摘要：闡述了熱量計量收費的必要性及其引起的變化，分析了熱量計量收費后直連網、間連網和混連網的不同調節方案，并介紹了按戶計量收費對供熱造成的各方面影響。
    1 前言
    我國現行的按建筑面積計算熱費的供熱收費體制，違背了市場經濟的客觀規律，其弊病顯而易見。首先，由于用戶用熱多少和用戶付費多少無關，用戶不會關心供熱能耗問題，抑制了用戶節能的積極性，不利于建筑的可持續發展；其次，用戶由于沒有供熱的調節手段，無法根據自己的需要來調節室內溫度，不利于人們生活水平的進一步提高；第三，由于目前的種種原因，供熱公司收取熱費成為一個難題，使供熱公司正常運行難以進行，不利于供熱公司的技術創新和技術進步；第四，這種收費體制不利于激勵供熱公司進一步提高經濟效益，容易產生壟斷性掩蓋競爭性、政策性虧損掩蓋經營性虧損的傾向。這一問題已引起各級領導管理部門的高度重視，依照熱量計量收費勢在必行。根據建設部2000年發布的《民用建筑節能管理規定》，從2000年10月起，所有利用集中供熱的新建住宅，“推行溫度調節和戶用熱量計量裝置，實行供熱計量收費”。在按戶依照熱量計量收費后，收費體制將發生根本變化，“熱”成為市場經濟中的一種商品，雖然上述問題將迎刃而解，但又會帶來新的問題。
    2 按供熱面積收費體制下熱網調節方案
    在現有的按面積收費體制下用戶無法調節流量，供熱公司以定流量或分階段變流量的質調節方案進行運行，調節的主動權在供熱公司。因此，從技術角度看熱網正常供熱只要做到：
    * 保證流量分配均勻：在初調節時把用戶的水流量調整到所要求的設計流量，即流量按供熱面積分配均勻即可；
    * 保證合適的供水溫度：對于一次網，根據室外溫度控制熱源出口的供水溫度；對于二次網，只要熱力站設計及初調節合理，在一次網供水溫度調節適當的情況下即可保證二次網的合適供水溫度。
    正常供熱時熱源的供熱總量變化僅僅和室外溫度有關，供熱總量可以預知且由其控制。
    3 依據熱量計量收費后所引起的變化
    在熱量計量收費后每組散熱器上安裝溫控閥，用戶將根據自己的需求調節溫控閥來控制室內溫度。這種調節本質上是通過調節散熱器的流量、即散熱器的供熱量而控制室溫。當眾多用戶調節流量后，整個熱網的流量和供熱量也將隨之變化，而這個流量和供熱量的變化是供熱公司無法控制和預知的，這也就是說，分散的眾多用戶成為主動的調節者，而供熱公司由主動變為被動的適從者。這種變化必然帶來新的課題：
    * 在供熱公司不可能再維持熱網定流量質調節的方式下，熱網流量如何調節？
    * 在保證用戶供熱質量的前提下，供熱公司如何運行才能降低運行費用、提高經濟效益？
    4 依據熱量計量收費后熱網調節方案
    在熱量計量收費后熱量成為一種商品，為保證充分供應，就要在任何時候用戶都要有足夠的資用壓頭。為此可以采用下兩種控制方法：
    * 供水定壓力控制：把熱網供水管路上的某一點選作壓力控制點，在運行時使該點的壓力保持不變（注意，非熱網恒壓點，為避免誤解，稱作壓力控制點）；
    * 供回水定壓差控制：把供熱網某管路的供回水壓差作為壓差控制點，保持該點的供回水壓差不變。
    無論那種控制方法，都要涉及到以下幾個問題：
    A． 控制點選在什么位置；
    B． 控制點的設定值應取多大；
    C． 供水溫度如何調節；
    控制點位置及設定值大小的選擇主要是考慮運行降低能耗和保證熱網調節性能的綜合效果。在設定值大小相同的條件下，控制點位置離熱網循環泵出口越近，調節能力越強，但越不利于節約運行費用；離熱網循環泵出口越遠，情況正好相反。在控制點位置確定的條件下，控制點的壓力（壓差）設定值取得越大，越能保證用戶在任何工況下都有足夠的資用壓頭，但運行能耗及費用也就越大；反之如取值過低，運行能耗及費用雖然較低，但有可能在某些工況下保證不了用戶的要求。

  4.1 直連網的調節

 4.1.1 供水壓力控制點的位置及設定值大小
    如圖1所示直連網，采用供水壓力控制方法，為保證在任何時候都能滿足所有用戶的調節要求，把壓力控制點確定在最遠用戶n的供水入口處，該用戶供水入口處的壓力設定值P_n為：
    P_n＝P₀＋△P_r＋△P_y  （1）
