采用电加热设备作为辅助热源测量农村住宅能耗的方法

摘要

采用电加热设备作为辅助热源测量农村住宅能耗的方法，涉及一种测量农村住宅能耗的方法，它解决了现有的技术无法完成农村住宅单位采暖耗热量的测量的问题。本发明将建筑物作为一个整体考虑，以农村住宅的火炕和火墙及其配套的炉灶作为基本热源，以电加热设备作为辅助热源，在保持农村住宅各个房间室温相同的情况下，进行建筑能耗测量。本发明解决了农村住宅热惰性大、燃料种类多、室温波动大、房间多但使用房间有限、农宅电线允许工作电流小等测量难题，为我国农村住宅能耗检测，提供了新的方法。本发明可用于我国北方地区住宅能耗检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量农村住宅内能耗的方法。

背景技术

我国建筑节能首先从城市居住建筑开始，先后颁布实施了三部居住建筑节能设计标 准。为了配合建筑节能工作，2001年我国又颁布了《采暖居住建筑节能检验标准》(JGJ 132-2001)，该节能检验标准的实施，规范了建筑节能检测方法，引导我国建筑业界初步 走上了建筑节能性能量化检测的轨道。2009年住房和城乡建设部又颁布实施了新的《居 住建筑节能检测标准》(JGJ 132-2009)。

在《居住建筑节能检测标准》中，针对采暖居住建筑给出了建筑物单位采暖耗能量的 检测方法。该标准规定，建筑物采暖供热量应采用热计量装置在建筑物热力入口处检测。 建筑物单位采暖耗热量按式(1)计算：

$q_{\mathrm{ha}}=\frac{Q_{\mathrm{ha}}}{A_0}·\frac{278}{H_r}---\left(1\right)$

式中q_ha为检测持续时间内建筑物单位采暖耗热量(W/m²)；Q_ha为检测持续时间内 建筑物累计供热量(MJ)；A₀为建筑物或居住小区的总建筑面积(m²)；H_r为检测持续 时间(h)。

我国农村居住建筑能耗检测现状

我国是一个农业大国，改革开放以来，我国村镇住宅建设取得了较快的发展，目前我 国村镇既有住宅建筑总面积约为2576亿m²，其中多数为不节能建筑。我国农村建筑不但 能耗高，而且室内热环境差。随着我国经济的快速发展，我国农村住宅用能量急剧增长， 热舒适需求将不断提高。降低农村建筑能耗，是关系国家经济持续发展的重要问题。

我国地域广阔，农村地区经济发展不平衡，住宅用能地域化显著且复杂多样。北方地 区农村住宅采暖主要有如下特点：

1、北方农村住宅多采用火炕、火墙采暖。采暖所用的燃料主要是秸秆和薪柴，其次 为煤炭。

2、烧火炕、火墙的时间往往与每日三餐的时间相一致。火炕、火墙热惰性大，加热 时升温缓慢，停止供热后，持续散热时间很长。室温不像城市的居住建筑那样比较稳定， 而是在较大的范围内波动。

3、农村住宅的建筑面积较大，冬季为节约燃料，农户往往将家庭人口集中在几个房 间内居住，其余房间则不采暖。

4、农村住宅的上述特点，给农村建筑的单位采暖耗热量测定带来了巨大困难，具体 表现为：

A、农村住宅不像城市居住建筑那样，大多采用集中采暖，此时只需在建筑物热力入 口处设置热量表即可测得建筑物的供给热量。农村住宅采用火炕、火墙采暖，多数采暖装 置的燃烧设备(炉灶)与散热设备(火炕、火墙)为一体，散到室内的热量与所消耗的燃 料量有关，与燃烧设备效率、散热设备的效率有关。不同人搭建的炉灶、火炕、火墙的效 率不同，同一个家庭的炉灶、火炕、火墙不同的人烧，效率也不相同。按照常规的方法， 无法从消耗的燃料的数量中，得出建筑物的供给热量。

B、我国现行的关于炉灶的效率测试标准(《民用柴炉、柴灶热性能试验方法》 NY/T-2006)和火炕效率测试方法(《民用火炕性能试验方法》NY/T58-2009)均将炉灶 散热作为热损失处理。然而这部分热量是散在室内的。在分析农村住宅的能耗时，目前国 内没有关于炉灶散热的处理方法。

C、现行的火炕效率测试方法(《民用火炕性能试验方法》NY/T58-2009)是采取固 定燃料量，从燃料燃烧开始到燃料燃尽为止，在包括启停炉灶在内的不稳定的状态下进行 测量的。这种测试方法，测得的效率不能反映火炕(火墙)的真正特性。

