本平台整理了已故清华大学石兆玉教授生前的供热技术系列讲座课件及文章，共计10篇，我们将陆续在本平台推出，以此缅怀石老师！

8.1供热计量技术如何健康发展

　　供热计量技术推广以来，一直存在着两种不同的声音；一种是质疑、反对；另一种是拥护、支持。作为从事技术工作的人员来说，我是属于坚决支持的人员之一。理由有二：其一，从节能的意义上来说，推广计量技术，可以有效的消除供热系统的冷热不均现象，解除行业的最大困扰难题，更有显著的节能效益。其二，是推广计量技术，牵住了影响供热行业技术进步的牛鼻子，是有效改变粗放经营，实现技术更新的理想途径。可是，几年的推广实践，虽然也取得了不少成绩，但与期望值相比，在很多方面，不尽人意。一个突出的问题是计量技术的推广工作并没有成为基层执行单位的自觉行为，往往是上下两张皮，上面紧催，下面忽悠，正像住建部领导曾经指出的那样：普遍存在着不装表，装假表，装表不收费，装表假收费等等现象。如果任凭这种状况继续发生，那么供热计量技术的推广，必将走入歧途，结果是耗费大量的人力，物力，资金，最后成为一堆废铜烂铁，我们将成为历史的罪人。

　　这种良好的愿望，变成痛心的结果，究竟是什么原因造成的呢？从目前的情况来看，大多数是领导训斥基层：理解不深贯彻不力。然而，实事求是的分析，这种责怪，并没有抓住问题的实质！依作者的观察，真正的原因出在领导，正确的领导应该自觉反思：根本的错误，是将技术含量相当高的技术推广项目，当成了纯粹的行政事务工作来完成，结果，是一味的强制摊派，而没有在关键的技术环节上，认真做好应有的铺垫。这是领导认识上的差距！一位领导部门的技术顾问，曾经在数百人的大庭广众之下，回答计量技术有多少技术含量时，尽然回答没有多少技术问题，基于这种认识，我们在供热计量技术的推广过程中，始终不注意关键技术问题的解决，就不足为奇了。

　　在我看来，在推广计量技术过程中，有几个非常关键的技术问题，如计量技术应包括哪些基本内容？计量技术的推广应实现的基本技术指标是什么？简单适用的热量分摊方法有几种？确定试点工程的技术条件是什么？这些技术问题的解决，是能否顺利完成推广任务的基本保证。通过多年来的观察，我们的领导部门，供热企业，生产厂家，甚至专业技术人员，真正明了这些技术问题的无几。因此，出现推广过程中的种种问题，就是可以理解的了。

　　8.1.1供热计量技术的基本内容

　　供热计量技术的基本内容是什么？这应该是在推广工作中必须首先搞清楚的问题，否则什么事情都无从谈起了，可就是这样一个最基本的问题，至今在业内人员中有相当人数不是很清楚。我以为，这个问题，起码应包括两个方面的内容：一是安装热表，计量热量，按热量收费；二是提高系统的可调性，使用热居民能自主调节所需要的室温。第一方面的内容，不会有太大分歧。关键是第二方面的内容，它关系到实现流量平衡消除冷热不均，提高供热质量的问题。从某种意义上说，这是计量技术节能的基本保障，因此，没有第二部分的内容组成，供热的计量技术就失去了节能和供热作为商品的质量保证。但是，这第二部分的内容，公开在桌面上不会有太多人员反对，但在实际上，反对的人大有人在。国家《供热计量技术规程》的讨论稿，在总纲部分曾明确写到“供热计量技术本身不节能”，这就意味着负责起草国家技术规程的专业技术人员本身对提高系统可调性在计量技术内容中重要作用缺乏足够的认识；我国政府职能部门的行业领导官员，一面宣传推广计量收费的重要性，一面又向技术专家询问解决围绕供热行业的最大难题——冷热不均的有效办法，实际上，推广计量技术，是消除水力失调，解决冷热不均最有效的方法，而领导行业的政府官员，居然提出这样的问题，说明我们的政府官员，对有关技术的关键环节太缺乏基本的了解；再如不少地区，以推广计量技术的名义，大规模地对既有建筑进行单管变双管的改造，并且只安装锁闭阀，不安装温控阀，结果造成了更严重的垂直失调。这些做法，直接违背了提高系统可调性的基本原则，严重扰乱了计量技术的基本内容。可以想象，连计量技术的基本内容都不遵守，推广的结果，必然驴头不对马嘴，教训是十分深刻的。