    P₀：熱源恒壓點的壓力值，設恒壓點在循環泵的入口；
    △P_r：在設計工況下從n用戶到熱源恒壓點的回水干管壓降；
    △P_y：用戶的資用壓頭。

    4.1.2 壓差控制點的位置和設定值
    壓差控制方法的原理如圖2示。如同供水壓力控制點的原理一樣，當各個用戶所要求的資用壓頭相同時，壓差控制點可以選在最遠用戶處，當各用戶所要求的資用壓頭不相同時，壓差控制點選在要求資用壓頭最大的用戶處，其壓差設定值為所要求的最大資用壓頭。    
    4.1.3 供水溫度及總流量的調節
    一般情況下，熱源的供水溫度tg僅隨 室外溫度tw而變化，這個變化與現行的運行曲線相同，也就是相當于質調節運行方式下的供水溫度調節曲線，即：             （2）         式中：t_n、t’_w分別為室內、外設計溫度
    t’_g、t’_h分別為設計供/回水溫度
    b為散熱器傳熱系數函數的一個參數。
    熱源處循環泵的總流量用變頻控制，根據壓力控制點的壓力變化而控制變頻泵的轉速。假如1、2等用戶調小流量導致干管總流量下降，而干管的阻力系數未變，因此干管上的壓力損失降低而導致壓力控制點（例如P點）的供水壓力升高。該壓力值的升高反饋給循環泵，使泵的轉速降低，一直降到壓力控制點的壓力值到設定值為止，這樣，就可以保證壓力控制點的供水壓力值不變。     4.2 間連網的調節
    4.2.1 二次網的調節
    壓力控制和壓差控制的原理相同，以下僅以壓力控制為例說明。
    把間連網的換熱站看成一個熱源，這樣間連網的每一個二次網就相當于一個獨立的直連網，則二次網的調節中關于控制點位置及設定值大小的選取也就和直連網相同，且二次網的循環泵也要變頻控制。但此時的差別在于換熱站二次網供水溫度控制。換熱站的換熱面積不變，當換熱站所帶的其中一個用戶調節流量后，則換熱器的二次側流量發生變化，但換熱器的一次側流量、供水溫度并沒有發生變化，這樣，如換熱器沒有溫度調節手段，換熱器的二次側供水溫度就要隨之發生變化。當二次網的供水溫度發生變化后，對室溫沒有進行調節的用戶，雖然其散熱器流量沒有變化，但由于供水溫度變化則室內溫度也要發生變化，這是我們所不希望的。因此二次網供水溫度只能與室外溫度有關，而不應當隨用戶調節流量而有所改變。這樣，換熱站二次網的供水溫度t_g由該站的一次網調節閥V1控制，調節該站一次網閥門V1，使二次網的供水溫度t_g保持在所需值，如圖3。     4.2.2 一次網的調節
    把換熱站看為是一次網的一個用戶，由于上述二次網供水溫度的調節要求，一次網調節V1的動作，使一次網也成為變流量運行而不是定流量運行。這樣一次網的調節、熱源的調節方案完全與直連網相同。
    需要特別指出，間連網的一次、二次網在水力工況上相互獨 立的，因此需要分別在一次、二次網上設置控制點和變頻泵，以便分別進行調節控制。
    4.3 混連網的調節
    4.3.1 控制點的位置及設定值     間連網的一次、二次網水力工況相互獨立、互不干擾，但混連網的一次、二次網 水力工況并不相互獨立，因此混連網的壓力控制點位置和控制壓力值的選取不能與間連網那樣在一次、二次網分別設置，而應該只設置一套壓力控制點和控制值。此時可以不考慮混連網中的混連站而與直連網的一樣來設置一套壓力控制點和控制值，如圖4。
    4.3.2 混連站出水溫度及其流量的調節
    混水站后的流量與混水比有關， 當某一用戶調節其流量后，混水站后的流量即發生變化，為保證用戶有足夠的壓力（壓差），在用戶處設置壓力控制點Pg，調節混水泵的轉速，保持壓力控制點Pg不變。而混水站的出水溫度tg應僅與室外溫度有關而不隨用戶的調節而變化，因此調節混水站前的閥門V，使出水溫度tg達到要求，如圖4。
    總之，混連網的主網壓力控制點的壓力值由熱源處變頻循環泵的轉速所控制，而混連站的出水溫度由主網上的閥門V控制，混水站后的壓力值由變頻混水泵的轉速所調整。
    5 熱入口調節裝置
    以上為供熱網的計算機整體調節，由于投資問題，不可能控制到每個熱入口。因此，對于每個供暖系統的熱入口，為保證供熱質量，可在適當位置裝一些非計算機控制的調節裝備，在實際運行中發揮了有效作用。在裝溫控閥、變流量運行的情況下，這些調節裝置的使用和定流量運行時有很大不同，必須正確裝設才能發揮作用。否則，會使系統達不到調節要求，有時還會起負作用。
