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熱量表的熱量計(jì)量原理及計(jì)算1

閱讀：1387發(fā)布時(shí)間：2021-12-29

熱量表的熱量計(jì)量原理及計(jì)算1

量表的熱量計(jì)量原理及計(jì)算長(zhǎng)期以來，我國(guó)北方地區(qū)城鎮(zhèn)居民采暖用熱一般按住宅面積而不是按實(shí)際用熱量計(jì)量收費(fèi)，導(dǎo)致用戶節(jié)能意識(shí)差，造成資源的浪費(fèi)。顯然該計(jì)量方法缺乏科學(xué)性。而歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在八十年代初，熱量表的使用已相當(dāng)普遍，熱力公司以熱量表作為計(jì)價(jià)收費(fèi)的依據(jù)和手段，節(jié)能20％～30％。作為建筑節(jié)能的一項(xiàng)基本措施，我國(guó)國(guó)家建設(shè)部已將熱量計(jì)量收費(fèi)列入《建筑節(jié)能“九五”計(jì)劃和2010年規(guī)劃》。因此，研制開發(fā)用于采暖計(jì)價(jià)的熱量表勢(shì)在必行。

熱量表一般應(yīng)具備以下技術(shù)要求：

①總體精度達(dá)到OIML－R75規(guī)定的4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；

②流量計(jì)部分的精度，誤差<3%；

③溫度傳感器采用鉑電阻測(cè)溫元件，符合IEC-751標(biāo)準(zhǔn)并精確配對(duì)，當(dāng)供回水的溫度差在6℃以內(nèi)時(shí)，測(cè)量誤差<0.1℃；

④熱量表具備熱焓和質(zhì)量密度修正的功能，誤差小于0.5％；

⑤微功耗的設(shè)計(jì)，內(nèi)藏電池可以連續(xù)工作5年。

現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)上的國(guó)外熱量表技術(shù)成熟，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，但是價(jià)格昂貴。我國(guó)對(duì)熱量表的需求量大，研制開發(fā)低成本、符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的熱量表是大勢(shì)所趨。本文以熱量表熱量計(jì)量原理為基礎(chǔ)，介紹了幾種常用的熱量計(jì)量方法，分析比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)討論了具有k系數(shù)補(bǔ)償功能的熱量計(jì)量方法，該方法實(shí)現(xiàn)了k系數(shù)的溫度和壓力在線補(bǔ)償，因而具有較高的精度。

1 熱量計(jì)原理

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

將一對(duì)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(jì)安裝在流體入口或回路管上（流量計(jì)安裝的位置不同，最終的測(cè)量結(jié)果也不同），流量計(jì)發(fā)出與流量成正比的脈沖信號(hào),一對(duì)溫度傳感器給出表示溫差的模擬信號(hào)，熱量表采集來自三路傳感器的信號(hào)，利用積算公式算出熱交換系統(tǒng)獲得的熱量。熱量表系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 熱量表熱量計(jì)量系統(tǒng)原理圖

傳熱量一般由載熱流體的質(zhì)量、比熱容和溫度變化等因素決定。對(duì)熱量表來說，進(jìn)出口的焓值還與時(shí)間成正比。國(guó)內(nèi)熱量表一般采用焓差法計(jì)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(zhì)量流量，kg/s；為進(jìn)出口焊差，kj/kg；k為熱交換系數(shù)，kW·h/m³·℃；t為時(shí)間，s；為進(jìn)出口溫度，℃；qv為累積流量，m³。

目前，國(guó)產(chǎn)熱量表的熱量計(jì)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(shí)體積流量、瞬時(shí)質(zhì)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(jì)算簡(jiǎn)單，只要根據(jù)實(shí)測(cè)溫度和查表得，，及等4個(gè)常數(shù)，代入式（3）即可[2]。顯然，溫度測(cè)量精度越高，數(shù)據(jù)表所占的存儲(chǔ)空間越大。并且，對(duì)于實(shí)測(cè)溫度，需要采用線性差值等近似計(jì)算技術(shù)，通過搜索與其距離最近的點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的焓值，從而得出瞬時(shí)熱量。但這一方法會(huì)帶來人為誤差。

②常系數(shù)焓差法

（4）

式中：為定壓比熱容，，視為常數(shù)。

該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，c_p為常數(shù)，使得程序的計(jì)算量減少，計(jì)算速度大大加快。但是由于流體的密度是溫度的函數(shù)，所以必須對(duì) 進(jìn)行溫度修正。同時(shí)由于不能對(duì) 進(jìn)行在線溫度補(bǔ)償，該方法的溫度適應(yīng)性較差，不適宜于作為戶用型熱表的熱量計(jì)量方法。