一、热能表的基本工作原理 由热源供应的热水(冷水)以较高(低)的温度流入热交换系统(散热器、换热器或由它们组成的复杂系统),以较低(高)的温度流出,在此过程中,通过热量交换向用户释放或吸收热量(注:该过程包括采暖系统和制冷系统能量交换过程)。 当水流经热交换系统时,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,通过计算并显示该系统所释放或吸收的热量。其基本公式: 式中:Q ——释放或吸收的热量,J或W?h; qm——流经热量表的水的质量流量,kg/h; qv ——流经热量表的水的体积流量,m3/h; ρ——流经热量表的水的密度,kg/h; △h——在热交换系统的入口和出口温度下,水的焓值差,J/kg; r——时间,h
二、热能表的构造 进行热量测量与计算,并作为结算根据的计量仪器称为热能表。根据热量计量方程,一套完整的热量表应由以下三部分组成: (1) 热水流量计 用于测量流经换热系统的热水流量。 目前应用于热能表的热水流量计主要形式有:机械流束式和超声波式。 1) 机械类流量计 机械类流量计的运动部件为叶轮,叶轮的转动速度与流经的流量成线性关系。旋转的叶轮一般是以脉冲信号的方式向积分仪提供流量信息。 根据产生脉冲信号的传感器又可分为干簧管传感器、韦根传感器、无磁传感器三种形式。 根据水流方式可分为多数流和单束流两种形式。 多束流特征:在流量计的内部,水流通过分布于叶轮外壳上的小孔均匀地以切线方向推动叶轮转动。这种设计使流量能承受较大的水流紊东,这种设计比较适合中小口径的管道。 单束流的特征:流量计只有一束水流来推动内部叶轮旋转。这种设计的水流通道较多束流要宽很多,水中杂质不易堵塞管路,所以比较适合水质很差的环境。 2) 超声波流量计 超声波流量计的原理在于测量高频声波在水流中的穿行时间,由于声波的波速直接受水流流速的影响,在不同流速的水流中传播的速度不同,根据这一特点并通过计算可测得水流速度。 由于超声波流量计在设计上不存在叶轮等机械传动部件,且水流通道不存在机械部件,所以使用寿命与防堵性能以及使用精度要远远高于机械式流量计。 注:我公司能同时生产机械式无磁热能表与超声波热能表,这在国内同行业中也是独一无二的。 (2) 一对温度传感器 分别测量供水温度和回水温度,并进而得到供回水温差。目前常用的有铂电阻和热敏电阻两种形式,由积算仪测量其电阻值并根据相应的公式计算温度测量值(金属或半导体的电阻随温度变化而变化,测出其电阻值就可以得出与之对应的温度值)。 与热敏电阻相比较,铂电阻的优点是测量准确、阻值漂移小,因此一般的热量表采用的是成对的铂电阻作温度传感器,通常有PT100、PT500、PT1000,以PT1000居多(即在0℃时,电阻值为1000Ω)。在0~850℃范围内,铂电阻值与温度关系可近似为下式: Rθ=R0(1+Aθ+Bθ2) 式中 A、B——常数,由试验求得; θ——温度(℃); R0、Rθ——分别为0℃与θ时的电阻值; (3) 积算仪(也称积分仪) 根据与其相连的流量计和温度传感器提供的流量及温度数据,通过热量计算公式计算出用户从热交换系统中释放或吸收的热 通常积算仪至少能够计算、显示和存储如下数据: 一级菜单(A1): 累计热量(J或K?Wh);累计流量(m3);瞬时流量(m3/h);功率(kW);供水温度、回水温度和供回水温度(℃);累计运行时间(h);累计出错时间(h); 二级菜单(A2): 当前日期;出厂编号;显示测试;上次抄表热量值;上次抄表时间; 三级菜单(A3): 显示前十二个月每个月的累计热量值,显示内容与月份之间交替变换; 故障报警菜单(共六种显示内容): 电池电量不足(标志显示在屏幕右上角);积算仪故障;供水温度传感器故障;回水温度传感器故障;发生故障的累计时间;发生故障前所记录的累计热量值。 