趙玉敏　張務(wù)鐸　朱　江

(山東省計量科學(xué)研究院，濟(jì)南 250014)

0　引言

熱能表熱量值計算有兩種方法：k系數(shù)法和焓值法。兩種方法都是液體在相應(yīng)溫度(進(jìn)、出口)和壓力下的函數(shù)，均與液體的比容有關(guān)，理論上計算結(jié)果一致，但是應(yīng)用方面有一定差別。

依據(jù)城鎮(zhèn)建設(shè)行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)CJ 128—2007《熱能表》，焓值法用于質(zhì)量流量測量，通過溫度與溫差確定密度與焓值，通過修正達(dá)到冷熱計量的目的，此時熱能表安裝進(jìn)口和出口都可以；而歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN1434中規(guī)定了k系數(shù)法的應(yīng)用條件，該方法適合于直接進(jìn)行體積流量測量，通過介質(zhì)溫度與溫差，確定k系數(shù)，不易實現(xiàn)冷熱兩用熱量計量，安裝位置固定。

本文針對JJG 225—2001《熱能表》中總量檢定情況下熱量計算方法進(jìn)行實際分析和探討。

1　問題的提出

對熱能表的熱量值直接進(jìn)行檢定的方法稱為總量檢定?？偭繖z定時，我們使用恒溫槽提供熱能表的進(jìn)口溫度(tf)、出口溫度(tr)，熱水流量裝置提供一定的流量，使熱能表流經(jīng)一定質(zhì)量的液體(Δm)。由此三個輸入量及熱能表的安裝形式(進(jìn)口安裝或出口安裝)就可以得到“實際熱能值”，與熱能表的“示值”比較可以得到熱能表的示值誤差。

總量檢定時，恒溫槽提供的進(jìn)口溫度或出口溫度與流量傳感器流經(jīng)的介質(zhì)溫度不同，造成熱能表與其正常工作狀況往往不一致，按照規(guī)程規(guī)定，使用焓值法進(jìn)行“實際熱能值”的計算。而熱能表實際使用中總有一支溫度傳感器跟流量傳感器處于同一個溫度下，所以這種熱量的計算與熱能表的正常工作模式是有差別的。即JJG 225—2001《熱能表》7.3.7款關(guān)于總量檢定的計算方法適用于流量測量的是質(zhì)量流量傳感器，而目前的熱能表均是體積流量傳感器，計算公式需要進(jìn)行修正。

規(guī)程中的公式(9)如下表述實際熱量Qci:

Qci=(m1i-m0i)×(h1i-h0i)

式中：h1i，h0i分別表示載熱液體在高溫恒溫槽的溫度下的比焓值與低溫恒溫槽的溫度下的比焓值；m1i，m0i分別為開始測量和結(jié)束測量秤的讀數(shù)。

問題是：對在實際安裝使用中與流量傳感器同一位置的溫度傳感器的溫度不一致造成的差別沒有進(jìn)行修正。

2　問題分析

我們對一組模擬數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行計算，就很明顯地看出問題所在。

2.1　熱能表的熱量計算公式

熱能表的熱量計算公式如下：

(1)

式中：Q為釋放的熱量；qm為熱能表中載熱體的質(zhì)量流量；Δh為熱交換系統(tǒng)中入口溫度與出口溫度對應(yīng)的載熱液體的比焓值差；Δm為流經(jīng)熱能表的液體的質(zhì)量。

2.2　按照公式計算熱能值

表1是按式(1)(規(guī)程中公式9)計算“實際熱能值”熱能表檢定的數(shù)據(jù)記錄。

表1　檢定數(shù)據(jù)記錄

標(biāo)準(zhǔn)溫度為恒溫水槽提供的對進(jìn)口溫度傳感器和出口溫度傳感器的實際溫度。

2.3　實際情況分析

以下計算示例均取自表1中的數(shù)據(jù)。

2.3.1熱能表為進(jìn)口安裝形式

流經(jīng)熱能表流量傳感器的介質(zhì)溫度與進(jìn)口溫度傳感器所測量的溫度一致，熱能表是將流量傳感器測得的體積量V按90℃時溫度計算出質(zhì)量m’(水的密度：ρ90=0.96554kg/L，ρ50=0.98825kg/L，ρ5=1.0002kg/L，取自JJG 225—2001《熱能表》 附錄B)：

V=10/0.98825 =10.1189L

m’=V×0.96554=9.7702kg

熱能表90℃與50℃水的焓值差：

Δh=h90-h50=377.45 -21.616 =355.824kJ/kg

熱能實際值應(yīng)為：

Q=m’×Δh=3476.47kJ

2.3.2熱能表為出口安裝形式

熱能表所測量出的流經(jīng)熱水的質(zhì)量：

m’=10/0.98825×1.0002 =10.1204kg

熱能實際值應(yīng)為：

Q=m’×Δh=3601.27kJ

2.4　按照k系數(shù)方法計算熱能值

按下面公式計算熱能值：

(2)

