提要　本文針對具有分戶熱計量供暖系統的住宅建筑內只有一戶供暖狀況時的熱負荷計算及其戶間傳熱的規律這一課題做了實質性的研究、分析和探討。通過對具有這種系統建筑的傳熱分析，建立了分戶熱計量供暖系統的熱負荷計算程序方法，并根據多元一次方程的求解和計算機編程對所建立的建筑模型進行了實際計算。通過對計算結果的大量數據的分析和比較，提出了具有分戶熱計量供暖系統的住宅建筑熱負荷計算的方法的初步建議。也為今后進一步進研究其他供暖狀況時的分戶熱計量供暖的熱負荷計算打下基礎。
　　
關鍵詞　住宅建筑 分戶熱計量 供暖系統熱 負荷計算

　　隨著我國的國民經濟的飛速發展，人們對生活的舒適要求越來越高。人們對冬季的供暖要求不僅要舒適，而且要節能，要為國家省能，為居民自己省錢。現在國家對建筑節能政策也正在進一步地貫徹執行，居住建筑采用分戶熱計量和分室溫控的供暖系統，就是這樣一種為適應節能形式而發展起來的全新的供暖形式。我國建設部2000年第76號部長令要求從2000年10月1日起正式實施《民用建筑節能管理規定》，其中第五條就明確地規定："新建居住建筑的集中供暖系統應當使用雙管系統，推行溫度調節和戶用熱計量裝置，實行供熱計量收費。"因而，這種供暖系統已成為今后的居住供暖設計中必須采用的供暖形式。由于這種系統與以往的供暖系統的方式 有很大的不同，其供暖熱負荷的計算
　　供暖系統型式、供暖系統阻力計算、供暖設備的選用等方面也與以往有所不同。因此，居住建筑分戶熱計量和分室溫控的供暖系統設計中的技術問題急待解決。
　　為保證我國的用熱量制度的順利進行，為滿足住宅居民對用熱質量要求，我們必須認真地去解決好與之相關的問題。首先要研究的是這種供暖系統與常規的供暖系統在設計中的熱負荷計算的區別。其中，最大的區別應當考慮的是鄰戶的傳熱問題。但是，如何考慮？這個問題不僅與建筑物的入住率有關，而且與居住者的生活習慣有關，還與居住者的收入等客觀條件有關。對于這個問題，專家們提出了兩個種設計計算方法：一種是采用在常規供暖系統設計計算熱負荷的基礎上進行附加修正的方法，采用此方法時，有的專家提出來用1.2～1.5作為其修正系數，但是，什么位置的戶型采用1.2進行修正？而什么時候又通采用1.5呢？專家們并沒有給出一個明確的說法；另一種是對鄰戶的傳熱進行計算的方法，這個問題也比較麻煩，而且其計算模型也比較復雜，人為影響因素也比較多。
　　為了了解和分析這種供暖系統的熱負荷，我們應依據現行有關法規和計算方法，對不同戶型、不同供暖戶數和不同樓層位置的戶供暖熱負荷計算。由于本課題剛開始不久，只進行了第一步，即：研究、分析和探討在一棟住宅樓里只有一戶居住戶供暖時的狀況，并將其結果與在同樣條件下的常規供暖系統的熱負荷做了比較，試圖找出有關問題的所在。以下，就整個計算和分析的過程向大家匯報如下：
　　
一、計算依據
　　
　　由于我國新的適合于《民用建筑節能管理規定》的《供暖通風與空氣調節設計規范》及與之配套的設計技術措施還沒有出臺，本文中的供暖熱負荷設計計算所使用的主要計算依據仍然采用老規范《采暖通風與空氣調節設計規范》和老版本的《民用建筑暖通空調設計技術措施》，并根據新頒布《民用建筑節能管理規定》、《住宅設計規范》和《供暖通風與空氣設計規范》（征求意見稿）的要求，做了適當的修改。
　　1、冬季供暖室外設計計算參數：（略）
　　2、冬季供暖室內設計計算參數：（略）
　　3、建筑室內外圍護結構的設定：
