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浅析户用热量表在工程中的应用
时间：2014-08-22 10:20:28
出处：www.sdhdr.com
作者：海德瑞
供暖系统的分户计量是推广建筑节能的重要环节，户用热量表及相关调节设施是分户计量采暖系统必备装置。
所谓计量供热，就是以集中供热为前提，通过一定的调节方式，在满足不同舒适度的情况下，通过（热量）计量器具实行按实际用热量完成用户热费收缴。以天津市大型集中供热系统为例，目前热计量实行三级计量管理。第一级为热源（锅炉）出口热量输出的累积；第二级为热交换机组对于二次管网热量输出累积；第三级为户内热力入口处户用热量表对户内散失热量累计。本文主要针对户用热量表选用及安装作如下阐述。
1.热量表原理 、分类及组成
1.1原理及分类：从原理上可分为三种：流量计温差式热量表、电子式热分配表和蒸发式热分配表
n 流量计温差式热量表：利用工程热力学热量计算公式Q=∫t1t2qm?hdt计算热媒热量散失。其中Q—散热量 焦耳（J）；qm—热媒质量流量 千克／小时(kg/h)；?h—供回热媒比焓差 焦耳/千克(J/kg)。
n 电子式热分配表：利用散热器散热量与计算温差一一对应的函数关系，通过测量散热器的进出口温度，当时的室温计算得到的计算温差，从而有散热量与计算温差的关系得到散热器的瞬时散热量，Q=A?tB Q—散热量 焦耳（J）；?t—计算温差 摄氏度(℃) ；A、B—散热器特性系数。
n 蒸发式热分配表：利用散热器散出的热量作用于化学液体（Tetralin, 奈满），依据该液蒸发快慢与其温度的对应关系，确定散热量，tc=tm-C(tm-ta) tc—蒸发管内液体温度 摄氏度(℃)； tm—散热器平均温度 摄氏度(℃)； ta —房间空气温度 摄氏度(℃)；C—特性系数。
1.2热量表组成及相关标准
1.2.1热量表组成
基于焓差法（流量计温差式）的热量表从原理上决定了其结构组成：流量传感器、配对温度传感器和积算仪。
流量传感器又分为机械式、超声波式和电磁式等，依口径、工况不同选择有所侧重。
配对温度传感器用于测量供回水温度，常见有铂电阻和热敏电阻。
积算仪完成热量积分计算，应考虑到电阻线性度，介质密度修正。
1.2.2相关标准
有关热量表精度的相关标准
2热量表选型
热量表的设计选型应避免以安装管道管径为热量表口径选择依据，而应综合被测介质的工况参数来考虑，这里包括介质温度、介质流量等各因素，同时考虑到对于测量结果的精度要求。
介质温度参数包括供水温度、回水温度及相应极值，供回水温差及相应极值，在热量表选择上应保证单支温度传感器在测温精度保证范围以内，而且供回水温差应满足测温精度的量程要求，否则将难以保证热量表整体等级精度要求。
目前，考虑到中央空调系统的冷热计量两用计量产品的开发，有些公司也开始着手于负温差冷量计量用表。也就是在积分计算仪计算比焓差时由?h ＝h1-h2改为? h＝｜h1-h2｜由此实现了冷计量，但是空调系统供回水温差相对较小，而且温度范围相对热计量处于量程下限附近，需要研发部门充分考虑量程的适用性。
热量表铭牌所标额定流量是保证系统计量精度的重要参数，管道内介质流量与管径存在一定对应关系，因此，在实际选型工作中二者管径应相互接近。但在实际工程中二者往往不同，因此对于设计人员一定要避免习惯性按管道管径选择热量表口径，而应按照额定流量及额定散热量的设计值来选择热量表规格。但在实际工况下流量值往往达不到最大设计流量值，因此可按设计值的80％进行热量表选型，这一点在实际操作中往往是可行。
