智能控制對計量供熱影響的調查與分析

文｜天津城建大學 高曉云 郭春梅

1 前言

2009年低碳經濟與綠色建筑產業發展高峰論壇明確指出：我國建筑總面積截至2009年已超過400億m2，并且每年以16～20億m2的速度增長，到2020年將新增200多億m2。建筑單位面積能耗相對較高，建筑使用能耗占全社會總能耗約28%,在未來20年內有可能增至35%。”根據國務院的部署，“十一五”期間，既有建筑節能改造工作首先從北方采暖地區居住建筑供熱計量和節能改造做起。在百姓中間大力開展了供熱節能的宣傳工作，節能意識深入人心計量供熱進展仍然較慢。 筆者分析認為，其原因在于：供暖系統尚未安裝能夠自動調節的智能控制器，當家里沒人時系統關閉，剛剛回到家中時室內溫度過低容易導致人體不舒適，另外,現行系統需要經常手動開啟關閉，費時又費力。

2 供暖系統智能控制的現狀

現在用戶室內的溫度控制是可以通過溫控閥來實現。溫控閥是由恒溫控制器、流量調節閥及連接件組成，可以人為調節設定溫度，通過溫度傳感器對周圍環境溫度變化的感應來改變流量，進而改變散熱器的散熱量，從而來達到調控室溫的目的。溫控閥只能是室內溫度維持在一定的水平下，當家里沒人時，維持水管不被凍住，雖然這樣節約了能源，但是在居民回到家中時室內溫度低，會產生熱舒適性差的缺點。

目前國內尚未在供暖系統中設置室內自動啟閉控制器，而國外有關此方面控制方式復雜，采用網絡控制或手機控制的方式，既增加了控制成本，又使控制過程變得復雜化，且在調查中發現人們普遍接受的控制方式是越簡單越方便越易于被接受。另外，據文獻可知，我國與外國的供熱系統在水質、管理方式、運營模式等方面有很多不同，國內外熱用戶的消費觀和生活習慣也有差異，因此國外的經驗和控制方案也不能簡單照搬。

3 供暖系統智能控制器的介紹

供暖系統智能控制器是一種安裝在采暖系統入戶干管上的操作簡單、使用方便的儀器，它由控制面板、單片機、輸出電路、整流電橋和電動控制閥組成，通過控制面板按鍵或遙控器可以設定采暖系統入戶閥門的定時開啟和關閉時間。

供暖系統智能控制器，根據氣候、天氣、室溫等條件自動控制供暖系統，具有簡單方便又節能減排一種設備。對于供暖系統智能控制器的研制，我們可以通過在供暖期每天到試驗房間內進行數據測量，采取不同的控制條件并根據天氣變化情況分別記錄各影響因素對控制器開啟時間的影響，而后綜合各因素研制。

4 調查分析

4.1 調查一、對天津市多個小區關于居民計量供熱調查的分析

該項調查于2012年11月向天津市37個不同層次的小區居民發放的100份調查問卷中,共完成有效問卷94份，其中，采用計量供熱的家庭有20家，未采用的家庭有74家。

從調查顯示的結果來看，大部分居民認為計量供熱存在①要經常開啟關閉，費時費力 ②.剛回到家時，室溫較低令人不舒適 ③收費方式改變了，不知是否能夠真正節省供暖費等問題。

我們對調查結果分為“已采用計量供熱的”和“未采用計量供熱的”兩部分進行分析，可知“已采用計量供熱的”居民認為存在以上幾種問題的，在被調查對象中所占的比例及希望安裝供暖系統智能控制器的比例（如圖1）：

圖1 采用計量供熱用戶調查分析

而“未采用計量供熱的”的居民認為存在以上幾種問題的，在被調查對象（除去部分老居民區尚圖2未采用計量供熱用戶調查分析未進行節能改造安裝熱計量表外）中所占的比例希望安裝供暖系統智能控制器的比例為（圖2）。 由圖1、2可知：導致很多家庭不采用計量供熱主要原因，除去部分老居民區尚未進行節能改造安裝熱計量表外，認為“要經常開啟關閉，費時費力”，“剛回到家時，室溫較低令人不舒適”的比例占調查對象的58.5% ，其次認為“收費方式改變了，不知是否能夠真正節省供暖費”，“不太了解計量供熱，不想去涉及”這兩項的比例分別達到41.5%。由此可知，要讓大部分居民接受計量供熱收費方式，還需要解決以上問題。