　　（1）建筑模型
　　為了進一步了解和掌握居住建筑分戶熱計量和分戶溫控供暖系統的熱負荷計算規律，我們選擇了兩個有代表性的住宅戶型和四個常用的戶面積指標作為熱負荷計算的基本條件，組合了分別為五層和六層的四個單元、兩個樓座（一號樓和二號樓）的建筑模型。
　　（2）一、二號樓的概況綜述：（略）
　　（3）圍護結構傳熱系數的設定：（略）
　　
二、實行分戶熱計量供暖建筑的傳熱分析
　　
　　分戶熱計量供熱住宅建筑的傳熱過程的計算方法與以前的集中供熱的計算方法基本一樣，所不同之處就在于，它是以戶為單位實施供熱。當整個住宅樓的所有居住戶均供暖時，其熱負荷計算與以前的常規供熱的計算完全一樣；當部分居住戶供暖而另一部分不供暖時，計算就不一樣，它除了要計算正常的熱負荷外還需要計算向不供暖的鄰戶的傳熱熱負荷；當整個住宅樓只有一戶供暖而其他戶均不供暖時，該居住戶的分戶計量供熱熱負荷最大，也就是分戶計量供熱住宅每戶供熱的最不利情況。
　　因此，分戶計量供熱住宅每戶供熱熱負荷要比以前的常規供熱大，那么，在設計分戶熱計量供暖系統時所選用散熱器的數量也要多。當然，整個住宅樓的供暖總熱負荷并不是在當整個住宅樓只有一戶供暖而其他戶均不供暖時每戶供熱熱負荷的疊加，而是在整個住宅樓所有居住記均供暖時每戶供暖熱負荷的疊加。但分戶計量供熱住宅每戶傳熱過程究竟如何？它的熱負荷要比以前常規供熱的每戶熱負荷大多少？我們做了以下分析：
　　
　　1、建筑傳熱過程：
　　我們討論任何建筑物的傳熱過程時都必須在穩定狀態下進行的，即室內的得熱量與耗熱量相等，室內供熱量與熱負荷平衡。我們把分戶計量供熱住宅每戶的熱負荷分為：外圍護結構的耗熱量Q_w和向不供暖的鄰戶的傳熱耗熱量Q，即：Q= Q_w + Q_n (2.1)
　　與以前的常規供熱住宅的傳熱一樣其傳熱過程計算包括：外圍護結構的基本耗熱量、外圍護結構的附加耗熱量和加熱由門窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量等。計算方式略。
　　外圍護結構的耗熱量：
　　 （2.2）
　　由以上各式，我們可以看出：一旦某棟住宅樓定型后，分戶計量供熱住宅每戶的外圍護結構熱負荷只與室內外溫差有關。
　　現在我們來討論分戶計量供熱住宅與以前的常規供熱住宅的傳熱不同之處，即增加了向不供暖的鄰戶的傳熱耗熱量Q_n。為了便于研究這種耗熱量，首先，我們在分析、計算和統計時是以住戶為單位的，而且戶內溫度是相對均勻的：其次，我們在計算熱負荷時假設：整個住宅樓只有一戶供暖而其他戶均不供暖的情況下。假設這棟住宅樓有M層、每層I 戶，當我們要計算第m層第I戶的耗熱量時（參見圖三，略），其外圍護結構的耗熱量為：Q_w(m,i)，而其向不供暖的鄰戶的傳熱耗熱量為：Q_n(m,i)，該戶的供熱熱負荷為：

　　供熱熱負荷：Q_(m,i)= Q_w(m,i)+ Q_n(m,i) 　　　　　　　　　　　　（2.3）

　　如果我們稱由供暖戶通過內墻或內樓板傳向鄰戶的熱為一級傳熱的話，那么鄰戶得到一級傳熱量除了抵消其外圍護結構的耗熱量外，也通過其內墻或內樓板向其它不供暖且室內溫度低于該室內溫度鄰戶傳熱，我們稱之一二級供熱量。依次類推事例要室內溫度與其鄰戶的室內溫度有溫差，就有向下一級傳熱的過程，就且級供熱量，當（最終一級的）鄰戶室內溫度與其鄰戶的室內溫度的溫差很小時，視為通過內墻或內樓板傳向鄰戶的傳熱終止。因此，由供暖戶通過內墻或內樓板傳向鄰戶的耗熱量（一級供熱量）Q_n(m,i)：
