住宅小区集中空调能耗分户计量系统

住宅小区集中空调能耗分户计量系统

中信建筑设计研究总院有限公司马利英陈焰华

摘要：本文对住宅小区采用集中空调系统适用的时间法、能量表法、水表法、当量能量计费法等类型的能耗监控及计量系统的使用范围及优缺点进行分析，提出各种方法适用的集中空调系统类型。

关键词：风机盘管能耗监控系统水表法当量时间法能量表法当量能量法

0 引言

随着建设资源节约型、环境友好型社会进程的加快，国家把大力发展节约省地型住宅和公共建筑节能作为重要工作，湖北省也推行了低能耗居住建筑节能设计标准，采用节能型的集中空调系统的小区也越来越多，尤其是随着地源热泵技术的推广，采用节能环保的地源热泵系统集中为用户提供夏季供冷、冬季供热的小区也越来越多，如何为住宅小区的集中空调系统进行合理的分户计量及收费是关系到能源管理的合理性和提高节能减排效果的重要方面。

1 空调分户计量方法

随着绿色建筑技术的推行和经济的发展，集中空调系统不再是宾馆、高级写字楼的专利，它已经进入高级住宅小区，但在收费方式上仍沿用类似北方供暖式的按面积平摊收费已经不能体现“公平合理、准确计量”的原则。也无法满足建设部发布的关于《民用建筑节能管理规定》第十二条“采用集中采暖制冷方式的新建民用建筑应当安设建筑物室内温度控制和用能计量设施，逐步实行基本冷热价和计量冷热价共同构成的两部制用能价格制度”的要求。

目前集中空调的分户计费还没有国家和行业标准，各地方、生产厂家也都是采用各自不同的标准，因此了解集中空调不同的分户计量方法，分析各种方法的优缺点，可为实际工程选择应用提供准确的参照。

目前市场上采用的计量方式主要有：水表计量法、电表法、能量表法、当量时间法计费系统、当量能量法等几种方式。

1.1水表计量法

用水表计量时，要把水表安装在需要计量区域的空调供水或回水总管上及每户入户的空调供水或回水的总管上，通过计量用户消耗的水量在所有用户消耗总水量中占的比例来分摊冷热源机房产生的费用。

对于热泵主机设备集中在一个机房内，直接为用户提供空调冷热水的变流量系统，如果用户末端每台风机盘管都装有电动两通阀，这时候水表计量的水量可以反映出用户用水量的多少，体现了一定的合理性。但是，风机盘管消耗的能量除了与水量有关还与风速的高中低档位有关，不同档位风速下风机盘管的提供的冷热量是不同的，单纯依靠水表的计量不能准确的反映用户的用能状态，计量无法达到准确性和合理性。

对于热泵主机分散在每个用户，集中的地源侧水泵房为用户提供主机所需的地源侧的供水的情况，这时候水表计量的水量可以反映用户用水量的多少，由于户式地源热泵主机消耗的电能由每户的户内电源提供、不存在分摊这部分电费的问题。所以采用水表计量来分摊地源侧循环泵的电费能够体现一定的公平合理性。

1.2电表计量法

每户安装一支空调用电表，用户空调末端用电由此电表计量，通过计量用户消耗的电量

在所有用户消耗的总电量的比例来分摊冷热源机房产生的费用。

由于风机盘管开始运行时，电表开始计量用电量，开启的风机盘管数量和档位决定了用电量的多少，这能够反映出收费的公平合理性。但是在项目实际运行中，居民用电单价约为0.6元/千瓦时，集中空调费用分摊的电价远远高于居民用电单价，由于无法监控户内居民用电线路，如果部分居民将空调电路改为其他用电电路，结果就会造成空调分摊电价的上升，最终会导致用户放弃使用集中空调，而选择自己安装分体空调，造成投资的巨大浪费。用电表分摊集中空调费用最大的问题是盗用，因此实际工程应用中很少有采用电表分摊法来进行集中空调收费的项目。

1.3能量表法

此方法采用与采暖系统计量相同的方法。在用户的供回水管上各安装温度传感器一个，在供水管道上安装流量传感器一个，将三路信号接入能量积分仪。通过对用户的供水温度

t g、回水温度t h及瞬时流量G进行实时测量，并按照热力学能量计算公式，对使用冷量或热量进行累积而得到用户消耗的能量值。能量积分仪与中央工作站通讯，进行数据库管理。以用户使用的能量值为依据，进行收费。以上的计量是在空调计费仪接收到冷冻水泵运行情况下进行的。能量计算公式如下：

