電磁熱能表在中央空調(diào)計量系統(tǒng)中的應(yīng)用

朱好仁， 陳資博， 劉月琴

（1.杭州源牌環(huán)境科技有限公司，浙江杭州 310030；2.浙江省綠色（低碳）建筑關(guān)鍵技術(shù)研究中心，浙江杭州 310030）

0 引言

伴隨著我國城市化的飛速發(fā)展，建筑能耗所占比例已由1978年的10%上升到目前的25%左右，而根據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和人民生活水平的不斷提高，建筑能耗的比例將繼續(xù)增加，并最終有可能達(dá)到35%?？照{(diào)能耗在建筑能耗中所占比例約為2/3，建筑節(jié)能首選是空調(diào)節(jié)能，為此圍繞著中央空調(diào)節(jié)能展開的中央空調(diào)計量系統(tǒng)越來越多的被推廣和應(yīng)用。

1 中央空調(diào)計量系統(tǒng)概述

介紹了一種基于電磁熱能表的中央空調(diào)計量系統(tǒng)，是根據(jù)國內(nèi)外客戶中央空調(diào)使用需求，結(jié)合多年來在中央空調(diào)行業(yè)的設(shè)計和施工經(jīng)驗，自主研發(fā)的中央空調(diào)計量系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品；該系統(tǒng)融合了冷熱量計量收費(fèi)技術(shù)、智能控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)以及無線智能組網(wǎng)技術(shù)，為我國提供了一種先進(jìn)、實用、適合國情的中央空調(diào)能耗管理整體化解決方案。

2 中央空調(diào)計量系統(tǒng)

目前國內(nèi)中央空調(diào)計量系統(tǒng)主要有三種方式：時間型、能量型和時間能量型，這里主要講述電磁熱能表在時間能量型中央空調(diào)計量系統(tǒng)中的應(yīng)用。

時間型計量系統(tǒng)就是按時間來計量的系統(tǒng)，其關(guān)鍵設(shè)備是時間型溫控器（或者普通溫控器加上時間采樣儀）。時間型溫控器的計量原理就是累計風(fēng)機(jī)盤管在不用風(fēng)機(jī)檔位下運(yùn)行的有效時間，如圖2所示，時間型溫控器實時判斷是否符合計量條件，（只有在控制主調(diào)主機(jī)工作在制冷或制熱模式下、風(fēng)機(jī)盤管的風(fēng)機(jī)運(yùn)行且電動閥打開才滿足計量條件），符合計量條件就開始量累計風(fēng)機(jī)盤管的時間。

2.1 能量型計量系統(tǒng)

能量型中央空調(diào)計量系統(tǒng)就是計量能量的系統(tǒng)，其關(guān)鍵設(shè)備是熱能表，熱能表是測量消耗能量的儀表，根據(jù)熱力交換原理，如圖1所示，流經(jīng)熱交換設(shè)備的載能介質(zhì)（通常為液態(tài)水）其回水溫度（出口溫度T1）和供水溫度（入口溫度T2）會有差異，假設(shè)流經(jīng)管段的載能介質(zhì)（通常為液態(tài)水）瞬時流量為qm，按照熱力學(xué)能量計算公式，系統(tǒng)消耗的能量是：

式中 Q—釋放的熱量，kJ；

qm—流經(jīng)熱能表中載熱液體的質(zhì)量，kg/s；

Δh—熱交換回路中入口溫度與出口溫度對應(yīng)的載熱液體的比焓值，kJ/kg；

t—時間，s。

能量型計量系統(tǒng)能很精確的計量釋放的能量，為國家早期唯一的計量標(biāo)準(zhǔn)，對于供能方和用戶都容易接受和理解，針對區(qū)域計量是很適合的，但對于末端計量，因成本較高，往往不能大面積推行，實際使用中能大面積推行的能量型計量系統(tǒng)大多是成本相對低廉的轉(zhuǎn)子式熱能表，因國內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)較差，容易堵塞且故障率很高，不能正常計量。目前已經(jīng)主要在樓棟總管計量或區(qū)域管段計量。

2.2 時間型計量系統(tǒng)

實際使用時，因風(fēng)機(jī)盤管的大小不同，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的檔位不同，熱交換效率有差異，單位時間釋放的能量就不同，為了公平起見，引入當(dāng)量時間的概念。

當(dāng)量時間就是風(fēng)機(jī)運(yùn)行的檔位時間與檔位系數(shù)及盤管系數(shù)的乘積。

通過檔位系數(shù)可以平衡風(fēng)機(jī)運(yùn)行在不同檔位單位時間內(nèi)所釋放能量的不同。通過盤管系數(shù)可以平衡盤管大小不同、型號差異而導(dǎo)致單位時間內(nèi)釋放能量的不同。

時間型計量系統(tǒng)的實質(zhì)就是檢測空調(diào)主機(jī)的工作狀態(tài)，末端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行時間等信息，將其轉(zhuǎn)換成當(dāng)量時間，并作為計量分?jǐn)偟囊罁?jù)。

