集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的研究

摘 要

摘要：在研究分析我國(guó)熱計(jì)量技術(shù)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。探討了3類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)形式，指出集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及工作展望。關(guān)鍵詞：集散式；熱計(jì)
摘要：在研究分析我國(guó)熱計(jì)量技術(shù)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。探討了3類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)形式，指出集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及工作展望。
關(guān)鍵詞：集散式；熱計(jì)量系統(tǒng)；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(guó)對(duì)熱量表的巨大市場(chǎng)需求使國(guó)內(nèi)外熱量表企業(yè)競(jìng)相角逐，在研制開發(fā)適合中國(guó)國(guó)情、符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的熱量表過程中，國(guó)產(chǎn)熱量表技術(shù)水平得到很大提升，如智能化熱量表、流量傳感器的無(wú)磁化和多流束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3、4]、超聲波熱量表、IC卡及射頻卡抄表及監(jiān)控技術(shù)、多種數(shù)據(jù)接口技術(shù)、顯示器可旋轉(zhuǎn)等。這也使得我國(guó)熱量表日趨復(fù)雜化及成本增加。
    我國(guó)的集中供熱規(guī)模巨大、實(shí)施熱計(jì)量情況復(fù)雜，熱計(jì)量方式必須適合中國(guó)的國(guó)情。我國(guó)的熱計(jì)量技術(shù)及應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：
    ① 適合于不同類型建筑、不同供熱區(qū)域的多種供熱計(jì)量方式并存是必然的。
    ② 熱量表應(yīng)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、易于維護(hù)(基本免維護(hù))、主要部件具有互換性、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。供暖系統(tǒng)熱計(jì)量應(yīng)實(shí)現(xiàn)樓宇系統(tǒng)化，即取消戶用熱量表顯示器，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、顯示、查詢、抄表及遠(yuǎn)傳交由集散式樓宇總熱量表承擔(dān)。主要原因?yàn)椋?/span>
    a. 熱量表不同于水表、電表、燃?xì)獗淼葘?duì)單一參數(shù)的計(jì)量及遠(yuǎn)傳，而是多參數(shù)的計(jì)量及遠(yuǎn)傳。水表、電表、燃?xì)獗斫Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而熱量表結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
    b. 熱量表的安裝位置不同于水表、電表、燃?xì)獗?。水表、燃?xì)獗泶蠖喟惭b于室內(nèi)，電表安裝于樓梯間，工作環(huán)境好，便于觀察、抄表和維護(hù)。而熱量表一般安裝在供暖管道井內(nèi)，工作條件差且隱蔽，不便觀察、抄表和維護(hù)。
    c. 計(jì)量收費(fèi)周期及方式不同。水表、燃?xì)獗硪话惆丛氯斯げ楸硎召M(fèi)，預(yù)付費(fèi)技術(shù)也在逐步推廣，電表采用插卡式預(yù)付費(fèi)方式也已經(jīng)基本普及。而熱量表熱計(jì)量收費(fèi)周期為一個(gè)供暖期，每年一次，計(jì)費(fèi)方法宜采用兩部制[5、6]。
    d. 將熱量表計(jì)量數(shù)據(jù)與其他計(jì)量?jī)x表計(jì)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳納入同一個(gè)系統(tǒng)，不論從技術(shù)還是從管理層面都是不現(xiàn)實(shí)的。
   ③ 計(jì)量供熱是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，熱量表的使用還涉及到室內(nèi)溫度控制、熱網(wǎng)監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)節(jié)等。因此，熱計(jì)量技術(shù)必須與熱網(wǎng)監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)相結(jié)合，即熱量表應(yīng)納入熱網(wǎng)監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要原因?yàn)椋簩?shí)施計(jì)量供熱后，集中供熱系統(tǒng)的運(yùn)行方式由原來的定流量運(yùn)行變?yōu)樽兞髁窟\(yùn)行。因此，熱計(jì)量的實(shí)施對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)節(jié)提出了更高的要求。
    為此，我們提出了集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想，將建筑供暖系統(tǒng)作為監(jiān)控對(duì)象，在現(xiàn)有熱計(jì)量技術(shù)基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有熱量表的關(guān)鍵技術(shù)(流量變送、溫度變送、熱量積算)和微電子技術(shù)、通信技術(shù)等結(jié)合，提出3類既適合于實(shí)現(xiàn)樓宇熱計(jì)量又有利于實(shí)施熱網(wǎng)監(jiān)控及運(yùn)行調(diào)節(jié)的集散式熱計(jì)量系統(tǒng)。
2 集散式熱計(jì)量系統(tǒng)
2.1 第一類
   ① 系統(tǒng)組成
   第一類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)是基于戶用熱量變送器的樓宇供暖熱計(jì)量系統(tǒng)，適合于采用單戶系統(tǒng)(一戶一環(huán))的熱計(jì)量。系統(tǒng)包括：戶用熱量變送器(相當(dāng)于無(wú)顯示遠(yuǎn)傳戶用熱量表)、集散式樓宇總熱表、數(shù)據(jù)通信線、電源線。一般情況下，戶用熱量變送器設(shè)置在管道井內(nèi)各單戶系統(tǒng)分支管道上，集散式樓宇總熱表設(shè)置在樓梯間一層專用總熱表箱內(nèi)，電源線和數(shù)據(jù)通信線設(shè)置在專用線管內(nèi)。
    戶用熱量變送器對(duì)單戶系統(tǒng)的流量、供回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)行熱量積算、儲(chǔ)存，并接受集散式樓宇總熱表通信指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。集散式樓宇總熱表通過數(shù)據(jù)通信線對(duì)樓內(nèi)各戶用熱量變送器的計(jì)量參數(shù)進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)、采集，并儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)。集散式樓宇總熱表還對(duì)總回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、采集。
    ② 基本功能及擴(kuò)展功能
    基本功能：對(duì)戶用熱量變送器的計(jì)量監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、顯示、查詢及監(jiān)測(cè)熱量變送器工作狀態(tài)。電源采用市電，且在集散式樓宇總熱表內(nèi)設(shè)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(kuò)展功能：回水溫度監(jiān)測(cè)及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠(yuǎn)程抄表；本地(智能)監(jiān)控、遠(yuǎn)程(智能)監(jiān)控等。
2.2 第二類
   ① 系統(tǒng)組成
   第二類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)是基于戶用流量溫度變送器的樓宇供暖熱計(jì)量系統(tǒng)，適合于采用單戶系統(tǒng)(一戶一環(huán))的熱計(jì)量。特點(diǎn)為：將各單戶系統(tǒng)的熱量積算功能由集散式樓宇總熱表完成，簡(jiǎn)化單戶系統(tǒng)的熱量計(jì)量裝置功能，只負(fù)責(zé)單戶系統(tǒng)的流量和溫度監(jiān)測(cè)和變送，成本更低，結(jié)構(gòu)更緊湊，故障減少，維護(hù)管理更簡(jiǎn)便。
系統(tǒng)包括：戶用流量溫度變送器、集散式樓宇總熱表、數(shù)據(jù)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(jì)量系統(tǒng)流程見圖1。一般情況下，戶用流量溫度變送器設(shè)置在管道井內(nèi)各用戶系統(tǒng)分支管道上，集散式樓宇總熱表設(shè)置在樓梯間一層專用總熱表箱內(nèi)，電源線和數(shù)據(jù)通信線設(shè)置在專用線管內(nèi)。戶用流量溫度變送器只對(duì)單戶系統(tǒng)的流量、供回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和儲(chǔ)存，并接受集散式樓宇總熱表指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。集散式樓宇總熱表通過數(shù)據(jù)通信線對(duì)樓棟內(nèi)各戶用流量溫度變送器的計(jì)量參數(shù)以及總回水溫度進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和單戶系統(tǒng)的熱量積算，并儲(chǔ)存相關(guān)參數(shù)。
 

   ② 基本功能及擴(kuò)展功能
   基本功能：對(duì)樓內(nèi)各戶用流量溫度變送器的計(jì)量參數(shù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、熱量積算、顯示、查詢及監(jiān)測(cè)戶用流量溫度變送器的工作狀態(tài)。系統(tǒng)電源采用市電，并在集散式樓宇總熱表內(nèi)設(shè)置可充電備用電池，可同時(shí)為集散式樓宇總熱表和各戶用流量溫度變送器供電。
    擴(kuò)展功能：回水溫度監(jiān)測(cè)及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠(yuǎn)程抄表；本地(智能)監(jiān)控、遠(yuǎn)程(智能)監(jiān)控等。
2.3 改進(jìn)型第二類
    由于在同一供暖系統(tǒng)中各單戶系統(tǒng)的供水溫度基本相同，因此可以取消各單戶系統(tǒng)供水溫度傳感器，設(shè)置供水總管的供水溫度變送器。與此同時(shí)，各單戶系統(tǒng)只需要監(jiān)測(cè)和變送回水溫度和流量。改進(jìn)型第二類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)流程見圖2。一般情況下，戶用流量溫度變送器設(shè)置在管道井內(nèi)各單戶系統(tǒng)分支管道上，集散式樓宇總熱表設(shè)置在樓梯間一層專用總熱表箱內(nèi)，電源線和數(shù)據(jù)通信線設(shè)置在專用線管內(nèi)。戶用流量溫度變送器只對(duì)單戶系統(tǒng)的流量和回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和儲(chǔ)存，并接受集散式樓宇總熱表指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。集散式樓宇總熱表通過數(shù)據(jù)通信線對(duì)樓內(nèi)各戶用流量溫度變送器的計(jì)量參數(shù)以及總供水溫度進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)、采集和單戶系統(tǒng)熱量積算，并儲(chǔ)存相關(guān)參數(shù)，對(duì)總回水溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、采集。
 

2.4 第三類
   ① 系統(tǒng)組成
   第三類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)是基于單管供暖系統(tǒng)各立管流量變送器和各散熱器進(jìn)出水溫度變送器的供暖熱計(jì)量系統(tǒng)。適合于采用傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)(單管供暖系統(tǒng))的既有居住建筑的熱計(jì)量改造，也使得新建居住建筑可以繼續(xù)采用單管供暖系統(tǒng)。
    系統(tǒng)包括：供暖系統(tǒng)各立管流量變送器、各散熱器進(jìn)出水溫度變送器、集散式樓宇總熱表、數(shù)據(jù)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(jì)量系統(tǒng)流程見圖3。一般情況下，各立管流量變送器設(shè)置在回水立管上，溫度變送器設(shè)置在各層散熱器進(jìn)出水立管上，集散式樓宇總熱表設(shè)置在樓梯間一層專用總熱表箱內(nèi)，數(shù)據(jù)通信線及電源線設(shè)置在專用線管內(nèi)。各流量變送器和溫度變送器負(fù)責(zé)流量和溫度參數(shù)的監(jiān)測(cè)和儲(chǔ)存，并接受集散式樓宇總熱表指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。集散式樓宇總熱表通過數(shù)據(jù)通信線對(duì)樓內(nèi)各流量、溫度變送器的計(jì)量參數(shù)進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)、采集，根據(jù)各立管流量和各散熱器進(jìn)出口溫度進(jìn)行各散熱器的熱量積算，然后根據(jù)散熱器所屬住戶按戶進(jìn)行熱量累加進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)各用戶的熱計(jì)量。
 

   ② 基本功能及擴(kuò)展功能
   基本功能：對(duì)樓內(nèi)各立管流量變送器和各散熱器進(jìn)出水溫度變送器的計(jì)量參數(shù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、按戶進(jìn)行熱量積算、顯示、查詢及監(jiān)測(cè)流量變送器、溫度變送器的工作狀態(tài)。系統(tǒng)電源采用市電，并在集散式樓宇總熱表內(nèi)設(shè)置可充電備用電池，可同時(shí)為集散式樓宇總熱表和各流量變送器、溫度變送器供電。
    擴(kuò)展功能：回水溫度監(jiān)測(cè)及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠(yuǎn)程抄表；本地(智能)監(jiān)控、遠(yuǎn)程(智能)監(jiān)控等。
3 結(jié)論及工作展望
3.1 結(jié)論
    ① 集散式熱計(jì)量系統(tǒng)為新建居住建筑供暖熱計(jì)量以及既有居住建筑供暖熱計(jì)量改造提供了新的熱計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和解決方案，具有可操作性。
    ② 第一、二類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)適合于采用單戶系統(tǒng)(一戶一環(huán))的熱計(jì)量。第三類集散式熱計(jì)量系統(tǒng)既適合于傳統(tǒng)的單管供暖系統(tǒng)的熱計(jì)量改造，也適合于采用單管式供暖系統(tǒng)的新建居住建筑供暖系統(tǒng)的熱計(jì)量。
    ③ 集散式熱計(jì)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高智能、低成本、少維護(hù)、易管理：
    高智能：集散式樓宇總熱表在數(shù)據(jù)采集、處理、儲(chǔ)存和控制等方面功能強(qiáng)大，易于實(shí)現(xiàn)顯示和查詢及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、計(jì)量裝置故障監(jiān)控及報(bào)警、用戶用熱情況監(jiān)控、智能抄表及遠(yuǎn)傳以及對(duì)供暖系統(tǒng)的監(jiān)控與調(diào)節(jié)等。
   低成本：采用集散式設(shè)計(jì)使得單戶系統(tǒng)的熱計(jì)量?jī)x表得以簡(jiǎn)化，取消了顯示、查詢等諸多功能，不需要設(shè)顯示器，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊。
    少維護(hù)：由于用戶系統(tǒng)的熱計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，無(wú)顯示器，只有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，封閉性、適應(yīng)性更強(qiáng)，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(jiān)測(cè)等)集于一身，使計(jì)量供熱管理和監(jiān)測(cè)更易于實(shí)現(xiàn)，而且集散式樓宇總熱表可作為熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的終端，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱系統(tǒng)的監(jiān)控和供熱調(diào)節(jié)。
3.2 工作展望
    隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是城市熱網(wǎng)監(jiān)控調(diào)節(jié)、能耗監(jiān)測(cè)水平要求的不斷提升，集散式熱計(jì)量系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)將越來越明顯，具有很好的應(yīng)用前景。集散式熱計(jì)量系統(tǒng)尚處于初步研發(fā)階段，下一步工作是：
    ① 進(jìn)一步開展集散式熱計(jì)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作，特別是專用計(jì)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(fā)工作。
    ② 爭(zhēng)取相關(guān)部門和企業(yè)的更多關(guān)注和支持。
    ③ 加強(qiáng)與熱計(jì)量?jī)x表企業(yè)、供熱企業(yè)和相關(guān)管理部門(供熱管理部門、計(jì)量檢驗(yàn)部門等)的聯(lián)系與合作，推進(jìn)示范和推廣工作。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：趙樹興 天津城市建設(shè)學(xué)院 天津 300384)