冷量表工作原理及檢定校準技術(shù)探討

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(廣州能源檢測研究院，廣州 510170)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展及人們對環(huán)境舒適度要求的不斷提高，采用中央空調(diào)進行集中供冷的公共建筑(如寫字樓、商場等)越來越多。長期以來，集中供冷是按供冷面積計費，有時存在一邊使用冷氣，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[1-3]。

在此背景下，社會上根據(jù)用戶實際使用冷量來收費的呼聲越來越高，因為這樣做不僅能反映用戶的實際冷量使用情況，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在必行[4]。

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

1 工作原理及冷量計算公式

冷量表是供冷系統(tǒng)中測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應(yīng)的焓差經(jīng)過計算得到。冷量表主要由流量傳感器、配對溫度傳感器和計算器組成。其中，流量傳感器給出載能液體的累積質(zhì)量，配對溫度傳感器給出溫差值及溫度，計算器計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；按傳感器測量方式可分為電磁式、超聲式、機械式和壓差式等。

冷量的計算公式

(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應(yīng)的載能液體的比焓值差， kJ/kg；t為時間，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 試驗過程及數(shù)據(jù)處理

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

3.1 試驗點的選擇

3.1.1 流量傳感器

流量傳感器檢測時的水溫為(15±5)℃，應(yīng)在以下三種流量范圍內(nèi)進行試驗：

(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。)

(2)0.10 qp≤q≤0.11 qp。

(3)0.90 qp≤q≤1.00 qp。

3.1.2 配對溫度傳感器和計算器組合

(1)配對溫度傳感器的溫度值和溫差值

測量配對溫度傳感器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)配對溫度傳感器和計算器組合的冷量值

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

3.2 試驗過程

3.2.1 流量傳感器

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

(1)檢測時水溫與流量點按第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)地運行一段時間。

(3)將流量調(diào)到第1個流量點，將水溫調(diào)到檢測溫度點，穩(wěn)定運行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。當量器的水位達到預(yù)定值時，切斷水源，記錄流量傳感器的終止值V1，待量器內(nèi)水面波動穩(wěn)定后，記錄量器終止值V1S。一次檢測過程中水流量裝置的溫度變化不超過2 ℃。

(4)計算工作量器內(nèi)水的實際體積VS

VS=V1S-V0S。

(2)

(5)計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檢測。

(8)流量傳感器的示值誤差Eq按公式(5)計算，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 配對溫度傳感器

(1)配對溫度傳感器的溫度值和溫差值的測量過程

將配對溫度傳感器放在同一個恒溫槽內(nèi)進行，按3.1.2中(1)溫度點檢測的要求控制其溫度，

每個溫度點至少讀數(shù)兩次，取兩次讀數(shù)的平均值作為測量結(jié)果。測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：配對溫度傳感器在各溫度點測量的溫度絕對誤差值應(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中準確度要求。

(2)配對溫度傳感器和計算器組合的熱量值測量過程

將配對溫度傳感器放在兩個恒溫槽內(nèi)進行，按3.1.2中(2)溫度和溫差點檢測的要求控制其溫度, 每個溫度點至少讀數(shù)兩次，取兩次讀數(shù)的平均值作為測量結(jié)果。測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，記錄輸入的累積流量值。輸入的流量信號應(yīng)不超過計算器可接收的最大值。

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

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；其中涉及的一些具體檢測數(shù)據(jù)與指標，筆者并不保證其充分合理性，只是用于與同行進行技術(shù)探討。目前南方個別地區(qū)冷量表安裝使用試點工作已經(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實基礎(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.