集散式热计量系统的研究

摘 要

摘要：在研究分析我国热计量技术及应用的基础上，提出了集散式热计量系统的设计思路。探讨了3类集散式热计量系统形式，指出集散式热计量系统的优势及工作展望。关键词：集散式；热计
摘要：在研究分析我国热计量技术及应用的基础上，提出了集散式热计量系统的设计思路。探讨了3类集散式热计量系统形式，指出集散式热计量系统的优势及工作展望。
关键词：集散式；热计量系统；热量表
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]
    我国对热量表的巨大市场需求使国内外热量表企业竞相角逐，在研制开发适合中国国情、符合国际标准的热量表过程中，国产热量表技术水平得到很大提升，如智能化热量表、流量传感器的无磁化和多流束结构设计[3、4]、超声波热量表、IC卡及射频卡抄表及监控技术、多种数据接口技术、显示器可旋转等。这也使得我国热量表日趋复杂化及成本增加。
    我国的集中供热规模巨大、实施热计量情况复杂，热计量方式必须适合中国的国情。我国的热计量技术及应用具有以下特点：
    ① 适合于不同类型建筑、不同供热区域的多种供热计量方式并存是必然的。
    ② 热量表应具备结构简单紧凑、易于维护(基本免维护)、主要部件具有互换性、使用寿命长等特点。供暖系统热计量应实现楼宇系统化，即取消户用热量表显示器，将数据储存、显示、查询、抄表及远传交由集散式楼宇总热量表承担。主要原因为：
    a. 热量表不同于水表、电表、燃气表等对单一参数的计量及远传，而是多参数的计量及远传。水表、电表、燃气表结构简单，而热量表结构较复杂。
    b. 热量表的安装位置不同于水表、电表、燃气表。水表、燃气表大多安装于室内，电表安装于楼梯间，工作环境好，便于观察、抄表和维护。而热量表一般安装在供暖管道井内，工作条件差且隐蔽，不便观察、抄表和维护。
    c. 计量收费周期及方式不同。水表、燃气表一般按月人工查表收费，预付费技术也在逐步推广，电表采用插卡式预付费方式也已经基本普及。而热量表热计量收费周期为一个供暖期，每年一次，计费方法宜采用两部制[5、6]。
    d. 将热量表计量数据与其他计量仪表计量数据的远传纳入同一个系统，不论从技术还是从管理层面都是不现实的。
   ③ 计量供热是一项系统工程。为了实现节能，热量表的使用还涉及到室内温度控制、热网监控及运行调节等。因此，热计量技术必须与热网监控及运行调节技术相结合，即热量表应纳入热网监控及运行调节系统。主要原因为：实施计量供热后，集中供热系统的运行方式由原来的定流量运行变为变流量运行。因此，热计量的实施对热网监控及运行调节提出了更高的要求。
    为此，我们提出了集散式热计量系统的设计构想，将建筑供暖系统作为监控对象，在现有热计量技术基础上，将现有热量表的关键技术(流量变送、温度变送、热量积算)和微电子技术、通信技术等结合，提出3类既适合于实现楼宇热计量又有利于实施热网监控及运行调节的集散式热计量系统。
2 集散式热计量系统
2.1 第一类
   ① 系统组成
   第一类集散式热计量系统是基于户用热量变送器的楼宇供暖热计量系统，适合于采用单户系统(一户一环)的热计量。系统包括：户用热量变送器(相当于无显示远传户用热量表)、集散式楼宇总热表、数据通信线、电源线。一般情况下，户用热量变送器设置在管道井内各单户系统分支管道上，集散式楼宇总热表设置在楼梯间一层专用总热表箱内，电源线和数据通信线设置在专用线管内。
    户用热量变送器对单户系统的流量、供回水温度进行监测，进行热量积算、储存，并接受集散式楼宇总热表通信指令并发送数据。集散式楼宇总热表通过数据通信线对楼内各户用热量变送器的计量参数进行定时监测、采集，并储存相关数据。集散式楼宇总热表还对总回水温度进行监测、采集。
    ② 基本功能及扩展功能
    基本功能：对户用热量变送器的计量监测参数进行采集、储存、显示、查询及监测热量变送器工作状态。电源采用市电，且在集散式楼宇总热表内设置可充电备用电池，可为集散式楼宇总热表和各户用热量变送器供电。
    扩展功能：回水温度监测及提示；卡式抄表、红外抄表、远程抄表；本地(智能)监控、远程(智能)监控等。
2.2 第二类
   ① 系统组成
   第二类集散式热计量系统是基于户用流量温度变送器的楼宇供暖热计量系统，适合于采用单户系统(一户一环)的热计量。特点为：将各单户系统的热量积算功能由集散式楼宇总热表完成，简化单户系统的热量计量装置功能，只负责单户系统的流量和温度监测和变送，成本更低，结构更紧凑，故障减少，维护管理更简便。
系统包括：户用流量温度变送器、集散式楼宇总热表、数据通信线等。以6层一梯两户的居住建筑为例，第二类集散式热计量系统流程见图1。一般情况下，户用流量温度变送器设置在管道井内各用户系统分支管道上，集散式楼宇总热表设置在楼梯间一层专用总热表箱内，电源线和数据通信线设置在专用线管内。户用流量温度变送器只对单户系统的流量、供回水温度进行监测和储存，并接受集散式楼宇总热表指令并发送数据。集散式楼宇总热表通过数据通信线对楼栋内各户用流量温度变送器的计量参数以及总回水温度进行定时监测、采集和单户系统的热量积算，并储存相关参数。
 