時間型計量系統(tǒng)的優(yōu)點非常明顯：1）采用時間型溫控器就可以完成時間計量和溫控調(diào)控的功能，溫度器在中央空調(diào)系統(tǒng)中本身就是必不可少的，增加時間計量無需額外增加硬件設(shè)備，只要編寫溫控器的軟件就可以了，因此成本較低；2）時間型溫控器是全電子系統(tǒng)，系統(tǒng)使用壽命可以超過12a；3）與水系統(tǒng)無關(guān)聯(lián)，施工、調(diào)試、維護(hù)方便；4）不受戶型結(jié)構(gòu)影響，自由組合計量區(qū)域；正是基于以上優(yōu)點，中央空調(diào)計量系統(tǒng)大面積在推行。但時間型計量系統(tǒng)只能做到大致公平，因管道堵塞導(dǎo)致的空調(diào)的效果差異無法直接反應(yīng)到計量中去，且目前還沒有真正的國家標(biāo)準(zhǔn)做為計量依據(jù)。在定性分析的系統(tǒng)中多采用時間型計量系統(tǒng)，定量收費(fèi)時因與供能方無準(zhǔn)確結(jié)算的依據(jù)，往往不能被采納。

2.3 時間能量型中央空調(diào)計量系統(tǒng)

時間能量型中央空調(diào)計量系統(tǒng)，就是末端（房間）采用時間型計量，樓棟或分樓層（分大區(qū)域）采用能量型計量的綜合性系統(tǒng)?；陔姶艧崮鼙淼闹醒肟照{(diào)計量系統(tǒng)使用時間能量型計量方式，通過電磁能量表計量樓棟或分樓層（分大區(qū)域）能量使用總量，結(jié)合時間型溫控器累積的當(dāng)量時間進(jìn)行能量分?jǐn)?，得出風(fēng)管機(jī)終端（或者每戶）所消耗的能量。這樣的系統(tǒng)結(jié)合了能量精確計量和時間計量的優(yōu)點，且符合能量計量的國標(biāo)，特別適合國情。

2.3.1 時間能量型系中央空調(diào)計量系統(tǒng)的架構(gòu)

基于電磁熱能表的中央空調(diào)計量系統(tǒng)中，在風(fēng)機(jī)盤管端采用時間型溫控器（或者普通溫控器加上時間采樣儀）來計算該風(fēng)機(jī)盤管不同檔位的累計當(dāng)量時間；而在樓棟（或者進(jìn)戶端）使用電磁式能量表測量用戶消耗的總能量，系統(tǒng)根據(jù)以上兩個測量值以及相應(yīng)的計量方式得出每戶消費(fèi)的能量。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

系統(tǒng)從功能上可以分為三部分，即計量部分、數(shù)據(jù)傳輸部分和數(shù)據(jù)處理部分。其中計量部分由時間型溫控器和電磁能量表組成，如圖3所示，時間型溫控器與風(fēng)機(jī)盤管和電動閥相連接，負(fù)責(zé)計量風(fēng)機(jī)盤管的當(dāng)量時間，并可以根據(jù)系統(tǒng)欠費(fèi)停機(jī)的需要關(guān)閉閥門和風(fēng)機(jī)盤管；電磁能量表負(fù)責(zé)測量進(jìn)戶端消耗總能量（或者樓棟消耗總能量）；數(shù)據(jù)傳輸部分包括計費(fèi)管理器、樓棟管理（單元）器和數(shù)據(jù)管理網(wǎng)關(guān)；計費(fèi)管理器將電磁能量表數(shù)據(jù)上傳給樓棟管理（單元）器，樓棟管理（單元）器通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳給數(shù)據(jù)管理網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)管理網(wǎng)關(guān)通過GPRS上傳給上位機(jī)軟件平臺；數(shù)據(jù)處理部分主要是由上位機(jī)能耗分析管理平臺完成的，該平臺不僅能夠存儲、分析中央空調(diào)系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)需要生成數(shù)據(jù)表格、消費(fèi)賬單等，更重要的是通過對中央空調(diào)歷史數(shù)據(jù)分析，可以得出節(jié)能減排的建議，幫助消費(fèi)者提高能源利用率。從這個系統(tǒng)架構(gòu)圖可以看出，電磁熱能表在中央空調(diào)計量系統(tǒng)中是關(guān)鍵的關(guān)鍵。能量計量是否準(zhǔn)確，主要取決于電磁熱能表的性能和可靠性。

2.3.2 電磁熱能表的功能特點

（1）電磁熱能表性能優(yōu)越，精度高。（流量測量精確度為0.5%，溫差測量為0.05T。）

（2）電磁熱能表的傳感器是段光滑直管段，不會阻塞，不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失，節(jié)能效果好。當(dāng)前國情下，我們國家的空調(diào)系統(tǒng)的水體都是非常差的，不可避免的會夾雜固體顆粒、麻絲等的雜質(zhì)，由于整體式電磁熱量表沒有機(jī)械運(yùn)動部件，這些雜質(zhì)不會阻塞表計從而引起計量不準(zhǔn)，也不會損壞儀表[2]。

