摘要：熱量表是供熱計量收費的關鍵問題之一。本文提出了熱量表準確度的整體測試方法和測試設備原理，這種測試方法周期短、精度高、測試簡單，對促進我國熱量表的發(fā)展有現(xiàn)實意義。

      計量收費已經(jīng)成供熱中的一個熱點問題，它的成敗與否已經(jīng)成為關系到供熱事業(yè)生存和發(fā)展的根本問題。因此最近兩年的時間內(nèi)，國內(nèi)供熱行業(yè)已經(jīng)開始了計量收費和分戶供暖的工程改造。在未來的幾年時間內(nèi)，舊系統(tǒng)改造和新系統(tǒng)建設如何實現(xiàn)計量收費將肯定成為國內(nèi)供熱工作的重中之重。這方面顯示出的強大的商業(yè)機會不僅刺激了國外的各大廠商紛紛進入中國推廣自己的熱計量設備，而且國內(nèi)許多生產(chǎn)和研究機構也在不斷開發(fā)和生產(chǎn)這方面的設備。從目前情況看，熱量表生產(chǎn)廠家國內(nèi)外已超過50家，而且其數(shù)量還在不斷的增加之中。

      現(xiàn)在電表和水表的準確度，在國內(nèi)已經(jīng)形成了一套完整的檢測和認證的標準系統(tǒng)，而且以法律的形式規(guī)定下來。一個家庭一年中消耗熱量的費用（供暖費）比電費、水費和煤氣費的總和還要多。所以說，相對于水和電費更昂貴的熱量消費而言，熱量表準確度的測試就顯得更為重要。現(xiàn)在我國的供熱計量也剛剛開始起步，計量單位還沒有成型的熱量表準確度測試裝置。因此，如何方便可靠地進行熱量表準確度的測試，建立怎樣的熱計量系統(tǒng)的標準和裝置都是當前一項重要和緊迫的課題。

      國外已經(jīng)進行計量供熱幾十年，尤其在歐洲，供熱熱計量全部都以法律的形式確定下來，形成了一套從運行、生產(chǎn)、管理到司法完整的社會保障系統(tǒng)。而國內(nèi)還處在起步階段，所制定的標準主要還是依據(jù)歐洲的相關標準。而從國外直接引進成套的測試裝置，則需要幾十萬或者上百萬的人民幣，不僅價格昂貴，而且受測試周期限制，無法應用于國內(nèi)的熱量表的大規(guī)模生產(chǎn)和檢測。

      2 熱量表準確度分項測試方法
      對于熱量表準確度的測試，歐洲一般采用分項測試的方法。即熱量表測試時，分別按照相應的標準對溫度傳感器、流量傳感器和計算器的準確度分別進行測試。測試完成后，由得到的各個部件的準確度計算得出熱量表的整體準確度。

      影響廣泛的OIML R75《世界法定計量組織75號國際建議:熱量表》和詳盡EN1434:1997《歐洲標準:熱量表》都建議采用采用分項測試的方式。如OIML R75規(guī)定：

      流量傳感器：　　　　　　　　最大允許測量誤差為３％

      計算器＋溫度傳感器：　　　　最大允許測量誤差為±（|E|-３％）

      其中E為表1中各級表的總體誤差要求。

      分項測試就是對每個部件采用相應的行業(yè)標準進行準確度控制。這種檢測方法會帶來各方面的不便。在歐洲，為了保證熱量表總體的準確度要求，很多國家對于溫度傳感器的準確度都單獨做了規(guī)定，因為沒有一個統(tǒng)一的國際標準來滿足要求。

表1 熱量表分項測試準確度分級（歐共體）
T (℃) 誤差限
2級 4級 5級
△t<10 ±4% ±6%(8%) ±8%(10%)
10≤△t<20 ±3% ±5%(7%) ±7%(9%)
20≤△t ±2% ±4%(6%) ±5%(7%)