2.1流量传感器选择
热量表的流量传感器为热水流量计，对于热量表的选择应充分考虑流量计的耐温程度是否与被测介质相符。干簧管，霍尔元件，磁敏感元件为常用到的信号发生元件。在这几种方式中，干簧管存在一定的疲劳和抖动问题，霍尔元件则需稳定电源，而磁敏感元件越来越广泛得到热量表生产企业的应用。
根据介质流动方向与流量转子旋转方向是否共面，又可分为旋翼式流量计和螺翼式流量计。二者方向共面则称为旋翼式流量计，二者垂直称为螺翼式流量计。
根据介质在流量转子上作用力的不同分布又可分为单流束流量计和多流束流量计，单流束流量计介质作用于叶轮一侧，轴承受力为非平衡态；多流束流量计介质从多方向作用于叶轮，轴承受力为平衡态，相对较为合理，但多流束流量计的外形体积相对较大。
目前国内厂家考虑到产品的结构及外型，多选用单流束旋翼热水流量计作为热量表的流量传感器。
除上述机械式流量计以外，还有电磁式、超声波式、振荡式等等。电磁式流量计对被测介质的电导率有一定要求（>10μm/cm）。同时由于其结构较为复杂，成本较高，功耗较大，因此在户用热量表设计上，一般不采用此种型式流量计。超声波流量计虽然对介质成分本身无特殊要求，但由于水质问题造成管道内壁结构将会大大降低其测量能力，同时由于其成本较高，功耗相对较大，在户用热量表设计上也较少采用，而在主管道流量计量上应用较为广泛。
2.2测温传感器选择
测温传感器是热量表另一关键组成部分，它的优劣将直接影响热量积算准确度。在热量表中一般采用热电阻测温原理，通过温度与导体电阻阻值的一一对应关系确定介质温度。在测温热电阻应用中，一般有Pt100，Pt500，Pt1000三种，性能对比见下表：
因此，在选用上应综合各因素，并不能说哪一种绝对有优越性。
3.热量表的安装
热量表属于精密仪表，它的安装合理性将直接影响各传感器测量精度和整体精度，因此在安装中应满足各部分对安装环境的要求。
3.1安装要求
3.1.1流量传感器的安装要求
户用热量表一般为螺纹连接（DN40以下），为保证流量传感器正常工作，应做到：
1、保证介质流动方向与表体方向标识相符；
2、转子轴承应保证竖直；表前10倍D（管径）及表后5倍D距离应作为预留直管段，以满足流量计对介质流态的要求。超声波和振荡式流量计对此无要求。
考虑到采暖系统的实际情况，在热量表安装以前应以“直通”代替热量表，对内网进行冲洗。除此以外，在流量计上游应设置y型过滤器（除污器），以防止系统运行中污物对流量计及恒温控制器的影响。
3.1.2温度传感器的安装要求
温度传感器（热电阻）以螺纹形式连接，根据实际工程需要，不少厂家生产了测温球阀，为热电阻的安装提供了便利。测温探头长度应超过管路中心线，以保证测温的准确性。
另外，测温探头长期置于采暖系统中，由于水质原因会在测温探头表面产生结垢现象，影响测温精度。因此计量供热对供热管理部门特别是水处理部门提出了相对较高的要求。
地板辐射采暖以其合理的温度场分布越来越广泛为人们所接受，考虑到热量表的安装，建议分（集）水器厂家在该设备上增加测温探头连接螺纹孔，以便安装和节省空间。
3.1. 3积算器的安装
根据用户的不同需要，热量表一般分为一体式和组合式。一体式热量表的积算器置于流量计上，二者一体不可拆分，但可实现三维旋转；组合式热量表的积算器与流量计可分别安装，但一般有距离要求，组合式热量表主要是考虑到管道位置过高或光线不佳等原因，将积算器及仪表显示部分安装在适当位置，以便于观察。
3.2安装位置
