèi)外溫度并對供暖季內(nèi)的室內(nèi)外溫差累積求和，然后乘以房間常數(shù)（如體積熱指標(biāo)等）來確定收費。該方法采用的儀表為測溫儀表。但有時將記憶散熱器溫控閥的設(shè)定溫度作典型室內(nèi)溫度而將某一基準(zhǔn)溫度作室外溫度。該方法的特點是：安裝容易，價格較低。但由于遵循相同舒適度繳納相同熱費的原則，用戶的熱費只與設(shè)定的或測得的室溫有關(guān)，而與實際用熱量無關(guān)因此開窗等浪費能源的現(xiàn)象無法約束，不利于節(jié)能。目前德國不允許采用，美國、法國有使用。

3.2 熱計量儀表

（1）熱量表

熱量表由一個熱水流量計、一對溫度傳感器和一個積算儀組成。儀表安裝在系統(tǒng)的供水管上，并將溫度傳感器分別裝在供、回水管路上。一段時間內(nèi)用戶所消耗的熱量為所供熱水的流量和供回水的焓差的乘積對時間的積分，熱量表就是利用這個原理，用熱水流量計測量逐時的流量并用溫度傳感器測量逐時的供回水溫度，將這些數(shù)據(jù)輸入積算儀積分計算就能得出用戶所用的熱量。

熱量表依據(jù)流量計測量方式的不同可以分為電磁及超聲波式、機(jī)械式和壓差式。其中機(jī)械式有耗電少、抗干擾性好、安裝維護(hù)方便和價格低廉的優(yōu)點，因此現(xiàn)在應(yīng)用的比較多，如法國和德國，機(jī)械式流量計的比例高達(dá)90％，但是機(jī)械式的表在水中雜質(zhì)較多時精度會受到較大的影響。超聲波式的特點是量程大、計量精度較高、壓損較少，但是易受管壁銹蝕程度、水中泡沫或雜質(zhì)含量、管道震動的影響，價格較機(jī)械式貴很多。

（2）熱量分配表

熱量分配表是通過測定用戶散熱設(shè)備的散熱量來確定用戶的用熱量的儀表。它的使用方法是：在集中供熱系統(tǒng)中，在每個散熱器上安裝熱量分配表，測量計算每個住戶用熱比例，通過總表來計算熱量；在每個供暖季結(jié)束后，由工作人員來讀表，根據(jù)計算，求得實際耗熱量。根據(jù)測量原理的不同，熱量分配表有蒸發(fā)式和電子式兩種。

a. 蒸發(fā)式熱分配表

蒸發(fā)式熱分配表由導(dǎo)熱板和測量液體兩部分構(gòu)成。導(dǎo)熱板夾或焊在散熱器上，盛有測量液體的玻璃管則放在密封容器內(nèi)，比例尺刻在容器表面的防霧透明膠片上。測量液體的蒸發(fā)速度與散熱器的表面溫度密切相關(guān)，散熱器表面溫度越高液體蒸發(fā)越快。某一段時間內(nèi)測量液體的蒸發(fā)量表征了散熱器表面溫度對時間的積分值，實際上也是反映了散熱器的散熱量。

b. 電子式熱分配表

電子式熱分配表是用傳感器來獲得散熱器表面溫度和房間溫度的逐時值，然后測量裝置通過A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，然后由計算單元得到結(jié)果。

相對于電子式熱分配表，蒸發(fā)式熱分配表構(gòu)造簡單、成本低廉，也不用電。但是相對應(yīng)的，它的測量準(zhǔn)確性不如電子式。

以上兩種計量裝置相比較，熱量表測量比較準(zhǔn)確、管理方便，但是價格比較貴、維修量大，室內(nèi)系統(tǒng)一定要分戶成環(huán)，對舊有建筑多用的單管順流式和雙管式不適用，室內(nèi)原有系統(tǒng)改造困難。熱分配表價格便宜、對系統(tǒng)沒有特殊要求，舊有系統(tǒng)改造比較適用，但是其結(jié)果受多種因素影響，試驗工作量大，計算復(fù)雜。

四.溫控設(shè)備

用戶室內(nèi)的溫度控制是通過散熱器恒溫控制閥來實現(xiàn)的。散熱器恒溫控制閥是由恒溫控制器、流量調(diào)節(jié)閥以及一對連接件組成，其中恒溫控制器的核心部件是傳感器單元，即溫包。溫包可以感應(yīng)周圍環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生體積變化，帶動調(diào)節(jié)閥閥芯產(chǎn)生位移，進(jìn)而調(diào)節(jié)散熱器的水量來改變散熱器的散熱量。恒溫閥設(shè)定溫度可以人為調(diào)節(jié)，恒溫閥會按設(shè)定要求自動控制和調(diào)節(jié)散熱器的水量，從而來達(dá)到控制室內(nèi)溫度的目的。