（3）電磁熱能表是一種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質(zhì)的溫度、粘度、密度以及電導(dǎo)率（在一定范圍）的影響。因此，電磁熱能表只需經(jīng)水標(biāo)定后，就可用來測量其它導(dǎo)電性液體的流量[2]。

（4）電磁熱能表無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，也可測量正、反兩個方向的流量。

2.4 電磁熱能表的在中央空調(diào)計量系統(tǒng)中的應(yīng)用

電磁熱能表中間中空，不會堵塞。它的測量精度不隨電導(dǎo)率的變化而變化，即使水質(zhì)酸堿化，也不會影響精度。測量精度不會隨著水溫的變化而變化，冷、熱量工況均可使用。因此電磁熱能表是最適合在中央空調(diào)計量系統(tǒng)中應(yīng)用的。

本文所用電磁熱能表除了上述功能特點外，可以符合各種復(fù)雜的使用環(huán)境，滿足顧客特殊定制要求，尤其適合中央空調(diào)系統(tǒng)的計量應(yīng)用。

2.4.1 解決中央空調(diào)計量系統(tǒng)的“誤計量”問題

（1）通過設(shè)定小信號切除的數(shù)值可以確保熱量在閥門沒有關(guān)閉嚴(yán)密（滲漏）時不計量；（2）通過設(shè)定溫差的數(shù)值確保在小溫差下不計量；（3）通過與電機(jī)或閥門連鎖，開啟或關(guān)閉能量計量功能。

中央空調(diào)系統(tǒng)中閥門往往因制造、安裝、調(diào)試和使用原因，閥門無法關(guān)閉嚴(yán)密，存在著不同程度的滲漏，這個流量積少成多，幾天下來，會累積很多；在閥門關(guān)閉情況下，計量系統(tǒng)如果有計量，就會和用戶發(fā)生糾紛；還有系統(tǒng)空運(yùn)行時，用戶沒有使用能量，但管道有一定的損耗，會有一個很小的溫差，此時計量就會讓用戶產(chǎn)生誤解。通過以上三個功能就可避免用戶的糾紛和誤解。

2.4.2 多種通訊方式和抄表方法及預(yù)付費(fèi)問題

（1）通過IC模塊，可以實現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能（特別適用不方便布線的用戶）。

（2）可通過433MHz無線模塊通訊。

（3）可通過無線模塊或GPRS模塊來管理和讀寫熱能表的數(shù)據(jù)。

（4）可通過RJ45模塊連接網(wǎng)絡(luò)來管理和讀寫熱能表的數(shù)據(jù)。

該電磁熱量表配備多種通訊模塊，以適應(yīng)不同環(huán)境下、不同用戶的各種抄表方式，最大化的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。配備的RJ45模塊可以通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人工和儀表的“交流溝通”，凡是有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以使用，特備適合大范圍遠(yuǎn)距離傳輸，如果這個范圍有局域網(wǎng)的話，充分利用甲方內(nèi)部資源，不需要增加布線成本，穩(wěn)定可靠，設(shè)備成本低且不需要運(yùn)營費(fèi)用。配備的無線模塊可以使數(shù)據(jù)通過無線抄表系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)（基于433M的無線網(wǎng)絡(luò)），如果現(xiàn)場不方便布線的話可以使用這個模塊搭建無線抄表系統(tǒng)。配備的GPRS模塊可以使數(shù)據(jù)通過公網(wǎng)（移動、聯(lián)通、電信）傳輸數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)需要實現(xiàn)預(yù)付費(fèi)，通過IC模塊，實現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能。

2.4.3 安裝、調(diào)試方便

（1）具有自診斷功能，方便調(diào)試和維修；工程師通過上位機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)可以判斷儀表的使用、故障情況，甚至可以通過GPRS模塊把各種參量傳送給廠家的專業(yè)工程師幫助診斷故障，維修甚是方便。

（2）電磁熱量表進(jìn)水方向可以是雙向的，安裝不受限制。中央空調(diào)系統(tǒng)的熱能表安裝有時受到位置的限制，無法按出廠預(yù)定流量方向安裝儀表。RUNPAQ電磁熱量表可以設(shè)定流量的方案，安裝不受限制。

3 結(jié)語

基于電磁熱能表的中央空調(diào)計量系統(tǒng)因其實用、穩(wěn)定、可靠、精準(zhǔn)已經(jīng)在多個項目中應(yīng)用，幾年下來，沒有一例因計量精度問題使物業(yè)公司和業(yè)主發(fā)生糾紛，電磁熱能表新穎可靠，流量計部分暢通無阻、不堵塞，故特別適合我國國情；維護(hù)費(fèi)用低、無運(yùn)動部件、壓力損失小、不需維修、模塊化設(shè)計、接口簡單靈活、應(yīng)用方便，已經(jīng)取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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[1]CJ 128-2000，熱能表[S].中華人民共和國城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2000.

[2]產(chǎn)品技術(shù)手冊[Z].杭州源牌環(huán)境科技有限公司，2011.