国外热量表一般安装在回水管道上，相应参数设定、修正均以回水参数为基础。而国内生产热量表的厂家在设计时都以供水管路安装为设计前提。因此，这一点在产品订货时应明确提出。
在新建居住采暖系统设计中，一般设计有管道井，便于热量表及相关设施的安装及维护。热量表应尽可能避免强磁场干扰，以保证流量计正常的信号采集及传输、计算。
如果管道管径与热量表口径不一致，应考虑增加变径管件（俗称大小头），变径位置应在满足直管段要求基础之上，原则上与表间距越大越好，即直管段越充分越好，以保证介质流态。
单户分环采暖系统更应避免系统产生气泡，特别是在流量传感器及温度传感器部分。这一点在安装中应特别注意。
供水管路测温球阀应置于表后，表前除建议安装过滤器外还应在过滤器上游设置一级阀门（一般为锁闭阀）以使户内系统独立，这样热量表前后两只阀门同时关闭可进行排污和表具的维护，同时保证系统泄水量最少。
4.热量表的开发前景
热量表除具有累积热量，供水温度，回水温度，累积流量的测量及显示
功能外，有些厂家还开发出具有瞬时流量，功率，上一采暖季记录，上电记录，历史供水和回水峰值记录等功能的热量表。这些功能的开发与实现无疑为供热管理部门对内网水力工况调节提供了可靠的技术依据。
除上述热量表，有些厂家还开发出IC卡预付费热量表，它是在热量表的基础上增加了阀门及行程控制系统。以IC卡为数据传递媒介，采取预付费方式，有力的控制了在热费收缴工作中的被动局面。
通讯式热量表作为楼宇智能科技中多表出户系统末端，为计量表远程抄读功能的实现提供了可能。目前，有宽带网络系统，RS485总线系统及Lonworks通讯协议系统，它们越来越广泛的应用于智能楼宇系统集成。
5.结束语
相对于以往采暖系统，变频器与恒温控制器的联合使用使采暖节能近1／3。热量表作为供热计量的收费依据，应从设计、安装、使用、维护等各方面引起相关部门的重视，以保证热计量工作的顺利实施。
所谓计量供热，就是以集中供热为前提，通过一定的调节方式，在满足不同舒适度的情况下，通过（热量）计量器具实行按实际用热量完成用户热费收缴。以天津市大型集中供热系统为例，目前热计量实行三级计量管理。第一级为热源（锅炉）出口热量输出的累积；第二级为热交换机组对于二次管网热量输出累积；第三级为户内热力入口处户用热量表对户内散失热量累计。本文主要针对户用热量表选用及安装作如下阐述。
1.热量表原理 、分类及组成
1.1原理及分类：从原理上可分为三种：流量计温差式热量表、电子式热分配表和蒸发式热分配表
n 流量计温差式热量表：利用工程热力学热量计算公式Q=∫t1t2qm?hdt计算热媒热量散失。其中Q—散热量 焦耳（J）；qm—热媒质量流量 千克／小时(kg/h)；?h—供回热媒比焓差 焦耳/千克(J/kg)。
n 电子式热分配表：利用散热器散热量与计算温差一一对应的函数关系，通过测量散热器的进出口温度，当时的室温计算得到的计算温差，从而有散热量与计算温差的关系得到散热器的瞬时散热量，Q=A?tB Q—散热量 焦耳（J）；?t—计算温差 摄氏度(℃) ；A、B—散热器特性系数。
n 蒸发式热分配表：利用散热器散出的热量作用于化学液体（Tetralin, 奈满），依据该液蒸发快慢与其温度的对应关系，确定散热量，tc=tm-C(tm-ta) tc—蒸发管内液体温度 摄氏度(℃)； tm—散热器平均温度 摄氏度(℃)； ta —房间空气温度 摄氏度(℃)；C—特性系数。
1.2热量表组成及相关标准
1.2.1热量表组成
基于焓差法（流量计温差式）的热量表从原理上决定了其结构组成：流量传感器、配对温度传感器和积算仪。