（注：當流量在0.1Ln以下時， 取括號內(nèi)給出的誤差限；Ln為熱表工作流量）

      不難想象，把一塊熱量表分成幾項來測試，工作比較繁瑣，而且測試周期大大增加。在測試的時候，要求根據(jù)不同的行業(yè)標準選擇符合要求的測試儀表，再去按照各自的測試標準分別檢測，使他們分別達到規(guī)定的要求；其次其測試結(jié)果不直觀，因為不能直接給出熱量表的整體誤差，而要根據(jù)各部件測試的結(jié)果，通過誤差合成來確定總的誤差；再次，這種測試方法不適用于緊湊型的整體熱量表。

      3 熱量表準確度整體測試方法
針對于現(xiàn)行熱量表分項測試的弊端，整體測試來檢測熱量表的準確度有著許多優(yōu)點和先進性。首先測試不需要分解熱量表的各個部件，直接依次檢測出熱量表的整體準確度，節(jié)省了大量的時間和工作量，其次對于緊湊型的熱量表，可以檢測出其結(jié)構的系統(tǒng)誤差。其測試準確度完全可以滿足2、3級熱量表的要求，且方法簡便快捷，非常適合廠家出廠時的檢驗。

      3.1 熱量表準確度整體測試裝置

      熱量表準確度整體測試是根據(jù)熱平衡原理，即理論上熱量表的示值應等于加熱量，如圖1示，該裝置由保溫水箱、電加熱器、風機盤管、水泵、初調(diào)用的浮子流量計和待測熱量表組成。電熱裝置加熱保溫水箱內(nèi)的水，升溫后的水經(jīng)熱量表的供水管流出，進入風機盤管進行冷卻，然后再經(jīng)水泵、熱量表的回水管后返回保溫水箱。

      為了使流量穩(wěn)定和方便各個工況流量調(diào)節(jié)，設置變頻熱水循環(huán)泵。水箱出口和入口安裝溫度傳感器觀察水溫。熱量表安裝在保溫水箱的出入口上，熱量表和水箱之間的管道盡量短并很好保溫，盡量減少其引起的散熱損失。

      為了使保溫水箱散熱盡量少，應進行絕熱處理，其漏熱量應降到測試工況加熱量的1%以下。在保溫箱體的內(nèi)側(cè)和外側(cè)布置電熱堆，作為漏熱測試用。在對熱量表準確度進行正常測試前，必須對保溫水箱做漏熱實驗測試。

      3.2 熱量表準確度整體測試的原理

      根據(jù)能量守恒原理，熱量表準確的計量值應由下式確定：

(1)

式中: Q – 熱量表示值 (kWh)

E – 電加熱器輸入電能 (kWh)

E – 測試開始和終止時水箱及水的內(nèi)能變化量 (kWh)

Q1 – 保溫水箱、水箱與熱量表之間的管路漏熱損失(kWh)

(2)

式中： －水箱（水）的熱容量，kWh/℃

t1、t2 － 測試開始、終止時水箱（水）的溫度，℃

      在測量過程中，E使用1‰或則更高準確度（0.5‰）的電能表準確的測定。這樣，只要準確測定熱量表測試周期內(nèi)保溫水箱漏熱量和水箱（水）的內(nèi)能的變化，就可以準確的知道熱量表的熱量檢定值Q，再根據(jù)被檢熱量表的顯示值Qb，由下式：

(3)

可以計算出熱量表的準確度 。因此測量的關鍵是漏熱量和水箱（水）的內(nèi)能變化的準確測定。

      3.3 保溫水箱漏熱量的測定及其它

      保溫水箱漏熱試驗按照保溫容器漏熱測試方法進行。做漏熱試驗時，關閉水箱出口和入口閥門，調(diào)整加熱功率，使水箱水溫穩(wěn)定在某一數(shù)值。當水箱內(nèi)水溫波動在±0.3℃內(nèi)時，可以認為系統(tǒng)穩(wěn)定。記錄穩(wěn)定后的水溫和空氣溫度的熱電堆電位差、功率表的讀數(shù)――此時即為水箱的漏熱量，通過多工況測量得出水箱漏熱量與上述電位差相關的漏熱特性方程。