　　8.1.2.推广计量技术应达到的目标

　　推广计量技术应该有两个明确的目标；一是消除冷热不均，改善供热效果，亦即提高供热这个商品的产品质量。这一目标，主要通过提高供热系统的可调性来实现的。第二个目标，是实现住建部提出的建筑节能的奋斗目标，这一目标的实现，要靠热计量和提高系统可调性的综合措施来完成的。目前国家已经制定了分三步走的建筑节能目标，现在正在制定四步建筑节能目标，按理推广计量技术，不但应严格与建筑节能目标相挂钩，而且必须以建筑节能目标作为验收标准。可是我们的实际情况与此相距甚远。现在通常流行的是控制退费率。实际上，退费率不能反映前述两个目标中的任何一个目标。退费率越高用户居民得利越多，而供热企业亏损越多。这种“一头热”的控制指标，只会损伤供热企业对推广计量技术的积极性，这种不能实现双赢的控制指标，其积极意义是很有限的。

　　作者认为，正确的做法，应该把国家制定的建筑节能目标，作为推广计量技术的控制指标。只要实现了建筑节能指标，计量技术推广工作的两个目标也就自然达到了，作者在“供热系统节能潜力与节能技术”一文中，曾对此做过详细的讨论，现将其中的有关指标摘录如下。从表1可以看出，推广计量技术，关键要控制三个节能指标：在供暖季节中,单位供暖面积的耗煤量、耗热量、每蒸吨热量所带供暖面积。其中每蒸吨热量（即600,000kcal或2.52GJ）所带供暖面积和单位供暖面积耗热量指标，主要衡量冷热不均消除的程度。单位面积耗煤量指标还包含了热源效率的高低。应该说,供热计量技术推广成功的单位，这三个指标一定比较理想，节能效果和供热效果一定会有很大提高。

表8.1   北京(哈尔滨)供热系统节能控制指标

注：括号内数据为哈尔滨地区

　　国家公共建筑.民用建筑的节能建筑设计标准已相继出台，这就意味着我国建筑节能已进入二步节能收尾，三步节能起步阶段。表8.1给出了北京，哈尔滨两个地区1980年和三步节能的上述三个节能指标数据，其他地区可以相应做出估算。表8.1中，作者还给出了理想节能阶段的指标（目前国家四步节能的指标正在制定尚未出台），这是封顶的理想指标。根据近年来的统计，包括已推广了计量技术的单位，目前单位供暖面积的耗热量约为0.35GJ/m2，相当于1980年开始建筑节能时北京的起步水平。每蒸吨的供暖面积，几年前的统计数字是平均8000平米。至今没有看到突破20000平米的先进事例。还在上世纪八十年代时期，作者与学生一起已经在实际工作中达到了15000平米的指标。当时北京昌平、东北长春也都有达到15000平米的案例。三十多年过去了，现在不少地区、进行了外墙保温，推广了计量技术，按理应该有成批的工程突破20000平米的指标才是合理的。可事实并非如此。说明我们的建筑节能效果并不明显，我们的投入与产出，明显不对称。

　　为了提高推广计量技术的成果，严格制定验收指标是非常必要的，这样做不但能保证推广工作的质量，提高节能效益和社会效益，而且大大提高业内人员投入计量技术推广工作的积极性和自觉性。根据表１，如果现在单位供暖面积的耗热量以0.35GJ/m2计算，若按面积收费，平均热费为24元/ m2则1.0GJ的热量可以从用户居民收回68.6元的热费，目前市场上1GJ的热价平均为35元，也就是说按现在面积收费，供热企业可多回收一倍的费用（当然扣掉供热成本，才能核算实际利润）。即简单又省力，这是目前供热企业不愿意推广计量技术的主要原因。如果我们按照新的节能指标推广计量技术，单位供暖面积的耗热量由0.35GJ/m2下降为0.15GJ/m2（按北京地区考虑），同样的供热量，可多供2-2.5倍的供暖面积，虽然从每户收取的热费减少了，但由于增加了供暖面积、收取的总热费会明显增加，供热企业的经济效益也会更好。我们本着这样的目标推广计量技术，最终居民用户、供热企业、生产厂家、地方政府和国家都是得利的，只有造成这种多赢的局面，整个供热行业才能取得共识，只有大家同心同德，劲往一处使，计量技术的推广工作才能走向正轨。

　　8.1.3进一步完善热量分摊方法。

　　在计量技术推广过程中，还有一个很重要的技术环节需要研究，这就是进一步完善热量分摊方法。在《供热计量技术规程》中，规定了四种热量分摊方法：热表法，分配器法，流温法和通断时间面积法。这四种方法各有优缺点，在业内人员中争论也比较多。这种争论是好事，有利于方法的更加完善。热量的分摊，牵涉到千家万户的切身利益，做到尽善尽美，是我们的终极目的。因此，充分利用市场经济的竞争优势，鼓励出新，不断完善，尽量减少行政干预，才能达到预期的目的。