Q

g =∫GC p(t

g

-t

h

)dt

式中：Q g——空调系统向住户提供的能量（冷量或热量）；

G——流经住户系统的循环水流量；

C P——水的定压比热容；

T g、t h——供、回水温度；

dt——时间间隔；

能量表计费直观，易为用户接受。能量表计量的准确性依赖于对流量与温度测量的准确性。流量的测量采用流量计，流量计是能量表的关键部件，流量计的形式目前有机械式、超声波式、电磁式等几种。从计量的准确性与可靠性上，超声波式明显要好一些，但价格较高；机械式、电磁式受水质影响较大，随系统运行时间延长，系统水质变差，流量计的准确性将大受影响。温度的测量采用温度传感器，根据国家在2008年颁布的行业标准《热量表》（CJ128-2007），热量表温度传感器采用Pt1000铂热电阻，测量精度较为苛刻，即便如此，精度为三级（精度最弱）的能量表（也是市场上最常见的能量表精度等级）其温度测量精度不超过0.1℃。事实上，受国内集中空调系统水质普遍较差的影响，温度传感器实际测量精度是很难达到国家标准的。如果温度传感器误差为±0.3℃，对于以75/50℃运行的集中供热系统，供回水温差的测量精度为0.6/25=2.4%;对于以7/12℃运行的空调系统，供回水温差的测量精度则为0.6/5=12%，当空调系统主机及循环泵选型过大或者当空调系统以定流量方式运行，在部分负荷时，系统以大流量小温差运行，温差的测量精度更会大大降低。如果系统实际运行温差为2℃，温度传感器测量误差将达到30%，失去其应有的作用。

1.4当量时间法

依据定律（功=功率x时间），计量风机盘管运行时间作为收费依据。风机盘管消耗的能量与风机盘管的热交换功率、风机的转速、盘管的参数、运行的时间等很多因素有关，把这些因素综合成一个当量“有效运行时间”，依此作为计费依据。在每台风机盘管安装一只时间采集器，计量每台风机盘管高、中、低档位的运行时间，然后将各风速档位状态与对应的运行时间累计，通过通讯器将信号传至空调计费仪，空调计费仪与中央工作站通讯，进行数据库管理。在管理中心通过软件乘以档位系数、风盘型号系数等给定系数转换成计费时间当量，然后按照核定的价格，进行分户计费。此计量方式给物业管理收费带来了极大方便。

当量时间法计费系统的优点是：系统成本低、安装、维修十分方便、计量误差小，使用

寿命长，具有控制功能，可对恶意欠费用户实施停机，可靠性高。但是时间型计费系统有以下缺点：1）没有考虑主机的运行状况，会在主机关机的情况下，用户只要打开风机盘管就会被计费的情况。解决的办法有：检测主机是否开机，如果主机未开，则不计运行时间。一般可通过测量供回水管道的冷冻水温度作为判定条件；2）间接计量能量，不能真正反映能量消耗。

1.5当量能量法

在每户门口或每台末端安装一只当量能量表，该计费方法专门针对风机盘管系统，采用“有效果”计费原则与“计时”计费法，既在保障空调效果（空调供水温度达到制冷时T≤12℃，冬季供热时T≥40℃时）的前提下用来计量每台风盘高、中、低档位的运行时间，在管理中心通过软件乘以相应风盘档位的换热功率，即可得出每台风机盘管消耗的能量，通过计算风机盘管消耗的能量在项目风盘消耗的总能量的比例来分摊集中空调机房的费用。

当量能量计费法与时间法有很大的相似性，都属于电子产品、软件计费，系统稳定性好、可靠性高、使用寿命长、投资少。但是计量原理有些不同，它考虑了用户的空调使用效果，把空调供水温度作为计时前提条件，可以保护用户使用空调的利益，体现计量的合理性，另外把有效时间转化为单位能量，没有人为计算误差，计量更为准确。

当量能量法与当量时间法一样都有着本身固有的缺点：1）当空调系统水力不平衡时，相同负荷情况下，处于水力状况有利位置的用户，其循环水量大，消除余热余湿所需时间短，电动两通阀开启时间短，根据计费软件计费就少；反之，处于水力状况不利位置的用户，循环水量小，消除相同余热余湿所需时间长，电动两通阀开启时间长，软件计取的费用就多。2）当量能量法与当量时间法计量的前提是系统安装的所有风机盘管机组的性能是完全一致的，而事实上，受安装方式、使用状况等的影响，即使额定参数相同的风机盘管最终所提供的能量也是不一样的。