D、建筑物的单位采暖耗热量的大小，与室内外温度有关系，不同室内外温度下，其 单位采暖耗热量是不同的。为了使得测试数据具有可比性，就需要将其折算到某一平均室 外温度下。

E、我国的北方农村住宅建筑，热惰性均较大，再加上火炕、火墙的热惰性影响，使 得农村住宅的能耗测量难度大于城市建筑。由于人力、物力和经费等条件限制，需要在尽 可能短的时间内，完成测量。为了做到这一点，就要求人为地保证各个房间内的温度基本 一致且稳定，以消除建筑物热惰性及火炕、火墙的热惰性的影响。而采用火炕、火墙的建 筑由于烧火炕、火墙的时间往往与每日三餐的时间相一致，房间的温度在一天内波动很大， 无法保证检测时间内的温度稳定。为节省燃料，北方农村住宅中往往仅有部分房间供暖， 不供暖的房间的室温与供暖房间的室温相比，差别较大，无法保证各个房间的温度一致。

F、测量农村住宅单位采暖耗热量的简便的方法，是采用电采暖设备来供暖。由于电 量容易计量，因此通过测量在维持房间温度达到某一水平时的耗电量，既可以得到单位采 暖耗热量。但是，由于农村住宅现有的导线线径较小，无法连接大功率的用电设备，所以 导致无法通过测量采暖用电量来测量农村居住建筑建筑能耗。

我国农村居住建筑能耗检测技术的现状表明，现有的技术无法完成农村住宅单位采暖 耗热量的测量，因此就需要发明新的方法，以解决农村住宅单位采暖耗热量的检测问题。

发明内容

本发明是为了解决现有的技术无法完成农村住宅单位采暖耗热量的测量的问题，从而 提供一种采用电加热设备作为辅助热源测量农村住宅能耗的装置。

采用电加热设备作为辅助热源测量农村住宅能耗的方法，它包括以下步骤：

步骤一、将建筑物作为一个整体考虑，以农村住宅的火炕和火墙及其配套的炉灶作为 基本热源，控制基本热源中的炉灶连续运行，在相等的时间段内，投入相同的燃料，保证 燃烧稳定；在基本热源中的炉灶工作一小时后，采用室内温度传感器测量室内温度、采用 室外温度传感器测量室外温度、采用基本热源表面温度传感器测量基本热源表面温度、采 用基本热源烟气温度传感器测量基本热源的烟气温度，并计量炉灶在检测时间内消耗的燃 料量；

由于在建筑能耗测量中，炉灶散热是散在室内的，是房屋供热量的组成部分，因此将 炉灶散热损失作为有效热量考虑，由此得到的火炕(火墙)的热效率定义为有效热效率。 有效热效率按照下式计算。

并根据公式：

η_q＝100-(q₂+q₃+q₄+q₆)

η_k＝100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆)

计算基本热源的有效热效率；

式中：η_q、η_k分别为火墙和火炕的有效热效率，单位％；q₂为排烟热损失率，单位％； q₃为气体未完全燃烧热损失率，单位％；q₄为固体未完全燃烧热损失率，单位％；q₅为炕 洞土层导热损失，单位％；q₆为灰渣物理热损失率，按0.5％选取，单位％；

步骤二、采用M个电加热设备作为辅助热源，结合基本热源创立一个稳定的室内温 度环境，所述M为整数；

步骤三、根据步骤一获得的检测时间内消耗的燃料量通过公式：

$Q_q={\eta }_q·B_q·Q_{\mathrm{dw},q}^y·{10}^{-3}$

$Q_k={\eta }_k·B_k·Q_{\mathrm{dw},k}^y·{10}^{-3}$

获得基本热源中的火炕和火墙向建筑物的累计供热量：

式中：Q_q、Q_k分别为检测时间内基本热源中的火墙和火炕向建筑物累计供热量，单 位MJ；η_q、η_k分别为基本热源中的火墙和火炕有效热效率，单位％；B_q、B_k分别为基本 热源中的火墙和火炕在检测时间内消耗的燃料量，单位kg；分别为基本热源 中的火墙和火炕在检测时间内所消耗的燃料的应用基低位发热量，单位kJ/kg；

