建筑物熱力入口熱量表的選擇

摘 要

摘要：探討了2級(jí)、3級(jí)熱量表計(jì)量相對(duì)誤差限、阻力的計(jì)算。結(jié)合實(shí)例，對(duì)建筑物熱力入口DN 100mm管道可選用的不同等級(jí)不同規(guī)格熱量表在設(shè)計(jì)流量下的實(shí)際計(jì)量誤差、阻力進(jìn)行了計(jì)算
摘要：探討了2級(jí)、3級(jí)熱量表計(jì)量相對(duì)誤差限、阻力的計(jì)算。結(jié)合實(shí)例，對(duì)建筑物熱力入口DN 100mm管道可選用的不同等級(jí)不同規(guī)格熱量表在設(shè)計(jì)流量下的實(shí)際計(jì)量誤差、阻力進(jìn)行了計(jì)算。分析了熱量表等級(jí)、公稱直徑對(duì)實(shí)際計(jì)量誤差的影響，安裝熱量表引起的阻力小于CJJ 128—2007《熱量表》的限定值。
關(guān)鍵詞：熱量表；相對(duì)誤差限；實(shí)際計(jì)量誤差；阻力
Selection of Calorimeters at Thermal Entrance of Building
XU Lihua，CHEN Yun，F(xiàn)ANG Xiumu
Abstract：The calculation of relative measurement error limit and resistance for calorimeters of grades two and three is discussed.The actual measurement error and resistance of calorimeters with different grades and specifications used for DN 100mm piping at thermal entrance of building are calculated with an actual project.The influence of the grade and nominal diameter of calorimeters on the actual measurement error is analyzed.The resistance caused by calmoimeter installation is less than the limit value specified in Calorimeters(CJJ 128—2007).
Key words：calorimeter；relative error limit；actual measurement error；resistance
    國(guó)外的熱計(jì)量技術(shù)已經(jīng)介紹到中國(guó)逾16年，在消化吸收國(guó)外熱計(jì)量經(jīng)驗(yàn)的過程中，我們逐漸發(fā)現(xiàn)，國(guó)外的熱計(jì)量思想與我國(guó)的國(guó)情不符，在國(guó)外行之有效的熱計(jì)量方法，在我國(guó)的應(yīng)用并不理想。通過對(duì)我國(guó)居住建筑熱計(jì)量的應(yīng)用研究[1～8]，我們認(rèn)為，我國(guó)居住建筑的熱計(jì)量不宜以每戶作為熱計(jì)量基本單位，而應(yīng)以一幢樓作為基本單位，走熱計(jì)量與熱分配相結(jié)合的技術(shù)路線。用熱量由建筑物熱力入口設(shè)置的熱量表計(jì)量，建筑物內(nèi)熱用戶無(wú)論采用何種計(jì)量裝置，都是用于分配整幢建筑物的用熱量。
   建筑物熱力入口熱量表(以下簡(jiǎn)稱熱量表)的準(zhǔn)確度和公稱直徑，不僅影響實(shí)際計(jì)量誤差，還影響到供熱系統(tǒng)的阻力。因此，設(shè)計(jì)人員通常按照供熱管道的公稱直徑選擇熱量表，尤其對(duì)于既有供熱系統(tǒng)改造。這樣做的理由是擔(dān)心按照熱量表的常用流量(供熱系統(tǒng)長(zhǎng)期正常連續(xù)運(yùn)行時(shí)的水流量，在此流量下，熱量表準(zhǔn)確度不應(yīng)超過相對(duì)誤差限)選擇熱量表時(shí)，阻力增加過大，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)供熱量不足，但這種選擇方法有待商榷。本文對(duì)建筑物熱力入口熱量表的選擇進(jìn)行探討。
1 熱量表的相對(duì)誤差限
    CJJ 128—2007《熱量表》將熱量表計(jì)量準(zhǔn)確度分為3級(jí)，采用相對(duì)誤差限表示，最高為1級(jí)，最低為3級(jí)，常用為2級(jí)、3級(jí)熱量表。CJJ 128—2007給出了2級(jí)、3級(jí)熱量表相對(duì)誤差限的計(jì)算式。
   ① 2級(jí)熱量表
2級(jí)熱量表相對(duì)誤差限E2的計(jì)算式為：
 