2 不同空调系统形式适用的分户计量方法

2.1水表计量法的应用

地源热泵系统采用用户共用室外埋管或地下水的系统，地源热泵主机分散布置在每户的机房内，户内的地源热泵主机夏季为户内的风机盘管提供7~12℃的冷冻水，同时热回收功能可免费提供卫生热水，冬季为风机盘管提供40~45℃的空调热水。

地源侧循环水泵通过室外管网夏季为用户热泵主机提供冷却水、冬季为热泵主机提供低温热源，地源侧循环泵采用变频控制，地源侧供水总管及每户入口处的供水管分别安装水表，通过用户水表计量用户消耗的水量在所有用户消耗总水量中占的比例来分摊地源侧循环水泵的运行费用。由于热泵主机分散在每个用户，这时候水表计量的水量可以反映用户的用水量的多少。所以采用分户地源热泵主机的系统采用水表计量来分摊电费是比较公平合理的方法。武汉“轩盛.鑫龙湾”别墅住宅小区地源热泵空调系统的集中空调计量是采用此种方法，具有一定的代表性。

2.2能量表法的应用

地源热泵系统采用共用室外埋管或地下水的系统，地源热泵主机集中布置在空调机房内，夏季热泵主机为用户直接提供7~12℃的冷冻水，冬季为住户提供40~45℃的空调热水。每户需要分摊热泵主机及循环水泵的耗电量。可以采用在每户入口处安装能量表的方法来计量每户的用能量，物业根据约定的的单位能量价格来收取空调使用费。

武汉“泰跃.金河”联排别墅住宅小区采用此种方法进行集中空调系统分户计量，体现了“公平合理、准确计量”的原则。由于能量表法在空调系统应用中存在的计量精度没有北方集中供热系统高、投资高、维护检修复杂等各种问题，采用能量表法进行集中空调住宅小区的计费系统有慢慢被当量时间法及当量能量能量法取代的趋势。

3 当量能量法计费系统的应用

3.1当量能量法计费系统的构成

当量能量法计费系统分为监控装置、数据传输网络和中心（机房）管理系统三大部分。用当量空调表对风机盘管的运行参数进行监控，并将监控数据通过数据传输网络传至区域管理器，区域管理器中的数据通过中心计费管理平台对能源站及末端的耗能进行统计计算和管理并生成报表。如下图所示：

图1 当量能量法计费系统示意图

3.2当量能量法应用

武汉市百步亭现代城项目共有5栋18层建筑面积约5万平方米的建筑采用了水源热泵集中空调系统，共有住户413户，风机盘管2012台。冷热源主机采用智能化控制，冷冻水泵采用变频控制，空调末端全部为风机盘管，风机盘管配有电动两通阀及温控开关。

集中空调系统的分户计量系统共采用413只当量空调表、19台区域管理器、1套计费管理平台，实现空调计量远程抄表、欠费禁用、故障/防盗报警、月账单生成、日用清单查询等管理功能。

项目于2010年初开始试运行以来，入住率达到85%以上，小区集中空调系统及计费系统运行稳定。小区的空调收费实行两部制收费，基本费单价为1.0元/㎡.月（前三年由开发商承担），使用费单价为0.2元/Kwh（能量单位）。2011年供冷和采暖季，能源站耗电量及末端使用量检测结果如下：

从以上数据可以看出，在一个供冷供暖季，能源中心消耗的电费约为45万元，用户缴纳的空调使用费为45万元，在没有收取空调基本费的情况下，物业出现稍许的亏损，但这在物业收取基本费后将有所改观，假如按面积收取基本费，每年多收入40万元，这部分费用用于空调系统的维护保养。按收取基本费后的总费用85万元，空调系统一年运行7个月，核算单位面积的空调运行费用为0.09元/天.平方米。

4 结论

1. 目前各种分户计量方法各有优缺点，在应用中要结合工程的实际情况选择适合的计量方法和计费系统。

2.住宅小区采用集中空调冷热源时，需合理的设计空调室外管网、做好管网的水力平衡。由于住宅内的末端设备为风机盘管，采用当量能量法的空调计费系统是一种节省投资、管理方便、安全可靠的方案。

参考文献

[1]朱立彤，张振勇.中央空调的分户计量系统，智能建筑电气技术，2007;(3):32-35

[2]《时间法集中空调分户计量收费装置》，国标征求意见稿

[3]杨东，中央空调计量收费的当量能量计费方法，发明专利，CN1749697