    5.1 垂直雙管系統
    裝溫控閥后散熱器的流量將隨著室內負荷的變化而自動變化，這就意味著熱網的流量隨時都在變化。
    5.1.1 自力式流量控制閥
    自力式流量控制閥的功能是在工況發生變化時盡量保持該管路的流量不變。裝溫控閥后管路流量在主動不斷變化，顯然與自力式流量控制閥的作用相矛盾。如果在裝溫控閥的管路上再裝自力式流量控制閥，對溫控閥的調節作用有害而無一利，如圖5。當室內負荷減少時，溫控閥自動關小，則相應管路流量應減少；但如果該管路有自力式流量控制閥，則自力式流量控制閥感知流量減少后會自動開大，從而使管路流量增加達到其保持管路流量不變的目的。這時管路流量的相對增大（實際是保持流量不變），又導致溫控閥的進一步關小，如此形成循環，最后導致溫控閥關到最小，而室內溫度仍可能高于要求，反之依然。因此，在裝溫控閥的垂直雙管系統不能再裝自力式流量控制閥。     5.1.2 平衡閥
    平衡閥實際上起一種初調節的作用。平衡閥初始調整時，是根據設計工況下各個管路的流量來調節的。當全部平衡閥初始調整完成后、且在管路阻力系數不再發生變化的情況下，各管路的流量分配比例保持不變。當但管路阻力系數變化 后，則流量分配比例也隨之發生變化。在溫控閥動作后，本質上講是溫控閥的阻力系數發生了變化，這時相應管路流量也就發生了變化。因此，溫控閥和平衡閥的作用并不發生矛盾。
    裝溫控閥后，溫控閥的實際開度隨著負荷的變化而變化。假如圖5中B管路上的用戶負荷增加，則該管路上對應的溫控閥開大，導致該管路流量增大。但若除B管路外的其它所有用戶負荷都沒有變化，按理說它們所對應的溫控閥和其所要求的流量都不應變化。但由于B管路流量發生變化，必然要影響到總流量增大，從而又導致其它管路如A、N的流量發生變化。前面已假設除B外的用戶負荷都沒有變化，因此A、N管路上的溫控閥本不應動作。但由于受B管路流量變化的影響，A、N管路上的溫控閥也必須動作，進行必要的調節。也就是說，裝了平衡閥后管路之間還存在著相互影響，促使平衡閥不斷動作調整。

   另一方面，如果除N管路外的用戶都要求流量增大，將有可能總流量過大而導致在N用戶處的資用壓頭不夠，即使N管路上溫控閥都開到最大，也有可能滿足不了要求。
    總之，裝平衡閥進行初調節比盲目的手動初調節能更好的保持溫控閥發揮正常作用。但是平衡閥不能消除支路之間的相互耦合影響，同時有時還不能滿足溫控閥的調節要求。     5.1.3 自力式壓差控制閥
    自力式壓差控制閥和溫控閥相配合能夠很好的保證溫控閥正常發揮作用。圖5對應的用戶A負荷減少時其溫控閥關小，相對應的管路流量減少，因此造成總流量減少，系統水壓圖發生變如圖6。圖中實線表 示溫控閥沒有調整之前的水壓分布，虛線表示溫控閥調整之后的水壓分布。由于總流量減少，干管上壓力損失也減少，外網給A用戶處所提供的資用壓頭提高。如果A用戶沒有裝自力式壓差控制閥，則由于外網提供的資用壓頭增大，溫控閥又會進一步關小，如此反復形成正反饋，使溫控閥無法正常發揮其功能。但如果裝自力式壓差控制閥，自力式壓差控制閥可以根據壓差的變化而自動調節，使外網提供的用戶資用壓頭基本保持不變，這樣就不會對溫控閥形成正反饋的影響。
    5.2 帶跨越管的垂直單管系統
    帶跨越管的垂直單管系統，由于溫控閥的作用，使通過散熱器的流量隨室內負荷變化而變化，但跨越管的分流作用使得立管的總流量卻保持基本不變。因此，此時熱網實際上是在定流量運行。這樣，該系統對使用調節閥的要求，如同前面所述的定流量運行系統一樣，使用自力式流量控制閥是最合適的。
    6 結論
    6.1 按戶計量收費后對熱網的運行調節帶來新的要求；熱網既要裝備適用的調節設備，又要有正確的調節策略，兩者缺一不可。
    6.2 熱網應保持壓力（壓差）控制點的壓力（壓差）不變、使用變速泵運行；同時應控制供水。
    6.3 帶跨越管的垂直單管系統使用自力式流量控制閥更為恰當。
    6.4 垂直雙管系統應裝自力式壓差控制閥，而不能使用自力式流量控制閥。