集散式熱計量系統的研究

摘 要

摘要：在研究分析我國熱計量技術及應用的基礎上，提出了集散式熱計量系統的設計思路。探討了3類集散式熱計量系統形式，指出集散式熱計量系統的優勢及工作展望。關鍵詞：集散式；熱計
摘要：在研究分析我國熱計量技術及應用的基礎上，提出了集散式熱計量系統的設計思路。探討了3類集散式熱計量系統形式，指出集散式熱計量系統的優勢及工作展望。
關鍵詞：集散式；熱計量系統；熱量表
Research on Collected and Distributed Heat Metering System
ZHAO Shu-xing
Abstract：Based on the research and analysis of heat metering technology and its application in China，a design idea of collected and distributed heat metering system is put forward.Three kinds of collected and distributed heat metering systems are discussed，and the advantages and work prospect of those heat metering systems are pointed out.
Key words：collected and distributed mode；heat metering system；calorimeter
1 研究背景[1、2]
    我國對熱量表的巨大市場需求使國內外熱量表企業競相角逐，在研制開發適合中國國情、符合國際標準的熱量表過程中，國產熱量表技術水平得到很大提升，如智能化熱量表、流量傳感器的無磁化和多流束結構設計[3、4]、超聲波熱量表、IC卡及射頻卡抄表及監控技術、多種數據接口技術、顯示器可旋轉等。這也使得我國熱量表日趨復雜化及成本增加。
    我國的集中供熱規模巨大、實施熱計量情況復雜，熱計量方式必須適合中國的國情。我國的熱計量技術及應用具有以下特點：
    ① 適合于不同類型建筑、不同供熱區域的多種供熱計量方式并存是必然的。
    ② 熱量表應具備結構簡單緊湊、易于維護(基本免維護)、主要部件具有互換性、使用壽命長等特點。供暖系統熱計量應實現樓宇系統化，即取消戶用熱量表顯示器，將數據儲存、顯示、查詢、抄表及遠傳交由集散式樓宇總熱量表承擔。主要原因為：
    a. 熱量表不同于水表、電表、燃氣表等對單一參數的計量及遠傳，而是多參數的計量及遠傳。水表、電表、燃氣表結構簡單，而熱量表結構較復雜。
    b. 熱量表的安裝位置不同于水表、電表、燃氣表。水表、燃氣表大多安裝于室內，電表安裝于樓梯間，工作環境好，便于觀察、抄表和維護。而熱量表一般安裝在供暖管道井內，工作條件差且隱蔽，不便觀察、抄表和維護。
    c. 計量收費周期及方式不同。水表、燃氣表一般按月人工查表收費，預付費技術也在逐步推廣，電表采用插卡式預付費方式也已經基本普及。而熱量表熱計量收費周期為一個供暖期，每年一次，計費方法宜采用兩部制[5、6]。
    d. 將熱量表計量數據與其他計量儀表計量數據的遠傳納入同一個系統，不論從技術還是從管理層面都是不現實的。
   ③ 計量供熱是一項系統工程。為了實現節能，熱量表的使用還涉及到室內溫度控制、熱網監控及運行調節等。因此，熱計量技術必須與熱網監控及運行調節技術相結合，即熱量表應納入熱網監控及運行調節系統。主要原因為：實施計量供熱后，集中供熱系統的運行方式由原來的定流量運行變為變流量運行。因此，熱計量的實施對熱網監控及運行調節提出了更高的要求。
    為此，我們提出了集散式熱計量系統的設計構想，將建筑供暖系統作為監控對象，在現有熱計量技術基礎上，將現有熱量表的關鍵技術(流量變送、溫度變送、熱量積算)和微電子技術、通信技術等結合，提出3類既適合于實現樓宇熱計量又有利于實施熱網監控及運行調節的集散式熱計量系統。
2 集散式熱計量系統
2.1 第一類
   ① 系統組成
   第一類集散式熱計量系統是基于戶用熱量變送器的樓宇供暖熱計量系統，適合于采用單戶系統(一戶一環)的熱計量。系統包括：戶用熱量變送器(相當于無顯示遠傳戶用熱量表)、集散式樓宇總熱表、數據通信線、電源線。一般情況下，戶用熱量變送器設置在管道井內各單戶系統分支管道上，集散式樓宇總熱表設置在樓梯間一層專用總熱表箱內，電源線和數據通信線設置在專用線管內。
    戶用熱量變送器對單戶系統的流量、供回水溫度進行監測，進行熱量積算、儲存，并接受集散式樓宇總熱表通信指令并發送數據。集散式樓宇總熱表通過數據通信線對樓內各戶用熱量變送器的計量參數進行定時監測、采集，并儲存相關數據。集散式樓宇總熱表還對總回水溫度進行監測、采集。
    ② 基本功能及擴展功能
    基本功能：對戶用熱量變送器的計量監測參數進行采集、儲存、顯示、查詢及監測熱量變送器工作狀態。電源采用市電，且在集散式樓宇總熱表內設置可充電備用電池，可為集散式樓宇總熱表和各戶用熱量變送器供電。
    擴展功能：回水溫度監測及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠程抄表；本地(智能)監控、遠程(智能)監控等。
2.2 第二類
   ① 系統組成
   第二類集散式熱計量系統是基于戶用流量溫度變送器的樓宇供暖熱計量系統，適合于采用單戶系統(一戶一環)的熱計量。特點為：將各單戶系統的熱量積算功能由集散式樓宇總熱表完成，簡化單戶系統的熱量計量裝置功能，只負責單戶系統的流量和溫度監測和變送，成本更低，結構更緊湊，故障減少，維護管理更簡便。
系統包括：戶用流量溫度變送器、集散式樓宇總熱表、數據通信線等。以6層一梯兩戶的居住建筑為例，第二類集散式熱計量系統流程見圖1。一般情況下，戶用流量溫度變送器設置在管道井內各用戶系統分支管道上，集散式樓宇總熱表設置在樓梯間一層專用總熱表箱內，電源線和數據通信線設置在專用線管內。戶用流量溫度變送器只對單戶系統的流量、供回水溫度進行監測和儲存，并接受集散式樓宇總熱表指令并發送數據。集散式樓宇總熱表通過數據通信線對樓棟內各戶用流量溫度變送器的計量參數以及總回水溫度進行定時監測、采集和單戶系統的熱量積算，并儲存相關參數。
 

   ② 基本功能及擴展功能
   基本功能：對樓內各戶用流量溫度變送器的計量參數進行采集、儲存、熱量積算、顯示、查詢及監測戶用流量溫度變送器的工作狀態。系統電源采用市電，并在集散式樓宇總熱表內設置可充電備用電池，可同時為集散式樓宇總熱表和各戶用流量溫度變送器供電。
    擴展功能：回水溫度監測及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠程抄表；本地(智能)監控、遠程(智能)監控等。
2.3 改進型第二類
    由于在同一供暖系統中各單戶系統的供水溫度基本相同，因此可以取消各單戶系統供水溫度傳感器，設置供水總管的供水溫度變送器。與此同時，各單戶系統只需要監測和變送回水溫度和流量。改進型第二類集散式熱計量系統流程見圖2。一般情況下，戶用流量溫度變送器設置在管道井內各單戶系統分支管道上，集散式樓宇總熱表設置在樓梯間一層專用總熱表箱內，電源線和數據通信線設置在專用線管內。戶用流量溫度變送器只對單戶系統的流量和回水溫度進行監測和儲存，并接受集散式樓宇總熱表指令并發送數據。集散式樓宇總熱表通過數據通信線對樓內各戶用流量溫度變送器的計量參數以及總供水溫度進行定時監測、采集和單戶系統熱量積算，并儲存相關參數，對總回水溫度進行監測、采集。
 

2.4 第三類
   ① 系統組成
   第三類集散式熱計量系統是基于單管供暖系統各立管流量變送器和各散熱器進出水溫度變送器的供暖熱計量系統。適合于采用傳統供暖系統(單管供暖系統)的既有居住建筑的熱計量改造，也使得新建居住建筑可以繼續采用單管供暖系統。
    系統包括：供暖系統各立管流量變送器、各散熱器進出水溫度變送器、集散式樓宇總熱表、數據通信線、電源線等。以6層一梯兩戶、每戶有4組散熱器的居住建筑為例，第三類集散式熱計量系統流程見圖3。一般情況下，各立管流量變送器設置在回水立管上，溫度變送器設置在各層散熱器進出水立管上，集散式樓宇總熱表設置在樓梯間一層專用總熱表箱內，數據通信線及電源線設置在專用線管內。各流量變送器和溫度變送器負責流量和溫度參數的監測和儲存，并接受集散式樓宇總熱表指令并發送數據。集散式樓宇總熱表通過數據通信線對樓內各流量、溫度變送器的計量參數進行定時監測、采集，根據各立管流量和各散熱器進出口溫度進行各散熱器的熱量積算，然后根據散熱器所屬住戶按戶進行熱量累加進而實現對各用戶的熱計量。
 

   ② 基本功能及擴展功能
   基本功能：對樓內各立管流量變送器和各散熱器進出水溫度變送器的計量參數進行采集、儲存、按戶進行熱量積算、顯示、查詢及監測流量變送器、溫度變送器的工作狀態。系統電源采用市電，并在集散式樓宇總熱表內設置可充電備用電池，可同時為集散式樓宇總熱表和各流量變送器、溫度變送器供電。
    擴展功能：回水溫度監測及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠程抄表；本地(智能)監控、遠程(智能)監控等。
3 結論及工作展望
3.1 結論
    ① 集散式熱計量系統為新建居住建筑供暖熱計量以及既有居住建筑供暖熱計量改造提供了新的熱計量系統設計思路和解決方案，具有可操作性。
    ② 第一、二類集散式熱計量系統適合于采用單戶系統(一戶一環)的熱計量。第三類集散式熱計量系統既適合于傳統的單管供暖系統的熱計量改造，也適合于采用單管式供暖系統的新建居住建筑供暖系統的熱計量。
    ③ 集散式熱計量系統可實現高智能、低成本、少維護、易管理：
    高智能：集散式樓宇總熱表在數據采集、處理、儲存和控制等方面功能強大，易于實現顯示和查詢及數據儲存、計量裝置故障監控及報警、用戶用熱情況監控、智能抄表及遠傳以及對供暖系統的監控與調節等。
   低成本：采用集散式設計使得單戶系統的熱計量儀表得以簡化，取消了顯示、查詢等諸多功能，不需要設顯示器，結構更簡單緊湊。
    少維護：由于用戶系統的熱計量裝置結構簡單緊湊，無顯示器，只有標準的通信接口，封閉性、適應性更強，而且由集散式樓宇總熱表提供電源，供電有保障。
   易管理：集散式樓宇總熱表將原戶用熱量表的諸多功能(顯示、查詢、抄表、故障監測等)集于一身，使計量供熱管理和監測更易于實現，而且集散式樓宇總熱表可作為熱網監控系統的終端，有利于實現對供熱系統的監控和供熱調節。
3.2 工作展望
    隨著微電子技術、通信技術和網絡技術的飛速發展，特別是城市熱網監控調節、能耗監測水平要求的不斷提升，集散式熱計量系統的優勢將越來越明顯，具有很好的應用前景。集散式熱計量系統尚處于初步研發階段，下一步工作是：
    ① 進一步開展集散式熱計量系統關鍵技術的研發工作，特別是專用計量裝置——集散式樓宇總熱表、戶用熱量變送器、戶用流量溫度變送器等的研發工作。
    ② 爭取相關部門和企業的更多關注和支持。
    ③ 加強與熱計量儀表企業、供熱企業和相關管理部門(供熱管理部門、計量檢驗部門等)的聯系與合作，推進示范和推廣工作。
參考文獻：
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(本文作者：趙樹興 天津城市建設學院 天津 300384)