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中国热量表及其国产化的若干理论和技术问题
时间：2014-09-03 16:21:00
出处：www.sdhdr.com
作者：海德瑞
热量表是实施城市供热体制改革，推行按热量计量收费的关键设备。热量表是通过温度和流量两种传感器分别测得的热载体的流量和进出口的温度，再经过密度和热焓值的补偿及积分计算，才能得到热量值的。是一种以微处理器和高精度传感器为基础的机电一体化产品。与已普遍使用的户用计量表—水表、电表、煤气表相比，有更复杂的设计和更高的技术含量。欧洲的热量表从七十年代开始研究开发，到1997年才形成统一的技术标准 《Heat meters ,European Standard EN 1434》。中国的热量表应该是：符合国际和国家标准，达到国外同类产品水平，而且符合中国国情，既能用于集中供暖又能用于集中供冷，又能为有关管理部门和广大用户接受的热量表。
一、 中国热量表发展概况
中国热量表的自行研制开始于上世纪的90年代。当时已有欧洲的热量表样表进入中国, 1990年有关单位作为国家“七·五”科技攻关课题，研究仿制。
1997—2000年，欧洲标准《热量表 EN—1434》逐渐被一些企事业单位所了解和重视，其中包括中国科学院、清华大学、航天部、兵器部等直属的科研院所、高等院校,先后都以多种形式，积极参与到热计量仪表装置的研制开发工作中来，或者与企业合作,或者自己投资开发。中国热量表的研制开发走上了正轨。
2000年2月18日，建设部发布了76号令—《民用建筑节能管理规定》中明确规定：“鼓励发展分户热量计量技术与装置”和“推行温度调节和户用热量计量装置”。进一步激励了中国热计量仪器仪表产业的热情。在此期间，建设部主持编制了《热量表国家行业标准》，对国内开发、生产热量表的企业起到了启发和帮助的作用。一些盲目追求低成本，急功近利的中小型民办企业，知难而退，停产整顿。仍在继续开发生产热量表的企业，即使是一些技术条件差的中小型民办企业，也纷纷主动寻求高水平的技术支持与合作。
继建设部2001年2月5日发布，规定于6月1日起实施《热量表标准CJ128－2000》之后；2001年12月4日，国家质量监督检验检疫总局发布了《中华人民共和国国家计量检定规程（JJG225－2001）－热能表》，并规定2002年3月1日起实施。中国的热量表从法制概念上建立了关于生产标准和技术鉴定的完善的质量保证和监督的体系。这两个国家标准和规程，都是以最新的国际标准为参考依据的。无论是早期热量表生产企业，还是赶潮流而上的新热量表企业，都必须面对，并经受这一新的考验。
中国现在生产、经营热量表的企业已超过了67 家（2002年6月的不完全统计）。地区分布包括：北京、上海、天津、山东、辽宁、河北、江苏、浙江、广东、吉林、黑龙江、陕西、甘肃、宁夏、内蒙、深圳等 16 个省、市、自治区。分布比较集中的北京、天津、山东三地超过了33家，约占总数的50%。 这些企业中，与国外的热量表专业公司合资、合作或作为经营代理的大约有15家，约占总数的24％。中国的热量表生产企业大部分是中小型民办企业，约占70％。目前，以热量表为主的产品，投资规模最大的是沈阳航发热计量技术有限公司。在过去几年里，据不完全的统计，开发生产、销售并应用的热量表累计超过10000套的国产热量表生产企业有：沈阳航发热计量技术有限公司、天津万华股份有限公司、清华同方股份有限公司、延吉耐世康仪表有限公司、天津市赛恩电子技术有限公司等。全国已安装在集中供热和供冷建筑系统上的国产热量表累计已超过10万套。
二、 热量表设计的原理、结构和相关技术
1.热量值计算基础——热焓值与K系数的关系
热量表测量的原理是：在热交换系统中安装热量表，当水流经系统时，根据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，通过计算器计算并显示该系统所释放或吸收的热量。其基本原理为公式（1）
此式的物理意义是：在一个以水为载体的热交换系统中，热量是热交换系统的进水与回水的热焓量变化在时间t期间的积分。它确定了所有热量表的结构组成依据：进、回水温度测量设计，载体流量测量设计和依此公式的积分计算仪的设计。
热焓量取决于水的温度、压力和比热容。一个热量表可以测得的原始物理量是水的温度和流量。而现在所有的热量表采用的流量计都是体积流量而不是质量流量，况且，水的比重又因温度的不同而不同，所以，一定要进行修正。当流量计测得的一段时间内热载体水的体积流量为Vi对应的密度为pi，进水的比热焓值为hf，回水的比热焓值为hr时，上式可写为：
此式说明：无论是在进水还是在回水测得体积流量，只要按照其对应的密度和比热焓值之差来计算，都可以得出热量值。
当采用体积流量计算时，也可采用公式（6）计算该系统释放或吸收的热量。
显然：K系数值取决于热量表的体积流量计是安装在进水（f）还是在回水（r）的系统中。即使在同一温差条件下，也必须研究体积流量计的安装位置。
迄今为止，我们所见到的欧洲先进水平的热量表产品及设计方面的报导，都是采用K系数的修正来保证其精度的。我们计算了分别将流量计安装在进水和回水系统条件下的K系数。计算结果表明：同样在进水温度为70℃，回水温度为30℃，压力为16bar的条件下，流量计安装在回水系统时，K=1.156462（《欧洲标准EN1434》中给出的计算结果为1.1565），而安装在进水系统时，K=1.135530, 相差已接近2%：（1.156462-1.135530）/1.156462=1.8%。如果进水温度为130℃,回水温度为70℃，此相差可达到4.4%：（1.145789-1.095315）/1.145789=4.4%,显然超过允许误差。因此,即便是欧洲现在最先进的热量表，因为是采用K系数来修正，热量表的安装位置规定在回水管上，就不能改装在进水管上。而且，不能直接同时用于供冷（吸热）量的计量。流量计和测温传感器的安装位置（进水或是回水管上），都被严格的规定。