　　对于已有的四种分摊方法，作者也想谈一点个人的不成熟的看法。对于热量表法，我不赞成在全行业内百分之百的进行强行推广。虽然经过这几年的研发、使用、产品质量不同程度的都有提高。但必须看到，发达国家至今普及率只有30%，说明在使用过程中一定还有不少难以解决的问题。单就我国目前的情况看，每年检验的工作量就很大，再加人工费用等问题，都是难题。所以正确的做法，应该在一定比例范围内使用，逐渐完善，逐渐普及。分配器法，针对不同类型的散热器，要进行比例系数的校准，这在我国，对于千家万户中的各色各样的散热器，完成这项任务是难以想象的。因此，分配器法，在我国推广的难度很大。流温法，实际上就是一种散装的热表法，只是部件更多，工作量很大，有条件的地方可以适当使用。通断时间面积法，基本的使用条件必须全网事先进行水力平衡调节，否则，会有较大的误差。

　　在已有的四种热量分摊法进行完善的同时，应该允许新的分摊方法的研发，在市场竞争中，通过优胜劣汰形成最理想的分摊方法。二年前，作者提出了平均温度热量分摊法，这种热量分摊法的基理是借助于室温只是散热器（含地板辐射采暖）的平均温度的函数，系统在运行期间，供水温度是已知的，此时回水温度又是循环流量的单值函数。根据这些基本原理，这一分摊方法的具体操作是在结算点测出总供热量和供水温度，各热用户测出每户的回水温度，通过计算得出平均温度。根据各户平均温度与结算点总平均温度的差值来进行热量的分摊。这一分摊方法，在计算过程中考虑了循环流量的因素，在实际操作上又绕过了流量的测量，因此，原理清晰，操作简单，应该在应用中检验其合理性。目前所有的热量分摊方法，共同的特点，是把系统运行控制，室温调节，参数测定三种功能分别设置、分别操作，这就带来一定的复杂性，理想的方案应该实现三位一体，这样的期盼，希望有一天能够成为现实。

　　目前已有的四种热量分摊方法，在实际应用中都碰到了一些问题，在这种情况下，有人提出改用面积分摊法。这种建议有可取之处。在现有方法，尚未完善之前，可将面积分摊法，作为一种过度。但这一方法，却遭到了一些人的强烈反对，理由是走了回头路，搞来搞去，又回到了面积收费的老路上去了！这种想法反映了某些人对计量技术的基本原理缺乏深入了解。面积分摊热量，是在结算点计量总热量的前提下进行的，这与面积收费，根本不进行热量计量完全是两回事。

　　8.1.4选择示范、推广工程的技术条件

　　计量技术的示范、推广工程顾名思义，具有很强的示范作用，因此示范、推广工程必须集中反映计量技术的基本核心内容，要充分体现核心技术内容的先进性，可操作性和规范性。只有具备这样条件的示范、推广工程才能起到示范作用。用这样的条件衡量我国目前已有的示范、推广工程，显然很难起到这样的示范作用。

　　为此，作者认为示范、推广工程的选择是件非常严肃的事情、起码应该具备以下几个基本的技术条件：

　　1）必须能实现“三个同步”

　　国家住建部在推广供热计量技术的工作中，曾明确提出“三个同步”的原则，即外墙保温、室内系统节能改造和按热量收费必须同步进行。这是非常重要的原则。因为没有“三个同步”，就不能全面体现计量技术的效益，没有“三个同步”，就等于推广工作半途而废。但我国现在的推广工程中，真正实现了“三个同步”的，实属凤毛麟角。大多数工程不是没有进行外墙保温，就是室内系统的节能改造弄虚作假，偷工减料，至于按热量收费就更不知道是猴年马月的时候了。这种现象如果不能得到及时纠正，那么我国的推广工作，很有可能陷入不堪设想的地步。要使我国的供热计量技术的推广工作健康发展，必须发挥政府部门的领导作用和各级检验单位的监督作用，严格执行“三个同步”的原则。

　　2）必须拟定供热系统全面水力平衡的技术方案

　　目前国内的示范推广工程，普遍存在的问题是工程选择不当：多数是把供热效果不好的地区作为示范推广工程，也有的是把新建建筑、入住率不高的社区作为示范推广工程，这是很错误的。选择供热效果不好的社区做推广工程，本意是希望这一地区的供暖效果能尽快得到改善，但其结果可能是适得其反。因为一个供热系统，往往供热效果最差的是在系统末端、如果选择系统末端做推广工程，室内系统节能改造工程将加装各种调控设备，势必更进一步增加了末端系统的阻力，如果全系统没有采取相应的水力平衡调节，那么末端用户的供热效果不但不能得到改善反而更会“雪上加霜”。至于新建建筑入住率不高的社区，同样不适合选择为推广工程。因为这种社区，建筑常常尚未完全干燥，由于散热量过大，不但热用户居民吃亏而且也没有代表性；其次，由于入住率不高，各户需热量差距过大造成调节上的困难，而且增加了户间传热的比重，使热用户承担了无法接受的额外热费。上述所有的工程选择不当，说明决策者对专业知识缺乏基本的了解。