      當開始時水箱（水）的溫度和終止的溫度不相同時，水箱（水）的內(nèi)能就發(fā)生了變化。為準確測出這一變化量DE，應準確知道水箱（水）的熱容量 、t1和t2。水溫t1、t2可以用高精度溫度計測出，而水箱（水）的熱容量必須通過試驗來確定。為此，首先測出t1，然后迅速加熱使水溫在短時間內(nèi)升到要求值，停止加熱并測量t2和記錄電加熱量。此電加熱量除于（t2－t1）即得到熱容量。

      浮子流量計是用于初步選擇流量在某一范圍內(nèi)即可，由此不需要準確測量，因為在上述測試原理中并不需要流量。

      3.4 熱量表準確度測試過程

      首先啟動水泵，然后打開電加熱器對水箱中的水進行加熱。觀察浮子流量計，調(diào)節(jié)水泵的流量相對穩(wěn)定在設定值附近，再調(diào)節(jié)風機盤管的風機轉(zhuǎn)速，使水箱中的出水水溫恒定在設定值附近。當工況穩(wěn)定后，開始測試熱量表的準確度，即開始計量加入水的加熱量（電能表初始讀數(shù)）、熱量表的初始讀數(shù)、水箱初始水溫t1、水溫和空氣溫度的熱電堆電位差。當測試結(jié)束時，再記錄電能表終止讀數(shù)、水箱內(nèi)水的終止水溫t2。測試過程中，計算機根據(jù)水溫和空氣溫度的熱電堆電位差，通過上述試驗得到的漏熱特性方程不斷計算而得到總漏熱量Q1；又由測得的t1和t2以及上述試驗所確定的熱容量求出內(nèi)能變化量 E。這樣，電能表記錄所消耗的電量，扣除水箱漏熱Q1和內(nèi)能變化量 E就應該是熱量表的真值。將此值與熱量表的示值進行比較就得出熱量表的準確度。

      很好的處理漏熱量和內(nèi)能變化量的測定，可以使測試臺的整體誤差控制在0.3％之內(nèi)。

      這種測試方法大大提高了測試效率。在測試過程中無須去關心熱量表每一組成部件的準確度，由于最終需要的是熱量表的總體誤差，所以只要熱量表的整體誤差滿足要求就行了。與分項測試方法相比，整體測試法省去了許多中間過程，測試起來非常方便，最后得到的結(jié)果也很直觀，其測試結(jié)果比分項測試再去合成求熱量表的總體誤差更具合理性，其讀數(shù)就是熱量表的真實誤差。測試裝置的準確度可以達到被測3級熱量表準確度的1/5，完全滿足了測試標準的要求。

      3.5 熱量表整體測試的工況設定

      熱量表的整體測試裝置可以方便的設置各種工況，即可以設置定工況實驗，也可以靈活的設置變工況實驗。

      進行變工況實驗，完全可以在有限的時間內(nèi)模擬冬天采暖季節(jié)的系統(tǒng)運行情況，考察熱供水溫度（例如95℃），在作變工況實驗時流量也逐漸增加到系統(tǒng)最大流量，當達到溫度和流量最大時，再分階段減小水泵和風機轉(zhuǎn)速，直至出水水溫又穩(wěn)定恢復到實驗開始的溫度。實驗中，各個階段系統(tǒng)參數(shù)所占的時間比率和實際采暖季節(jié)中各個系統(tǒng)參數(shù)所占的比率完全一致。

      4 兩種檢測方法比較
      以上兩種檢測方法，各有其特點和適用場合。分項測試方法可以檢測每一個部件的準確度，對于開發(fā)產(chǎn)品非常有用，同時特別適合于產(chǎn)品的型式檢驗；而整體測試方法注重于整體、不關注每個部件的準確度，因其測試簡單、周期短、設備運行穩(wěn)定且投資比較節(jié)省，因此特別適合于出廠批量檢驗。

作者簡介：
王智超，建筑環(huán)境聯(lián)合實驗室講師。