　　一級供熱量：
　　其中， 為供暖戶通過內墻或內樓板傳向基上下左右鄰戶的熱量為一級供熱量。
　　對于某一鄰戶（如：第m-1，i戶）來講，所得到的一級供熱量就得它的傳熱量 ，而由公式（2.1.7）得：Q_(m-1,i)= Q_w(m-1,i)+ Q_n(m-1,i)；
　　依次類推，供暖戶的熱負荷 　　　　　　　（2.4）
　　由此可見，某一分戶計量供熱住宅在整個住宅中仍一戶供暖而其他戶均不供暖的情況下該戶的熱負荷就等于在傳熱穩定后，整個住宅樓各戶在其各自室內溫度與室外溫度的差值下的外圍護結構耗熱量的總和。
　　2．傳熱溫差的確定：
　　由以上的結論可知，分戶熱計量住宅的傳熱過程比較復雜，要計算其供暖熱負荷也是比較困難的，因為要計算其供暖熱負荷，就必須要計算出整個住宅樓各戶的室內溫度值或各戶的室內外傳熱溫差。而隨著通風內墻或內樓板傳向鄰戶的傳熱一級一級地傳下去，鄰戶的定內外傳熱溫差和一級室內與下一級室內傳熱溫差直來越小，供熱量直來越少，以至于可以忽略不計。那么傳熱溫差小到多少可以忽略不計呢？有關規范和資料的供暖部分中規定"與相鄰房間的溫差大于或等于5℃時，應計算通過隔墻或樓板等的供熱量"。這個要求太低，由此引起的耗熱量比較大，不應忽略。而上述文件中的空調部分冷負荷計算要求中規定為：當傳熱溫差大于或等于3℃時，應計算通過隔墻或樓板等的供熱量。我們認為這個數值還是可以采用的。

　　3．計算方法的確定：
　　根據分戶熱計量供熱過程的分析，可以看出，要解決某一供暖熱負荷的計算問題，就必須首先要掌握該住戶所在住宅樓的各住戶在傳熱穩定后的傳熱方向，然后再計算出其所在住宅樓的中住戶所在住宅樓的各住戶傳熱穩定后的傳熱方向，然后再計算出其所在住宅樓的各住戶在傳熱穩定后的室內溫度，最后算出各住戶在其各自室內溫度與室外溫度的差值下的外圍護結構耗熱量。因此，光憑上述傳熱公式和了解該住戶所在住宅樓的各住戶住戶在傳熱穩定后的傳熱方向，要計算該住戶所在住宅樓的各住戶在傳熱穩定后的室內溫度是非常復雜的和困難的，必須了解和掌握在熱傳遞穩定后的熱平衡以及該住戶在所在住宅樓的幾種特殊的邊界情況下的傳熱計算方法，而且為了簡便計算方法，我們也必須做一些假設以忽略一些影響不大的計算因素。

　　（1）穩定傳熱的熱平衡：
　　由于是穩定傳熱，對于某一分住宅的戶熱計量供熱住戶來說，要使該住戶保持較舒適的熱環境所需的供熱量應等于其外圍護結構耗熱量與通過內墻或內樓板傳向鄰戶的耗熱量（一級供熱量）之和；而對于某一分戶熱計量住宅的非供熱住戶來講，該住戶從上一級傳熱得到的供熱量就等于其（在該住戶的室內溫度下的）外圍護結構耗熱量與通過內墻或內樓板傳向下一級鄰戶的耗熱量（二級供熱量或若干級供熱量）之和。
　　設：通過內墻傳熱至所計算的住戶的上級鄰戶為：(m,i-1)戶、通過樓板傳熱至所計算的住戶的上級鄰戶為：戶(m-1,i)戶、所計算住戶內的室內溫度為：t(m,i)時，該非供熱住戶的熱平衡式為：
　　即： 　　　　　　　　(5)

　　(2) 對幾個問題的討論：（略）
　　
三、分戶熱計量供暖系統熱負荷計算程序方法：
　　