　　作者反复强调，供热计量技术的一项重要内容是提高系统的可调性。这种可调性，指的是供热系统全网的可调性，而绝不能理解为某一局部系统的可调性。一个好的供热系统，最终追求的一个重要目标是保证千家万户热的好。这就要求科学的实现全网水力（流量）平衡。要实现全网水力（流量）平衡，本质上是通过调节使系统达到一种合理的阻力组合。如果系统末端供热效果不好，最重要的是要对系统近端进行调节，才能通过近端阻力大小的变化，实现全网水力平衡。因此，选择末端推广计量技术，而在近端不实施任何调节，那么末端的供热效果，是不可能有任何改善的。

　　通过上述分析，可以得到一个非常重要的原则：推广工程的确定，必须要对供暖系统全网运行工况进行详细了解，并针对推广工程具体的节能改造，拟订提高全网可调性的实际方案，并加以严格执行，这是顺利实现推广工作的根本保证。

　　3）必须具有专业技术人员参与实施

　　无论实行“三个同步”还是进行全网水力平衡，都必须要有专业技术人员参与，因为在此过程中，全网的调节、控制、计量、通信、收费、和其他经营管理，都必须建立在自动操作运行的基础上，这就要求参与这项工作的必须是精通节能技术和信息技术的专业人员，否则推广工作的质量是难以保证的。这些年，我们的推广工作不尽人意，其中一个重要原因，就是真正懂行的技术人员没有参与其中。

　　住建部已经明确规定，在供热体制改革的过程中，具有资质的节能服务公司必须参与供热计量技术的推广工作。这一原则，非常重要。节能服务公司，在我们供热行业，属于新的生力军，不但具有节能技术与信息技术的专业知识，而且实施合同能源管理，可以在科学管理的前提下，保证推广工作的技术质量。

　　影响推广工作难以质量达标的另一个重要原因，是没有严格的质量检验制度。不少推广工程，连运行工况的基本数据都拿不出来，居然可以验收通过，这是极不负责的行为。正确的做法应该是由真正懂行的专业技术人员组成的，具有质量监督检验资质的部门进行推广工作的验收工作，而且要针对上述的三个节能指标进行考核、只有这样，才能保证推广工作健康发展。

　　8.1.5确实把技术工作放在重要位置

　　在供暖计量技术的推广工作中，最大的失误，是未能紧紧抓住上述的几个核心技术环节。究其根源，还在领导的责任。由于领导不懂技术又不愿意深入了解技术，常常自以为是，习惯于长官意志、发号施令，结果是事与愿违，欲速而不达。我国“十二五”规划，核心内容是转变经济发展模式，由依靠廉价劳动力向依靠科学技术，依靠专业人才实行转变，首先是领导思想的转变。供热计量技术的推广，是一项技术含量相当高的工作，本来，领导这项工作的各级负责人，应该率先转变思想，以技术优先的理念，领导供热行业首先完成这种转变。而目前的现实，是领导远远落后于行业的期望。为了改变这种现状，作者认为，摆在各级领导面前的一项重要任务是认真反思，彻底改变鄙视科学技术的落后思维，真正树立科学发展观以一种新的面貌，做好这项推广工作。

　　1）真心的依靠专业技术人才

　　供热计量技术工作推广以来，领导部门下发的指导性文件，经常出现不能切中要害，甚至存在基本专业知识的错误。这种现象的发生，说明不少领导部门在那里“闭门造车”，或者听命一些“忽悠专家”的忽悠，而很少依靠真正懂行的专业技术人才。这些年来住建部供热专家组成员和全国供热协会的技术委员会，几乎是个摆设，很少有领导部门负责同志与他们商量、探讨问题，甚至有的专家主动要求献策献计，也遭到拒绝。这种错误的领导作风必须改变。应该看到，真正了解供热计量技术中的关键技术的，是那些真正懂行的专家，认真听取他们的意见，可以使实际工作少走许多弯路。当然，专家之间在学术问题上，可能有不同的争论，这是很自然的现象。往往通过争论，使学术问题能得到更好的解决，从而推动技术水平更上一层楼，这是何乐而不为的事情。

　　2）认真进行技术培训

　　推广供热计量技术已有多年，但全行业对该技术真正有全面深入了解的恐怕凤毛麟角，绝大多数属于一知半解，道听途说。虽然有关单位、部门、也举办了不少培训班，但多数商业味很浓，收效甚微。为使这项工作抓出成效，走向正规，各级领导必须转变理念，树立技术优先的意识。当前应狠抓供热计量技术的培训工作。首先要选好教材，选好教员。根据推广工作的具体安排，有序的对地方官员、供热企业、生产厂家以及开发商等有关人员进行定期技术培训。未参加技术培训的人员，没有资格参与这项技术推广工作，包括地方官员。只有这样做，才能提高参与人员的基本技术素质，才能扭转目前存在的混乱局面，使这项推广工作真正朝着健康的方向发展。

8.2基于全网分布式输配系统的供热分户计量新方法

　　本文是研究课题“基于全网分布式输配系统的供热分户计量新方法”的综述。就课题的总体方案构建，节能优势，系统的末端装置，分户供暖家用电器的计量功能，微型齿轮泵的工艺创新，系统的控制决策，以及课题的技术创新评价，社会和经济效益分析进行了概要论述。

