冷量表工作原理及檢定校準(zhǔn)技術(shù)探討

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(廣州能源檢測(cè)研究院，廣州 510170)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人們對(duì)環(huán)境舒適度要求的不斷提高，采用中央空調(diào)進(jìn)行集中供冷的公共建筑(如寫字樓、商場(chǎng)等)越來越多。長期以來，集中供冷是按供冷面積計(jì)費(fèi)，有時(shí)存在一邊使用冷氣，一邊打開門窗的情況；甚至出現(xiàn)供冷房間即使沒人居住，辦公冷氣也不停的狀況，造成了能源的巨大浪費(fèi)[1-3]。

在此背景下，社會(huì)上根據(jù)用戶實(shí)際使用冷量來收費(fèi)的呼聲越來越高，因?yàn)檫@樣做不僅能反映用戶的實(shí)際冷量使用情況，更能激發(fā)用戶節(jié)約用冷的積極性，因此冷量表的推廣普及勢(shì)在必行[4]。

國家近幾年對(duì)采暖用能計(jì)量的推行力度很大，很多地方都實(shí)現(xiàn)了熱量分戶計(jì)量；中國長江以北的大多數(shù)技術(shù)機(jī)構(gòu)也相繼建立了熱量表的檢定裝置。然而長期以來，專門針對(duì)冷量表的溯源裝置還比較少見，對(duì)冷量表檢定校準(zhǔn)技術(shù)的研究也處于初級(jí)階段。目前國家正準(zhǔn)備推出《熱量表檢定規(guī)程》(JJG 225-201X)，規(guī)程中包含了對(duì)冷量表的檢定要求，但因多項(xiàng)技術(shù)規(guī)定還存在較大爭議，所以遲遲沒有推出[5]。

1 工作原理及冷量計(jì)算公式

冷量表是供冷系統(tǒng)中測(cè)量和顯示載能液體經(jīng)能量交換設(shè)備所吸收熱能量的儀表。冷量表計(jì)量的冷量值由流經(jīng)冷量表中載能液體的質(zhì)量和其流經(jīng)能量交換系統(tǒng)的出口和入口的溫度差對(duì)應(yīng)的焓差經(jīng)過計(jì)算得到。冷量表主要由流量傳感器、配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組成。其中，流量傳感器給出載能液體的累積質(zhì)量，配對(duì)溫度傳感器給出溫差值及溫度，計(jì)算器計(jì)算處理并顯示出能量交換系統(tǒng)所消耗的冷量。冷量表按結(jié)構(gòu)類型可分為一體式冷量表和組合式冷量表；按傳感器測(cè)量方式可分為電磁式、超聲式、機(jī)械式和壓差式等。

冷量的計(jì)算公式

(1)

式中：Q為吸收的熱量(即冷量)，kJ；qm為流經(jīng)冷量表中載能液體的質(zhì)量流量，kg/s；Δh為能量交換系統(tǒng)中出口溫度與入口溫度對(duì)應(yīng)的載能液體的比焓值差， kJ/kg；t為時(shí)間，s。

2 示值誤差要求

參照熱量表的技術(shù)要求，試著提出各等級(jí)冷量表分量值的最大允許誤差Eq、EΔθ、Eθ、EG，見表1。

表1 冷量表各分量值的最大允許誤差Eq、EΔθ、Eθ、EG

3 試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理

冷量表的示值誤差試驗(yàn)可以采用總量法、分量法、分量組合法等，以下只介紹分量組合法。

3.1 試驗(yàn)點(diǎn)的選擇

3.1.1 流量傳感器

流量傳感器檢測(cè)時(shí)的水溫為(15±5)℃，應(yīng)在以下三種流量范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)：

(1)0.03 qp≤q≤0.04 qp(如果低于被檢表的最小流量值，則按被檢表最小流量值檢測(cè)。)

(2)0.10 qp≤q≤0.11 qp。

(3)0.90 qp≤q≤1.00 qp。

3.1.2 配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組合

(1)配對(duì)溫度傳感器的溫度值和溫差值

測(cè)量配對(duì)溫度傳感器5 ℃和20 ℃的溫度值，從而得出5 ℃和20 ℃溫度值的示值誤差及15 ℃溫差值的示值誤差；其應(yīng)符合表1中的相關(guān)規(guī)定。

(2)配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組合的冷量值

在低溫端溫度為5 ℃，高溫端溫度為20 ℃的溫差條件下，檢測(cè)配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組合冷量值，輸入的流量信號(hào)應(yīng)不超過計(jì)算器可接收的最大值；其應(yīng)符合表1中配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器最大允許誤差絕對(duì)值之和。

