摘要：較詳細(xì)地介紹了熱量計(jì)量原理和幾種常見的熱量計(jì)量方法。在分析比較后，提出了一種采用k系數(shù)補(bǔ)償功能的計(jì)量方法，實(shí)現(xiàn)了k系數(shù)的溫度和壓力在線補(bǔ)償，具有較高的測(cè)量精度。給出了具體的計(jì)算實(shí)例及其結(jié)果。
關(guān)鍵詞：熱量計(jì)量；熱量表；熱系數(shù)；在線補(bǔ)償
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］：
① 總體精度達(dá)到OIML一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一751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 熱量表具備熱焰和質(zhì)量密度修證的功能，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)量原理
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行管和下行管上，流量計(jì)安裝在流體入口或回流管上(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l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)間成比例。國(guó)內(nèi)熱量表一般采用焓差法計(jì)算熱量。焓差法的傳熱公式為
Ｑ＝
（１）
也可以表示為
Ｑ＝
（２）
式中：Ｑ為釋放熱量，kj或kW·hqm為質(zhì)量流量，kg/s； Δh為進(jìn)出口焓差，kj/kg； k為熱交換系數(shù)，kW·h/m3·℃； t 為時(shí)間，s；Δθ為進(jìn)出口溫差，℃；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
式中：Ｃpf，Cpr為入口與出口的定壓比熱容；qv，qm為瞬時(shí)體積流量、瞬時(shí)質(zhì)量流量pf、pr 為入口與出口溫度下的載熱流體密度；θf、θr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θf、θr查表得Ｃpf，Cpr，pf，pr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，需要采用線性插值等近似計(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
式中：Ｃp為定壓比熱宿容，Cp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p進(jìn)行溫度修正．同時(shí)由于不能對(duì)Cp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)算方法．
③分段式k系數(shù)法
式中：k是熱交換系數(shù)，當(dāng)壓力一定時(shí)，它隨溫度而變化，將其按回水溫度進(jìn)行分類［４］：
θr<θ1，k=k1；θ1<θr