步骤四、根据公式：

Q_ha＝Q_d+Q_q+Q_k

获得检测持续时间内建筑物累计供热量；

式中Q_ha为检测持续时间内建筑物累计供热量，单位MJ；Q_d为检测持续时间内电 表累计耗电量，单位MJ，1MJ＝1Kw.h×3.6；

步骤五、根据公式：

$q_{\mathrm{ha}}=\frac{Q_{\mathrm{ha}}}{A_0}·\frac{278}{H_r}$

获得检测时间内的建筑物单位采暖耗热量；

式中：q_ha为检测持续时间内建筑物单位采暖耗热量，单位W/m²；Q_ha为检测持续 时间内建筑物累计供热量，单位MJ；A₀为建筑物的总建筑面积，单位m²；H_r为检测持 续时间，单位h。

将获得的检测时间内的建筑物单位采暖耗热量通过公式：

$q_{\mathrm{hm}}=q_{\mathrm{ha}}\frac{t_i-t_{\mathrm{eh}}}{t_{\mathrm{ia}}-t_{\mathrm{ea}}}-q_r$

获得标准气象条件下建筑物单位采暖耗热量；

从而实现建筑物的能耗测量；

式中：q_hm为标准气象条件下农宅单位采暖耗热量，单位W/m²；t_i为室内计算温度， 取18℃；t_eh为采暖室外平均温度(根据节能标准中的数据确定)，单位℃；t_ia、t_ea分别 为检测持续时间内农宅平均室温及室外平均温度，单位℃；q_r为检测持续时间内农宅内的 得热量，单位W/m²。

步骤二中所述的采用M个电加热设备作为辅助热源，结合基本热源创立一个稳定的 室内温度环境的具体方法是：在基本热源中的炉灶连续运行状态下，将M电加热设备设 置在建筑物各个房间内，并设定到相同温度，以保证室内各点的温度相同且稳定。

步骤二中所述的采暖室外平均温度t_eh是根据节能设计标准中的数据确定的。

有益效果：本发明将建筑物作为一个整体考虑，以农村住宅的火炕(火墙)及其配套 的炉灶作为基本热源，以电暖器作为辅助热源，在保持农村住宅各个房间室温相同的情况 下，进行建筑能耗测量。本发明解决了农村住宅热惰性大、燃料种类多、室温波动大、房 间多但使用房间有限、农宅电线允许工作电流小等测量难题，为我国农村住宅能耗检测， 提供了新的方法。本发明可用于我国北方地区住宅能耗检测。

附图说明

图1是具体实施方式一采用的装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、采用电加热设备作为辅助热源测量农村住宅能耗的方法，它包括以 下步骤：

步骤一、将建筑物作为一个整体考虑，以农村住宅的火炕和火墙及其配套的炉灶作为 基本热源。控制基本热源中的炉灶连续运行，在相等的时间段内，投入相同的燃料，保证 燃烧稳定；在基本热源中的炉灶工作一小时后，采用室内温度传感器测量室内温度、采用 室外温度传感器测量室外温度、采用基本热源表面温度传感器测量基本热源表面温度、采 用基本热源烟气温度传感器测量基本热源的烟气温度，并计量炉灶在检测时间内消耗的燃 料量；

并根据公式：

η_q＝100-(q₂+q₃+q₄+q₆)

η_k＝100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆)

计算基本热源的有效热效率(将炉灶散热损失作为有效热量，所得到的火炕(火墙) 的热效率称为有效热效率)；

式中：η_q、η_k分别为火墙和火炕的有效热效率，单位％；q₂为排烟热损失率，单位％； q₃为气体未完全燃烧热损失率，单位％；q₄为固体未完全燃烧热损失率，单位％；q₅-炕 洞土层导热损失，单位％；q₆为灰渣物理热损失率，按0.5％选取，单位％；

步骤二、采用M个电加热设备作为辅助热源，结合基本热源创立一个稳定的室内温 度环境，所述M为整数；

步骤三、根据步骤一获得的检测时间内消耗的燃料量通过公式：

$Q_q={\eta }_q·B_q·Q_{\mathrm{dw},q}^y·{10}^{-3}$

$Q_k={\eta }_k·B_k·Q_{\mathrm{dw},k}^y·{10}^{-3}$

获得基本热源中的火墙和火炕向建筑物累计供热量：

式中：Q_q、Q_k分别为检测时间内基本热源中的火墙和火炕向建筑物累计供热量，单 位MJ；η_q、η_k分别为基本热源中的火墙和火炕有效热效率，单位％；B_q、B_k分别为基本 热源中的火墙和火炕在检测时间内消耗的燃料量，单位kg；分别为基本热源 中的火墙和火炕在检测时间内所消耗的燃料的应用基低位发热量，单位kJ/kg；

