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(guó)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(guó)家經(jīng)驗(yàn)，隨著我國(guó)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(kāi)的中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)越來(lái)越多的被推廣和應(yīng)用。

1 中央空調(diào)計(jì)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(jì)量系統(tǒng)，是根據(jù)國(guó)內(nèi)外客戶中央空調(diào)使用需求，結(jié)合多年來(lái)在中央空調(diào)行業(yè)的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)的中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品；該系統(tǒng)融合了冷熱量計(jì)量收費(fèi)技術(shù)、智能控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)以及無(wú)線智能組網(wǎng)技術(shù)，為我國(guó)提供了一種先進(jìn)、實(shí)用、適合國(guó)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(jì)量系統(tǒng)

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

時(shí)間型計(jì)量系統(tǒng)就是按時(shí)間來(lái)計(jì)量的系統(tǒng)，其關(guān)鍵設(shè)備是時(shí)間型溫控器（或者普通溫控器加上時(shí)間采樣儀）。時(shí)間型溫控器的計(jì)量原理就是累計(jì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管在不用風(fēng)機(jī)檔位下運(yùn)行的有效時(shí)間，如圖2所示，時(shí)間型溫控器實(shí)時(shí)判斷是否符合計(jì)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(pán)管的風(fēng)機(jī)運(yùn)行且電動(dòng)閥打開(kāi)才滿足計(jì)量條件），符合計(jì)量條件就開(kāi)始量累計(jì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管的時(shí)間。

2.1 能量型計(jì)量系統(tǒng)

能量型中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)就是計(jì)量能量的系統(tǒng)，其關(guān)鍵設(shè)備是熱能表，熱能表是測(cè)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(huì)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(shí)流量為qm，按照熱力學(xué)能量計(jì)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(duì)應(yīng)的載熱液體的比焓值，kJ/kg；

t—時(shí)間，s。

能量型計(jì)量系統(tǒng)能很精確的計(jì)量釋放的能量，為國(guó)家早期唯一的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于供能方和用戶都容易接受和理解，針對(duì)區(qū)域計(jì)量是很適合的，但對(duì)于末端計(jì)量，因成本較高，往往不能大面積推行，實(shí)際使用中能大面積推行的能量型計(jì)量系統(tǒng)大多是成本相對(duì)低廉的轉(zhuǎn)子式熱能表，因國(guó)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(jì)量。目前已經(jīng)主要在樓棟總管計(jì)量或區(qū)域管段計(jì)量。

2.2 時(shí)間型計(jì)量系統(tǒng)

實(shí)際使用時(shí)，因風(fēng)機(jī)盤(pán)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(shí)間釋放的能量就不同，為了公平起見(jiàn)，引入當(dāng)量時(shí)間的概念。

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

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

時(shí)間型計(jì)量系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是檢測(cè)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(shí)間等信息，將其轉(zhuǎn)換成當(dāng)量時(shí)間，并作為計(jì)量分?jǐn)偟囊罁?jù)。

時(shí)間型計(jì)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯：1）采用時(shí)間型溫控器就可以完成時(shí)間計(jì)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(shí)間計(jì)量無(wú)需額外增加硬件設(shè)備，只要編寫(xiě)溫控器的軟件就可以了，因此成本較低；2）時(shí)間型溫控器是全電子系統(tǒng)，系統(tǒng)使用壽命可以超過(guò)12a；3）與水系統(tǒng)無(wú)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(jì)量區(qū)域；正是基于以上優(yōu)點(diǎn)，中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)大面積在推行。但時(shí)間型計(jì)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(wú)法直接反應(yīng)到計(jì)量中去，且目前還沒(méi)有真正的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)做為計(jì)量依據(jù)。在定性分析的系統(tǒng)中多采用時(shí)間型計(jì)量系統(tǒng)，定量收費(fèi)時(shí)因與供能方無(wú)準(zhǔn)確結(jié)算的依據(jù)，往往不能被采納。

2.3 時(shí)間能量型中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)

時(shí)間能量型中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)，就是末端（房間）采用時(shí)間型計(jì)量，樓棟或分樓層（分大區(qū)域）采用能量型計(jì)量的綜合性系統(tǒng)?；陔姶艧崮鼙淼闹醒肟照{(diào)計(jì)量系統(tǒng)使用時(shí)間能量型計(jì)量方式，通過(guò)電磁能量表計(jì)量樓棟或分樓層（分大區(qū)域）能量使用總量，結(jié)合時(shí)間型溫控器累積的當(dāng)量時(shí)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(jì)量和時(shí)間計(jì)量的優(yōu)點(diǎn)，且符合能量計(jì)量的國(guó)標(biāo)，特別適合國(guó)情。

2.3.1 時(shí)間能量型系中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)的架構(gòu)