应该说明：式<5>中νi、hf或 hr都是温度的函数，其数值都可以从国际标准确认的数据表中查出或计算出来。而这些数据，原本是K系数计算的原始依据。因此，按照公式<5>设计的积分仪的计算精度，绝不会低于以K系数为依据的积分仪。而按照式<5>设计的积分计算器，可以无需确定流量计是安装在供水管上，还是在回水管上，只要与其测温传感器对应，就可以保证计算的准确性。
以上分析的结论是：
1.热量表设计中，热量值必须根据热交换系统内水在不同温度（和压力）下的密度（或比容）和热焓值进行补偿、计算。一个热量表量值的计算精确性，其实取决于对密度和热焓值的分度和取值的精细程度。
2.《欧洲热量表标准》介绍采用的K系数补偿方法，有其科学性、合理性。但不是最完美和先进的计算方法。
3.采用不同温度（或压力）下比热焓值和密度（或比容）直接计算出热量值，理论上较K系数补偿更为直接、明确，而且在实用上有其优越性。我国《热量表标准》(建设部行业标准报批稿)，采用了这种方式描述，既与欧洲标准一致，又给热量表国产化时，比欧洲现行产品设计更为合理、适用，提供了依据。
2，热量表结构和相关技术
流量计
流量计用来测量流经换热系统的热水流量。流量计一般以开关脉冲的方式向积分仪提供流量信息，该方式可以通过磁性传动或非磁性传动两种方法实现。可用于热量表的流量计包括几种机械式流量计、超声波式流量计、电磁式流量计以及涡街式流量计等等，可区别不同情况选用。都应符合国家有关标准，或国际规程和欧洲标准的要求。统计资料表明：目前，已获得欧洲共同体型式认证，而且被世界上80%以上的户用热量表采用的，仍还是机械式流量计。在工业技术发达的国家，如德国和法国，机械流量计的比例高达90%。1998年曾有统计，在过去10年里，全世界安装使用机械流量计的热量表约为1200万只，而超声波和电磁式流量计的热量表只有约10万只。原因是机械式流量计这种流量传感方式被认为可以无需外部电源供电即可完成流量信号的传递，另外机械式流量计还具有启动流速比较低、压损小、量程比大、安装拆卸维护方便，特别是价格低廉等优点。
热量表流量计的工作条件远不同于一般居民生活用水，选用机械式流量计不能简单地用冷水表改装，或用一般生活用热水表代用。安装使用时须注意以下几个问题：
1.考虑到国情，户用热量表的流量计可能要求安装在进水管道上。因此其工作温度应是在95℃以上（欧洲户用表工作温度一般是90℃）。
2.机械流量计的旋翼或螺翼的转动轴和轴承，必须采用硬质合金和宝石制作。
3.建议采用无磁、感应式的流量信号传感器；以避免铁锈铁屑吸附、阻塞导致流量计失效损坏。
4.流量计前方须配置可过滤并排除铁屑、铁渣的过滤器。
非机械式的流量计，如超声波流量计具有精度较高，不需要在管道中设置活动部件，动态范围宽，量程大等优点，特别适用于大管径和变流量系统，但价格昂贵。尤其是对水质的适用性，超声波流量计由于管道中无阻碍元件，不会发生阻塞失效的问题。但认为使用超声波流量计就是热量表流量计的唯一最佳技术方案和发展方向，而且将会全面取代机械式流量计，这可能还需要更长时间的实验和应用比较。
笔者以为比较切合实际的建议是：对于户用热量表流量计（管道口径为：DN15—32 mm），最好是采用无磁传感的机械式单束或多束旋翼流量计，流量计前方必须配置可过滤并排除铁锈渣、铁屑的过滤器；或者采用超声波流量计。而对于建筑采暖入口热量表流量计（中等口径，DN40—200mm）宜采用非机械式的流量计，如超声波流量计；也可以采用机械式水平或垂直螺翼流量计，并配置过滤器。热源热量表（大口径，DN200—400mm以上）宜采用超声波流量计。
测温传感器
温度传感器能随温度的变化产生对应的不同电阻值的电信号，提供积分仪再测量出其电阻值，并根据由相应的国际标准规定的公式计算后，即可得出温度测量值。热量表的测温传感器应采用符合国家标准的铂电阻测温传感器，而且供，回水口的两只测温传感器需要进行精确的配对，才能符合精度要求。同样依照标准的要求，测温传感器作为常年浸没在热水管道中工作的元器件，必须用合格的材料制造，具有导热性，并能够抗拒各种腐蚀和载热流体及包含杂质的磨损。
《热量表欧洲标准》第二部分的“对设计的要求”中第三条明确规定了：“作为热量表的部件，温度传感器必须采用铂电阻作为测温元件，并且配对使用”。所有国际先进水平的热量表，一律采用了符合国际标准IEC751的铂电阻元件制造测温传感器。尽管一般说来，铂电阻比起半导体热敏电阻、半导体PN结等测温元件价格昂贵。但只有采用铂电阻，而且对出、入水口的两只测温传感器进行精确的配对才能保证符合热量表的精度要求。近年来，这一点已日益被大多数从事热量表国产化的科技人员认同。但还应提请注意以下几个问题。
1.国外产品户用热量表采用的大多是Pt100或Pt500型铂电阻，事实上，由于激光加工等新技术的发展，Pt1000铂薄膜电阻的制造成本，并不需要比Pt100或Pt500增加许多。现在，就国际范围而言，正是我们国产化设计提出的要求，促进了Pt1000在热量表中的广泛应用。这意味着：在相同的电流偏置下，信号电压增加了2-10倍，而相同电缆的导线电阻可能引起的误差，减小到0.1%至0.2%以下。换句话说：采用Pt1000不仅提高了热量表的精度，而且为热量表的安装（供、回水管道相距较远时），提供了更便利的条件。
