集散式熱計量系統(tǒng)的研究

摘 要

摘要：在研究分析我國熱計量技術(shù)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了集散式熱計量系統(tǒng)的設(shè)計思路。探討了3類集散式熱計量系統(tǒng)形式，指出集散式熱計量系統(tǒng)的優(yōu)勢及工作展望。關(guān)鍵詞：集散式；熱計
摘要：在研究分析我國熱計量技術(shù)及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提出了集散式熱計量系統(tǒng)的設(shè)計思路。探討了3類集散式熱計量系統(tǒng)形式，指出集散式熱計量系統(tǒng)的優(yōu)勢及工作展望。
關(guān)鍵詞：集散式；熱計量系統(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]
    我國對熱量表的巨大市場需求使國內(nèi)外熱量表企業(yè)競相角逐，在研制開發(fā)適合中國國情、符合國際標準的熱量表過程中，國產(chǎn)熱量表技術(shù)水平得到很大提升，如智能化熱量表、流量傳感器的無磁化和多流束結(jié)構(gòu)設(shè)計[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。這也使得我國熱量表日趨復(fù)雜化及成本增加。
    我國的集中供熱規(guī)模巨大、實施熱計量情況復(fù)雜，熱計量方式必須適合中國的國情。我國的熱計量技術(shù)及應(yīng)用具有以下特點：
    ① 適合于不同類型建筑、不同供熱區(qū)域的多種供熱計量方式并存是必然的。
    ② 熱量表應(yīng)具備結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于維護(基本免維護)、主要部件具有互換性、使用壽命長等特點。供暖系統(tǒng)熱計量應(yīng)實現(xiàn)樓宇系統(tǒng)化，即取消戶用熱量表顯示器，將數(shù)據(jù)儲存、顯示、查詢、抄表及遠傳交由集散式樓宇總熱量表承擔(dān)。主要原因為：
    a. 熱量表不同于水表、電表、燃氣表等對單一參數(shù)的計量及遠傳，而是多參數(shù)的計量及遠傳。水表、電表、燃氣表結(jié)構(gòu)簡單，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、燃氣表。水表、燃氣表大多安裝于室內(nèi)，電表安裝于樓梯間，工作環(huán)境好，便于觀察、抄表和維護。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。
    c. 計量收費周期及方式不同。水表、燃氣表一般按月人工查表收費，預(yù)付費技術(shù)也在逐步推廣，電表采用插卡式預(yù)付費方式也已經(jīng)基本普及。而熱量表熱計量收費周期為一個供暖期，每年一次，計費方法宜采用兩部制[5、6]。
    d. 將熱量表計量數(shù)據(jù)與其他計量儀表計量數(shù)據(jù)的遠傳納入同一個系統(tǒng)，不論從技術(shù)還是從管理層面都是不現(xiàn)實的。
   ③ 計量供熱是一項系統(tǒng)工程。為了實現(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)控及運行調(diào)節(jié)等。因此，熱計量技術(shù)必須與熱網(wǎng)監(jiān)控及運行調(diào)節(jié)技術(shù)相結(jié)合，即熱量表應(yīng)納入熱網(wǎng)監(jiān)控及運行調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主要原因為：實施計量供熱后，集中供熱系統(tǒng)的運行方式由原來的定流量運行變?yōu)樽兞髁窟\行。因此，熱計量的實施對熱網(wǎng)監(jiān)控及運行調(diào)節(jié)提出了更高的要求。
    為此，我們提出了集散式熱計量系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想，將建筑供暖系統(tǒng)作為監(jiān)控對象，在現(xiàn)有熱計量技術(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類既適合于實現(xiàn)樓宇熱計量又有利于實施熱網(wǎng)監(jiān)控及運行調(diào)節(jié)的集散式熱計量系統(tǒng)。
2 集散式熱計量系統(tǒng)
2.1 第一類
   ① 系統(tǒng)組成
   第一類集散式熱計量系統(tǒng)是基于戶用熱量變送器的樓宇供暖熱計量系統(tǒng)，適合于采用單戶系統(tǒng)(一戶一環(huán))的熱計量。系統(tǒng)包括：戶用熱量變送器(相當(dāng)于無顯示遠傳戶用熱量表)、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)。
    戶用熱量變送器對單戶系統(tǒng)的流量、供回水溫度進行監(jiān)測，進行熱量積算、儲存，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)通信線對樓內(nèi)各戶用熱量變送器的計量參數(shù)進行定時監(jiān)測、采集，并儲存相關(guān)數(shù)據(jù)。集散式樓宇總熱表還對總回水溫度進行監(jiān)測、采集。
    ② 基本功能及擴展功能
    基本功能：對戶用熱量變送器的計量監(jiān)測參數(shù)進行采集、儲存、顯示、查詢及監(jiān)測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。
    擴展功能：回水溫度監(jiān)測及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠程抄表；本地(智能)監(jiān)控、遠程(智能)監(jiān)控等。
2.2 第二類
   ① 系統(tǒng)組成
   第二類集散式熱計量系統(tǒng)是基于戶用流量溫度變送器的樓宇供暖熱計量系統(tǒng)，適合于采用單戶系統(tǒng)(一戶一環(huán))的熱計量。特點為：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，簡化單戶系統(tǒng)的熱量計量裝置功能，只負責(zé)單戶系統(tǒng)的流量和溫度監(jiān)測和變送，成本更低，結(jié)構(gòu)更緊湊，故障減少，維護管理更簡便。
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單戶系統(tǒng)的流量、供回水溫度進行監(jiān)測和儲存，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)通信線對樓棟內(nèi)各戶用流量溫度變送器的計量參數(shù)以及總回水溫度進行定時監(jiān)測、采集和單戶系統(tǒng)的熱量積算，并儲存相關(guān)參數(shù)。
 