　　2016年2月6日《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》正式发布，其中第（十三条），明确指出：“大力推行采暖地区住宅供热分户计量，新建住宅必须全部实现供热分户计量，既有住宅要逐步实施供热分户计量改造。”目前，供热行业，为贯彻上述精神，正大力采取各项相应措施，予以落实。为创新性的推进供热分户计量工作，作者们通力合作，历经几年的研发，现提出“基于全网分布式输配系统的供热分户计量新方法”，以供业内人员研讨。

　　8.2.1总体方案构建

　　图8.1给出了“基于全网分布式输配系统的供热分户计量新方法”的总体方案结构示意图。其基本内容为：

图8.1 全网分布式输配系统示意图

　　1）供热系统为全网分布式输配系统。与传统循环水泵的设置方法不同，从热源、热力站、楼栋入口以及热用户皆设置有分布式循环水泵，通过接力的方式，实现全网的水力、热力输送功能。视供热系统的规模大小，决定热力站是否设置的取舍：供热系统规模大，设置热力站；否则，不设热力站，其职能由楼栋入口代替。

　　2）全网分布式输配系统设置末端装置。该末端装置由楼栋入口与分户供暖家用电器组成。楼栋入口主要由小型离心泵和控制器、热表组成，一般放置于楼梯间、地下室或楼外地面。其主要功能是承担热计量的结算点的任务。分户供暖家用电器即“供暖分户计量调控装置”，主要由微型齿轮泵、控制器、温度传感器组成一体化的结构，主要功能是调节、控制室温，计量热用户的供热量。一般安装在每户供暖系统入口处的管井里。

　　3）热源、热力站和楼栋入口均设置有均压管。均压管的设置，通常具有两个功能：流量均衡和减耦作用。对于楼栋入口，均压管还具有混水功能，借以降低进入散热设备的供水温度。热力站的均压管，对于混水热力站，起混水功能；对于板换间接连接，可不设置均压管。

　　4）所有分布式循环水泵，均有自动变速调流量的功能。分布式输配系统，是建立在自动调速这个先进信息技术平台基础上的。没有自动变速技术作依托，所有分布式输配系统的优势都难以体现，这是分布式输配系统与以往的回水加压泵最根本的区别。

　　8.2.2分布式输配系统的节能优势

　　图论和电子学的特兰根定理指出：电路中各支路的功率之和等于电路中的总功率。这个定理也完全适用流体网络。供热系统同属于流体网络。全网分布式输配供热系统，本质上就是根据特兰根定理进行设计的：每个区段所设置的分布式循环水泵，其流量和扬程就是根据该区段的设计流量和设计压降确定的。因此，该循环水泵在运行过程中，电机提供的电功率正好被该区段管网所损耗的功率相抵消，而不存在任何多余的无效资用压头；从输配效果上看，该区段通过的流量也正好是预定的设计流量。从上述可以看出：根据特兰根定理设置的循环泵，完全可以使一个供热区段在满足输配需求（设计流量）的同时，不产生任何多余、无效的能量损失，以达到最优的节能目的。一个供热系统，每个区段都按照这一理念进行设计，则整个供热系统也就成为最节能的了。为使上述理念成为可能，分布式输配系统的最大特点，是将循环水泵设置在系统的末端（如热力站、楼栋入口和热用户）。从输配的角度观察，传统循环水泵的设置方法，是将水流从热源“推”向末端；而分布式输配系统，则是将水流从热源“抽”向系统末端。

　　由于传统循环水泵设置在热源端，在设计时，为了让系统末端建立起足够的资用压头（一般系统末端的供、回水压差应不小于5～10m水头），以保证设计的循环流量，为此目的，循环水泵的设计流量和设计扬程必须是足够大。根据特兰根定理，这种设计方法，必然导致系统循环水泵的装机电功率远大于系统正常运行所实际损耗的能量（系统实际损耗能量即为各管段流量、压降乘积的代数之和）。在供热系统实际运行时，电机所提供的多余装机电功率，必然构成系统近端多余资用压头的形成，进而造成系统的水力失调、冷热不均。几十年来，国内外克服水力失调、冷热不均的措施，一是采用大流量、小温差的落后运行方式，二是研发各种各样的调节阀，通过节流方式，消除水力失调和冷热不均。然而，这些措施，都是治表不治本的办法。因为这些技术措施，都没有从根本上消除无效能源的浪费，也不能有效的、低成本的消除水力失调和冷热不均。比较彻底的技术措施，是用全网分布式输配系统代替传统的循环水泵设计方法。因为前者，可以在零无效能耗下实现水力平衡，消除冷热不均。在一般情况下，系统可节电70～80%，节能20～30%，有显著社会效益和经济效益。应该承认：全网分布式输配系统是供热行业在工艺上的一项重大技术创新！在全国供热行业，推广分布式输配系统具有重要意义。