2.测温传感器作为常年浸没在热水管道中工作的元件，必须用好的材料制造，以能够抗拒各种腐蚀和载热流体及包含杂质的磨损。正如《热量表欧洲标准》中规定的，“直接插入探头的插入套管和温度探头保护管必须用足够坚固和耐磨的材料来制做，这种材料还须要有适当的导热率。相关的《欧洲标准EN1083-3》注明：“X6CrNiMoTi17-12-2可以作适合的材料”。注意这里的不锈钢套管材料并不是国内常用的“1Cr18Ni9Ti”。还有铂元件装入保护管时的填充材料、引线方法、封焊加工等特殊工艺，都有极严格的要求。从生产铂电阻元件到加工制作成热量表的测温探头，还要做大量的工作。
3.按照欧洲和我国标准的规定，热量表使用的铂电阻测温元件制成测温探头后，不仅每一只温度传感器设计制作的套管材料、结构，温度偏差应不超过0.1℃——这本身要求制造商能测量保证；而且温度传感器必须进行配对。配对时要在三个温度点上进行测量（温度传感器的测点必须在以下温度范围上选三个检测点，其高、中、低应均布选择：5±3℃、40±5℃、70±5℃、90±5℃、130±5℃、160±5℃）。配对温度传感器的误差限应满足标准的规定。这就要求制造商应有一个配有精确测量仪器系列而且是经过精心设计的测试工艺流程。在大批生产中对每一个探头测量的数据储存、计算，再选配出来。显然，这套测试选配系统较之制造系统需要有更大的投资和更高的技术要求。
热量积分计算显示器
热量积分计算显示器接收流量和温度信号，并承担计算、显示、储存和通讯的功能。应能计算、显示和储存如下数量值：供回水温度、供回水温差、瞬时流量、累计流量、累计热量和热量表的运行时间。热量表的积分计算显示器采用微处理器技术。微处理器具有的运算和数据贮存等功能，可以根据温度和流量的变化，即使是较小的变化，也能按照设计的查表和运算功能，做出热量的准确计算来。
《热量表》的标准规定了计算器误差限
式中Δt 是最小温差的下限值，在此温差下，热量表准确度不得超过误差限。《热量表标准》中同样对热量表应能测量的进、回水口温差也规定了：户用热量表积分计算器的精度应达到0.5%，而最小可测量的进、回水口温差应为3℃以下。
积分计算器是整个热量表的核心。目前，美国TI公司的MSP430系列单片机（如MSP430P325），因其低功耗、内部集成了恒流源和6个14位的A/D转换器及液晶控制器等一系列优点，可以很方便地实现电阻性温度传感器的电阻及其变化的检测而取得温度值。正在被国内外热量表的设计者广泛采用。值得提出：在相关的设计中，不仅要注意应有依据标准公式的非线性修正的软件设计，还要注意提取热电阻电压信号的恒流源会随电源电压波动而波动，并受电阻精度和热稳定性的影响。应该有针对电池电压会随时间变化的补偿方法和选取优质的电阻元件。忽略这些因素精度就很难保证。
3，热分配表
热分配表包括蒸发式热分配表和电子式热分配表。蒸发式热分配表安装在每个散热器上，它计量的不是水的热量也不是热水流量，而是从散热器散出的热量。蒸发式热分配表由安装在散热器上的热导体块、装有蒸发液体的玻璃管以及在本体上的刻度组成。典型的是热分配表每年必须进行一次入户读数，并更换玻璃管。散热器散出的热量与热分配表液体的蒸发量成正比。电子式热分配表是将蒸发式热分配表的玻璃管由电池驱动的积算仪（接受温度传感器的信号）替代。近年来,在欧洲, 蒸发式热分配表正逐步被更有利于环保的电子式热分配表所取代。电子式分配表有很多优点，如不计量没有使用的散热器的热量（蒸发式会有这种情况），显示唯一的值；但其投资是蒸发式热分配表的几倍。就像热量表一样，电子式热分配表也可以进行远程读数，这样就消除了入户读数的麻烦。两种热分配表在测定每户最终热耗时，其结算结果相似。热分配表通常要根据每个国家的相关供热成本规定进行认可，并按照一定的标准（如在欧洲电子式采用EN 834，蒸发式采用EN 835）进行检测。我国现在还没有制定热分配表的国家标准。
三、中国热计量表的技术进步和存在的问题
中国热量表的研发、生产中，一方面认真学习借鉴了国外成熟的先进技术，一方面针对中国国情做了大量自主开发的努力。中国热量表有以下特点：
1．测温传感器选用了Pt1000（ 欧洲的热量表一律采用Pt100和Pt500）。 这使得测量信噪比提高了2—10倍。
2．中国热量表设计大多数能做到既可用于测量供热量，也可用于测量供冷量（吸热量），一表两用。即：既可用于集中供热计量收费，也可直接用于正在发展的冷热联供，对中央冷暖空调的系统按分户冷热计量。
3．欧洲的热量表一律规定将流量计安装在回水管道上。 中国热量表设计，既可安装在进水管道上，也可安装在回水管道上，对盗用热水有一定的制约作用。
4．在保证计量收费基本功能和符合相关标准的精度的前提下，中国热量表的价格可以仅是欧洲进口热量表的1/2至2/3左右。
中国的热量表，目前应该说还处于发展过渡的阶段，主要表现在三个方面。
1．市场尚未形成规模
众所周知，供热收费体制改革是大势所趋，作为潜在市场巨大的热计量仪表新兴产业前景美好。但就目前，供热计量改革正处于试验试点阶段。几乎所有的热量表企业领导，都因为市场未能达到预期的那样大而处于焦虑之中。特别是以热量表为唯一产品的企业，更显巨大压力而有“骑虎难下”的感觉。
2．技术尚待改进提高
中国目前供热系统的水质很差。同时，对于供热系统的管道，室外部分基本上都采用无缝钢管和钢板卷焊管，室内部分绝大多数还是无缝钢管；散热器的制造材料也主要是铸铁和钢材。另外在停止供热时期，管道内水可放空。因此，氧化、锈蚀问题无可避免地普遍存在。而且多方面的原因造成水中不仅含有大量的有害化学物质，还有各种对流量计具有破坏性的杂质。这些都对中国的热量表提出了更苛刻的要求。
热量表中流量计是主要的部件。流量计量传感技术相对复杂问题较多。目前中国热量表在这方面是薄弱的环节。
全国许多地方的中国热量表《使用报告》和《试用、示范总结报告》。所有的客观评价都不同程度地反映出：特别是在“中国国情”下出现的问题。有些属于宏观的供热系统改造的问题，有些属于热量表技术本身还不够完善。而长期使用的可靠性，还有待时间去证明。