步骤四、根据公式：

Q_ha＝Q_d+Q_q+Q_k

获得检测持续时间内建筑物累计供热量；

式中Q_ha为检测持续时间内建筑物累计供热量，单位MJ；Q_d为检测持续时间内电 表累计耗电量，单位MJ，1MJ＝1Kw.h×3.6；

步骤五、根据公式：

$q_{\mathrm{ha}}=\frac{Q_{\mathrm{ha}}}{A_0}·\frac{278}{H_r}$

获得检测时间内的建筑物单位采暖耗热量；

将获得的检测时间内的建筑物单位采暖耗热量通过公式：

$q_{\mathrm{hm}}=q_{\mathrm{ha}}\frac{t_i-t_{\mathrm{eh}}}{t_{\mathrm{ia}}-t_{\mathrm{ea}}}-q_r$

获得标准气象条件下建筑物单位采暖耗热量；

从而实现建筑物能耗测量；

式中：q_hm为标准气象条件下农宅单位采暖耗热量，单位W/m²；q_ha为实测条件下农 宅单位采暖耗热量，单位W/m²；t_i为室内计算温度，取18℃；t_eh为采暖室外平均温度(根 据节能标准中的数据确定)，单位℃；t_ia、t_ea分别为检测持续时间内农宅平均室温及室外 平均温度，单位℃；q_r为检测持续时间内农宅内的得热量，单位W/m²。

步骤二中所述的采用M个电加热设备作为辅助热源，结合基本热源创立一个稳定的 室内温度环境的具体方法是：在基本热源中的炉灶连续运行状态下，将M电暖器设置在 建筑物各个房间内，并设定到相同温度，以保证室内各点的温度相同且稳定。

步骤二中所述的采暖室外平均温度t_eh是根据当地典型气象年的数据确定的。

本发明将建筑物作为一个整体考虑，以农村住宅的火炕和火墙及其配套的炉灶作为基 本热源，以电暖器作为辅助热源，在保持农村住宅各个房间室温相同的情况下，进行建筑 能耗测量。本发明的方法解决了农村住宅热惰性大、燃料种类多、室温波动大、房间多但 使用房间有限、农宅电线允许工作电流小等测量难题，为我国农村住宅能耗检测，提供了 新的方法。所发明的农村住宅能耗的测量系统，可用于我国北方地区住宅能耗检测。

本实用新型的具体优点：1、测量原理正确，方法简单，数据可靠。2、可解决农村住 宅热惰性大、燃料种类多、室温波动大、房间多但使用房间有限、农宅电线允许工作电流 小等检测难题。3、功能多，携带方便，操作简单。

实现本发明的装置，包括M个电加热设备2、建筑物能耗测试仪1、N个用于测量室 内温度的传感器3、用于测量室外温度的传感器4、K个用于测量基本热源表面温度的传 感器5、L个用于测量基本热源烟气温度的传感器6和M个电加热设备工作电流检测设备 7；M个电加热设备工作电流检测设备7用于测量通过M个电加热设备2的工作电流； 所述M个电加热设备工作电流检测设备7的M个电流检测信号输出端分别与建筑物能耗 测试仪1的M个电流检测信号输入端连接；

M个电加热设备2的M个控制信号输入端分别与建筑物能耗测试仪1的M个控制信 号输出端连接；N个用于测量室内温度的传感器3的N个室内温度信号输出端分别与建 筑物能耗测试仪1的N个室内温度信号输入端连接；用于测量室外温度的传感器4的室 外温度信号输出端与建筑物能耗测试仪1的室外温度信号输入端连接；K个用于测量基本 热源表面温度的传感器5的K个表面温度信号输出端分别与建筑物能耗测试仪1的K个 表面温度信号输入端连接；L个用于测量基本热源烟气温度的传感器6的L个烟气温度信 号输出端分别与建筑物能耗测试仪1的L个烟气温度信号输入端连接；

M、N、K和L均为正整数。

M个电加热设备2均为电暖器。

M个电加热设备工作电流检测设备7均为电流互感器。

本装置具有如下功能：测量室内温度；测量火炕(火墙)表面温度；测量火炕(火墙) 进出口烟气温度；测量室外温度；设定检测周期；设定所控制的室内温度；检测电暖器的 工作电流；根据室内温度、农宅电能表允许工作电流和电暖器的工作电流，控制工作电暖 器的数量及工作电流，将室温控制在所设定的室内温度；计算各测定温度的平均值及最大 最小值；计算实测条件下农宅单位采暖耗热量和标准气象条件下农宅单位采暖耗热量。