   ② 基本功能及扩展功能
   基本功能：对楼内各户用流量温度变送器的计量参数进行采集、储存、热量积算、显示、查询及监测户用流量温度变送器的工作状态。系统电源采用市电，并在集散式楼宇总热表内设置可充电备用电池，可同时为集散式楼宇总热表和各户用流量温度变送器供电。
    扩展功能：回水温度监测及提示；卡式抄表、红外抄表、远程抄表；本地(智能)监控、远程(智能)监控等。
2.3 改进型第二类
    由于在同一供暖系统中各单户系统的供水温度基本相同，因此可以取消各单户系统供水温度传感器，设置供水总管的供水温度变送器。与此同时，各单户系统只需要监测和变送回水温度和流量。改进型第二类集散式热计量系统流程见图2。一般情况下，户用流量温度变送器设置在管道井内各单户系统分支管道上，集散式楼宇总热表设置在楼梯间一层专用总热表箱内，电源线和数据通信线设置在专用线管内。户用流量温度变送器只对单户系统的流量和回水温度进行监测和储存，并接受集散式楼宇总热表指令并发送数据。集散式楼宇总热表通过数据通信线对楼内各户用流量温度变送器的计量参数以及总供水温度进行定时监测、采集和单户系统热量积算，并储存相关参数，对总回水温度进行监测、采集。
 

2.4 第三类
   ① 系统组成
   第三类集散式热计量系统是基于单管供暖系统各立管流量变送器和各散热器进出水温度变送器的供暖热计量系统。适合于采用传统供暖系统(单管供暖系统)的既有居住建筑的热计量改造，也使得新建居住建筑可以继续采用单管供暖系统。
    系统包括：供暖系统各立管流量变送器、各散热器进出水温度变送器、集散式楼宇总热表、数据通信线、电源线等。以6层一梯两户、每户有4组散热器的居住建筑为例，第三类集散式热计量系统流程见图3。一般情况下，各立管流量变送器设置在回水立管上，温度变送器设置在各层散热器进出水立管上，集散式楼宇总热表设置在楼梯间一层专用总热表箱内，数据通信线及电源线设置在专用线管内。各流量变送器和温度变送器负责流量和温度参数的监测和储存，并接受集散式楼宇总热表指令并发送数据。集散式楼宇总热表通过数据通信线对楼内各流量、温度变送器的计量参数进行定时监测、采集，根据各立管流量和各散热器进出口温度进行各散热器的热量积算，然后根据散热器所属住户按户进行热量累加进而实现对各用户的热计量。
 

