0　引言

    热水做为重要的二次能源被广泛应用于生产和生活当中。目前,我国用于房屋供暖的小型锅炉有几百万台,每年供暖收费高达几千亿元,因此热量的准确计量、科学合理收费是关系到千家万户及国计民生的大事。

    热量表是用于测量在一个热流回路中流体释放热量多少的仪器,是热量计量的基础。在欧美一些发达国家,热水热量表作为热力公司向每一位住户收取供热费的重要依据和手段,使用已相当成熟和普及,同时在科学计费和节能环保等方面也取得了明显的成效。长期以来我国在采暖、供热等方面的不合理计费,不仅造成了资源的严重浪费,而且产、供、需三方面的矛盾也日益突出,严重影响了企业的生产和人民的日常生活,因此热量计量的改革势在必行。

    建设部要求2000年以后新建住宅和公建工程的供热室内采暖系统必须设计为一户一表(即热量表)系统,该系统应具有分户控制、分户计量、按户收费的功能,凡原有住宅建筑的室内采暖补建工程,也必须按供热计量系统设计。由此开始了我国供热收费改革,热量表也将在我国得到逐步的推广和使用。

    1　热量表的计量原理

    热量表是用于测量热交换回路中载热流体释放热量多少的计量器具,热量表用法定计量单位显示热量。

    1·1　工作原理

    将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和回流管上,流量计安装在流体入口或回流管上,流量计发出与流量成正比的脉冲信号,一对温度传感器给出表示高低温度的模拟信号,计算器将二者收集起来,通过计算,显示出载热流体从进口至出口所释放的热量值。

    1·2　传热公式

    通过某处的传热量一般由流过该处流体的质量、比热容和温度变化等因素决定。对热量表来说,进出口的焓变化率和时间成比例,热量计算可由下式给出:

式中,Q———释放热量,kJ或kwh;q_m———质量流量,kg/m³;Δh———进出口焓差,kJ/kg;t———时间,s;k———热系数,kwh/(m³℃);Δθ———进出口温差;V———累积流量,m³。

    其中,换热系数k是在一定温度和压力下与流体性质有关的参数。不同的载热流体在相同的外界条件下,k系数值会有相应的差异,本文仅讨论以水为流动介质的情况。

    2　热系数k的确定

    在载热介质一定的热交换回路中,热系数是压力、温度及温差(入口温度和出口温度之差)的函数,如下式所示:

式中,V(θi)表示入口(θf)或出口(θr)状态。

    引入比参数以化简式(3),

式中,u=θ/θ_c1为比温度;b=P/Pc1为比压力;g(u,b)为比自由焓,即吉布斯函数(Gibbs Function);θ_c1,P_C1,V_C1分别为载热介质为水时选取的参考温度、参考压力和参考容积的数值(参照IFC-1967)。

    由式(3)、(4)并引入相应的比参数,热系数k可由下式得出:

根据吉布斯函数g(u,b)及相应的导数关系由式(5)或式(6)通过数值计算即可得到不同进出口温度、不同温差和不同压力等情况下热系数的数值。

    3　影响热交换系数的因素分析

    热交换回路中,同样的条件下,载热流体不同热系数会有很大的差异,这是由于热系数与流体的性质有关。在热量表计量中,由于通过管路的介质为水,因此我们主要考虑温度、压力等对k的影响。

    3·1　进出口温度对k系数的影响

    图1所示压力为1个大气压时热系数随温度的变化曲线,从图中可以看出进出口温差相同时,

进口温度越高热系数越低,进口温度不变时温差越大热系数越大。这主要是由于当入口和出口温差相同时,入口端温度越高,相应条件下能向外传递的热量就越低,既与它自身能级相比,换热量较少,因而热系数值减小;而进出口温差越大,说明管路中热交换越强,同样条件下入口温度越高,则对外放出的热量也就越多,热系数值增大。

    3·2　压力对热系数的影响

    图2所示为热系数随压力的变化曲线,图中(a)表示进口温度保持50℃、温差从(5~40)℃、压力由1kPa至16bar变化时热系数的变化曲线;(b)为进出口温差保持5℃,进口温度从(50~90)℃变化是热系数随压力的变化曲线。由图可以看出,压力在允许范围内的变化对于热交换系数的影响不大。如果温度或进出口温差一定时,热系数随压力的变化基本保持不变。这是因为在热量表安装于热水管路的使用过程中,实际上近似处于定压状态,吉布斯函数的引入也正缘于此。

    4　结论

    (1)热交换系数是热量表计量中一个重要的参数,和载热流体本身的性质有很大关系。在实际过程中,必须作为一个重要因素考虑,以确保结果的准确、可信。

    (2)热水管路中,影响热系数的主要因素为进出口温度或二者的温差,压力相对来说影响较小。

    热量表在我国做为一种新的计量器具,目前应用的范围和领域还较为有限,但它的计量准确、收费合理、管理科学等优点已为许多人所接受和提倡,今后随着社会的发展和计量准确度的提高,热量表将逐步走入千家万户,得到广泛的使用。