式中E2——級(jí)熱量表的相對(duì)誤差限
    Ect——計(jì)算器與溫度傳感器相對(duì)誤差限之和
    Eq,2——2級(jí)熱量表流量傳感器相對(duì)誤差限
    △tmin——供回水最小溫差，℃，取3℃
    △t——供回水實(shí)際溫差，℃
    qp——常用流量，m3/h
    q——熱力入口的熱水流量，m3/h
   ② 3級(jí)熱量表
3級(jí)熱量表相對(duì)誤差限E3的計(jì)算式為：
 
式中E3——3級(jí)熱量表的相對(duì)誤差限
Eq,3——3級(jí)熱量表流量傳感器相對(duì)誤差限
不同公稱直徑熱量表的常用流量見表1。
表1 不同公稱直徑熱量表的常用流量
公稱直徑/mm
40
50
65
80
100
常用流量/(m3·h-1)
10
15
25
40
60
2 熱量表實(shí)際計(jì)量誤差
供熱系統(tǒng)的供熱量隨著室外溫度的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，在不同室外溫度下，熱量表的實(shí)際計(jì)量誤差是不同的。整個(gè)供暖期熱量表實(shí)際計(jì)量誤差Qe的計(jì)算式為[9]：
 
式中Qe——供暖期熱量表實(shí)際計(jì)量誤差，GJ
    n——供暖期內(nèi)室外溫度的變化次數(shù)
    Ei——第i個(gè)室外溫度下熱量表相對(duì)誤差限
    Qi——第i個(gè)室外溫度下供熱系統(tǒng)供熱量，GJ
3 安裝熱量表引起的阻力
為保證測(cè)量精度，超聲波熱量表要求熱量表前要有不小于12倍流量傳感器公稱直徑的直管段，熱量表后要有不小于5倍流量傳感器公稱直徑的直管段。安裝熱量表引起的阻力△p的計(jì)算式為：
 
式中△p——安裝熱量表引起的阻力，Pa
    R——比摩阻[10]，Pa/m
    L——熱量表前后直管段的長(zhǎng)度，m
    Ld——熱量表前后變徑的當(dāng)量長(zhǎng)度[11]，m
    qs——流量傳感器流量，m3/h
    Kv——流量傳感器的流量系數(shù)，對(duì)于超聲波
    流量傳感器，DN 40、50mm取40，DN65、80mm取102，DN 100mm取600
4 計(jì)算分析
   ① 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
   以哈爾濱市某建筑物為例，總供熱面積為11630m2，供暖室內(nèi)計(jì)算溫度為18℃，供暖室外計(jì)算溫度為-26℃，設(shè)計(jì)供、回水溫度為95、70℃，供熱系統(tǒng)采用質(zhì)調(diào)節(jié)，熱量表采用超聲波流量計(jì)。熱力入口管道規(guī)格為DN 100mm，計(jì)量流量為20m3/h，比摩阻為79.1Pa/m，供暖期總計(jì)算供熱量為5528.05GJ。
    熱量表選擇方案有3種：選擇與供熱管道公稱直徑相同的熱量表，即DN 100mm的熱量表；選擇DN 80mm的熱量表；選擇DN 65mm的熱量表。不同室外溫度對(duì)應(yīng)的延續(xù)時(shí)間、供回水溫度見表2，由此計(jì)算Qi。
表2 不同室外溫度對(duì)應(yīng)的延續(xù)時(shí)間、供回水溫度
室外溫度/℃
-26
-24
-22
-20
-18
-16
延續(xù)時(shí)間/h
82
118
189
293
316
333
供水溫度/℃
95.0
92.1
89.3
86.5
83.7
80.8
回水溫度/℃
70.0
68.2
66.6
64.9
63.2
61.5
室外溫度/℃
-14
-12
-10
-8
-6
-4
延續(xù)時(shí)間/h
358
308
271
241
218
233
供水溫度/℃
77.9
75.0
72.O
69.0
65.9
62.8
回水溫度/℃
59.7
57.9
56.1
54.2
52.3
50.3
室外溫度/℃
-2
O
3
5
—
—
延續(xù)時(shí)間/h
238
285
452
361
—
—
供水溫度/℃
59.6
56.3
51.3
47.8
—
—
回水溫度/℃
48.2
46.1
42.7
40.4
—
—
   ② 流量傳感器相對(duì)誤差限
   由式(3)、(5)計(jì)算2級(jí)、3級(jí)熱量表流量傳感器的相對(duì)誤差限，見表3。由表3可知，熱量表的公稱直徑越大，流量傳感器的相對(duì)誤差限越大。熱量表等級(jí)越低，流量傳感器的相對(duì)誤差限越大。
   ③ 熱量表相對(duì)誤差限
   由表1數(shù)據(jù)及式(2)計(jì)算不同室外溫度下的Ect，見表4。根據(jù)表3、4的數(shù)據(jù)可計(jì)算得到2級(jí)、3級(jí)熱量表在不同室外溫度下的E，，見表5。由表5可知，隨著室外溫度的升高，熱量表的相對(duì)誤差限增大。同一室外溫度條件下，隨著熱量表公稱直徑增大，相對(duì)誤差限增大；隨著熱量表等級(jí)降低，相對(duì)誤差限增大。
表3 2級(jí)、3級(jí)熱量表流量傳感器誤差限
熱量表等級(jí)
公稱直徑/mm
流量傳感器的相對(duì)誤差限/%
2級(jí)
65
2.03
80
2.04
100
2.O6
3級(jí)
65
3.06
80
3.10
100
3.15
表4 不同室外溫度下的Ect
室外溫度/℃
-26
-24
-22
-20
-18
-16
Ect/%
1.48
1.50
1.53
1.56
1.59
1.62
室外溫度/℃
-14
-12
-10
-8
-6
-4
Ect/%
1.66
1.70
1.75
1.81
1.88
1.96
室外溫度/℃
-2
O
3
5
—
—
Ect/%
2.06
2.17
2.41
2.63
—
—
表5 2級(jí)、3級(jí)熱量表不同室外溫度下的Ei %
室外溫
度/℃
2級(jí)熱量表
3級(jí)熱量表
公稱直徑/mm
公稱直徑/mm
65
80
100
65
80
J00
-26
3.50
3.51
3.53
4.54
4.58
4.63
-24
3.52
3.53
3.55
4.57
4.60
4.65
-22
3.55
3.56
3.58
4.59
4.63
4.68
-20
3.58
3.59
3.61
4.62
4.66
4.71
-18
3.61
3.62
3.64
4.65
4.69
4.74
-16
3.64
3.65
3.67
4.68
4.72
4.77
-14
3.68
3.69
3.71
4.72
4.76
4.81
-12
3.72
3.73
3.75
4.77
4.80
4.85
-1O
3.77
3.78
3.80
4.82
4.85
4.90
-8
3.83
3.84
3.86
4.88
4.91
4.96
-6
3.90
3.91
3.93
4.94
4.98
5.03
-4
3.98
3.99
4.01
5.O2
5.06
5.11
-2
4.O8
4.09
4.11
5.12
5.16
5.21
0
4.19
4.20
4.22
5.24
5.27
5.32
3
4.43
4.44
4.46
5.47
5.51
5.56
5
4.65
4.66
4.68
5.69
5.73
5.78
   ④ 熱量表實(shí)際計(jì)量誤差
   隨著室外溫度的變化，供回水溫差發(fā)生變化，熱量表的實(shí)際計(jì)量誤差也將發(fā)生變化。由式(6)計(jì)算得到不同等級(jí)及公稱直徑熱量表的實(shí)際計(jì)量誤差，見表6。由表6可知，若選用DN 65mm的2級(jí)熱量表，供暖期實(shí)際計(jì)量誤差為210.67GJ，占總供熱量的3.81%。若選用DN 100mm的2級(jí)熱量表，實(shí)際計(jì)量誤差為212.33GJ，占總供熱量的3.84%。若選用3級(jí)熱量表，與2級(jí)熱量表相比，對(duì)于DN 65mm，實(shí)際計(jì)量誤差增加56.93GJ。對(duì)于DN 100mm，實(shí)際計(jì)量誤差增加60.25GJ。
表6 熱量表實(shí)際計(jì)量誤差
熱量表等級(jí)
公稱直徑/mm
實(shí)際計(jì)量誤差/GJ
2級(jí)
65
210.67
80
211.19
100
212.33
3級(jí)
65
267.60
80
269.81
100
272.58
    ⑤ 阻力變化
    安裝熱計(jì)量引起的阻力△p由式(7)計(jì)算得到，見表7。由表7可知，即使選擇的熱量表公稱直徑遠(yuǎn)小于供熱管道公稱直徑，由此引起的阻力也低于CJJ 128—2007規(guī)定的允許阻力(25kPa)。
表7 △p的計(jì)算結(jié)果
公稱直徑/mm
阻力/Pa
65
4619
80
4202
100
246
5 結(jié)論
    ① 根據(jù)供熱管道的公稱直徑選擇熱量表，增加了實(shí)際計(jì)量誤差。
   ② 選擇高等級(jí)的熱量表，有利于降低實(shí)際計(jì)量誤差。
   ③ 選擇公稱直徑小于供熱管道公稱直徑的熱量表，增加的阻力有限，低于CJJ 128—2007的限定值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 安會(huì)軍，高友軍.流溫法用于垂直單管順序供暖系統(tǒng)熱計(jì)量改造[J].煤氣與熱力，2009，29(8)：A15-A17.
[2] 趙樹興.集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的研究[J].煤氣與熱力，2009，29(3)：A14-A17.
[3] 李聯(lián)友.分戶計(jì)量供熱系統(tǒng)應(yīng)用的分析[J].煤氣與熱力，2008，28(4)：A14-A15.
[4] 王艷，田雨辰.計(jì)量供熱系統(tǒng)壓差控制器控制特性分析[J].煤氣與熱力，2008，28(1)：A11-A14.
[5] 于洋，陳明，李爽.熱時(shí)表計(jì)量供熱技術(shù)[J].煤氣與熱力，2007，27(10)：80-82.
[6] 程玉明，程玉榮，譚月華.基于通斷累計(jì)時(shí)間的熱計(jì)量方案[J].煤氣與熱力，2008，28(3)：A12-A14.
[7] 李世武，李新興.適用于既有住宅計(jì)量供暖的串聯(lián)熱量表[J].煤氣與熱力，2006，26(10)：52-54.
[8] 陳明，袁思清，賈麗娜.基于熱時(shí)表的既有居住建筑分戶計(jì)量收費(fèi)[J].煤氣與熱力，2006，26(9)：63-65.
[9] 狄洪發(fā)，王智超，肖日嶸.實(shí)際運(yùn)行工況下熱量表的誤差分析[J].暖通空調(diào)，2002，32(1)：113-115.
[10] 賀平，孫剛.供熱工程[M].3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1993：333.
[11] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007：379-380.
 
(本文作者：徐立華1 陳蕓2 方修睦3 1.大連大學(xué)億達(dá)建筑設(shè)計(jì)院 遼寧大連 116021；2.哈爾濱物業(yè)供熱集團(tuán) 黑龍江哈爾濱 150010；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 黑龍江哈爾濱 150090)