流量传感器又分为机械式、超声波式和电磁式等，依口径、工况不同选择有所侧重。
配对温度传感器用于测量供回水温度，常见有铂电阻和热敏电阻。
积算仪完成热量积分计算，应考虑到电阻线性度，介质密度修正。
1.2.2相关标准
有关热量表精度的相关标准
2热量表选型
热量表的设计选型应避免以安装管道管径为热量表口径选择依据，而应综合被测介质的工况参数来考虑，这里包括介质温度、介质流量等各因素，同时考虑到对于测量结果的精度要求。
介质温度参数包括供水温度、回水温度及相应极值，供回水温差及相应极值，在热量表选择上应保证单支温度传感器在测温精度保证范围以内，而且供回水温差应满足测温精度的量程要求，否则将难以保证热量表整体等级精度要求。
目前，考虑到中央空调系统的冷热计量两用计量产品的开发，有些公司也开始着手于负温差冷量计量用表。也就是在积分计算仪计算比焓差时由?h ＝h1-h2改为? h＝｜h1-h2｜由此实现了冷计量，但是空调系统供回水温差相对较小，而且温度范围相对热计量处于量程下限附近，需要研发部门充分考虑量程的适用性。
热量表铭牌所标额定流量是保证系统计量精度的重要参数，管道内介质流量与管径存在一定对应关系，因此，在实际选型工作中二者管径应相互接近。但在实际工程中二者往往不同，因此对于设计人员一定要避免习惯性按管道管径选择热量表口径，而应按照额定流量及额定散热量的设计值来选择热量表规格。但在实际工况下流量值往往达不到最大设计流量值，因此可按设计值的80％进行热量表选型，这一点在实际操作中往往是可行。
2.1流量传感器选择
热量表的流量传感器为热水流量计，对于热量表的选择应充分考虑流量计的耐温程度是否与被测介质相符。干簧管，霍尔元件，磁敏感元件为常用到的信号发生元件。在这几种方式中，干簧管存在一定的疲劳和抖动问题，霍尔元件则需稳定电源，而磁敏感元件越来越广泛得到热量表生产企业的应用。
根据介质流动方向与流量转子旋转方向是否共面，又可分为旋翼式流量计和螺翼式流量计。二者方向共面则称为旋翼式流量计，二者垂直称为螺翼式流量计。
根据介质在流量转子上作用力的不同分布又可分为单流束流量计和多流束流量计，单流束流量计介质作用于叶轮一侧，轴承受力为非平衡态；多流束流量计介质从多方向作用于叶轮，轴承受力为平衡态，相对较为合理，但多流束流量计的外形体积相对较大。
目前国内厂家考虑到产品的结构及外型，多选用单流束旋翼热水流量计作为热量表的流量传感器。
除上述机械式流量计以外，还有电磁式、超声波式、振荡式等等。电磁式流量计对被测介质的电导率有一定要求（>10μm/cm）。同时由于其结构较为复杂，成本较高，功耗较大，因此在户用热量表设计上，一般不采用此种型式流量计。超声波流量计虽然对介质成分本身无特殊要求，但由于水质问题造成管道内壁结构将会大大降低其测量能力，同时由于其成本较高，功耗相对较大，在户用热量表设计上也较少采用，而在主管道流量计量上应用较为广泛。
2.2测温传感器选择
测温传感器是热量表另一关键组成部分，它的优劣将直接影响热量积算准确度。在热量表中一般采用热电阻测温原理，通过温度与导体电阻阻值的一一对应关系确定介质温度。在测温热电阻应用中，一般有Pt100，Pt500，Pt1000三种，性能对比见下表：
因此，在选用上应综合各因素，并不能说哪一种绝对有优越性。
3.热量表的安装
热量表属于精密仪表，它的安装合理性将直接影响各传感器测量精度和整体精度，因此在安装中应满足各部分对安装环境的要求。
3.1安装要求
3.1.1流量传感器的安装要求