   ② 基本功能及扩展功能
   基本功能：对楼内各立管流量变送器和各散热器进出水温度变送器的计量参数进行采集、储存、按户进行热量积算、显示、查询及监测流量变送器、温度变送器的工作状态。系统电源采用市电，并在集散式楼宇总热表内设置可充电备用电池，可同时为集散式楼宇总热表和各流量变送器、温度变送器供电。
    扩展功能：回水温度监测及提示；卡式抄表、红外抄表、远程抄表；本地(智能)监控、远程(智能)监控等。
3 结论及工作展望
3.1 结论
    ① 集散式热计量系统为新建居住建筑供暖热计量以及既有居住建筑供暖热计量改造提供了新的热计量系统设计思路和解决方案，具有可操作性。
    ② 第一、二类集散式热计量系统适合于采用单户系统(一户一环)的热计量。第三类集散式热计量系统既适合于传统的单管供暖系统的热计量改造，也适合于采用单管式供暖系统的新建居住建筑供暖系统的热计量。
    ③ 集散式热计量系统可实现高智能、低成本、少维护、易管理：
    高智能：集散式楼宇总热表在数据采集、处理、储存和控制等方面功能强大，易于实现显示和查询及数据储存、计量装置故障监控及报警、用户用热情况监控、智能抄表及远传以及对供暖系统的监控与调节等。
   低成本：采用集散式设计使得单户系统的热计量仪表得以简化，取消了显示、查询等诸多功能，不需要设显示器，结构更简单紧凑。
    少维护：由于用户系统的热计量装置结构简单紧凑，无显示器，只有标准的通信接口，封闭性、适应性更强，而且由集散式楼宇总热表提供电源，供电有保障。
   易管理：集散式楼宇总热表将原户用热量表的诸多功能(显示、查询、抄表、故障监测等)集于一身，使计量供热管理和监测更易于实现，而且集散式楼宇总热表可作为热网监控系统的终端，有利于实现对供热系统的监控和供热调节。
3.2 工作展望
    随着微电子技术、通信技术和网络技术的飞速发展，特别是城市热网监控调节、能耗监测水平要求的不断提升，集散式热计量系统的优势将越来越明显，具有很好的应用前景。集散式热计量系统尚处于初步研发阶段，下一步工作是：
    ① 进一步开展集散式热计量系统关键技术的研发工作，特别是专用计量装置——集散式楼宇总热表、户用热量变送器、户用流量温度变送器等的研发工作。
    ② 争取相关部门和企业的更多关注和支持。
    ③ 加强与热计量仪表企业、供热企业和相关管理部门(供热管理部门、计量检验部门等)的联系与合作，推进示范和推广工作。
参考文献：
[1] 赵树兴，潘雷，王宇，等.集散式热计量系统研究与开发研究报告[R].天津：天津城市建设学院，2008.
[2] 徐伟，邹瑜.供热系统温控与热计量技术[M].北京：中国计划出版社，2000.
[3] 李世武.热量表机械式流量计防堵塞原理及SST技术[J].煤气与热力，2008，28(2)：A18-A21.
[4] 李世武.SST技术机械式流量计和热量表[J].煤气与热力，2008，28(3)：A20-A22.
[5] 杨忠凯，杨昌智.包括楼梯间及户间传热的两部制热价确定[J].煤气与热力，2008，28(3)：A23-A25.
[6] 田雨辰，涂光备，王新毅，等.计量供暖的热价制定及收费方案[J].煤气与热力，2005，25(7)：22-25.
 
(本文作者：赵树兴 天津城市建设学院 天津 300384)