3.2 試驗(yàn)過程

3.2.1 流量傳感器

以靜態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為例，流量傳感器示值誤差的檢測(cè)方法如下：

(1)檢測(cè)時(shí)水溫與流量點(diǎn)按第3.1.1條的規(guī)定。

(2)將流量傳感器安裝到裝置上，通水使冷量表平穩(wěn)地運(yùn)行一段時(shí)間。

(3)將流量調(diào)到第1個(gè)流量點(diǎn)，將水溫調(diào)到檢測(cè)溫度點(diǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行10 min；關(guān)閉流量開關(guān)閥，記錄流量傳感器初始值V0和工作量器初始值V0S，打開流量開關(guān)閥，使水流入工作量器。當(dāng)量器的水位達(dá)到預(yù)定值時(shí)，切斷水源，記錄流量傳感器的終止值V1，待量器內(nèi)水面波動(dòng)穩(wěn)定后，記錄量器終止值V1S。一次檢測(cè)過程中水流量裝置的溫度變化不超過2 ℃。

(4)計(jì)算工作量器內(nèi)水的實(shí)際體積VS

VS=V1S-V0S。

(2)

(5)計(jì)算流過流量傳感器的累積體積V

V=V1-V0。

(3)

(6)流量傳感器在該流量點(diǎn)示值誤差E

(7)重復(fù)第4.2.1.3～4.2.1.6步驟，直到完成全部流量點(diǎn)檢測(cè)。

(8)流量傳感器的示值誤差Eq按公式(5)計(jì)算，其結(jié)果應(yīng)符合表1中流量傳感器最大允許誤差的規(guī)定。

Eq=|E|max×100%。

(5)

3.2.2 配對(duì)溫度傳感器

(1)配對(duì)溫度傳感器的溫度值和溫差值的測(cè)量過程

將配對(duì)溫度傳感器放在同一個(gè)恒溫槽內(nèi)進(jìn)行，按3.1.2中(1)溫度點(diǎn)檢測(cè)的要求控制其溫度，

每個(gè)溫度點(diǎn)至少讀數(shù)兩次，取兩次讀數(shù)的平均值作為測(cè)量結(jié)果。測(cè)量過程中恒溫槽的溫度變化不應(yīng)超過0.02 ℃。

數(shù)據(jù)處理：配對(duì)溫度傳感器在各溫度點(diǎn)測(cè)量的溫度絕對(duì)誤差值應(yīng)符合表1中單支溫度傳感器溫度的最大允許誤差的規(guī)定；入口溫度傳感器在5 ℃溫度值和出口溫度傳感器在20 ℃溫度值之差的誤差應(yīng)滿足冷量表15 ℃溫差的表1中準(zhǔn)確度要求。

(2)配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器組合的熱量值測(cè)量過程

將配對(duì)溫度傳感器放在兩個(gè)恒溫槽內(nèi)進(jìn)行，按3.1.2中(2)溫度和溫差點(diǎn)檢測(cè)的要求控制其溫度, 每個(gè)溫度點(diǎn)至少讀數(shù)兩次，取兩次讀數(shù)的平均值作為測(cè)量結(jié)果。測(cè)量過程中恒溫槽的溫度變化不應(yīng)超過0.02 ℃。輸入流量信號(hào)，記錄輸入的累積流量值。輸入的流量信號(hào)應(yīng)不超過計(jì)算器可接收的最大值。

數(shù)據(jù)處理：冷量標(biāo)準(zhǔn)值由標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)提供的溫差和輸入的累積流量通過計(jì)算得到。冷量表的冷量值從冷量表讀數(shù)得到。誤差計(jì)算按公式(4)及公式(5)計(jì)算。冷量表冷量值誤差應(yīng)不大于表1中配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器最大允許誤差絕對(duì)值之和。

4 結(jié) 論

從上述分析可以看出，冷量表與傳統(tǒng)的熱量表工作原理非常類似，但也有自己的特點(diǎn)；其中涉及的一些具體檢測(cè)數(shù)據(jù)與指標(biāo)，筆者并不保證其充分合理性，只是用于與同行進(jìn)行技術(shù)探討。目前南方個(gè)別地區(qū)冷量表安裝使用試點(diǎn)工作已經(jīng)取得了初步成效，質(zhì)監(jiān)技術(shù)部門下一步應(yīng)著重考慮做好冷量表的檢定校準(zhǔn)等工作，加快制定全國性或地方性檢定規(guī)程，為冷量表全面推廣使用工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1] 姜 利，張麗娜.熱棒位置與熱棒效果關(guān)系的研究[J].森林工程，2014，30(1)：117-119.

[2] 劉釗，卜占成. 熱量表準(zhǔn)確度檢定方法的選擇及應(yīng)用[J].

[3] 呂士健. 楊健等.CJ128-2007 熱量表.

[4] 王東偉. 邱萍等.JJG225-2001 熱能表.