1 热量表工作原理及动态计量误差探究 摘要 据美国国家能源中心统计,采用热量表之后,平均可以节能 20%~30%。在我国目前的市场经济体制下,现有热量的收费制度已经完全不能满足需要,国家建设部等相关部委也做出了规定,要求全面普及热量表。本文首先分析了热量表的工作原理,其次,就热量表的动态计量特点及误差进行了深入的探讨,提出了自己的建议和看法,具有一定的参考价值。 关键词 热量表;动态计量;误差;工作原理 中 图 分 类 号 TH81 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1673-9671-(2012)101-0130-01 我国北方地区长期以来的采暖用热都不是按照实际用热量来进行计量收费的,而一般都是按照住宅面积收费,而用户也不可以按照自身的实际需要来对用热量进行调节,这样一来,就严重造成了热资源的浪费,用户节能意识也较差,甚至有些用户为了贪图便宜,在可以不用暖气的时候仍然把暖气阀门打开或者将温度设置较高。这种热量的收费方式明显就存在着不科学性和不合理性。而国外很多发达国家早已在二十世纪八十年代初就开始大规模应用热量表,热力公司计价收费的手段和依据也早已按照热量表所显示的实际用热量来进行收取,据美国国家能源中心统计,采用热量表之 2 后,平均可以节能 20%~30%。在我国目前的市场经济体制下,现有热量的收费制度已经完全不能满足需要,国家建设部等相关部委也做出了规定,要求全面普及热量表。 1 热量表的工作原理 热量表又称热能积算仪、热能表,主要是用于对载热液体在热交换环路中所转换或者所吸收热量进行测量的仪器,可以有效地测量出供冷系统的吸热量和供热系统的供热量,显示热量也是采用法定的计量单位。将流量计安装在回流管上或者流体入口处发出脉冲信号,再将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的下行管上和上行管上给出表示温差的模拟信号,三路传感器的信号就构成了热量表采集数据,最后想要获取热交换系统中的热量数据,采用积算公式即可。 建筑供暖将实行分户计量,每户家庭将安装一块热量表,按照实际供热量收费,家中再安装一个温控阀,可以调节温度,用多少热,就花多少钱。在冬天供暖季,保证房屋通风的情况下,住户可通过手动改变温控阀的温度设定值,自主调节室内温度,就好比用遥控器及时控制空调温度一样,在提高舒适度的同时还节约能源。但分户计量不仅仅是装个热量表那么简单,房屋的不同朝向、不同户型和不同的位置,都会影响供热的效果。热和水、电不同,热有传导性,位于单元东西两头的房间和位于中间的房间,要达到同样的 3 室温,其所需的热量是不同的,因为两头的房屋有冷墙,因此需要更多的热量才能够达到相同的温度。 热量表在使用过程中,不可将管道上的阀门完全关闭,管道中长时间无热水流过,易造成热量表冻坏;热能表为计量器具,必须按照国家标准的要求对其进行定期检定,并在检定时更换电池;换热系统的水质要清洁、软化、无污垢,以保证热能表流畅运行、不被堵塞、损坏;热量表必须安装过滤器,并对过滤器进行定期清洗;换热系统正常工作时,如果发现热量表瞬时流量明显减少,这说明过滤器内污垢过多使管道变窄,水流减小,这时应及时清理过滤器;热量表的外部应有保护措施,如仪表箱体,防止人为破坏或意外损坏。 2 热量表的动态计量特点 不管是国产的热量表,还是进口的热量表,其计算用户系统散热量的原理都是 K 系数法和焓差法两种,这两种原理都是基于国际建议 OIML R75-1 标准(由国际法制计量组织制定)和欧洲热量表标准 EN1434。计算换热量的时候,无论是采用 K 系数法,还是采用焓差法,其所造成的误差都不只是简单的流量误差和温度误差之和了,因为水的 K 系数、焓值、密度与温度都不是简单的线性关系。热量表在实际运行过程中,其误差与测量点的焓值、密度、流量、温度密切相关 ,且计算十分繁琐复杂。与焓差法相比,K 系数与温度的 4 关系更加复杂,所以在计算数据时所涉及的数据量更大,所以一般为了方便,大多采用焓差法。 但是,这两种热量计算法都是在整个供热系统趋于稳定时所得到的,但我们知道,在实际的供热系统运行中,供水温度和系统流量都很有可能出现连续变化或者阶跃变化。在这种情况下,用户系统散热量就包括了时间的函数、温度的函数、供热系统流量的函数。且供热系统从动态到稳态的过渡时间很长,所以一般都采用动态公式来计算累积热量,而不采用稳态计算公式,目的就在于有效地避免误差的产生。 热量表一般分为三级表、二级表、一级表三个准确度等级,首先需要说明的是热量表的最大允许误差不能用一个固定的误差数字来描述,比如 2%或 5%等等,因为即便同一准确度等级的热量表,随着工作条件不同,对它的误差要求也是不同的。 由于整体式热量表的各计量部件在逻辑上是不可分割的,所以它的最大允许误差 E 必须由标准装置一次性给出,它的误差极限分别由下述公式给出: 3 热量表动态计量误差的特点 热量表动态计量误差的特点主要有以下一些: 1)当流量阶跃量较小,而初始流量相同的时候,热量表所对应的动态计量误差较小;如果流量阶跃量较大,且初始流量也不相同时,热量表所对应的动态计量误差就较大。 5 2)当初始流量不同,但是流量阶跃量是相同的情况下,热量表的动态计量误差与初始流量的大小成反比,初始流量越小,则热量表的动态计量误差越大;初始流量越大,则热量表的动态计量误差越小。 3)热量表动态计量误差一般都只是存在于动态到稳态的过渡过程中,但是这个过渡时间往往需要三十分钟以上,时间较长,所以应该想办法采取相应的措施来予以修正。在对热计量仪表进行标定时,应当采用整体标定的方法,这样可以使热量表标定的精度更高。 4)如果供热系统的流量阶跃量低于 5kg/h 的时候,那么一般来说,可以基本不考虑流量阶跃量对于供热系统的影响。但是如果高于 5kg/h 的时候,那么就必须考虑到所造成的误差,及时予以修正。在修正该项误差的过程中,应该加入一定的修正参数,按照相应的计算程序乘上与不同阶跃量所相应的系数,以此在最大程度上降低流量测量值的影响。 4 结束语 总之,热量表在热量计量和节能减排中将会发挥出重要的作用,应该尽量降低热量表的动态计量误差,使其体现出较好的经济价值和社会效益,值得大力发展。 参考文献 [1]王廷峰,唐祯安.无磁热量表中的一种流量校准方法[J].仪表技术与传感器,2004,02:121-125. 6 [2]廖任秀,周汉义.具有防盗功能的热量表的研制[J].自动化与仪器仪表,2004,02:133-136. [3]史永征,潘树源,陈红兵.运行工况下热量表配对温度传感器的误差分析[J].建筑热能通风空调,2008,01:102-104. [4]金志军,邱萍,王智超,狄洪发,江亿.热量表准确度的整体检定方法和误差分析[J].现代测量与实验室管理,2003,02:133-136.