3，品牌形象尚未树立
与前两点有关—中国的热量表还没有几家企业像中国的其它家电产品那样，树立起如“海尔” 、“长虹” 、“美的”等家喻户晓的优质品牌形象，让用户有足够的认可和信任。对于热量表企业的发展，一方面，需要一定的包含科普意义的宣传，使广大民众有更多的了解和判断；另一方面，热量表生产企业本身也需要做出树立自己品牌形象的努力。
四,关于热量表的选用
1． 热计量总体技术方案
2002年5月，在世界银行的支持下，由建设部科技司主办，建设部建筑节能中心承办，在北京召开了“供热计量与收费技术方案及政策法规国际研讨会”。会议的中心报告是：《供热计量与收费的技术方案及政策法规报告——国际经验和中国供热计量收费系统示范工程的总结》（以下简称《报告》）。在此《报告》中，归纳介绍了“世界范围内热计量的方案”：
“方案A：楼栋热量表 整个楼栋的热耗由安装在热入口（即与二次网、热交换器或供整个楼栋的锅炉的连接处）的一块热量表计量。整个建筑的热费根据热量表计量的热耗付费，然后根据建筑面积分摊给每个住户。
“方案B:热分配表 除了计量整栋楼的热耗外（计量整栋楼的热耗按方案A），户内每个散热器的散热量由蒸发式或电子式分配表计量。整栋楼的热费在分摊给每个住户时，部分根据采暖面积，部分根据热分配表的读数进行分摊。
“方案 C:热水流量表 每个住户散热器中的热水流量通过热水表进行计量。整栋楼的热费（按方案A ）根据每户的热水流量进行分摊。这就意味着要求（或假定）楼栋内每户热入口的供水温度相同。
“方案 D:户用热量表 每户住户的热耗通过一块热量表进行计量，也就是楼栋热量表（方案A）小型化。户用热量表可以用来分摊每户的热费（如方案B），但更多的是依据供热合同而直接计算热费。”
在中国，就总体方案而言，需要因地制宜，区别对待。
1.对于旧有的集中供暖建筑。最经济简单的是方案A：即采用楼栋总表计耗热量，然后根据建筑面积各户分摊收费。其次是方案B：即在楼栋总表计量的基础上，再部分根据采暖面积，部分根据热分配表的读数进行分摊。
2.2000年建设部发布76号令以后，设计新的集中供暖建筑已具备了一表一户，分户计量的条件。应采用方案D：即每户一块热量表，根据供热合同，直接计量收费。
3.方案C不足取。采用热水流量计的方案，全世界唯一只有韩国采用。同时，中国水质差，流量计元件磨损等问题依然存在，因此，方案C不足取。
2．热量表产品的选购
对选购热量表有三个基本原则建议如下：
1）按照流量匹配原则
热量表的可测流量范围，是实用设计最主要的技术参数。在选购热量表时，不宜仅仅考虑安装方便，就简单的根据管道的口径配用对应口径的热量表，而应根据供热情况，即供热流量来设计选用热量表，才能保证计量的准确可靠。楼栋用总表的选择，同样可依此推论。
2）符合国家标准原则
目前中国的热量表生产企业达几十家之多。产品是否符合《国家标准（CJ128-2000）》，是否满足《国家计量检定规程（JJG225-2001）》的要求，可以基本反应出其产品的质量和可靠性程度。
3）主要部件优选原则
迄今为止，我国还没有一家生产热量表的企业，所有主要部件都是自己制造的。大部分企业所生产热量表的两个主要部件—配对的测温探头和流量计来自外购。因此，务必要求外购件来源可靠，质量信誉有保证。如果为追求低成本，在外购时采用廉价代用品做主要部件的热量表，万不可取。
3．热量表产品的安装和使用
1）流量计前必须安装过滤器
无论是户用表、楼用表，还是管道系统用表，建议一律在技术要求规定的流量计前直管段前方进水处安装过滤器。过滤器应能在不影响供热的情况下，方便地清除滤网前积存的污垢、杂质（包括铁屑、铁渣）。为保证热量表90%的正常运作，增加不到1/10（过滤器）的投资，不仅是值得的，而且是必不可少的。
2）新建筑要先冲管，后装表
应该要求每一只热量表（大口径的超声波型除外），配备相同安装尺寸的“替用空管”。新建筑完工后、正式供热前，在供热系统进行管道冲洗时，在热量表的工位上先安装此替用空管。系统冲洗完成后，再正式安装热量表。而忽略这一简单过程，造成热量表尚未使用就已经损坏，且造成巨大损失的教训，并不罕见，值得汲取。
3）带锁闭阀的IC卡热量表具有技术可靠性与系统可用性
建议选购这种表时，除考虑消费者权益等有关法规政策外，一方面要认真考核所购产品在技术质量上的可靠性；另一方面还需因地制宜地研讨本身系统的可用性—对于或者长期处于锁闭状态（管内存水），或者是频繁的启动开、关状态等等，对完全可能会出现的极端情况将会产生的后果，要有明确的预见和恰当的应对措施。
五、中国热量表行业需关注的若干问题和建议
1.当前，在符合国家标准的前提下，把产品的质量稳定性和可靠性放在第一位，是中国热量表行业最值得关注的问题。
2.中国的热量表企业要向供热的专家学习，向国外的同行学习，向相关的行业学习。中国的热量表企业绝大部分“出身”于电器仪表行业，由于不了解采暖供热，不了解系统仪器设备和相关技术，有不少一些公司在热量表设计试制时就走了弯路，损失巨大。
3.处理好技术贮备和产品贮备二者之间的关系。中国的热量表企业需要处理好技术贮备和产品贮备二者之间的关系，特别是在产品的可靠性上，既要向外国同行学习，也要自身投入研发力量，针对中国的国情，取得独到的技术发展和水平提高，为规模生产发展打好技术基础。
4.与国外公司合资、合作，在中国的土地上走同共发展的道路。中国的热计量仪表作为一个新兴的产业，不仅需要国外的先进技术，更需要国外的科学管理，特别是产品质量保证体系。另一方面，中国国情的特殊性，又不能全盘仿制国外的产品，而需要做适合国情的调改和研发。因此，与外国技术先进的公司采取适当方式的合作，也许是中国热计量仪表产业的一条希望之路。