   ② 基本功能及擴展功能
   基本功能：對樓內(nèi)各戶用流量溫度變送器的計量參數(shù)進行采集、儲存、熱量積算、顯示、查詢及監(jiān)測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，可同時為集散式樓宇總熱表和各戶用流量溫度變送器供電。
    擴展功能：回水溫度監(jiān)測及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠程抄表；本地(智能)監(jiān)控、遠程(智能)監(jiān)控等。
2.3 改進型第二類
    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，各單戶系統(tǒng)只需要監(jiān)測和變送回水溫度和流量。改進型第二類集散式熱計量系統(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單戶系統(tǒng)的流量和回水溫度進行監(jiān)測和儲存，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)通信線對樓內(nèi)各戶用流量溫度變送器的計量參數(shù)以及總供水溫度進行定時監(jiān)測、采集和單戶系統(tǒng)熱量積算，并儲存相關(guān)參數(shù)，對總回水溫度進行監(jiān)測、采集。
 

2.4 第三類
   ① 系統(tǒng)組成
   第三類集散式熱計量系統(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出水溫度變送器的供暖熱計量系統(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責(zé)流量和溫度參數(shù)的監(jiān)測和儲存，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)通信線對樓內(nèi)各流量、溫度變送器的計量參數(shù)進行定時監(jiān)測、采集，根據(jù)各立管流量和各散熱器進出口溫度進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行熱量累加進而實現(xiàn)對各用戶的熱計量。
 

   ② 基本功能及擴展功能
   基本功能：對樓內(nèi)各立管流量變送器和各散熱器進出水溫度變送器的計量參數(shù)進行采集、儲存、按戶進行熱量積算、顯示、查詢及監(jiān)測流量變送器、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，可同時為集散式樓宇總熱表和各流量變送器、溫度變送器供電。
    擴展功能：回水溫度監(jiān)測及提示；卡式抄表、紅外抄表、遠程抄表；本地(智能)監(jiān)控、遠程(智能)監(jiān)控等。
3 結(jié)論及工作展望
3.1 結(jié)論
    ① 集散式熱計量系統(tǒng)為新建居住建筑供暖熱計量以及既有居住建筑供暖熱計量改造提供了新的熱計量系統(tǒng)設(shè)計思路和解決方案，具有可操作性。
    ② 第一、二類集散式熱計量系統(tǒng)適合于采用單戶系統(tǒng)(一戶一環(huán))的熱計量。第三類集散式熱計量系統(tǒng)既適合于傳統(tǒng)的單管供暖系統(tǒng)的熱計量改造，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)的熱計量。
    ③ 集散式熱計量系統(tǒng)可實現(xiàn)高智能、低成本、少維護、易管理：
    高智能：集散式樓宇總熱表在數(shù)據(jù)采集、處理、儲存和控制等方面功能強大，易于實現(xiàn)顯示和查詢及數(shù)據(jù)儲存、計量裝置故障監(jiān)控及報警、用戶用熱情況監(jiān)控、智能抄表及遠傳以及對供暖系統(tǒng)的監(jiān)控與調(diào)節(jié)等。
   低成本：采用集散式設(shè)計使得單戶系統(tǒng)的熱計量儀表得以簡化，取消了顯示、查詢等諸多功能，不需要設(shè)顯示器，結(jié)構(gòu)更簡單緊湊。
    少維護：由于用戶系統(tǒng)的熱計量裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，無顯示器，只有標準的通信接口，封閉性、適應(yīng)性更強，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)測等)集于一身，使計量供熱管理和監(jiān)測更易于實現(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，有利于實現(xiàn)對供熱系統(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)測水平要求的不斷提升，集散式熱計量系統(tǒng)的優(yōu)勢將越來越明顯，具有很好的應(yīng)用前景。集散式熱計量系統(tǒng)尚處于初步研發(fā)階段，下一步工作是：
    ① 進一步開展集散式熱計量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作，特別是專用計量裝置——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 爭取相關(guān)部門和企業(yè)的更多關(guān)注和支持。
    ③ 加強與熱計量儀表企業(yè)、供熱企業(yè)和相關(guān)管理部門(供熱管理部門、計量檢驗部門等)的聯(lián)系與合作，推進示范和推廣工作。
參考文獻：
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(本文作者：趙樹興 天津城市建設(shè)學(xué)院 天津 300384)