五.適合熱計量的住宅供熱系統(tǒng)形式

5.1 適合熱計量的供熱采暖系統(tǒng)應(yīng)該具備的條件

（1） 調(diào)節(jié)功能即系統(tǒng)必須具有可調(diào)性，用戶可以根據(jù)需要分室控制溫度。無論手動調(diào)節(jié)還是恒溫調(diào)節(jié)，可調(diào)系統(tǒng)是熱計量的前提。

（2） 與調(diào)節(jié)功能相應(yīng)的控制裝置。這是保證調(diào)節(jié)功能實現(xiàn)的必要條件。由于室內(nèi)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，原有的定流量系統(tǒng)成為變流量系統(tǒng)，系統(tǒng)工況變化較大。若不采取相應(yīng)的控制措施，將無法滿足用戶需要。

（3） 每戶按熱計量功能。每戶用熱量應(yīng)可計量，用戶按用熱量計量收費，調(diào)動用戶自身的節(jié)能意識。

5.2 適合熱計量的供熱采暖系統(tǒng)形式

符合以上幾個條件，適合熱計量的室內(nèi)采暖系統(tǒng)形式大體分為兩種：一種是沿用傳統(tǒng)的垂直的上下貫通的"單管式"或"雙管式"系統(tǒng)；另一種是適應(yīng)按戶設(shè)置熱量表形成的共用的供回水立管和分戶獨立系統(tǒng)相結(jié)合的新形式

1. 垂直式單管系統(tǒng)

改造舊有順流式單管系統(tǒng)為跨越式單管系統(tǒng)、帶溫控閥的可調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是舊系統(tǒng)改造極易可行的一種方式。一般有兩種形式：一種加兩通溫控閥，一種加三通溫控閥。這種系統(tǒng)的熱計量設(shè)備是在一棟樓或小區(qū)的總?cè)肟谔幵O(shè)樓用熱量表，在每個散熱器上設(shè)蒸發(fā)式或電子式熱分配表。

2. 垂直式雙管系統(tǒng)

由于雙管系統(tǒng)存在的垂直熱力失調(diào)原因，過去往往只應(yīng)用于4層及以下采暖系統(tǒng)。由于雙管系統(tǒng)本身具有可調(diào)節(jié)性，因此只在每組散熱器入口處安裝溫控閥就可以了。這種系統(tǒng)的熱計量裝置和垂直式單管系統(tǒng)的相同，即一棟樓或小區(qū)的總?cè)肟谔幵O(shè)樓用熱量表，在每個散熱器上設(shè)蒸發(fā)式或電子式熱分配表。需要指出的是，由于溫控閥的阻力較大，因此在安裝溫控閥后可以很好的克服垂直熱力失調(diào)，雙管系統(tǒng)應(yīng)用不再受層數(shù)的限制。

3. 適應(yīng)按戶設(shè)置熱表的共用的供回水立管和分戶獨立系統(tǒng)相結(jié)合的形式

共用的供回水立管和分戶獨立系統(tǒng)相結(jié)合的形式是指每戶是相對獨立一個系統(tǒng)，每戶的供回水管和共用的供回水立管相連，在每戶入口的總供回水管處設(shè)一戶用熱量表來進(jìn)行熱計量。戶內(nèi)的采暖系統(tǒng)形式有地板輻射采暖、散熱器采暖等形式，其中散熱器采暖形式主要有水平并聯(lián)式和水平串連式兩種。

六.適合熱計量的室外供熱系統(tǒng)及其控制

由于按熱量收費，主動調(diào)節(jié)溫控閥以節(jié)省熱量將成為熱用戶的自覺行為，由此產(chǎn)生的室內(nèi)系統(tǒng)的變化，使采暖系統(tǒng)由原來的定流量系統(tǒng)成為了變流量系統(tǒng)。外網(wǎng)若仍采用原有的定流量控制方式，顯然不能滿足需要，必須進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。

