节水型数字式热表的设计

　　0　引言

　　城市供暖是基础设施,居民正常过冬的供暖问题关乎百姓生活[1]。按供热面积收费,不利于节能,易造成资源的浪费[2];安装热量表及调节设备,并实施按表计量收费的工作己经成为当前供暖行业的关注热点。热量表是用于对集中供热系统中的热量分户进行计量的表,主要由进水和回水温度传感器、积分器、流量计等部分构成。该表安装在用户的进水和出水管上。热量表根据测量到的热水进出温度差、水流量以及供热时间,计算出采暖设备散发的热量值,并将其显示出来。

　　随着集中采暖按热量计费的相应技术的发展,整个采暖热量计费装置向小型化、计算机化发展[3]。本文所设计的热量表,不但实现了基本的热量计量,同时,还利用出水和进水的流量监控(若流量不平衡,单片机系统将发出报警信号),通过电磁阀对热水流量以及对用户违章用热水或用户房间漏水等进行控制。

　　1　热量表的系统原理

　　热量表由流量传感器、配对温度传感器、计算显示和控制这三部分组成。热量表的主要任务是通过测量流过供暖设备的热水体积、进水温度、回水温度来测量耗热量[4]。

　　电磁阀对热水流量起控制作用,并对用户违章使用供热水,或者由其他原因引起的突然失水进行控制等,使供热可靠,从而节约水资源。热量表的设计原理如图1所示。

　　图1　热量表原理图

　　Fig. 1　Principle of the heatmeter

　　热量表可以实现以下功能:显示功能,液晶屏依次显示“累计用热”等其他提示性符号;提示功能,电源电压不足或误操作时,热量表会报警提示;记忆功能热量表中信息自行记忆,保持时间大于10年;防窃功能,发生偷用水时,热量表会自动关闭并报警;自检功能,不论使用与否,热量表会定期进行自我检测,以防电磁阀生锈,如有故障则报警提示;低功耗功能,系统设置低功耗模式,当系统无操作(包括热水循环、显示等)时,MCU的工作方式设置为STOP状态。热量表的主要参数如表1所示。

　　表1　热量表主要参数

　　在热交换系统中,当水流经系统时,根据热量表中流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度,以及水流经的时间,通过计算器可计算并显示该系统所释放或吸收的热量。

　　按照中华人民共和国城镇建设行业标准《热量表》CJ128-2000及欧洲标准EN 1434HeatMeters,热量计算公式如下:

　　Q=∫t1t0qmΔhdτ=∫t1t0ρqvΔhdτ(1)

　　式中:Q为释放或吸收的热量, J或K;qm为流经热量表的水的质量流量, kg/h;qv为流经热量表的水的体积流量,m3/h;ρ为流经热量表的水的密度, kg/m3;Δh为在热交换系统的入口和出口温度下水的焓值差, J/kg;t为时间, h。