式中：Q為釋放的熱量；V為流經(jīng)熱能表載熱體的體積流量；Δθ為熱交換系統(tǒng)中載熱液體入口溫度與出口溫度的差值。

2.4.1熱能表為進(jìn)口安裝形式

k(90，5)進(jìn)= 1.1222k·Wh/(m3·℃)

Δθ=90-5=85℃

V=10/0.98825 =10.1189L

Q=k(90，5)進(jìn)×Δθ×V=0.96521(kWh)=3474.76kJ

2.4.2熱能表為出口安裝形式

k(90，5)出= 1.1628k·Wh/(m3·℃)

Δθ=90-5=85℃

V=10/0.98825=10.1189L

Q=k(90，5)進(jìn)×Δθ×V=1.00013(kWh)=3600.47kJ

2.5　對比分析

依據(jù)實際情況分析，進(jìn)口安裝形式用焓值法和k系數(shù)方法計算熱量，計算結(jié)果誤差為0.05％;出口安裝形式用焓值法和k系數(shù)方法計算熱量，計算結(jié)果誤差為0.02％。

3　總結(jié)

3.1　使用焓值的熱能計算公式

質(zhì)量-焓值計算方法(質(zhì)量法)：

Q=mflow/[ρ(t1,p1)flow×ρ1×Δh]

(3)

體積-焓值計算方法(標(biāo)準(zhǔn)表法)：

Q=V×ρ(t2,p2)s-meter/[ρ(t1,p1)flow×ρ1×Δh]

(4)

式中：Q為實際熱量值，kJ；mflow為流經(jīng)熱能表的熱水的質(zhì)量，kg；ρ(t1,p1)flow為流經(jīng)熱能表的熱水的密度，kg/m3；t1為流量經(jīng)熱能表的水溫，℃；p1為檢定時試驗段的壓力，MPa；ρ1為進(jìn)口安裝的熱能表對應(yīng)進(jìn)口溫度傳感器處熱水的密度， kg/m3；Δh為恒溫槽提供進(jìn)、出口溫度下的焓值，kJ/kg；V為標(biāo)準(zhǔn)表測量的標(biāo)準(zhǔn)體積值，m3；ρ(t2,p2)s-meter為標(biāo)準(zhǔn)表處的熱水密度，kg/m3；t2為檢定時標(biāo)準(zhǔn)表處的溫度，℃；p2為檢定時標(biāo)準(zhǔn)表處的壓力，MPa。

3.2　使用熱系數(shù)k的熱能計算方法

質(zhì)量-熱系數(shù)k計算方法：

Q=k(tf，tr，p3，s)×Δθ×mflow/ρ(t1,p1)flow

(5)

體積-熱系數(shù)k計算方法：

Q=k(tf，tr，p3，s)×Δθ×V×ρ(t2,p2)s-meter/

ρ(t1,p1)flow

(6)

式中：k(tf，tr，p3，s)為熱系數(shù)，J/(m3·℃)，按恒溫槽提供的進(jìn)口溫度tf、出口溫度tr和安裝位置s(進(jìn)口或出口安裝)進(jìn)行查表或計算；Δθ為恒溫槽提供的溫差值。

對于p1、p2、p3，當(dāng)熱能表的最大允許工作壓力為1.0MPa及以下時，按0.6MPa查表或計算密度；熱能表的最大允許工作壓力為1.0MPa以上時按1.6MPa查表或計算密度。

4　結(jié)論

在測量過程中，為了計算方便，在流量傳感器輸出質(zhì)量流量時，采用焓值法計算，流量傳感器輸出體積流量時，采用k系數(shù)法計算。兩種計算方法的計算差別遠(yuǎn)小于熱能表的誤差限，采用不同方法引起的計算差別可以忽略。

使用k系數(shù)法進(jìn)行實際熱量值Q計算時，不會因為恒溫槽的設(shè)定溫度與流量傳感器流經(jīng)的介質(zhì)溫度不一致引起偏差。

采用焓值法計算實際熱量值引起偏差的原因是熱能表測量的流經(jīng)介質(zhì)的質(zhì)量不是天平直接測量的質(zhì)量。

[1]JJG(魯)65-2008熱能表標(biāo)準(zhǔn)裝置

[2]OIML R75.1-2002 Heat meters Part 1: General requirements

[3]EN 1434.1-2007 Heat meters Part 1: General requirements

[4]EN 1434.4-2007 Heat meters Part 4: Pattern approval tests

[5]CJ 128—2007熱能表

[6]JJG 225-2001熱能表

[7]張立謙.對于熱能表技術(shù)問題的討論.中國計量，2001(6)