普通的积算仪要通过人工进行读表抄表,为了解决人工抄表的繁复和避免不准确,目前较为流行的和可靠性较高的方法是采用集中控制抄表系统进行远程控制抄表,这种方式要求热能表的积算仪具有远传接口(多采用M-BUS接口方式)与系统的集中器连接,然后集中器连接到一台服务器上(PC),利用这台服务器并通过专门的管理软件就可以实现足不出户管理整个系统所连接的热能表的功能。 三、热能表的准确度等级 我国政府于2001年2月5日首次正式颁布了《中华人民共和国城镇建设行业标准》热量表CJ128-2000。该标准制定过程结合了我国热量表的研制、生产和使用情况,同时也参照了OIML-R75与EN1413两个国外标准。其中规定热能表计量准确度等级分为三级,采用相对误差限E表示,相对误差限E定义如下:
式中:Vd——显示的测量值; Vc——常规真实值;
1级 E=±(2+4 △tmin +0.01 qp ) △t q 2级 E=±(3+4 △tmin +0.02 qp ) △t q 3级 E=±(4+4 △tmin +0.05 qp ) △t q 式中:E——相对误差限,%; △tmin ——最小温差,℃; △t——使用范围内的温差,℃; qp——常用流量,m3/h q——使用范围内的流量,m3/h。 注:我公司生产的超声波热能表与机械式热能表均已达到2级标准。 四、热能表选型要素 (1)流量计的选型 一般而言流量计的选型,需要考虑以下六个因素: 1) 工作水温。通常情况下采暖水系统温度范围在20~90℃,温差范围在0~70℃。这是在选择流量计的时候必须注意的。 2) 管道压力。流量计的工作压力标准有PN10、PN16、PN25(即最大持续压力分别为1MPa、1.6MPa、2.5MPa)。它们的最大承受力往往是上述压力的1.5倍。供热管网上常用的是PN16压力标准。 3) 设计工作流量和最小流量。在选型流量计口径时,首先应参考管道中的工作流量和最小流量(而不是管道口径)。一般的方法为:使工作流量稍小于流量计的公称流量,并使最小流量大于流量计的最小流量。 4) 管道口径。根据流量选择的流量计的口径与管道口径可能不符,往往流量计口径要小,需要安排缩颈,也就需要考虑变径带来的管道压损对热网的影响,一般缩径最好不要过大(最大变径不超过两档)。 5) 水质情况。在水质较差的环境中,应选用超声波流量计,即使是选用机械式热能表也应选用无磁单束流形式的流量计。目前国内无论是采暖系统或是中央空调系统的水质都很差,因供热部门考虑到系统成本因素,所以主管道多采用铁制管道(西方发达国家多采用铜制或不锈钢等材料),这种材料很容易氧化生锈;另外还有不少供热部门为防止用户偷水的现象发生,所以没有对水中的杂质做任何的处理,甚至有的还向水中刻意添加一些杂质;这些因素势必使水中存在大量的铁锈、泥沙、焊锡颗粒、废油等杂质。根据超声波热能表流量计的工作原理可知,其水流通道中不需要任何机械传动部件进行流量信号采集,所以完全可以将其视为一段直管段,水中的杂质完全可以随水流顺利流量计,因此超声波热能表应是上述系统环境中的首选产品。当然,目前国内用户多考虑产品的一次采购成本,所以选用机械式热能表的用户还是占绝大部分,由于水中大量铁锈杂质的存在,所以用户应首选无磁流量传感器;干簧管与韦根传感器都是通过叶轮上的磁环传递脉冲信号,都是磁性流量传感器,由于磁性物质的存在叶轮上会吸附水中的铁锈杂质,从而增大了叶轮的旋转阻力,有的甚至使叶轮停止转动,无法计量。另外,由于水中其它一些颗粒性与丝带状等软硬杂质的存在,要求机械式热能表的流量计要有一个较为宽阔的水流通道,所以用户还应选用水流通道较宽的单束流式流量计。 6) 耐磨损度(使用寿命)。由于采暖计量不同于其他能源计量,其流量计的正常工作周期要远远高于其它计量仪表(如,水表、燃气表),有的甚至是一天24小时连续运转,而且是持续几个月(北方一个采暖季多为4个月),这就要求机械式热能表的机械传动部件叶轮轴承与轴承座一定要采用高度耐磨损的材料(注:我公司生产的机械式热能表的叶轮采用硬质合金轴配合宝石轴承,高度耐磨损)。 (2)温度传感器的选型 目前国内的热能表多采用Pt1000配对铂电阻。 (3)积分仪的选型 积算仪的选型要注意热能表的安装位置,考虑读数是否方便,表头应能够水平360度转动,而且垂直方向能够在90度范围内转动。另外如果安装位置极不方便读取表数的话,可以采用远程显示方式,即另外在积算仪上引出一个单独的显示模块,用于同步显示积算仪当前的所有数据。 五、热能表选型指南 热能表由计算器、配对铂电阻、流量计三部分组成,对于正规厂家生产的热能表其计算器及配对铂电阻的稳定性及可靠性基本可以保证,流量计的质量实际上决定了一块热能表的质量好坏。