建设部等八个部委签发的《关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见》，给中国热量表的生产企业带来的既是机遇，也是考验和挑战。我们衷心的祝愿：中国热量表的生产企业共同努力、认真、负责的工作，在实现我国热计量仪表国产化的过程中，经受考验，取得胜利。为我国城镇供热体制改革做出贡献的同时，也获取应得的丰厚的效益回报。
一、 中国热量表发展概况
中国热量表的自行研制开始于上世纪的90年代。当时已有欧洲的热量表样表进入中国, 1990年有关单位作为国家“七·五”科技攻关课题，研究仿制。
1997—2000年，欧洲标准《热量表 EN—1434》逐渐被一些企事业单位所了解和重视，其中包括中国科学院、清华大学、航天部、兵器部等直属的科研院所、高等院校,先后都以多种形式，积极参与到热计量仪表装置的研制开发工作中来，或者与企业合作,或者自己投资开发。中国热量表的研制开发走上了正轨。
2000年2月18日，建设部发布了76号令—《民用建筑节能管理规定》中明确规定：“鼓励发展分户热量计量技术与装置”和“推行温度调节和户用热量计量装置”。进一步激励了中国热计量仪器仪表产业的热情。在此期间，建设部主持编制了《热量表国家行业标准》，对国内开发、生产热量表的企业起到了启发和帮助的作用。一些盲目追求低成本，急功近利的中小型民办企业，知难而退，停产整顿。仍在继续开发生产热量表的企业，即使是一些技术条件差的中小型民办企业，也纷纷主动寻求高水平的技术支持与合作。
继建设部2001年2月5日发布，规定于6月1日起实施《热量表标准CJ128－2000》之后；2001年12月4日，国家质量监督检验检疫总局发布了《中华人民共和国国家计量检定规程（JJG225－2001）－热能表》，并规定2002年3月1日起实施。中国的热量表从法制概念上建立了关于生产标准和技术鉴定的完善的质量保证和监督的体系。这两个国家标准和规程，都是以最新的国际标准为参考依据的。无论是早期热量表生产企业，还是赶潮流而上的新热量表企业，都必须面对，并经受这一新的考验。
中国现在生产、经营热量表的企业已超过了67 家（2002年6月的不完全统计）。地区分布包括：北京、上海、天津、山东、辽宁、河北、江苏、浙江、广东、吉林、黑龙江、陕西、甘肃、宁夏、内蒙、深圳等 16 个省、市、自治区。分布比较集中的北京、天津、山东三地超过了33家，约占总数的50%。 这些企业中，与国外的热量表专业公司合资、合作或作为经营代理的大约有15家，约占总数的24％。中国的热量表生产企业大部分是中小型民办企业，约占70％。目前，以热量表为主的产品，投资规模最大的是沈阳航发热计量技术有限公司。在过去几年里，据不完全的统计，开发生产、销售并应用的热量表累计超过10000套的国产热量表生产企业有：沈阳航发热计量技术有限公司、天津万华股份有限公司、清华同方股份有限公司、延吉耐世康仪表有限公司、天津市赛恩电子技术有限公司等。全国已安装在集中供热和供冷建筑系统上的国产热量表累计已超过10万套。
二、 热量表设计的原理、结构和相关技术
1.热量值计算基础——热焓值与K系数的关系
热量表测量的原理是：在热交换系统中安装热量表，当水流经系统时，根据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，通过计算器计算并显示该系统所释放或吸收的热量。其基本原理为公式（1）
此式的物理意义是：在一个以水为载体的热交换系统中，热量是热交换系统的进水与回水的热焓量变化在时间t期间的积分。它确定了所有热量表的结构组成依据：进、回水温度测量设计，载体流量测量设计和依此公式的积分计算仪的设计。
热焓量取决于水的温度、压力和比热容。一个热量表可以测得的原始物理量是水的温度和流量。而现在所有的热量表采用的流量计都是体积流量而不是质量流量，况且，水的比重又因温度的不同而不同，所以，一定要进行修正。当流量计测得的一段时间内热载体水的体积流量为Vi对应的密度为pi，进水的比热焓值为hf，回水的比热焓值为hr时，上式可写为：
此式说明：无论是在进水还是在回水测得体积流量，只要按照其对应的密度和比热焓值之差来计算，都可以得出热量值。
当采用体积流量计算时，也可采用公式（6）计算该系统释放或吸收的热量。
显然：K系数值取决于热量表的体积流量计是安装在进水（f）还是在回水（r）的系统中。即使在同一温差条件下，也必须研究体积流量计的安装位置。
迄今为止，我们所见到的欧洲先进水平的热量表产品及设计方面的报导，都是采用K系数的修正来保证其精度的。我们计算了分别将流量计安装在进水和回水系统条件下的K系数。计算结果表明：同样在进水温度为70℃，回水温度为30℃，压力为16bar的条件下，流量计安装在回水系统时，K=1.156462（《欧洲标准EN1434》中给出的计算结果为1.1565），而安装在进水系统时，K=1.135530, 相差已接近2%：（1.156462-1.135530）/1.156462=1.8%。如果进水温度为130℃,回水温度为70℃，此相差可达到4.4%：（1.145789-1.095315）/1.145789=4.4%,显然超过允许误差。因此,即便是欧洲现在最先进的热量表，因为是采用K系数来修正，热量表的安装位置规定在回水管上，就不能改装在进水管上。而且，不能直接同时用于供冷（吸热）量的计量。流量计和测温传感器的安装位置（进水或是回水管上），都被严格的规定。
应该说明：式<5>中νi、hf或 hr都是温度的函数，其数值都可以从国际标准确认的数据表中查出或计算出来。而这些数据，原本是K系数计算的原始依据。因此，按照公式<5>设计的积分仪的计算精度，绝不会低于以K系数为依据的积分仪。而按照式<5>设计的积分计算器，可以无需确定流量计是安装在供水管上，还是在回水管上，只要与其测温传感器对应，就可以保证计算的准确性。
