熱量表的熱量計量原理及計算1

量表的熱量計量原理及計算長期以來，我國北方地區城鎮居民采暖用熱一般按住宅面積而不是按實際用熱量計量收費，導致用戶節能意識差，造成資源的浪費。顯然該計量方法缺乏科學性。而歐美等發達國家在八十年代初，熱量表的使用已相當普遍，熱力公司以熱量表作為計價收費的依據和手段，節能20％～30％。作為建筑節能的一項基本措施，我國國家建設部已將熱量計量收費列入《建筑節能“九五”計劃和2010年規劃》。因此，研制開發用于采暖計價的熱量表勢在必行。

熱量表一般應具備以下技術要求：

①總體精度達到OIML－R75規定的4級標準；

②流量計部分的精度，誤差<3%；

③溫度傳感器采用鉑電阻測溫元件，符合IEC-751標準并精確配對，當供回水的溫度差在6℃以內時，測量誤差<0.1℃；

④熱量表具備熱焓和質量密度修正的功能，誤差小于0.5％；

⑤微功耗的設計，內藏電池可以連續工作5年。

現在中國市場上的國外熱量表技術成熟，標準化程度高，但是價格昂貴。我國對熱量表的需求量大，研制開發低成本、符合國際標準的熱量表是大勢所趨。本文以熱量表熱量計量原理為基礎，介紹了幾種常用的熱量計量方法，分析比較了各自的優缺點，詳細討論了具有k系數補償功能的熱量計量方法，該方法實現了k系數的溫度和壓力在線補償，因而具有較高的精度。

1 熱量計原理

   熱量表是一種適用于測量在熱交換環路中，載熱液體所吸收或轉換熱能的儀器，熱量表用法定的計量單位顯示熱量^[1]。熱量表又稱熱能表、熱能積算儀，既能測量供熱系統的供熱量又能測量供冷系統的吸熱量。

將一對溫度傳感器分別安裝在通過載熱流體的上下管和下行管上，流量計安裝在流體入口或回路管上（流量計安裝的位置不同，最終的測量結果也不同），流量計發出與流量成正比的脈沖信號,一對溫度傳感器給出表示溫差的模擬信號，熱量表采集來自三路傳感器的信號，利用積算公式算出熱交換系統獲得的熱量。熱量表系統原理圖如圖1所示。

             圖1 熱量表熱量計量系統原理圖

傳熱量一般由載熱流體的質量、比熱容和溫度變化等因素決定。對熱量表來說，進出口的焓值還與時間成正比。國內熱量表一般采用焓差法計算熱量。焊差法的傳熱公式為

                                          （1）

也可以表示為

                                           （2）

式中：Q為釋放熱量，kj或kW·h；q_m為質量流量，kg/s； 為進出口焊差，kj/kg；k為熱交換系數，kW·h/m³·℃；t為時間，s； 為進出口溫度，℃；qv為累積流量，m³。

目前，國產熱量表的熱量計量方法基本可以分為以下幾種：

① 直接焓差法

）             （3）

式中：c_pf,c_pr為入口與出口的定壓比熱容；q_v,q_m為瞬時體積流量、瞬時質量流量； 為入口與出口溫度下的載熱流體密度； 為入口與出口的溫度。

該公式計算簡單，只要根據實測溫度 和 查表得 ， ， 及 等4個常數，代入式（3）即可[2]。顯然，溫度測量精度越高，數據表所占的存儲空間越大。并且，對于實測溫度，需要采用線性差值等近似計算技術，通過搜索與其距離最近的點計算相應的焓值，從而得出瞬時熱量。但這一方法會帶來人為誤差。

②常系數焓差法

                   （4）

式中： 為定壓比熱容， ，視為常數。

該方法計算簡便，c_p為常數，使得程序的計算量減少，計算速度大大加快。但是由于流體的密度 是溫度的函數，所以必須對 進行溫度修正。同時由于不能對 進行在線溫度補償，該方法的溫度適應性較差，不適宜于作為戶用型熱表的熱量計量方法。