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超声波技术在户用冷/热能量表中的应用分析
时间：2014-09-09 15:02:37
出处：www.sdhdr.com
作者：海德瑞
随着我国供热体制改革的不断深入和扩大，分户热计量、一户一表和节能这些理念亦日渐深入人心。因此，体现和宣扬“公平，公正，公开”的热能表就成为实施城市供热体制改革，推行按热量计量收费的关键设备。
热能表是通过温度和流量两种传感器分别测得的热载体－水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。目前，在户用型的热能表方面，主要有三大类型，为机械式和超声波式，它们的主要区别在于流量传感器的原理和构造的不同。
本文将首先从技术的角度对机械式和超声波式这两大类的产品进行一个全面的分析和比较，然后从经济投资的角度来进行使用周期成本的分析，从而为我国的供热改革、分户计量选择一种可持续发展的解决方案。
机械式热能表的现状
机械式热能表是通过叶轮的转速来测量热水的流量，户用型的机械式热能表按流量传感器内部结构又主要分为单流束式和多流束式，按照其计数器是否与热水接触又分为干式和湿式。目前进口的机械式热能表部分采用了感应传导的方式，即无磁的方式，可以降低热水中铁锈对表的影响，但对于其它小颗粒杂质依然难以解决。
由于技术和价格等原因，我国目前绝大多数国产热能表采用小口径机械式热水表（即单流束湿式）作为热能表的流量传感器，建设部热能表行业标准CJ128-2000中对流量计部分的要求也基本上采用了与现行热水表产品性能相同的要求。但近几年使用和研究实践表明，直接采用小口径机械式热水表作为热量表的流量传感器，存在一系列需要解决的问题，如量程窄且启动流量太大问题，冷热水流量系数差异问题，磁传方式存在的磁干扰问题，高温失步问题，以及对我国供暖系统水质的适应性差问题。因此，对于机械式热能表而言，由于其结构和原理方面固有的局限性，能否在一个检定周期（三年）内正常、准确的运行，都是一个非常严峻的挑战。
超声波技术在户用冷/热能表的应用
目前欧洲的热力公司使用的大口径热能表50%以上采用的是超声波式的，因为无论是使用周期成本，还是可靠性和准确性，超声波式热能表均优于电磁式和机械式热能表。2000年以前，由于价格的原因，在户用型热能表方面，还是机械式热能表占有统治地位。但随着小口径超声波冷/热能表的成本逐渐与机械式热能表接近，欧洲许多国家，尤其在德国和丹麦，能源服务公司开始用超声波冷/热能表来轮换到期的机械式热能表。
超声波式热能表是通过测量超声波在热水中传播的时间差（声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间）。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速从而推导出流量。由于其测量腔体内部没有任何可动部件，所以对介质的成份或杂质含量没有严格的要求，不易堵塞。另外，较低的压力损耗也有利于解决今后大规模使用户用冷/热能表而产生的水力平衡问题，这也是所有热力公司非常关注的。
性能优良的户用型超声波冷/热能表，不仅精度较高，超载能力强，而且具有卓越的稳定性和持久性，这一方面是由时差式的超声波测量原理来保证的，另一方面则有赖于生产厂商的经验的积累以及技术的创新。
机械式热能表和超声波冷/热能表的技术对比
全方位分析目前机械式热能表和超声波冷/热能表的技术原理、内部构造以及实际应用。
户用冷/热能表的使用周期成本
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。该规程不仅规定了热能表必须进行强制性首检，而且三年之后还需要定检，定检不合格，必需更换。因此，对于一个具体的终端用户而言，必须考虑到在一段时间内热能表的维护、更换费用，如10年、15年甚至20年。表1给出的是三种不同类型的热能表在十五年的使用周期内的成本与收益。此表是结合目前欧洲的运行经验以及国内的实际情况而制作的，考虑的前提如下：
1、未考虑实际热费收取中的固定部分，此部分与表无关；
2、假设三种表都安装了60目的过滤器，每年固定在供暖期结束后进行清洗与更换，从而保证管道中只有微小的颗粒杂质，因此超声波冷/热能表可以维持十五年运行寿命，期间只需每五年定检一次；
3、同样的运行工况，进口分离式机械表需五年更换一次流量体，而目前的普通机械式热能表只能正常运行3年；
4、超声波冷/热能表和进口分离式机械表均为2级精度，并有良好的持久精度，而普通机械式热能表一般只有3级精度，较差的持久精度。
我们可以得到如下结论：
1、相对与可分离式机械表以及普通机械式热能表，超声波冷/热能表具有最低的使用周期成本，虽然一次购买成本较高，但此后基本没有更换成本，维护成本亦较低；
2、较高精度等级以及良好持久精度的热能表，还可以为供热企业或物业公司创造更多的稳定收益，这些收益是可以预见的；
结束语
对于目前的新建住宅，热能表是打入购房成本中的，这就意味着，房屋的业主是最终的购买者。然而，几年之后，如果需要更换，这些费用由谁来承担？如果依旧由业主承担，恐怕没有人会对这笔花费等闲视之。其实，无论最终由谁来承担，都意味着不必要的浪费，这与我国政府提倡的节能和可持续发展的政策是相违背的。目前，在最早使用热能表的地区，这个问题已经暴露出来了。如果处理不当，可能会引起非常棘手的纠纷。放任这种问题持续下去，它所产生的消极的社会影响，存在着使这一新兴产业夭折的危险，甚至有可能导致供热改革的失败。