热能表分类: 热能表的分类方法都是以流量计为标准的,用于住户用的热能表主要有以下2类: 1、 超声波热能表: 2、 叶轮式热能表: A:按流量计信号采集方式分: (1)有磁热能表 (2)无磁热能表 B:按流量计水流方式分: (1)单束流热能表 (2)多束流热能表
有磁表和无磁表使用比较: 无磁表:不受水中铁磁物质和人为磁场影响,能保障计量产品的准确和稳定性: 有磁表:由于此种表内有永久磁铁的存在,容易受外界强磁场的影响,从而影响计量精度,同时由于永久磁铁在热水中长期浸泡会降低磁性,这也会影响到计量精度甚至造成热表停止计量。 我公司热能表性能比较: 热表类别 优点 缺点 单束流热能表 防堵性能较好;同比价格低 只能水平或垂直安装 多束流热能表 机械摩擦声音相对较小,启动流量低;价格较低。 较容易堵塞,只能水平或垂直安装 超声波表 无机械磨损,使用寿命长,防堵性能好,启动流量低,计量准确。 价格较高
以上对比所使用的产品均为本公司产品。其中单流式及多流式中叶轮轴选用硬质合金材料,轴套采用宝石材料,流量计量采用无磁检测方式,市场上同类产品对比具有使用寿命长、计量准确、稳定可靠、不受外界影响等优点。
选型建议: A:对于经济条件较好的用户:建议使用超声波热能表,无机械磨损,使用寿命长,综合 成本低。 B:对于安装在用户屋内的热能表:建议使用超声波式或多流式热能表(主要考虑噪声问 题)。 C:对于水质较差的使用环境建议使用超声波式或单流式无磁热能表(主要考虑防堵性能) D:在空调系统中使用的热能表建议使用超声波式(主要考虑防堵性能、瞬时流量及使用 时间) 六、热能表安装、使用

住户热能表安装示意图

管网用热能表安装示意图
(1)根据热能表的选型与要求在正确位置(进水管或回水管)安装流量计。要求安装端正、位置合理、便于读取数据。 (2)热能表以及过滤器的安装时,要使流量计与过滤器外壳上标示的箭头方向与水流方向保持一致,严禁装反。 (3)热能表的前端必须安装过滤器,且热能表的两端各有一个阀门,以方便对表计进行拆卸、维护和维修。 (4)热能表安装完毕后将温度传感器按其标示正确地连接在进、回水测温座上。进回水温度传感器位置不得颠倒(红色标记为供水、蓝色标记为回水)。 (5)安装过程应严防积算仪进水。 (6)关于热能表使用的相关术语 温差:热交换系统入口和出口的温度差值。 最小温差:温差的下限值,在此温差下,热能表准确度不应超过误差限。 最大温差:温差的上限值,在此温差下,热能表准确度不应超过误差限。 流量:单位时间内,流经热能表的热载体水的体积或质量。 最小流量:水流经热交换系统时的最小流量,在此流量时,热能表准确度不应超过误差限。 常用流量:系统正常连续运行时,水的最大流量,在此流量时,热能表准确度不应超过误差限。 最大流量:水流经热交换系统,在短时间内(<1h/天;<200h/年)内,正常运行的最大流量,在此流量时,热能表准确度不应超过误差限。 累计流量:流经热能表的水的体积的总和。 温度上限:在热能表准确度不超过误差限时,谁可能达到的最高温度。 温度下限:在热能表准确度不超过误差限时,谁可能达到的最低温度。 最大允许工作压力:在温度上限持续工作时,热能表所能承受的最大工作压力。 压力损失:在给定的流量下,热能表所造成的压力损失限定值。 最大热功率:在热能表准确度不超过误差限时,热功率可能达到最大值。 热量单位:KW?h或J(焦耳);1KW?h=3.6×106J。 |