　　為了了解、掌握和比較分戶熱計量住宅的供暖熱負荷的計算方法和變化規律，我們選擇了四種相關計算方法對兩棟實例進行供熱負荷計算。這四種方法分別是：一、整個住宅樓所有的住戶均供暖（方法一）；二、整個住宅樓只有一戶供暖而其他住戶均不供暖，但只計算通過內墻或樓板向不供暖的鄰戶傳熱的一級供熱量（方法二）；三、整個住宅樓只有一戶供暖而其他住戶均不供暖，但計算通過內墻或樓板向不供暖的鄰戶傳熱到二級供熱量（方法三）；四、整個住宅樓只有一戶供暖而其他住戶均不供暖，但計算通過內墻或樓板向不供暖的鄰戶傳熱到三級供熱量（方法四）。由于方法一是常規集中供熱情況下的外圍護結構耗熱量計算，在這里不再討論，下面我們討論一下方法二～四（略）。
　　
四、實行分戶熱計量供熱建筑模型計算結果
　　
　　根據上述計算方法和所對應的建筑模型，我們采用FORTRAN語言對分戶熱計量供暖系統在整個住宅樓只有一戶供暖而其他住戶均不供暖的狀況下，各住戶的各級傳熱的多元一次方程進行了編程求解。任何住宅建筑物只要其內外圍護結構的布置與尺寸一旦確定，整個住宅建筑的各個住戶在所有住戶都供暖的狀態下的熱負荷即可求出，將這些有關參數以及住宅的有關熱工參數輸入計算程序并運行，最終計算出該供暖系統在整個住宅樓只有一戶供暖而其他住戶均不供暖的狀況下，各住戶的各級傳熱負荷。所計算的熱負荷結果（略）。
　　
五、結論
　　
　　通過上述分戶計量供熱熱負荷的計算分析和對分戶熱計量供暖系統在整個住宅樓只有一戶供暖而其他住戶均不供暖的狀況下，各住戶的各級室內溫度和傳熱熱負荷的最終結果的分析和研究，可以得到以下初步結論：
　　1．對住宅分戶計量供熱系統的熱負荷計算方法的分析、傳熱分析以及為計算分戶計量供熱系統的熱負荷所建立的多元一次方程是基本合理的，所編制計算程序是正確的，對所建立的建筑模型的計算結果是基本可信的。
　　2．當計算到三級傳熱時，室內溫度與室外溫度或下一級室內溫度差已經小于3℃，第三級通過建筑物的內部圍護結構傳向第四級的熱負荷可以忽略不計。所計算的級數越多分戶計量供熱熱負荷越大，一級傳熱的溫度差就越大，計算就越精確。
　　3．由于一級傳熱溫度差值比較大，通過建筑物內部圍護結構傳熱損失就較大，對供暖熱負荷的影響較大。因此，采用分戶計量供熱系統的住宅的內墻和內部樓板作保溫勢在必行。
　　4．從上述計算結果可以看出：當不考慮其他住戶供熱時，住戶的外圍護結構越多且內圍護結構越少其總熱負荷與常規集中供熱狀況下的熱負荷差距越小，住戶的外圍護結構越多且內圍護結構越多其總熱負荷與常規集中供熱狀況下的熱負荷差距越大。也就是說，頂層和底層的外端戶所需在常規集中供熱狀況下的熱負荷基礎上修正系數最小（1.55～1.65）中間層外端戶的修正系數較小（1.90～2.05）；頂層和底層中間戶的修正系數比較大（1.99～2.30）：中間層中間戶的修正系數最大（2.65～2.94）。
　　
六、問題
　　
　　在實際住宅建筑中，在一棟住宅樓內只有一戶居住戶供暖的供暖狀況的概率幾乎為零。本課題從一戶供暖著手，逐步、逐級地研究和分析分戶熱計量供暖系統的熱負荷計算規律是可行的。由于研究時間較為倉促，以下方面還需要進一步的分析、研究和探討；
　　1．不同地區、不同供暖戶數、不同供暖狀況和不同邊界條件對住宅分戶計量供熱系統的熱負荷計算方法和傳熱分析以及為計算分戶計量供熱系統的熱負荷所建立的多元一次方程是否有影響。
　　2．入住率對住宅分戶計量供熱的熱負荷計算方法、傳熱分析以及為計算分戶計量供熱系統的熱負荷所建立的多元一次方程的影響。應研究在不同入住率的情況下，對供暖住戶熱負荷修正系數的影響，以及設計時應采用的入住率。