基于電磁熱能表的中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)中，在風(fēng)機(jī)盤(pán)管端采用時(shí)間型溫控器（或者普通溫控器加上時(shí)間采樣儀）來(lái)計(jì)算該風(fēng)機(jī)盤(pán)管不同檔位的累計(jì)當(dāng)量時(shí)間；而在樓棟（或者進(jìn)戶端）使用電磁式能量表測(cè)量用戶消耗的總能量，系統(tǒng)根據(jù)以上兩個(gè)測(cè)量值以及相應(yīng)的計(jì)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(jì)量部分、數(shù)據(jù)傳輸部分和數(shù)據(jù)處理部分。其中計(jì)量部分由時(shí)間型溫控器和電磁能量表組成，如圖3所示，時(shí)間型溫控器與風(fēng)機(jī)盤(pán)管和電動(dòng)閥相連接，負(fù)責(zé)計(jì)量風(fēng)機(jī)盤(pán)管的當(dāng)量時(shí)間，并可以根據(jù)系統(tǒng)欠費(fèi)停機(jī)的需要關(guān)閉閥門(mén)和風(fēng)機(jī)盤(pán)管；電磁能量表負(fù)責(zé)測(cè)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(jì)費(fèi)管理器、樓棟管理（單元）器和數(shù)據(jù)管理網(wǎng)關(guān)；計(jì)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(guò)無(wú)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(guò)GPRS上傳給上位機(jī)軟件平臺(tái)；數(shù)據(jù)處理部分主要是由上位機(jī)能耗分析管理平臺(tái)完成的，該平臺(tái)不僅能夠存儲(chǔ)、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(guò)對(duì)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(gè)系統(tǒng)架構(gòu)圖可以看出，電磁熱能表在中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)中是關(guān)鍵的關(guān)鍵。能量計(jì)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(diǎn)

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

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

（3）電磁熱能表是一種體積流量測(cè)量?jī)x表，在測(cè)量過(guò)程中，它不受被測(cè)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(lái)測(cè)量其它導(dǎo)電性液體的流量[2]。

（4）電磁熱能表無(wú)機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，也可測(cè)量正、反兩個(gè)方向的流量。

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

電磁熱能表中間中空，不會(huì)堵塞。它的測(cè)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(huì)影響精度。測(cè)量精度不會(huì)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(jì)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(diǎn)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(jì)量應(yīng)用。

2.4.1 解決中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)的“誤計(jì)量”問(wèn)題

（1）通過(guò)設(shè)定小信號(hào)切除的數(shù)值可以確保熱量在閥門(mén)沒(méi)有關(guān)閉嚴(yán)密（滲漏）時(shí)不計(jì)量；（2）通過(guò)設(shè)定溫差的數(shù)值確保在小溫差下不計(jì)量；（3）通過(guò)與電機(jī)或閥門(mén)連鎖，開(kāi)啟或關(guān)閉能量計(jì)量功能。

中央空調(diào)系統(tǒng)中閥門(mén)往往因制造、安裝、調(diào)試和使用原因，閥門(mén)無(wú)法關(guān)閉嚴(yán)密，存在著不同程度的滲漏，這個(gè)流量積少成多，幾天下來(lái)，會(huì)累積很多；在閥門(mén)關(guān)閉情況下，計(jì)量系統(tǒng)如果有計(jì)量，就會(huì)和用戶發(fā)生糾紛；還有系統(tǒng)空運(yùn)行時(shí)，用戶沒(méi)有使用能量，但管道有一定的損耗，會(huì)有一個(gè)很小的溫差，此時(shí)計(jì)量就會(huì)讓用戶產(chǎn)生誤解。通過(guò)以上三個(gè)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(wèn)題

（1）通過(guò)IC模塊，可以實(shí)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(guò)433MHz無(wú)線模塊通訊。

（3）可通過(guò)無(wú)線模塊或GPRS模塊來(lái)管理和讀寫(xiě)熱能表的數(shù)據(jù)。

（4）可通過(guò)RJ45模塊連接網(wǎng)絡(luò)來(lái)管理和讀寫(xiě)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(guò)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)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(gè)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(yíng)費(fèi)用。配備的無(wú)線模塊可以使數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線抄表系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)（基于433M的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)），如果現(xiàn)場(chǎng)不方便布線的話可以使用這個(gè)模塊搭建無(wú)線抄表系統(tǒng)。配備的GPRS模塊可以使數(shù)據(jù)通過(guò)公網(wǎng)（移動(dòng)、聯(lián)通、電信）傳輸數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)，通過(guò)IC模塊，實(shí)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(guò)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(guò)GPRS模塊把各種參量傳送給廠家的專(zhuān)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(shí)受到位置的限制，無(wú)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(yǔ)

基于電磁熱能表的中央空調(diào)計(jì)量系統(tǒng)因其實(shí)用、穩(wěn)定、可靠、精準(zhǔn)已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，幾年下來(lái)，沒(méi)有一例因計(jì)量精度問(wèn)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(jì)部分暢通無(wú)阻、不堵塞，故特別適合我國(guó)國(guó)情；維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、壓力損失小、不需維修、模塊化設(shè)計(jì)、接口簡(jiǎn)單靈活、應(yīng)用方便，已經(jīng)取得了顯著的社會(huì)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(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2000.

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