　　8.2.3全网分布式输配系统的末端装置

　　2007年冬，在新疆库尔勒市的新建供热系统上，第一次按照分布式输配系统的理念进行了工程设计。在当年的供热季的运行中，其电耗由往年的4.0kwh/m2下降为1.8kwh/m2，节电55%。通过近8、9年的积极推广，目前全国采用分布式输配系统的已有2～3亿m2供热面积，约占全国既有供热面积的2%。凡采用分布式输配系统的单位，节电多在20%以上，节热5%左右。普遍反映：水力平衡容易实现了，冷热不均意想不到的得到了改善。

　　目前存在的问题是，分布式输配系统的推广基本上在一级网上进行，至今二级网上还没有实际的应用工程。由于二级网管理体制的多样，多年维护管理的缺失，其水力失调、冷热不均始终是行业的瓶颈。因此，积极在二级网上推广分布式输配系统，将是当务之急，雪中送炭，具有重要意义。从目前的情况看，在二级网上推广这项新技术，其困难远比在一级网上推广的难度大。就技术层面而言，关键是要研发全网分布式输配系统的末端装置。

　　全网分布式输配系统的末端装置，核心设备是楼栋入口的小型离心泵，和分户供暖家用电器中的微型齿轮泵。前者的主要功能是将热源或热力站的水量、热量抽至楼栋入口。后者是将楼栋入口的水量、热量抽至各自的热用户。楼栋入口的小型离心泵与分户供暖家用电器的微型齿轮泵在楼栋入口均压管的联合作用下还将担负混 水功能，目的是将系统供水温度降至热用户换热设备（散热器或地板辐射板）所需要的温度。通常楼栋入口的小型离心泵，应满足50户热用户的供热需求，一般循环流量约5t/h，扬程视输送距离而定，一般为15～25m，装机电功率在1～3KW之间。微型齿轮泵应满足每户的用热需求，一般循环流量在300kg/h左右，扬程为2～5m，功率在几十瓦之间。楼栋入口小型离心泵与分户供暖家用电器中的微型齿轮泵，作为全网分布式输配系统的末端装置进行设计，一个最大的优点，是全网所有的分布式循环泵是一个整体，通过“接力”的方式，可将热源近端的多余水量、热量调配至系统末端，以防系统末端相邻用户之间的抢水、抢热。这种设计理念，与国内外，目前广泛采用的系统末端加压泵的设计方案有本质的不同。系统末端加压泵设计方案，是建立在传统循环水泵的基础上的，因此，不可能把热源近端的多余水量、热量调配到系统末端，而只能在系统末端各热用户之间互相抢水、抢热，结果是改善了自己，坑害了别人，使系统的工况更加恶化。

　　8.2.4分户供暖家用电器的计量功能

　　我国供热计量技术的推广，已有十几年的历史。虽然也取得了一定的成绩，但存在的问题也不少。究其原因，有多方面的因素。单就技术问题而言，主要是现行的热计量分摊方法尚不成熟。我国《供热计量技术规程》中推荐的四种热计量分摊方法为热表法、分配器法、流温法和时间面积通断法，再加以后提出的温度面积法，所有这些方法都存在一个致命的缺点，就是不能同时解决系统的调节问题，亦即难以消除系统的水力失调和冷热不均。这个问题不解决，就意味着，供热分户计量的推广，并不能保证室温达标的问题，甚至可能出现房间愈冷交的热费愈多的不合理现象。供热分户计量的一个重要目标，是使供热商品化，如果保证不了供热这个商品的质量（室温达标），那么这项技术的推广，就毫无实际意义了。同样一个技术，在国外可行，在国内可能就不行。供热分户计量，就属于这类技术。在国外，供热系统一般规模较小，又有先进的自控系统作保证，因此，水力失调、冷热不均不像我国这样严重。而我国，情况正好相反，特别是二级网的问题更加严重。因此，不顾我国国情，硬套国外经验，是必然行不通的。通过这十几年的实践证明，在我国推广供热分户计量，其前提必须同时解决供热系统的调节问题。

　　基于上述考虑，这些年，我们在推广全网分布式输配系统的同时，研发了分户供暖家用电器，目的就是企图在进行分户热计量的同时，解决系统的调节问题。如前述，作者在楼栋入口和分户供暖家用电器设备中分别安装有小型离心泵和微型齿轮泵，在两者的联合作用下，可以将热源近端多余的水量、热量抽取至系统末端，而且在自动调速的情况下，根据热用户的需热量进行流量调节，这就从根本上改善了供热系统的全网调节功能，也为分户供暖家用电器作为分户供热计量设备提供了可能。