1. 適合熱計量的室外供熱系統(tǒng)形式

由于我國以往供暖系統(tǒng)為定流量系統(tǒng)，所以傳統(tǒng)常規(guī)室外供熱系統(tǒng)多采用集中式熱力站，有時一個小區(qū)只設(shè)一個熱力站、小區(qū)熱力站的規(guī)模從5～40萬m2不等。而在集中供熱發(fā)達(dá)的北歐，多采用建筑入口設(shè)小型組裝式熱力站的形式。兩種形式相比較，集中式熱力站初投資低、便于集中管理。但是當(dāng)用戶流量變化很大時，雖然用戶間相互干擾可以通過入口加差壓控制器消除，同時還可以通過對主循環(huán)泵的調(diào)速，控制最遠(yuǎn)端用戶壓差維持不變，但泵的工作點將在很大范圍內(nèi)變化，致使泵的效率大為降低。建筑入口設(shè)小型組裝式熱力站的形式初投資較高，但運行費用較低，調(diào)節(jié)靈活。同時增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小了用戶間的相互影響，如末端漏水、相互干擾等問題。所以在確定供熱方案時，應(yīng)從投資、運行的經(jīng)濟(jì)性與其功能兩方面綜合考慮，選擇最優(yōu)方案。

2. 適合熱計量的室外供熱控制方式

由于不同系統(tǒng)形式的特點不同，所以采取什么樣的控制方式要具體問題具體分析。在實施按熱計量收費后，室內(nèi)系統(tǒng)可以分兩類：一類是有共用立管且戶內(nèi)為雙管系統(tǒng)，另一類是帶跨越管的垂直單管系統(tǒng)或者是有共用立管且戶內(nèi)為帶跨越管的水平單管系統(tǒng)，在溫控閥調(diào)節(jié)后，這兩類系統(tǒng)對總流量的影響是不相同的。對于第一類系統(tǒng)，在入口定壓差的情況下，是理想的變流量系統(tǒng)，外網(wǎng)應(yīng)采用相應(yīng)變流量控制方式，即在采用質(zhì)調(diào)節(jié)的同時，應(yīng)采用控制水泵轉(zhuǎn)速的方法，使供熱系統(tǒng)實現(xiàn)無級變流量運行。控制水泵變頻調(diào)速的方式有很多，較合適的方式有兩種，一種是控制最不利環(huán)路供回水壓差恒定；另一種是控制熱力站進(jìn)出口壓差恒定。當(dāng)流量變化很大時，前者調(diào)速節(jié)能效果較后者要好，而后者更易實現(xiàn)。第二類系統(tǒng)，系統(tǒng)的總流量基本不變，因此要求定流量，只進(jìn)行質(zhì)調(diào)節(jié)。一般可以在用戶入口加流量限制器，保證系統(tǒng)定流量，滿足用戶要求，而對于分散的小型熱力站，由于系統(tǒng)小，所以只要二次循環(huán)泵定流量運行就可保證用戶要求。

七.熱計量收費方法

熱量價格的確定，要考慮到多種方面，其中包括鍋爐煤耗、水泵電耗、水的軟化除氧、水耗，供熱人員的工資收入，設(shè)備的投資、折舊等等很多項目。還要考慮一次換熱、二次換熱乃至三次換熱品質(zhì)定價問題。不同供熱模式及燃料種類對熱價的影響等等。

城市供熱是由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶（室內(nèi)采暖系統(tǒng)）組成的龐大、封閉、復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)，只要進(jìn)入供暖期投入運行后，就必須連續(xù)運行，不能間斷；但是，按市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律要求，又必須按用戶的實際用熱多少進(jìn)行公平交易，保證供熱。考慮到這兩方面因素，熱費計價辦法應(yīng)分為兩個部分：固定開支與浮動開支。

固定開支為與能源產(chǎn)量沒有直接的比例關(guān)系，即用戶在完全沒有使用的情況下也必須付出的費用，主要由用于熱網(wǎng)正常運行的固定資產(chǎn)投資和供熱企業(yè)管理費用等組成。如土地使用、設(shè)備投資、維修管理、職工工資等。這些固定開支提供了用戶相應(yīng)的使用功能，并不因為使用或停用、用的多少而變化。這部分投資應(yīng)當(dāng)按照用戶所占建筑面積均分或是在房價上集中體現(xiàn)出來。

浮動開支為熱量熱費，是隨能源的產(chǎn)量而變化的部分，即能源產(chǎn)量越多，浮動開支越大。如燃料消耗、運行耗電、系統(tǒng)用水、廢料處理、職工加班費等。這部分費用需按照各用戶應(yīng)通過冷熱量表計量的實際用能量進(jìn)行分配。

在歐洲部分地區(qū)，供暖總費用分為兩部分收取，一部分是按面積收費，一部分是按計量收費；也有些地區(qū)供暖費全部按表計費。我國應(yīng)該實行什么方式，還有待探討。