與此同時,經過對調查結果的分析是知：已采用計量供熱的居民,有半數有意愿安裝供暖系統安裝智能控制器,而未采用計量供熱的居民則有58.8%的有意愿安裝智能控制器后采用計量供熱方式。

圖2 未采用計量供熱用戶調查分析

4.2 調查二、對天津市某供熱站計量供熱現狀的分析

我們對天津市某供熱站的供熱情況進行了走訪，該熱源在工藝布局、設備選型、自動化程度等方面均處于天津市領先水平，特別是熱計量技術應用已處于國內先進水平。了解到其供暖用戶有36000余戶，采用計量供熱收費方式的有4880戶，約占13.56%，其中采用計量供熱收費方式的用戶中經常對系統進行調控的占85%。

由此可見，采用計量供熱收費方式的用戶約占13.56%，但從經常對系統進行控制的比例占85%這個數據上看，可知已采用計量供熱收費方式的用熱戶，由于熱費與用熱量掛鉤，因此85%的用戶希望對系統進行調控。但很多居民反映由于對系統進行了調控導致晚上回家時室內溫度低而感到不舒適。同時表明了熱舒適性差是計量供熱推廣勉勵的一個主要問題，而智能控制可以有效的解決這一問題。

5 建筑的蓄熱對計量供暖的影響

5.1 建筑的蓄熱特性

通過建筑圍護結構的熱量傳遞在建筑采暖空調能耗中占很大的一部分，根據文獻可知：建筑圍護結構本身和房間內的家具具有蓄熱、放熱特性。從室外通過圍護結構的傳遞的熱量會部分儲存在圍護結構中，內熱源和進入室內的熱量也可以儲存在圍護結構和家具中，隨著室內外溫度的變化通過對流、輻射等方式釋放或儲存。

通常將建筑中可存儲和釋放能量的物質叫做蓄熱體。按照位置的不同，分為內蓄熱體和外蓄熱體兩種，如圖3a、圖3b所示。建筑的蓄熱特性受到蓄熱材料的熱容量、導熱系數、厚度及蓄熱墻體的朝向、保溫性能等諸多因素的影響。

圖3 建筑蓄熱體

由此可知，在供暖系統正常工作時，熱量通過散熱器釋放到室內，同時熱量也將儲存在圍護結構和家具中；如果在一天當中系統間歇供熱，即采用計量供熱，當早上供暖系統關閉時，溫度并不會立即降下來，建筑圍護結構及家具在這時會向室內釋放出熱量。這就給系統自動開啟時間的控制造成了影響。

5.2 蓄熱對計量供熱的影響

通過文獻可知，供暖系統可以通過利用建筑圍護結構及室內蓄熱體具有的蓄熱、釋熱特性來減少建筑能耗，并為室內創造舒適的環境。例如，當居民早上出門時，把供暖系統關閉，內蓄熱體晚上所吸收的熱量及外蓄熱體對陽光的吸收使屋內屋外溫差不至于太大而損失能量，同時延長了室內溫度下降的速度。”因此，良好的建筑蓄熱能力，是使計量供暖方式真正起到節能效果的有利條件。

另一方面，由于推廣計量供熱方式，需要讓用熱戶回到家時有很好的熱舒適性，但又要考慮到節能的要求，這就需要系統控制器能夠對系統進行可靠的控制，在用熱戶回到家或離開家前合適的時間自動開啟或關閉閥門。

因此計量供熱系統安裝的智能控制器需要加入建筑蓄熱這一要素，確定開啟和關閉時間。

6 結論

本文通過對熱用戶對計量供熱使用及智能控制器計量供熱的影響的調查分析表明：

（1）熱舒適性是影響計量供熱推廣的主要問題，如能夠解決，58.5%的用戶愿意選擇計量供熱方式繳納熱費，實施便捷的智能控制可以提高居民選擇計量收費方式的積極性；

（2）建筑及家具的蓄熱及放熱特性對智能控制器啟閉時間的影響還需進一步研究。