　　微型齿轮泵，历经两年多的研发，已经具备了低噪音、防堵、防泄漏，以及自动调速、自动计流量的功能。在分户供暖家用电器中还配备有供、回水温度传感器。这样在供热系统的运行过程中，就可以自动记录每家每户的实际运行流量以及对应的供回水温差，进而计量一冬的供热量。不难看出：利用分户供暖家用电器承担供暖计量功能，本质上就是热表分摊法亦可称为流温法。但这种新型的供热计量方法比现有的几种方法，都具有更明显的优越性，其基本特点是：集系统调节、室温控制、热量分摊与计量收费为一体，既满足了热量计量，又保证用户室温达标的目的，进而彻底解决了目前供热计量技术中的难题，其创新性具有深远意义。

　　8.2.5微型齿轮泵的工艺创新

　　分户供热家用电器，其中最关键的设备是微型齿轮泵。由于分户供暖家用电器要承担供热分户计量的功能，因此，微型循环泵必须有计流量的功能，这是选择微型齿轮泵而不选择微型离心泵的主要原因。微型齿轮泵每旋转一周，通过的循环流量是一个固定值，因此，从流量计量的精度考虑，微型齿轮泵比微型离心泵要优越得多。

　　微型离心泵与所有离心泵一样，都属于动力式水泵，在流体输送过程中，流体处于紊流状态，所以，只要离心泵的几何尺寸相似，则其自然满足动力相似与运动相似。因此，对于离心泵，可以利用成熟的相似理论，对其输送性能进行系统的分析、研究。而微型齿轮泵则属于容积式水泵。在输送过程中，流体处于层流状态，同时还要考虑机械间隙引起的泄漏，因此，不同的微型齿轮泵之间，既不能满足几何相似，也不能满足运行相似和动力相似。为了深入研究微型齿轮泵的输送性能，作者们利用宏观相似理论，建立了微型齿轮泵的宏观等效模型，为微型齿轮泵输送性能的研发，找到了捷径。

　　目前在市场上广泛使用的齿轮泵，多为输油泵和高扬程输水泵。油的粘滞系数比水大得多，因此，输送性能差别很大。用于室内供暖系统的微型齿轮泵，由于属于低扬程（约2～5m），又有一定的温度要求(一般在40～80℃之间)，基于这些特点，作者在研发的过程中，必须针对工程的应用实际，本着性能可靠、经久耐用、价格适中的原则创新性研究而不能简单套用目前市场上成熟产品的经验。

　　微型齿轮泵根据特殊的功能要求，必须要低噪音，防堵、防漏。由于安装在建筑的管井内，其噪音必须低于国家室外机的噪音标准（58分贝）。为满足上述特殊的功能要求，在研发过程中，对产品的工艺，进行了多方大胆的创新：齿轮与泵体，采用特殊配方的塑料加工；齿形进行了特殊的设计；各种密封加以精心构建。经过二年多的研发，上述特殊功能，基本达到了要求。目前正在对试验样机做全面的测定，不久即可定型，进行小批量生产。

　　8.2.6适应分布式输配系统的控制决策

　　前已论述，分布式输配系统的设计理念，完全是建立在水泵自动变速调节这个先进信息技术平台基础上的。没有先进的信息技术作依托，就不可能实现“以泵代阀”的流量调节，分布式输配系统也不可能得到大力推广。由于分布式输配系统属于多泵系统，给供热系统的工况带来了复杂性，其系统调节特性也有其特殊性，因此，其控制决策也必须有新的创新。基本目的是通过“自助餐式”的调节，达到三零目标：即零节流、零过流量、零过热量，从热源至热用户全部实现无人值守的全自动控制，真正成为智能供热。

　　1）系统定压必须采用变频调速旁通定压方式

　　我国至今常用循环水泵入口定压方式。因为供热系统循环水泵入口点通常不是系统真正的恒定点，采用这种定压方式，容易出现误控。由于传统循环水泵供热系统属于单泵系统，工况相对比较简单，在这种情况下，采用循环水泵入口点定压，一般不会出现太大问题。但对分布式输配系统，一个供热系统，通常会有许多循环水泵，这时再用这种定压方式，系统压力工况就会出现许多问题，以致影响系统的安全运行。

　　变频调速旁通定压，是在热源循环水泵的进出口设置一个旁通管，用为测试系统的压力分布；利用旁通测压管上的压力传感器，确定系统的真正恒压点，并依此压力值作为系统的设定压力值进行定压。这种定压方式的优点是（1）能用最简单的方式寻找到系统的真正恒压点，以此定压，绝不可能出现误控；（2）根据系统的规模和复杂程度，既可以单点补水，单点定压；也可以多点补水，多点定压，具有很大的灵活性；（3）对于大型供热系统，可将旁通测压管与均压管统一设置，能大大降低热源均压管的口径。

