热量表的热量计量及传感器选型

　　热量表起源于欧洲. 20世纪60年代的能源危机使北欧和西欧不得不改变福利性供暖的传统,对热量进行计量收费,热量表便应运而生. 80年代初,欧美对热量表的使用已相当普遍,热力公司以热量表作为计价收费的依据和手段,可节能20% ~30%.而我国现行的供热收费制度是按面积收费,收费与热量消耗无关,一定程度上造成了热能的浪费.作为建筑节能的一项基本措施,国家建设部已将热量计量收费列入《建筑节能“九五”计划和2010年规划》.目前在中国市场的国外热量表技术成熟,标准化程度高,但是价格昂贵.我国对热量表的需求量大,因此,研制开发低成本、符合国际标准的热量表是大势所趋.

　　1　热量计量原理

　　热量表是一种适用于测量在热交换环路中,载热液体所吸收或转换热能的仪器,热量表用法定的计量单位显示热量[1].热量表(热表)又称热能表、热能积算仪,既能测量供热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量.

　　将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上,流量计安装在流体入口或回流管上(流量计安装的位置不同,最终的测量结果也不同),流量计发出与流量成正比的脉冲信号,一对温度传感器给出表示温差的模拟信号,而热量表采集来自3路传感器的信号,利用积算公式算出热交换系统获得的热量.热量表系统原理如图1所示.

　　传热量一般由载热流体的质量、比热容和温度变化等因素决定.对热量表来说,进出口的焓值还与时间成比例.国内热量表一般采用焓差法计算热量.焓差法的传热公式如下

　　式(1)也可以表示为

　　式中:Q———释放热量, kJ或kWh;

　　qm———质量流量, kg·s^-1;

　　Δh———进出口焓差, kJ·kg^-1;

　　k———热交换系数, kWh·(m3K) ^-1;

　　t———时间, s;

　　Δθ———进出口温差,℃;

　　V———累积流量,m³.

　　2　热量计量方法

　　目前,国产热量表的热量计量方法基本可以分为以下4种.

　　2.1　直接焓差法

　　式中: cpf, cpr———入口与出口的定压比热容;

　　qv,qm———瞬时体积流量和瞬时质量流量;

　　ρf,ρr———入口与出口温度下的载热流体密度;

　　θf,θr———入口与出口的温度.

　　通过计算同一时刻流入与流出用户的热能值的差,求得用户获得的瞬时热量.该公式计算简单,只要根据实测温度θf,θr查表求得cpf, cpr,ρf,ρr等4个常数,代入式(3)即可[2].显然,温度测量精度越高,数据表所占的存储空间就越大.例如,实测温度最小单位为0.01℃,令温度变化范围为0 ~ 110℃,则所建数据表应以0. 01℃为温度间隔,存储大约11 000组数据.并且,对于实测温度,需要采用线性插值等近似计算技术,通过搜索与其距离最近的点计算相应的焓值,从而得出瞬时热量.该实现方法简单,人为误差小.