建筑物热力入口热量表的选择

摘 要

摘要：探讨了2级、3级热量表计量相对误差限、阻力的计算。结合实例，对建筑物热力入口DN 100mm管道可选用的不同等级不同规格热量表在设计流量下的实际计量误差、阻力进行了计算
摘要：探讨了2级、3级热量表计量相对误差限、阻力的计算。结合实例，对建筑物热力入口DN 100mm管道可选用的不同等级不同规格热量表在设计流量下的实际计量误差、阻力进行了计算。分析了热量表等级、公称直径对实际计量误差的影响，安装热量表引起的阻力小于CJJ 128—2007《热量表》的限定值。
关键词：热量表；相对误差限；实际计量误差；阻力
Selection of Calorimeters at Thermal Entrance of Building
XU Lihua，CHEN Yun，FANG 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
    国外的热计量技术已经介绍到中国逾16年，在消化吸收国外热计量经验的过程中，我们逐渐发现，国外的热计量思想与我国的国情不符，在国外行之有效的热计量方法，在我国的应用并不理想。通过对我国居住建筑热计量的应用研究[1～8]，我们认为，我国居住建筑的热计量不宜以每户作为热计量基本单位，而应以一幢楼作为基本单位，走热计量与热分配相结合的技术路线。用热量由建筑物热力入口设置的热量表计量，建筑物内热用户无论采用何种计量装置，都是用于分配整幢建筑物的用热量。
   建筑物热力入口热量表(以下简称热量表)的准确度和公称直径，不仅影响实际计量误差，还影响到供热系统的阻力。因此，设计人员通常按照供热管道的公称直径选择热量表，尤其对于既有供热系统改造。这样做的理由是担心按照热量表的常用流量(供热系统长期正常连续运行时的水流量，在此流量下，热量表准确度不应超过相对误差限)选择热量表时，阻力增加过大，导致供热系统供热量不足，但这种选择方法有待商榷。本文对建筑物热力入口热量表的选择进行探讨。
1 热量表的相对误差限
    CJJ 128—2007《热量表》将热量表计量准确度分为3级，采用相对误差限表示，最高为1级，最低为3级，常用为2级、3级热量表。CJJ 128—2007给出了2级、3级热量表相对误差限的计算式。
   ① 2级热量表
2级热量表相对误差限E2的计算式为：
 
式中E2——级热量表的相对误差限
    Ect——计算器与温度传感器相对误差限之和
    Eq,2——2级热量表流量传感器相对误差限
    △tmin——供回水最小温差，℃，取3℃
    △t——供回水实际温差，℃
    qp——常用流量，m3/h
    q——热力入口的热水流量，m3/h
   ② 3级热量表
3级热量表相对误差限E3的计算式为：
 
式中E3——3级热量表的相对误差限
Eq,3——3级热量表流量传感器相对误差限
不同公称直径热量表的常用流量见表1。
表1 不同公称直径热量表的常用流量
公称直径/mm
40
50
65
80
100
常用流量/(m3·h-1)
10
15
25
40
60
2 热量表实际计量误差
供热系统的供热量随着室外温度的变化进行调节，在不同室外温度下，热量表的实际计量误差是不同的。整个供暖期热量表实际计量误差Qe的计算式为[9]：
 
式中Qe——供暖期热量表实际计量误差，GJ
    n——供暖期内室外温度的变化次数
    Ei——第i个室外温度下热量表相对误差限
    Qi——第i个室外温度下供热系统供热量，GJ
3 安装热量表引起的阻力
为保证测量精度，超声波热量表要求热量表前要有不小于12倍流量传感器公称直径的直管段，热量表后要有不小于5倍流量传感器公称直径的直管段。安装热量表引起的阻力△p的计算式为：
 