　　2）实现最佳流量调节

　　供热系统运行调节，以往多采用质调节（即定流量调节）、分阶段变流量调节以及纯流量调节等方式。但这些调节方式，都不是最好的调节方式，因为这些调节方式，都不能彻底消除水力失调和冷热不均现象。最优的调节方式应该是最佳流量调节。对于室内供暖系统，双管系统的垂直失调是由自然循环压头造成的；单管系统的垂直失调是因为散热器的平均温度不同引起的。因此，采用设计流量只能消除设计工况下的失调问题，而解决不了运行工况下的失调问题；而消除运行工况下的失调问题，必须选择合适的运行流量才能消除供热量的过剩与不足。而这恰当好处的运行流量不是随意而定的，它是室外温度的单值函数，该值就是最佳调节流量，是可以由固定公式计算的。分布式输配系统，通过变压差变流量控制，可以很方便的实现最佳流量调节。

　　3）专用控制器的开发

　　全网分布式输配系统功能的实现，很大程度上取决于自动控制软硬件的设置。目前国内常用的控制器多为国外进口的气温补偿器或PLC。但国外进口的气温补偿器，无法覆盖我国不同气温下的不同运行要求。对于PLC，不同厂家编制的不同控制软件，难以互相兼容，结果花钱办不了事，控制设备变成了摆设，严重影响了分布式输配系统功能的发挥。通过这些年的工程实践，作者主张自行开发专用控制器，在功能上，突出以下几点：（1）热用户室内温度采用闭环控制；（2）二级网循环泵的变速调节，通过开环控制，实现二级网的最佳流量调节；（3）一级网循环泵的变速调节，通过闭环控制，实现二级网的供水温度调节；（4）根据分布式输配系统的调节特性选择控制系统的特性指数；（5）硬件选择以“直接、简单、低速”为原则，而不盲目追求高速、高价、洋气，借以提高控制器的可靠性。

　　8.2.7该项技术的效益评估

　　在我国广泛推广这项新技术，我国供热技术将会有跨越式的进步，其社会效益、经济效益、节能效益和环境效益将会明显改善。

　　(1)首次在国内外供热行业应用分布式输配系统。分布式输配系统，最早由法国提出，主要应用于空调系统。国内学者，也曾对其进行过探讨，但真正从理论、设计、运行等技术细节进行全面、系统研究并应用于工程实践取得良好效果的是本文作者。

　　(2)根据全网分布式输配系统末端装置的原理，在国内外首次研发成功了“分户供暖家用电器”。使其成为系统调节、室温控制、热量分摊和计量收费一体化的最佳分户供热计量方式，并已获得国家发明专利。

　　(3)创新性研发成功了应用于供热系统的微型齿轮泵。微型齿轮泵是“分户供暖家用电器”的核心设备。必须具有低噪音、防堵、防泄漏以及调速、计流量和经久耐用等功能。目前齿轮泵多用于油的输送。由于水与油的物理性能有很大的不同，因此为了满足上述功能的需求，研究者在选材、结构、加工和安装等各工艺设计环节都有创新性的突破。目前正在申请发明专利。

　　(4)为适应分布式输配系统，在全自动控制的软硬件设计中，创新性的提出了变频调速旁通定压方式以及最佳流量调节方法，使三零的控制目标，即零节流、零过流量和零过热量成为可能，为供热系统能效的大幅度提高奠定了物质基础。

　　(5)开创性研究了分布式输配供热系统的调节特性。在对无泄漏和有泄漏供热系统调节特性深入研究的基础上，提出了分布式输配系统调节特性指数的计算方法，为热网控制系统的静态、动态设计方案的优化提供了理论基础。

　　（1）供热质量明显提高。由于实现了三零目标（零节流、零过流量和零过热量），就从根本上消除了供热系统的水力失调、冷热不均现象，为室温达标提供了有力保障。而三零目标的实现，完全是在无人值守的全自动控制下完成的。室温标准的设定，可完全由热用户自行决定，通过闭环控制，不但能大大提高居民对供热的满意度，而且能跨越式提高供热行业的技术水平。

　　（2）为分户供热计量提供了最佳方式。分户供暖家用电器作为全网分布式输配系统的末端装置，安装在每家用户供暖系统的入口处，即可实现分户供热计量的各种功能，而且其性能优于现行的各种方法，为加快分户供热计量技术的推广提供了可能。

　　（3）节能效益、环保效益明显。这项新技术的推广，能使供热系统的能效由现在的30%提高到60%，将比发达国家目前平均系统能效50%高出10%。可使全国每年单位供暖面积能耗由现在的0.35～0.45GJ/m2a，下降为0.15～0.2GJ/m2a。若全国供热面积按110亿m2计算，全年节煤1.65～1.98亿吨，二氧化碳排放量减少4.0～4.9亿吨，节电220～330亿kwh。

　　（4）经济效益显著。这项新技术的推广，每单位供热面积的总投资20元/m2，其中分户供热家用电器10元/m2，热力站机组（含楼栋机组的水泵、自控系统）10元/m2。若每年节电3kwh/m2a、节热0.1～0.15GJ/m2a，则每年节约费用5～7.5元/m2a，投资可在3～4年内回收。若考虑国家45～55元/m2的补贴，则推广的经济效益更加乐观。