隨著熱量表大量的使用，供熱公司一方面積累了豐富的使用經(jīng)驗，另一方面也有很多的問題，需要回答。本文將對兩個問題分析，同時提出設(shè)計和安裝方面的建議，供熱力公司的工程師們參考。
樓棟熱量表與戶用熱量表計量結(jié)果
不一致問題
在很多同時安裝了大口徑樓棟熱量表(以下總表)和戶用熱量表(以下簡稱分表)的地方，總會出現(xiàn)總表與分表的計量結(jié)果不同的情況。有的時候，總表的熱量值比所有分表的熱量值總和大，另外的一些情況卻正好相反。這樣就造成了工作人員的困惑，到底哪一個數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的呢？
對一個樓的計量，總存在以下公式：
從上面的公式，可以看到由于總表連接各個分表的管道存在熱量的散失，總表的熱量值應(yīng)該永遠(yuǎn)大于分表熱量值的總和。出現(xiàn)分表熱量值總和大于總表熱量值情況，可能是以下幾個原因。
特定的運(yùn)行條件下，放大了總表和分表的計量特性差異
不同規(guī)格的熱量表的計量特性是不同的。總表的口徑較大，最小流量也比較大，例如DN200的熱量表的最小流量為10 m3/h。當(dāng)流量小于最小流量時，熱量表也能進(jìn)行計量，但計量誤差也較大。隨著流量繼續(xù)減小，當(dāng)流量小于某一特定流量后，熱量表將不進(jìn)行計量。我們暫且稱它為始動流量。作為總表，如果工作在始動流量以下，誤差為100%；如果工作在始動流量到最小流量之間，誤差將放大；如果工作在最小流量以上，誤差在2%至3%之間(以2級表，量程比不大于100為例)。
分表的口徑一般為DN20，最小流量為30升每小時。在采暖過程中，假設(shè)每平米的流量為2升至3升每小時。對于一戶60平米的住戶，流量一般為120升每小時到180升每小時。這樣的流量大于最小流量，所以分表工作在合理區(qū)間內(nèi)。
例如一棟15層的樓房，采用DN200的熱量表，內(nèi)有住戶120戶，如果120戶都實施熱計量，則一般流量為14.4 m3/h到21. 6m3/h。在這種情況下，總表工作在合理區(qū)間。但在室外溫度較高的情況下，如果有部分用戶主動關(guān)小供暖閥門；或在采光較好的房間，關(guān)小閥門的情況下，總的流量下降了，就有可能小于總表的最小流量，總表的計量誤差變大了。
小溫差條件下，放大了溫度傳感器非對稱安裝帶來的影響
熱量值的誤差的一個重要組成部分是溫差的誤差。溫差的誤差按下式計算：
降
低溫差的誤差就要提高平均水溫測量的準(zhǔn)確度。
平均水溫測量的準(zhǔn)確度，不僅由溫度傳感器的準(zhǔn)確度決定，測溫位置的代表性也很重要。德國JUMO公司和天津市計量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院開展了管道中溫度分布的研究。試驗在換熱器出口處，彎頭前，彎頭后處進(jìn)行。管道中布置了13只溫度傳感器，分別測量13個測溫區(qū)域的水溫。測溫區(qū)域的編號為從0到9以及從A到D，測溫區(qū)域的分布如下圖1：
比較換熱器出口處，彎頭前，彎頭后處三處測量結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在彎頭后的溫度分布差異最小，具體情況如下圖2：
從圖3中可以看到不同區(qū)域溫度差異明顯，最高溫度與最低溫度之差為0.9K。當(dāng)使用單只溫度傳感器測量管道平均溫度時，由于安裝位置不同，會導(dǎo)致的測溫結(jié)果出現(xiàn)明顯的不同。假設(shè)樓棟進(jìn)口處的管道溫度分布和樓棟出口處的管道溫度分布基本相同，則兩只溫度傳感器的安裝位置如果不相同也可能帶來誤差。測溫位置前面的管道條件，流動狀態(tài)，都會影響管道中溫度分布，進(jìn)口管道的溫度分布還可能和出口管道的溫度分布還存在不同，最理想的是在管道中布置多只溫度傳感器測量管道的平均溫度。
對于管道溫度分布差異帶來的影響，為了給一個比較直觀的概念，舉一個例子。假設(shè)T進(jìn)口的誤差為+0.3℃和T出口的誤差為-0.6℃，在20度溫差條件下，誤差為4.5%；在10度溫差條件下，誤差為9%。在很多供暖系統(tǒng)中，總表的溫差并不大，一般為20℃至30℃。對于一些地板采暖的項目溫差更低，甚至僅為2℃，相應(yīng)的影響會更大。
樓棟進(jìn)口壓力和出口壓力的差異，帶來了總表的計量誤差
討論熱量值的計算方法有焓值法和K系數(shù)法，兩者是等效的，以下按照焓值法進(jìn)行討論。
焓值法熱量的計算公式為：
焓值是溫度和壓力的函數(shù)。由于戶用表的進(jìn)口壓力和出口壓力的差值不大，所以戶用表采用同樣壓力下不同溫度的焓值，帶來的影響不大。對于總表可能出現(xiàn)一些問題。
例如：總表樓棟進(jìn)口壓力為0.81MPa，溫度為42℃；樓棟出口壓力為0.66MPa，溫度為40℃，則引入誤差1.6%。
水質(zhì)的影響
供暖系統(tǒng)中，在鍋爐及附屬設(shè)備安裝，管道的焊接以及熱交換器的安裝過程中，許多雜質(zhì)會留在供熱系統(tǒng)中，這些雜質(zhì)可能是焊渣，砂礫石及鐵氧化物。供暖水中還可能包括石灰，淤泥、氯化物及硫化物等雜質(zhì)。供暖系統(tǒng)運(yùn)行一段時間后，供暖水和系統(tǒng)某些部件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)也可能形成某種化合物，如碳酸鈣、氧化鐵、氫氧化鐵、氧化銅、硫化銅、磷酸鈣。對于這些雜質(zhì)的影響，我們從流量和熱量計量兩個方面來進(jìn)行分析。
從流量計量角度進(jìn)行分析
在超聲波流量計量過程中，超聲波從接收換能器發(fā)出，經(jīng)過在介質(zhì)中的傳播過程后，到達(dá)接收換能器。直接采用帶有聲速的流速計算公式，帶來的影響是明顯的。帶有聲速的流速計算公式如下：
介質(zhì)聲速在熱量表產(chǎn)品的設(shè)計，制造，檢驗過程中，均采用純凈水的聲速。純水聲速與含有雜質(zhì)的水的聲速的差異，導(dǎo)致在實際熱量表工作過程中出現(xiàn)明顯的偏差。
改進(jìn)的流速計算公式，通過數(shù)學(xué)變換，使得公式中已經(jīng)不直接含有聲速了。改進(jìn)的流速計算公式的推導(dǎo)過程如下：
在實際工作中存在的問題是逆流和順流時間的精確測量，需要修正，在操作上存在困難。
一種可以降低聲速帶來影響的方式是采用頻差法。頻差法計算公式如下：
以看到使用頻差法，影響較小。
水質(zhì)較差時，在流量計的管壁和換能器表面可能結(jié)垢，這將造成計量的不準(zhǔn)確。具體的影響量的大小與換能器的安裝，結(jié)構(gòu)，激勵的方式等因素有關(guān)。通過在液體流量裝置上進(jìn)行標(biāo)定，可以確定示值誤差的變化量，供實際使用中參考。
從熱量計量角度分析
從公式(3)中可以看到熱量計算需要用到介質(zhì)的焓值。由于水中含有各種雜質(zhì)，供暖水的焓值是水和各種雜質(zhì)的焓值的和。下表列出了各種雜質(zhì)的焓值。
可以看到，雜質(zhì)的引入，導(dǎo)致實際的熱量比純水條件下的小。
注重選型和安裝過程，合理開展熱量計量
在熱量表選型前，要了解現(xiàn)場情況，運(yùn)行條件。因為現(xiàn)場的很多問題，與選型有關(guān)。所以準(zhǔn)確的選型，對今后合理的使用非常關(guān)鍵。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1434-2015《熱量表》指出，下列參數(shù)要在選型前明確：
載熱液體壓力；
載熱液體的物理與化學(xué)特性；
可接受的熱量表壓力損失；
準(zhǔn)確度要求；
供熱系統(tǒng)的進(jìn)口與出口管道溫度范圍，及系統(tǒng)溫差；
載熱液體預(yù)期最大與最小流速；
供熱系統(tǒng)所要求熱功率；
流經(jīng)熱量表的液體流速性質(zhì)，是恒定的、可變的還是間歇性的；
對熱量表供電方式的要求；
對熱量表周圍空間的特別要求，以便于輕松讀數(shù)、安全安裝及熱量表維護(hù)；
連接件要求，如法蘭、配件和熱量表尺寸要求。
我感覺針對我國的情況，用戶具有自主調(diào)節(jié)的能力，可以申請停暖，同時入住率存在變化，在實施熱計量的供熱系統(tǒng)中，熱量表的測量范圍的能力要留出上下限的余量。同時，明確一些參數(shù)例如系統(tǒng)熱功率，流速范圍，溫差范圍等，既要考慮天氣變化的極值，又要考慮熱源的特點等。
合理的安裝為熱量表在現(xiàn)場長期可靠的運(yùn)行提供了條件。以下同樣列出歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1434-2015《熱量表》的要求，供大家參考。
應(yīng)按照供應(yīng)商提供說明安裝熱量表；
熱量表安裝前，應(yīng)對安裝流量傳感器的管路進(jìn)行徹底沖水清刷以除去雜物，如安裝有過濾器，應(yīng)對其進(jìn)行清潔；
熱量表應(yīng)避免因安裝周圍環(huán)境引發(fā)的沖擊和振動帶來的損害；
熱量表不得承受管道與配件引起的過度應(yīng)力；
熱量表上下游供熱系統(tǒng)管線應(yīng)充分固定；
熱量表運(yùn)行采用交流電的，其布線應(yīng)按照適用的布線規(guī)定進(jìn)行；
交流供電應(yīng)有意外中斷安全措施。電路保護(hù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，出現(xiàn)電力問題時要安全斷開設(shè)備；
測量信號引線不可直接沿其他引線敷設(shè)，如主供電電纜、低壓供電電纜和數(shù)據(jù)通信線，而應(yīng)單獨布設(shè)，這些線纜之間間隔不得少于50 mm。除非所安裝的計算器符合最新的EN 1434-4的要求，建議線纜和計算器要遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾領(lǐng)域60cm以上，例如變頻泵和類似的高能供電電纜；
位于雷電頻繁區(qū)域且長度超過10 m的電源線與外接信號線，應(yīng)在建筑物線纜入口處進(jìn)行外部雷電浪涌保護(hù)；
溫度傳感器與計算器之間的信號引線應(yīng)為中間無接點的連續(xù)長度，除非是經(jīng)過批準(zhǔn)的4線制連接方案；
熱量表各部件間信號電路的安裝方式應(yīng)能阻止非法干擾和斷開；應(yīng)采取預(yù)防措施以避免熱量表遭受不利水流狀態(tài)(氣蝕、浪涌、水錘)的損害。
總結(jié)
本文針對樓棟熱量表與戶用熱量表計量結(jié)果不一致問題、水質(zhì)的影響問題，分析了問題產(chǎn)生的原因，為解決這類問題提供了思路。本文同時強(qiáng)調(diào)了熱量表選型和安裝，對于熱量表長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要性，并引用了歐洲標(biāo)準(zhǔn)，為供熱公司提供了參考。熱量表的很多問題的發(fā)生并不是突然的，而是逐漸出現(xiàn)的，加強(qiáng)日常的周期性檢查可以較早的發(fā)現(xiàn)問題。在通訊技術(shù)不斷進(jìn)步的時代，更多使用網(wǎng)絡(luò)，甚至是無線網(wǎng)絡(luò)，開展熱量表運(yùn)行狀態(tài)的巡查，是一種高效的方式。
