一种热量计量的新方法——-无流量计热计量法

　　0　引言

　　目前在各个城市的供热计量试点里一般安装的是使用叶轮式流量计的户用热能表。根据实际运行经验发现,影响热能表长期稳定运行的主要因素是供暖水的水质问题[1],含有杂质的供暖水经常会使热能表中的流量计堵塞、或无法转动,导致热量计量失去准确性,根本无法达到准确计量散热量的目的。基于上述原因,我们开展了对无流量计热能表的研究,以便在供暖水质较差的情况下,仍能较准确的计量热量。

　　1　有流量计热量计量的原理

　　目前国内热能表的计量原理可以分为以下两种:

　　1)焓差法

　　式中,cpf,cpr分别为供回水口的定压比热容;qm为瞬时质量流量; qvf,qvr分别为供回水口的瞬时体积流量;ρf,ρr分别为供回水温度下的载热流体密度;θf,θr分别为供回水的温度。该方法计量准确,在《中华人民共和国城镇建设行业标准》-热能表中也是以这种方法来定义热量计量的。

　　如果把定压比热容cp视为常数k0,就衍生出了常系数焓差法,但是这种近似会产生误差,因为水的比热容是随水的温度变化而变化的。

　　2)k系数法[2]

　　其中,k是热交换系数,Δθ为供回水温差,dv表示在体积流量下进行积分。k系数随温度变化而变化,根据它的取值方法的不同,可以分为分段k系数法和k系数补偿法。

　　2　无流量计热量计量的原理

　　无流量计热能表的计量原理其实与现有热量表的计量原理是一致的,只不过它不是直接测量流量,而是通过某种方法把流量值间接地估计出来,然后再运用有流量热量计量的计算方法来计算出热量,这样就可以省去流量计。

　　由常识可知,供热系统工作时,进出口温差与热流体流过散热器的流量之间存在一定的关系,流量越大,温差越小。如果能找到这种关系,就可以通过测量温差间接地估计出流量,实现无流量计热计量。为此,我们建立了单个散热器的一维供暖模型[4],如图1所示。

　　图中设x为空间坐标,t为时间坐标,将室内暖气中热水作为热流体,室内空气作为冷流体,分别记其温度分布为P(x,t)与Q(x,t),简称P流体与Q流体,它们的质量流量(kg/h)和比热容(J/kg·K)分别是u、v和c、d,室外环境温度为R。α,β分别为热流体与冷流体,冷流体与室外环境的热交换系数(W/m·K)。

　　为建立对流传热数学模型,在图1中沿热流体流动方向x取一微元δx,研究δx上的热量传递情况。在稳定状态下,假定冷热流体和室外环境通过热交换已经达到热平衡,即所有的量不再随时间变化。室内空气状态相对稳定,空气流动可以忽略,根据能量守恒定律可得: