摘要：熱量表是供熱計(jì)量收費(fèi)的關(guān)鍵問題之一。本文提出了熱量表準(zhǔn)確度的整體測(cè)試方法和測(cè)試設(shè)備原理，這種測(cè)試方法周期短、精度高、測(cè)試簡(jiǎn)單，對(duì)促進(jìn)我國(guó)熱量表的發(fā)展有現(xiàn)實(shí)意義。

計(jì)量收費(fèi)已經(jīng)成供熱中的一個(gè)熱點(diǎn)問題，它的成敗與否已經(jīng)成為關(guān)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(shí)間內(nèi)，國(guó)內(nèi)供熱行業(yè)已經(jīng)開始了計(jì)量收費(fèi)和分戶供暖的工程改造。在未來的幾年時(shí)間內(nèi)，舊系統(tǒng)改造和新系統(tǒng)建設(shè)如何實(shí)現(xiàn)計(jì)量收費(fèi)將肯定成為國(guó)內(nèi)供熱工作的重中之重。這方面顯示出的強(qiáng)大的商業(yè)機(jī)會(huì)不僅刺激了國(guó)外的各大廠商紛紛進(jìn)入中國(guó)推廣自己的熱計(jì)量設(shè)備，而且國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)和研究機(jī)構(gòu)也在不斷開發(fā)和生產(chǎn)這方面的設(shè)備。從目前情況看，熱量表生產(chǎn)廠家國(guó)內(nèi)外已超過50家，而且其數(shù)量還在不斷的增加之中中熱網(wǎng)-中國(guó)熱量表網(wǎng)。

現(xiàn)在電表和水表的準(zhǔn)確度，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了一套完整的檢測(cè)和認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，而且以法律的形式規(guī)定下來。一個(gè)家庭一年中消耗熱量的費(fèi)用（供暖費(fèi)）比電費(fèi)、水費(fèi)和煤氣費(fèi)的總和還要多。所以說，相對(duì)于水和電費(fèi)更昂貴的熱量消費(fèi)而言，熱量表準(zhǔn)確度的測(cè)試就顯得更為重要?，F(xiàn)在我國(guó)的供熱計(jì)量也剛剛開始起步，計(jì)量單位還沒有成型的熱量表準(zhǔn)確度測(cè)試裝置。因此，如何方便可靠地進(jìn)行熱量表準(zhǔn)確度的測(cè)試，建立怎樣的熱計(jì)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和裝置都是當(dāng)前一項(xiàng)重要和緊迫的課題。

國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行計(jì)量供熱幾十年，尤其在歐洲，供熱熱計(jì)量全部都以法律的形式確定下來，形成了一套從運(yùn)行、生產(chǎn)、管理到司法完整的社會(huì)保障系統(tǒng)。而國(guó)內(nèi)還處在起步階段，所制定的標(biāo)準(zhǔn)主要還是依據(jù)歐洲的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而從國(guó)外直接引進(jìn)成套的測(cè)試裝置，則需要幾十萬(wàn)或者上百萬(wàn)的人民幣，不僅價(jià)格昂貴，而且受測(cè)試周期限制，無法應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的熱量表的大規(guī)模生產(chǎn)和檢測(cè)。

2 熱量表準(zhǔn)確度分項(xiàng)測(cè)試方法
對(duì)于熱量表準(zhǔn)確度的測(cè)試，歐洲一般采用分項(xiàng)測(cè)試的方法。即熱量表測(cè)試時(shí)，分別按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度傳感器、流量傳感器和計(jì)算器的準(zhǔn)確度分別進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完成后，由得到的各個(gè)部件的準(zhǔn)確度計(jì)算得出熱量表的整體準(zhǔn)確度。

影響廣泛的OIML R75《世界法定計(jì)量組織75號(hào)國(guó)際建議:熱量表》和詳盡EN1434:1997《歐洲標(biāo)準(zhǔn):熱量表》都建議采用采用分項(xiàng)測(cè)試的方式。如OIML R75規(guī)定：

流量傳感器：　　　　　　　　最大允許測(cè)量誤差為３％

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

其中E為表1中各級(jí)表的總體誤差要求。

分項(xiàng)測(cè)試就是對(duì)每個(gè)部件采用相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行準(zhǔn)確度控制。這種檢測(cè)方法會(huì)帶來各方面的不便。在歐洲，為了保證熱量表總體的準(zhǔn)確度要求，很多國(guó)家對(duì)于溫度傳感器的準(zhǔn)確度都單獨(dú)做了規(guī)定，因?yàn)闆]有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來滿足要求。

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

（注：當(dāng)流量在0.1Ln以下時(shí)， 取括號(hào)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(xiàng)來測(cè)試，工作比較繁瑣，而且測(cè)試周期大大增加。在測(cè)試的時(shí)候，要求根據(jù)不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇符合要求的測(cè)試儀表，再去按照各自的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分別檢測(cè)，使他們分別達(dá)到規(guī)定的要求；其次其測(cè)試結(jié)果不直觀，因?yàn)椴荒苤苯咏o出熱量表的整體誤差，而要根據(jù)各部件測(cè)試的結(jié)果，通過誤差合成來確定總的誤差；再次，這種測(cè)試方法不適用于緊湊型的整體熱量表。

3 熱量表準(zhǔn)確度整體測(cè)試方法
針對(duì)于現(xiàn)行熱量表分項(xiàng)測(cè)試的弊端，整體測(cè)試來檢測(cè)熱量表的準(zhǔn)確度有著許多優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)性。首先測(cè)試不需要分解熱量表的各個(gè)部件，直接依次檢測(cè)出熱量表的整體準(zhǔn)確度，節(jié)省了大量的時(shí)間和工作量，其次對(duì)于緊湊型的熱量表，可以檢測(cè)出其結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)誤差。其測(cè)試準(zhǔn)確度完全可以滿足2、3級(jí)熱量表的要求，且方法簡(jiǎn)便快捷，非常適合廠家出廠時(shí)的檢驗(yàn)。

3.1 熱量表準(zhǔn)確度整體測(cè)試裝置

熱量表準(zhǔn)確度整體測(cè)試是根據(jù)熱平衡原理，即理論上熱量表的示值應(yīng)等于加熱量，如圖1示，該裝置由保溫水箱、電加熱器、風(fēng)機(jī)盤管、水泵、初調(diào)用的浮子流量計(jì)和待測(cè)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(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)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(gè)工況流量調(diào)節(jié)，設(shè)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(yīng)進(jìn)行絕熱處理，其漏熱量應(yīng)降到測(cè)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(cè)試用。在對(duì)熱量表準(zhǔn)確度進(jìn)行正常測(cè)試前，必須對(duì)保溫水箱做漏熱實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

3.2 熱量表準(zhǔn)確度整體測(cè)試的原理

根據(jù)能量守恒原理，熱量表準(zhǔn)確的計(jì)量值應(yīng)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(cè)試開始和終止時(shí)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(cè)試開始、終止時(shí)水箱（水）的溫度，℃

在測(cè)量過程中，E使用1‰或則更高準(zhǔn)確度（0.5‰）的電能表準(zhǔn)確的測(cè)定。這樣，只要準(zhǔn)確測(cè)定熱量表測(cè)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(zhǔn)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(jì)算出熱量表的準(zhǔn)確度 。因此測(cè)量的關(guān)鍵是漏熱量和水箱（水）的內(nèi)能變化的準(zhǔn)確測(cè)定。

3.3 保溫水箱漏熱量的測(cè)定及其它

保溫水箱漏熱試驗(yàn)按照保溫容器漏熱測(cè)試方法進(jìn)行。做漏熱試驗(yàn)時(shí)，關(guān)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(dāng)水箱內(nèi)水溫波動(dòng)在±0.3℃內(nèi)時(shí)，可以認(rèn)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(shí)即為水箱的漏熱量，通過多工況測(cè)量得出水箱漏熱量與上述電位差相關(guān)的漏熱特性方程。

當(dāng)開始時(shí)水箱（水）的溫度和終止的溫度不相同時(shí)，水箱（水）的內(nèi)能就發(fā)生了變化。為準(zhǔn)確測(cè)出這一變化量DE，應(yīng)準(zhǔn)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(jì)測(cè)出，而水箱（水）的熱容量必須通過試驗(yàn)來確定。為此，首先測(cè)出t1，然后迅速加熱使水溫在短時(shí)間內(nèi)升到要求值，停止加熱并測(cè)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(jì)是用于初步選擇流量在某一范圍內(nèi)即可，由此不需要準(zhǔn)確測(cè)量，因?yàn)樵谏鲜鰷y(cè)試原理中并不需要流量。

3.4 熱量表準(zhǔn)確度測(cè)試過程

首先啟動(dòng)水泵，然后打開電加熱器對(duì)水箱中的水進(jìn)行加熱。觀察浮子流量計(jì)，調(diào)節(jié)水泵的流量相對(duì)穩(wěn)定在設(shè)定值附近，再調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使水箱中的出水水溫恒定在設(shè)定值附近。當(dāng)工況穩(wěn)定后，開始測(cè)試熱量表的準(zhǔn)確度，即開始計(jì)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(dāng)測(cè)試結(jié)束時(shí)，再記錄電能表終止讀數(shù)、水箱內(nèi)水的終止水溫t2。測(cè)試過程中，計(jì)算機(jī)根據(jù)水溫和空氣溫度的熱電堆電位差，通過上述試驗(yàn)得到的漏熱特性方程不斷計(jì)算而得到總漏熱量Q1；又由測(cè)得的t1和t2以及上述試驗(yàn)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(yīng)該是熱量表的真值。將此值與熱量表的示值進(jìn)行比較就得出熱量表的準(zhǔn)確度。

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

這種測(cè)試方法大大提高了測(cè)試效率。在測(cè)試過程中無須去關(guān)心熱量表每一組成部件的準(zhǔn)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(xiàng)測(cè)試方法相比，整體測(cè)試法省去了許多中間過程，測(cè)試起來非常方便，最后得到的結(jié)果也很直觀，其測(cè)試結(jié)果比分項(xiàng)測(cè)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(shí)誤差。測(cè)試裝置的準(zhǔn)確度可以達(dá)到被測(cè)3級(jí)熱量表準(zhǔn)確度的1/5，完全滿足了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3.5 熱量表整體測(cè)試的工況設(shè)定

熱量表的整體測(cè)試裝置可以方便的設(shè)置各種工況，即可以設(shè)置定工況實(shí)驗(yàn)，也可以靈活的設(shè)置變工況實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)行變工況實(shí)驗(yàn)，完全可以在有限的時(shí)間內(nèi)模擬冬天采暖季節(jié)的系統(tǒng)運(yùn)行情況，考察熱供水溫度（例如95℃），中熱網(wǎng)-中國(guó)熱量表網(wǎng)在作變工況實(shí)驗(yàn)時(shí)流量也逐漸增加到系統(tǒng)最大流量，當(dāng)達(dá)到溫度和流量最大時(shí)，再分階段減小水泵和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至出水水溫又穩(wěn)定恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)開始的溫度。實(shí)驗(yàn)中，各個(gè)階段系統(tǒng)參數(shù)所占的時(shí)間比率和實(shí)際采暖季節(jié)中各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)所占的比率完全一致。

4 兩種檢測(cè)方法比較
以上兩種檢測(cè)方法，各有其特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。分項(xiàng)測(cè)試方法可以檢測(cè)每一個(gè)部件的準(zhǔn)確度，對(duì)于開發(fā)產(chǎn)品非常有用，同時(shí)特別適合于產(chǎn)品的型式檢驗(yàn)；而整體測(cè)試方法注重于整體、不關(guān)注每個(gè)部件的準(zhǔn)確度，因其測(cè)試簡(jiǎn)單、周期短、設(shè)備運(yùn)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(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：
王智超，建筑環(huán)境聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室講師。