以上分析的结论是：
1.热量表设计中，热量值必须根据热交换系统内水在不同温度（和压力）下的密度（或比容）和热焓值进行补偿、计算。一个热量表量值的计算精确性，其实取决于对密度和热焓值的分度和取值的精细程度。
2.《欧洲热量表标准》介绍采用的K系数补偿方法，有其科学性、合理性。但不是最完美和先进的计算方法。
3.采用不同温度（或压力）下比热焓值和密度（或比容）直接计算出热量值，理论上较K系数补偿更为直接、明确，而且在实用上有其优越性。我国《热量表标准》(建设部行业标准报批稿)，采用了这种方式描述，既与欧洲标准一致，又给热量表国产化时，比欧洲现行产品设计更为合理、适用，提供了依据。
2，热量表结构和相关技术
流量计
流量计用来测量流经换热系统的热水流量。流量计一般以开关脉冲的方式向积分仪提供流量信息，该方式可以通过磁性传动或非磁性传动两种方法实现。可用于热量表的流量计包括几种机械式流量计、超声波式流量计、电磁式流量计以及涡街式流量计等等，可区别不同情况选用。都应符合国家有关标准，或国际规程和欧洲标准的要求。统计资料表明：目前，已获得欧洲共同体型式认证，而且被世界上80%以上的户用热量表采用的，仍还是机械式流量计。在工业技术发达的国家，如德国和法国，机械流量计的比例高达90%。1998年曾有统计，在过去10年里，全世界安装使用机械流量计的热量表约为1200万只，而超声波和电磁式流量计的热量表只有约10万只。原因是机械式流量计这种流量传感方式被认为可以无需外部电源供电即可完成流量信号的传递，另外机械式流量计还具有启动流速比较低、压损小、量程比大、安装拆卸维护方便，特别是价格低廉等优点。
热量表流量计的工作条件远不同于一般居民生活用水，选用机械式流量计不能简单地用冷水表改装，或用一般生活用热水表代用。安装使用时须注意以下几个问题：
1.考虑到国情，户用热量表的流量计可能要求安装在进水管道上。因此其工作温度应是在95℃以上（欧洲户用表工作温度一般是90℃）。
2.机械流量计的旋翼或螺翼的转动轴和轴承，必须采用硬质合金和宝石制作。
3.建议采用无磁、感应式的流量信号传感器；以避免铁锈铁屑吸附、阻塞导致流量计失效损坏。
4.流量计前方须配置可过滤并排除铁屑、铁渣的过滤器。
非机械式的流量计，如超声波流量计具有精度较高，不需要在管道中设置活动部件，动态范围宽，量程大等优点，特别适用于大管径和变流量系统，但价格昂贵。尤其是对水质的适用性，超声波流量计由于管道中无阻碍元件，不会发生阻塞失效的问题。但认为使用超声波流量计就是热量表流量计的唯一最佳技术方案和发展方向，而且将会全面取代机械式流量计，这可能还需要更长时间的实验和应用比较。
笔者以为比较切合实际的建议是：对于户用热量表流量计（管道口径为：DN15—32 mm），最好是采用无磁传感的机械式单束或多束旋翼流量计，流量计前方必须配置可过滤并排除铁锈渣、铁屑的过滤器；或者采用超声波流量计。而对于建筑采暖入口热量表流量计（中等口径，DN40—200mm）宜采用非机械式的流量计，如超声波流量计；也可以采用机械式水平或垂直螺翼流量计，并配置过滤器。热源热量表（大口径，DN200—400mm以上）宜采用超声波流量计。
测温传感器
温度传感器能随温度的变化产生对应的不同电阻值的电信号，提供积分仪再测量出其电阻值，并根据由相应的国际标准规定的公式计算后，即可得出温度测量值。热量表的测温传感器应采用符合国家标准的铂电阻测温传感器，而且供，回水口的两只测温传感器需要进行精确的配对，才能符合精度要求。同样依照标准的要求，测温传感器作为常年浸没在热水管道中工作的元器件，必须用合格的材料制造，具有导热性，并能够抗拒各种腐蚀和载热流体及包含杂质的磨损。
《热量表欧洲标准》第二部分的“对设计的要求”中第三条明确规定了：“作为热量表的部件，温度传感器必须采用铂电阻作为测温元件，并且配对使用”。所有国际先进水平的热量表，一律采用了符合国际标准IEC751的铂电阻元件制造测温传感器。尽管一般说来，铂电阻比起半导体热敏电阻、半导体PN结等测温元件价格昂贵。但只有采用铂电阻，而且对出、入水口的两只测温传感器进行精确的配对才能保证符合热量表的精度要求。近年来，这一点已日益被大多数从事热量表国产化的科技人员认同。但还应提请注意以下几个问题。
1.国外产品户用热量表采用的大多是Pt100或Pt500型铂电阻，事实上，由于激光加工等新技术的发展，Pt1000铂薄膜电阻的制造成本，并不需要比Pt100或Pt500增加许多。现在，就国际范围而言，正是我们国产化设计提出的要求，促进了Pt1000在热量表中的广泛应用。这意味着：在相同的电流偏置下，信号电压增加了2-10倍，而相同电缆的导线电阻可能引起的误差，减小到0.1%至0.2%以下。换句话说：采用Pt1000不仅提高了热量表的精度，而且为热量表的安装（供、回水管道相距较远时），提供了更便利的条件。
2.测温传感器作为常年浸没在热水管道中工作的元件，必须用好的材料制造，以能够抗拒各种腐蚀和载热流体及包含杂质的磨损。正如《热量表欧洲标准》中规定的，“直接插入探头的插入套管和温度探头保护管必须用足够坚固和耐磨的材料来制做，这种材料还须要有适当的导热率。相关的《欧洲标准EN1083-3》注明：“X6CrNiMoTi17-12-2可以作适合的材料”。注意这里的不锈钢套管材料并不是国内常用的“1Cr18Ni9Ti”。还有铂元件装入保护管时的填充材料、引线方法、封焊加工等特殊工艺，都有极严格的要求。从生产铂电阻元件到加工制作成热量表的测温探头，还要做大量的工作。