户用热量表一般为螺纹连接（DN40以下），为保证流量传感器正常工作，应做到：
1、保证介质流动方向与表体方向标识相符；
2、转子轴承应保证竖直；表前10倍D（管径）及表后5倍D距离应作为预留直管段，以满足流量计对介质流态的要求。超声波和振荡式流量计对此无要求。
考虑到采暖系统的实际情况，在热量表安装以前应以“直通”代替热量表，对内网进行冲洗。除此以外，在流量计上游应设置y型过滤器（除污器），以防止系统运行中污物对流量计及恒温控制器的影响。
3.1.2温度传感器的安装要求
温度传感器（热电阻）以螺纹形式连接，根据实际工程需要，不少厂家生产了测温球阀，为热电阻的安装提供了便利。测温探头长度应超过管路中心线，以保证测温的准确性。
另外，测温探头长期置于采暖系统中，由于水质原因会在测温探头表面产生结垢现象，影响测温精度。因此计量供热对供热管理部门特别是水处理部门提出了相对较高的要求。
地板辐射采暖以其合理的温度场分布越来越广泛为人们所接受，考虑到热量表的安装，建议分（集）水器厂家在该设备上增加测温探头连接螺纹孔，以便安装和节省空间。
3.1. 3积算器的安装
根据用户的不同需要，热量表一般分为一体式和组合式。一体式热量表的积算器置于流量计上，二者一体不可拆分，但可实现三维旋转；组合式热量表的积算器与流量计可分别安装，但一般有距离要求，组合式热量表主要是考虑到管道位置过高或光线不佳等原因，将积算器及仪表显示部分安装在适当位置，以便于观察。
3.2安装位置
国外热量表一般安装在回水管道上，相应参数设定、修正均以回水参数为基础。而国内生产热量表的厂家在设计时都以供水管路安装为设计前提。因此，这一点在产品订货时应明确提出。
在新建居住采暖系统设计中，一般设计有管道井，便于热量表及相关设施的安装及维护。热量表应尽可能避免强磁场干扰，以保证流量计正常的信号采集及传输、计算。
如果管道管径与热量表口径不一致，应考虑增加变径管件（俗称大小头），变径位置应在满足直管段要求基础之上，原则上与表间距越大越好，即直管段越充分越好，以保证介质流态。
单户分环采暖系统更应避免系统产生气泡，特别是在流量传感器及温度传感器部分。这一点在安装中应特别注意。
供水管路测温球阀应置于表后，表前除建议安装过滤器外还应在过滤器上游设置一级阀门（一般为锁闭阀）以使户内系统独立，这样热量表前后两只阀门同时关闭可进行排污和表具的维护，同时保证系统泄水量最少。
4.热量表的开发前景
热量表除具有累积热量，供水温度，回水温度，累积流量的测量及显示
功能外，有些厂家还开发出具有瞬时流量，功率，上一采暖季记录，上电记录，历史供水和回水峰值记录等功能的热量表。这些功能的开发与实现无疑为供热管理部门对内网水力工况调节提供了可靠的技术依据。
除上述热量表，有些厂家还开发出IC卡预付费热量表，它是在热量表的基础上增加了阀门及行程控制系统。以IC卡为数据传递媒介，采取预付费方式，有力的控制了在热费收缴工作中的被动局面。
通讯式热量表作为楼宇智能科技中多表出户系统末端，为计量表远程抄读功能的实现提供了可能。目前，有宽带网络系统，RS485总线系统及Lonworks通讯协议系统，它们越来越广泛的应用于智能楼宇系统集成。
5.结束语
相对于以往采暖系统，变频器与恒温控制器的联合使用使采暖节能近1／3。热量表作为供热计量的收费依据，应从设计、安装、使用、维护等各方面引起相关部门的重视，以保证热计量工作的顺利实施。
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