由于超声波冷/热能表在技术原理和内部结构上的先进性，保证了其高精度及高稳定性，从而使得其使用周期成本相对于机械式热能表更低。不仅如此，超声波波热能表的长寿命特性必然会将供热改革所导致的社会成本降至最低。因此，无论从经济的角度，还是从社会的角度，超声波冷/热能表都为我国的供热改革、分户计量提供了一种可持续发展的解决方案。
热能表是通过温度和流量两种传感器分别测得的热载体－水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。目前，在户用型的热能表方面，主要有三大类型，为机械式和超声波式，它们的主要区别在于流量传感器的原理和构造的不同。
本文将首先从技术的角度对机械式和超声波式这两大类的产品进行一个全面的分析和比较，然后从经济投资的角度来进行使用周期成本的分析，从而为我国的供热改革、分户计量选择一种可持续发展的解决方案。
机械式热能表的现状
机械式热能表是通过叶轮的转速来测量热水的流量，户用型的机械式热能表按流量传感器内部结构又主要分为单流束式和多流束式，按照其计数器是否与热水接触又分为干式和湿式。目前进口的机械式热能表部分采用了感应传导的方式，即无磁的方式，可以降低热水中铁锈对表的影响，但对于其它小颗粒杂质依然难以解决。
由于技术和价格等原因，我国目前绝大多数国产热能表采用小口径机械式热水表（即单流束湿式）作为热能表的流量传感器，建设部热能表行业标准CJ128-2000中对流量计部分的要求也基本上采用了与现行热水表产品性能相同的要求。但近几年使用和研究实践表明，直接采用小口径机械式热水表作为热量表的流量传感器，存在一系列需要解决的问题，如量程窄且启动流量太大问题，冷热水流量系数差异问题，磁传方式存在的磁干扰问题，高温失步问题，以及对我国供暖系统水质的适应性差问题。因此，对于机械式热能表而言，由于其结构和原理方面固有的局限性，能否在一个检定周期（三年）内正常、准确的运行，都是一个非常严峻的挑战。
超声波技术在户用冷/热能表的应用
目前欧洲的热力公司使用的大口径热能表50%以上采用的是超声波式的，因为无论是使用周期成本，还是可靠性和准确性，超声波式热能表均优于电磁式和机械式热能表。2000年以前，由于价格的原因，在户用型热能表方面，还是机械式热能表占有统治地位。但随着小口径超声波冷/热能表的成本逐渐与机械式热能表接近，欧洲许多国家，尤其在德国和丹麦，能源服务公司开始用超声波冷/热能表来轮换到期的机械式热能表。
超声波式热能表是通过测量超声波在热水中传播的时间差（声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间）。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速从而推导出流量。由于其测量腔体内部没有任何可动部件，所以对介质的成份或杂质含量没有严格的要求，不易堵塞。另外，较低的压力损耗也有利于解决今后大规模使用户用冷/热能表而产生的水力平衡问题，这也是所有热力公司非常关注的。
性能优良的户用型超声波冷/热能表，不仅精度较高，超载能力强，而且具有卓越的稳定性和持久性，这一方面是由时差式的超声波测量原理来保证的，另一方面则有赖于生产厂商的经验的积累以及技术的创新。
机械式热能表和超声波冷/热能表的技术对比
全方位分析目前机械式热能表和超声波冷/热能表的技术原理、内部构造以及实际应用。
户用冷/热能表的使用周期成本
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。该规程不仅规定了热能表必须进行强制性首检，而且三年之后还需要定检，定检不合格，必需更换。因此，对于一个具体的终端用户而言，必须考虑到在一段时间内热能表的维护、更换费用，如10年、15年甚至20年。表1给出的是三种不同类型的热能表在十五年的使用周期内的成本与收益。此表是结合目前欧洲的运行经验以及国内的实际情况而制作的，考虑的前提如下：
1、未考虑实际热费收取中的固定部分，此部分与表无关；
2、假设三种表都安装了60目的过滤器，每年固定在供暖期结束后进行清洗与更换，从而保证管道中只有微小的颗粒杂质，因此超声波冷/热能表可以维持十五年运行寿命，期间只需每五年定检一次；
3、同样的运行工况，进口分离式机械表需五年更换一次流量体，而目前的普通机械式热能表只能正常运行3年；
4、超声波冷/热能表和进口分离式机械表均为2级精度，并有良好的持久精度，而普通机械式热能表一般只有3级精度，较差的持久精度。
我们可以得到如下结论：
1、相对与可分离式机械表以及普通机械式热能表，超声波冷/热能表具有最低的使用周期成本，虽然一次购买成本较高，但此后基本没有更换成本，维护成本亦较低；
2、较高精度等级以及良好持久精度的热能表，还可以为供热企业或物业公司创造更多的稳定收益，这些收益是可以预见的；
结束语
对于目前的新建住宅，热能表是打入购房成本中的，这就意味着，房屋的业主是最终的购买者。然而，几年之后，如果需要更换，这些费用由谁来承担？如果依旧由业主承担，恐怕没有人会对这笔花费等闲视之。其实，无论最终由谁来承担，都意味着不必要的浪费，这与我国政府提倡的节能和可持续发展的政策是相违背的。目前，在最早使用热能表的地区，这个问题已经暴露出来了。如果处理不当，可能会引起非常棘手的纠纷。放任这种问题持续下去，它所产生的消极的社会影响，存在着使这一新兴产业夭折的危险，甚至有可能导致供热改革的失败。
由于超声波冷/热能表在技术原理和内部结构上的先进性，保证了其高精度及高稳定性，从而使得其使用周期成本相对于机械式热能表更低。不仅如此，超声波波热能表的长寿命特性必然会将供热改革所导致的社会成本降至最低。因此，无论从经济的角度，还是从社会的角度，超声波冷/热能表都为我国的供热改革、分户计量提供了一种可持续发展的解决方案。
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