3.按照欧洲和我国标准的规定，热量表使用的铂电阻测温元件制成测温探头后，不仅每一只温度传感器设计制作的套管材料、结构，温度偏差应不超过0.1℃——这本身要求制造商能测量保证；而且温度传感器必须进行配对。配对时要在三个温度点上进行测量（温度传感器的测点必须在以下温度范围上选三个检测点，其高、中、低应均布选择：5±3℃、40±5℃、70±5℃、90±5℃、130±5℃、160±5℃）。配对温度传感器的误差限应满足标准的规定。这就要求制造商应有一个配有精确测量仪器系列而且是经过精心设计的测试工艺流程。在大批生产中对每一个探头测量的数据储存、计算，再选配出来。显然，这套测试选配系统较之制造系统需要有更大的投资和更高的技术要求。
热量积分计算显示器
热量积分计算显示器接收流量和温度信号，并承担计算、显示、储存和通讯的功能。应能计算、显示和储存如下数量值：供回水温度、供回水温差、瞬时流量、累计流量、累计热量和热量表的运行时间。热量表的积分计算显示器采用微处理器技术。微处理器具有的运算和数据贮存等功能，可以根据温度和流量的变化，即使是较小的变化，也能按照设计的查表和运算功能，做出热量的准确计算来。
《热量表》的标准规定了计算器误差限
式中Δt 是最小温差的下限值，在此温差下，热量表准确度不得超过误差限。《热量表标准》中同样对热量表应能测量的进、回水口温差也规定了：户用热量表积分计算器的精度应达到0.5%，而最小可测量的进、回水口温差应为3℃以下。
积分计算器是整个热量表的核心。目前，美国TI公司的MSP430系列单片机（如MSP430P325），因其低功耗、内部集成了恒流源和6个14位的A/D转换器及液晶控制器等一系列优点，可以很方便地实现电阻性温度传感器的电阻及其变化的检测而取得温度值。正在被国内外热量表的设计者广泛采用。值得提出：在相关的设计中，不仅要注意应有依据标准公式的非线性修正的软件设计，还要注意提取热电阻电压信号的恒流源会随电源电压波动而波动，并受电阻精度和热稳定性的影响。应该有针对电池电压会随时间变化的补偿方法和选取优质的电阻元件。忽略这些因素精度就很难保证。
3，热分配表
热分配表包括蒸发式热分配表和电子式热分配表。蒸发式热分配表安装在每个散热器上，它计量的不是水的热量也不是热水流量，而是从散热器散出的热量。蒸发式热分配表由安装在散热器上的热导体块、装有蒸发液体的玻璃管以及在本体上的刻度组成。典型的是热分配表每年必须进行一次入户读数，并更换玻璃管。散热器散出的热量与热分配表液体的蒸发量成正比。电子式热分配表是将蒸发式热分配表的玻璃管由电池驱动的积算仪（接受温度传感器的信号）替代。近年来,在欧洲, 蒸发式热分配表正逐步被更有利于环保的电子式热分配表所取代。电子式分配表有很多优点，如不计量没有使用的散热器的热量（蒸发式会有这种情况），显示唯一的值；但其投资是蒸发式热分配表的几倍。就像热量表一样，电子式热分配表也可以进行远程读数，这样就消除了入户读数的麻烦。两种热分配表在测定每户最终热耗时，其结算结果相似。热分配表通常要根据每个国家的相关供热成本规定进行认可，并按照一定的标准（如在欧洲电子式采用EN 834，蒸发式采用EN 835）进行检测。我国现在还没有制定热分配表的国家标准。
三、中国热计量表的技术进步和存在的问题
中国热量表的研发、生产中，一方面认真学习借鉴了国外成熟的先进技术，一方面针对中国国情做了大量自主开发的努力。中国热量表有以下特点：
1．测温传感器选用了Pt1000（ 欧洲的热量表一律采用Pt100和Pt500）。 这使得测量信噪比提高了2—10倍。
2．中国热量表设计大多数能做到既可用于测量供热量，也可用于测量供冷量（吸热量），一表两用。即：既可用于集中供热计量收费，也可直接用于正在发展的冷热联供，对中央冷暖空调的系统按分户冷热计量。
3．欧洲的热量表一律规定将流量计安装在回水管道上。 中国热量表设计，既可安装在进水管道上，也可安装在回水管道上，对盗用热水有一定的制约作用。
4．在保证计量收费基本功能和符合相关标准的精度的前提下，中国热量表的价格可以仅是欧洲进口热量表的1/2至2/3左右。
中国的热量表，目前应该说还处于发展过渡的阶段，主要表现在三个方面。
1．市场尚未形成规模
众所周知，供热收费体制改革是大势所趋，作为潜在市场巨大的热计量仪表新兴产业前景美好。但就目前，供热计量改革正处于试验试点阶段。几乎所有的热量表企业领导，都因为市场未能达到预期的那样大而处于焦虑之中。特别是以热量表为唯一产品的企业，更显巨大压力而有“骑虎难下”的感觉。
2．技术尚待改进提高
中国目前供热系统的水质很差。同时，对于供热系统的管道，室外部分基本上都采用无缝钢管和钢板卷焊管，室内部分绝大多数还是无缝钢管；散热器的制造材料也主要是铸铁和钢材。另外在停止供热时期，管道内水可放空。因此，氧化、锈蚀问题无可避免地普遍存在。而且多方面的原因造成水中不仅含有大量的有害化学物质，还有各种对流量计具有破坏性的杂质。这些都对中国的热量表提出了更苛刻的要求。
热量表中流量计是主要的部件。流量计量传感技术相对复杂问题较多。目前中国热量表在这方面是薄弱的环节。
全国许多地方的中国热量表《使用报告》和《试用、示范总结报告》。所有的客观评价都不同程度地反映出：特别是在“中国国情”下出现的问题。有些属于宏观的供热系统改造的问题，有些属于热量表技术本身还不够完善。而长期使用的可靠性，还有待时间去证明。
3，品牌形象尚未树立
与前两点有关—中国的热量表还没有几家企业像中国的其它家电产品那样，树立起如“海尔” 、“长虹” 、“美的”等家喻户晓的优质品牌形象，让用户有足够的认可和信任。对于热量表企业的发展，一方面，需要一定的包含科普意义的宣传，使广大民众有更多的了解和判断；另一方面，热量表生产企业本身也需要做出树立自己品牌形象的努力。
四,关于热量表的选用
1． 热计量总体技术方案
2002年5月，在世界银行的支持下，由建设部科技司主办，建设部建筑节能中心承办，在北京召开了“供热计量与收费技术方案及政策法规国际研讨会”。会议的中心报告是：《供热计量与收费的技术方案及政策法规报告——国际经验和中国供热计量收费系统示范工程的总结》（以下简称《报告》）。在此《报告》中，归纳介绍了“世界范围内热计量的方案”：
“方案A：楼栋热量表 整个楼栋的热耗由安装在热入口（即与二次网、热交换器或供整个楼栋的锅炉的连接处）的一块热量表计量。整个建筑的热费根据热量表计量的热耗付费，然后根据建筑面积分摊给每个住户。
“方案B:热分配表 除了计量整栋楼的热耗外（计量整栋楼的热耗按方案A），户内每个散热器的散热量由蒸发式或电子式分配表计量。整栋楼的热费在分摊给每个住户时，部分根据采暖面积，部分根据热分配表的读数进行分摊。
“方案 C:热水流量表 每个住户散热器中的热水流量通过热水表进行计量。整栋楼的热费（按方案A ）根据每户的热水流量进行分摊。这就意味着要求（或假定）楼栋内每户热入口的供水温度相同。
“方案 D:户用热量表 每户住户的热耗通过一块热量表进行计量，也就是楼栋热量表（方案A）小型化。户用热量表可以用来分摊每户的热费（如方案B），但更多的是依据供热合同而直接计算热费。”
在中国，就总体方案而言，需要因地制宜，区别对待。
1.对于旧有的集中供暖建筑。最经济简单的是方案A：即采用楼栋总表计耗热量，然后根据建筑面积各户分摊收费。其次是方案B：即在楼栋总表计量的基础上，再部分根据采暖面积，部分根据热分配表的读数进行分摊。
2.2000年建设部发布76号令以后，设计新的集中供暖建筑已具备了一表一户，分户计量的条件。应采用方案D：即每户一块热量表，根据供热合同，直接计量收费。
3.方案C不足取。采用热水流量计的方案，全世界唯一只有韩国采用。同时，中国水质差，流量计元件磨损等问题依然存在，因此，方案C不足取。
2．热量表产品的选购
对选购热量表有三个基本原则建议如下：
1）按照流量匹配原则
热量表的可测流量范围，是实用设计最主要的技术参数。在选购热量表时，不宜仅仅考虑安装方便，就简单的根据管道的口径配用对应口径的热量表，而应根据供热情况，即供热流量来设计选用热量表，才能保证计量的准确可靠。楼栋用总表的选择，同样可依此推论。
2）符合国家标准原则
目前中国的热量表生产企业达几十家之多。产品是否符合《国家标准（CJ128-2000）》，是否满足《国家计量检定规程（JJG225-2001）》的要求，可以基本反应出其产品的质量和可靠性程度。
3）主要部件优选原则
迄今为止，我国还没有一家生产热量表的企业，所有主要部件都是自己制造的。大部分企业所生产热量表的两个主要部件—配对的测温探头和流量计来自外购。因此，务必要求外购件来源可靠，质量信誉有保证。如果为追求低成本，在外购时采用廉价代用品做主要部件的热量表，万不可取。
3．热量表产品的安装和使用
1）流量计前必须安装过滤器
无论是户用表、楼用表，还是管道系统用表，建议一律在技术要求规定的流量计前直管段前方进水处安装过滤器。过滤器应能在不影响供热的情况下，方便地清除滤网前积存的污垢、杂质（包括铁屑、铁渣）。为保证热量表90%的正常运作，增加不到1/10（过滤器）的投资，不仅是值得的，而且是必不可少的。
2）新建筑要先冲管，后装表
应该要求每一只热量表（大口径的超声波型除外），配备相同安装尺寸的“替用空管”。新建筑完工后、正式供热前，在供热系统进行管道冲洗时，在热量表的工位上先安装此替用空管。系统冲洗完成后，再正式安装热量表。而忽略这一简单过程，造成热量表尚未使用就已经损坏，且造成巨大损失的教训，并不罕见，值得汲取。
3）带锁闭阀的IC卡热量表具有技术可靠性与系统可用性
建议选购这种表时，除考虑消费者权益等有关法规政策外，一方面要认真考核所购产品在技术质量上的可靠性；另一方面还需因地制宜地研讨本身系统的可用性—对于或者长期处于锁闭状态（管内存水），或者是频繁的启动开、关状态等等，对完全可能会出现的极端情况将会产生的后果，要有明确的预见和恰当的应对措施。
五、中国热量表行业需关注的若干问题和建议
1.当前，在符合国家标准的前提下，把产品的质量稳定性和可靠性放在第一位，是中国热量表行业最值得关注的问题。
2.中国的热量表企业要向供热的专家学习，向国外的同行学习，向相关的行业学习。中国的热量表企业绝大部分“出身”于电器仪表行业，由于不了解采暖供热，不了解系统仪器设备和相关技术，有不少一些公司在热量表设计试制时就走了弯路，损失巨大。
3.处理好技术贮备和产品贮备二者之间的关系。中国的热量表企业需要处理好技术贮备和产品贮备二者之间的关系，特别是在产品的可靠性上，既要向外国同行学习，也要自身投入研发力量，针对中国的国情，取得独到的技术发展和水平提高，为规模生产发展打好技术基础。
4.与国外公司合资、合作，在中国的土地上走同共发展的道路。中国的热计量仪表作为一个新兴的产业，不仅需要国外的先进技术，更需要国外的科学管理，特别是产品质量保证体系。另一方面，中国国情的特殊性，又不能全盘仿制国外的产品，而需要做适合国情的调改和研发。因此，与外国技术先进的公司采取适当方式的合作，也许是中国热计量仪表产业的一条希望之路。
建设部等八个部委签发的《关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见》，给中国热量表的生产企业带来的既是机遇，也是考验和挑战。我们衷心的祝愿：中国热量表的生产企业共同努力、认真、负责的工作，在实现我国热计量仪表国产化的过程中，经受考验，取得胜利。为我国城镇供热体制改革做出贡献的同时，也获取应得的丰厚的效益回报。
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