式中△p——安装热量表引起的阻力，Pa
    R——比摩阻[10]，Pa/m
    L——热量表前后直管段的长度，m
    Ld——热量表前后变径的当量长度[11]，m
    qs——流量传感器流量，m3/h
    Kv——流量传感器的流量系数，对于超声波
    流量传感器，DN 40、50mm取40，DN65、80mm取102，DN 100mm取600
4 计算分析
   ① 基础数据
   以哈尔滨市某建筑物为例，总供热面积为11630m2，供暖室内计算温度为18℃，供暖室外计算温度为-26℃，设计供、回水温度为95、70℃，供热系统采用质调节，热量表采用超声波流量计。热力入口管道规格为DN 100mm，计量流量为20m3/h，比摩阻为79.1Pa/m，供暖期总计算供热量为5528.05GJ。
    热量表选择方案有3种：选择与供热管道公称直径相同的热量表，即DN 100mm的热量表；选择DN 80mm的热量表；选择DN 65mm的热量表。不同室外温度对应的延续时间、供回水温度见表2，由此计算Qi。
表2 不同室外温度对应的延续时间、供回水温度
室外温度/℃
-26
-24
-22
-20
-18
-16
延续时间/h
82
118
189
293
316
333
供水温度/℃
95.0
92.1
89.3
86.5
83.7
80.8
回水温度/℃
70.0
68.2
66.6
64.9
63.2
61.5
室外温度/℃
-14
-12
-10
-8
-6
-4
延续时间/h
358
308
271
241
218
233
供水温度/℃
77.9
75.0
72.O
69.0
65.9
62.8
回水温度/℃
59.7
57.9
56.1
54.2
52.3
50.3
室外温度/℃
-2
O
3
5
—
—
延续时间/h
238
285
452
361
—
—
供水温度/℃
59.6
56.3
51.3
47.8
—
—
回水温度/℃
48.2
46.1
42.7
40.4
—
—
   ② 流量传感器相对误差限
   由式(3)、(5)计算2级、3级热量表流量传感器的相对误差限，见表3。由表3可知，热量表的公称直径越大，流量传感器的相对误差限越大。热量表等级越低，流量传感器的相对误差限越大。
   ③ 热量表相对误差限
   由表1数据及式(2)计算不同室外温度下的Ect，见表4。根据表3、4的数据可计算得到2级、3级热量表在不同室外温度下的E，，见表5。由表5可知，随着室外温度的升高，热量表的相对误差限增大。同一室外温度条件下，随着热量表公称直径增大，相对误差限增大；随着热量表等级降低，相对误差限增大。
表3 2级、3级热量表流量传感器误差限
热量表等级
公称直径/mm
流量传感器的相对误差限/%
2级
65
2.03
80
2.04
100
2.O6
3级
65
3.06
80
3.10
100
3.15
表4 不同室外温度下的Ect
室外温度/℃
-26
-24
-22
-20
-18
-16
Ect/%
1.48
1.50
1.53
1.56
1.59
1.62
室外温度/℃
-14
-12
-10
-8
-6
-4
Ect/%
1.66
1.70
1.75
1.81
1.88
1.96
室外温度/℃
-2
O
3
5
—
—
Ect/%
2.06
2.17
2.41
2.63
—
—
表5 2级、3级热量表不同室外温度下的Ei %
室外温
度/℃
2级热量表
3级热量表
公称直径/mm
公称直径/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 热量表实际计量误差
   随着室外温度的变化，供回水温差发生变化，热量表的实际计量误差也将发生变化。由式(6)计算得到不同等级及公称直径热量表的实际计量误差，见表6。由表6可知，若选用DN 65mm的2级热量表，供暖期实际计量误差为210.67GJ，占总供热量的3.81%。若选用DN 100mm的2级热量表，实际计量误差为212.33GJ，占总供热量的3.84%。若选用3级热量表，与2级热量表相比，对于DN 65mm，实际计量误差增加56.93GJ。对于DN 100mm，实际计量误差增加60.25GJ。
表6 热量表实际计量误差
热量表等级
公称直径/mm
实际计量误差/GJ
2级
65
210.67
80
211.19
100
212.33
3级
65
267.60
80
269.81
100
272.58
    ⑤ 阻力变化
    安装热计量引起的阻力△p由式(7)计算得到，见表7。由表7可知，即使选择的热量表公称直径远小于供热管道公称直径，由此引起的阻力也低于CJJ 128—2007规定的允许阻力(25kPa)。
表7 △p的计算结果
公称直径/mm
阻力/Pa
65
4619
80
4202
100
246
5 结论
    ① 根据供热管道的公称直径选择热量表，增加了实际计量误差。
   ② 选择高等级的热量表，有利于降低实际计量误差。
   ③ 选择公称直径小于供热管道公称直径的热量表，增加的阻力有限，低于CJJ 128—2007的限定值。
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(本文作者：徐立华1 陈芸2 方修睦3 1.大连大学亿达建筑设计院 辽宁大连 116021；2.哈尔滨物业供热集团 黑龙江哈尔滨 150010；3.哈尔滨工业大学 黑龙江哈尔滨 150090)