新型热流计测量技术的探索研究

　　0　引言

　　与国外相比,我国目前的采暖系统相对还比较落后,但作为建筑节能的一项基本措施,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》。因此,迫切需要对用户消耗的热量进行相应的计量,以维护用户和供暖双方的利益,这就使得研制开发用于采暖计价的热量表势在必行[1]。而目前国内的热流计由于其计算过程复杂、精度低、成本高,非常不利于热量计费的推广,国外热量表虽然技术成熟,标准化程度高,但是价格昂贵,也不利于推广。本文提出了一种新型热量测量方法的原理,并对其进行理论分析和数值模拟。该方法的主要优点是对热量消费计费简便,经济实用、精确度高,避免了传统测量方法的复杂计算过程,这对加快我国热计量收费的改革进程和节约能源都具有重要意义。况且这种能量测量方法的理论提出及研究在国内以及国际上还几乎处于空白领域,因此就更值得进行研究。

　　1　工作原理

　　本文所提出的热流计模型设计的基本原理是:通过对主能量流系统中加入一定量的二次能量流Q并分析由于这个原因而引起的温度场的变化,再由测量出的温度变化推出主能量流H和二次能量流Q之间的函数关系,最后通过理论计算可直接获得主能量流的能量数值,如图1所示。

　　根据能量守恒定律及系统中加入的能量等于系统的焓的变化量,有

式(1)中的cp,qm理论上在本文所讨论的温度范围内可认为是与T无关的常数。又知:T1-T=ΔT,于是前后的加热量之比应等于各自所产生的温升之比,则(3)式可简化为

　　在式(5)中,Q为二次加热量的值,可采用电加热方式进行加热,因此,只需测量出其对应的电压和电流,便可以得到它的值;ΔT为温差,可以通过热电偶测量获得;T为来流的初温,也可测量出;T0为环境温度,实验中近似的以室温代替,当然也可用测温仪测出。于是就可以求得来流的焓值H。

　　2　计算结果H的求取

　　对于公式(5),由于它是不考虑散热和比热容变化而推导出来的,因此在计算上存在一定的误差。为了确定该公式的误差值,我们可以通过数值模拟在理论上对其进行比较,并最终确定该公式是否可用。

　　在考虑散热和比热容变化等因素后(如图2所示),我们对理论计算公式进行进一步的推导,以便求出采用公式(5)计算而产生的误差值。

　　首先由热流计模型的基本原理(能量守恒定律),由热力系统的加热量等于各自所产生的焓差得:

式(6),(7)其实就是式(1),(2)考虑管道散热后的变形公式。

　　然后对式(6),(7)进行积分,由于质量流量qm可视为定值,而cp是一个变化的值,本文以水为管道流体,根据水的热物理性质表[2],通过拟合,我们得到了在0～100℃下水的定比热容与温度的函数关系式: