电磁热能表在中央空调计量系统中的应用

朱好仁， 陈资博， 刘月琴

（1.杭州源牌环境科技有限公司，浙江杭州 310030；2.浙江省绿色（低碳）建筑关键技术研究中心，浙江杭州 310030）

0 引言

伴随着我国城市化的飞速发展，建筑能耗所占比例已由1978年的10%上升到目前的25%左右，而根据发达国家经验，随着我国城市化进程的不断推进和人民生活水平的不断提高，建筑能耗的比例将继续增加，并最终有可能达到35%。空调能耗在建筑能耗中所占比例约为2/3，建筑节能首选是空调节能，为此围绕着中央空调节能展开的中央空调计量系统越来越多的被推广和应用。

1 中央空调计量系统概述

介绍了一种基于电磁热能表的中央空调计量系统，是根据国内外客户中央空调使用需求，结合多年来在中央空调行业的设计和施工经验，自主研发的中央空调计量系统及相关产品；该系统融合了冷热量计量收费技术、智能控制技术、计算机技术、数据远传技术以及无线智能组网技术，为我国提供了一种先进、实用、适合国情的中央空调能耗管理整体化解决方案。

2 中央空调计量系统

目前国内中央空调计量系统主要有三种方式：时间型、能量型和时间能量型，这里主要讲述电磁热能表在时间能量型中央空调计量系统中的应用。

时间型计量系统就是按时间来计量的系统，其关键设备是时间型温控器（或者普通温控器加上时间采样仪）。时间型温控器的计量原理就是累计风机盘管在不用风机档位下运行的有效时间，如图2所示，时间型温控器实时判断是否符合计量条件，（只有在控制主调主机工作在制冷或制热模式下、风机盘管的风机运行且电动阀打开才满足计量条件），符合计量条件就开始量累计风机盘管的时间。

2.1 能量型计量系统

能量型中央空调计量系统就是计量能量的系统，其关键设备是热能表，热能表是测量消耗能量的仪表，根据热力交换原理，如图1所示，流经热交换设备的载能介质（通常为液态水）其回水温度（出口温度T1）和供水温度（入口温度T2）会有差异，假设流经管段的载能介质（通常为液态水）瞬时流量为qm，按照热力学能量计算公式，系统消耗的能量是：

式中 Q—释放的热量，kJ；

qm—流经热能表中载热液体的质量，kg/s；

Δh—热交换回路中入口温度与出口温度对应的载热液体的比焓值，kJ/kg；

t—时间，s。

能量型计量系统能很精确的计量释放的能量，为国家早期唯一的计量标准，对于供能方和用户都容易接受和理解，针对区域计量是很适合的，但对于末端计量，因成本较高，往往不能大面积推行，实际使用中能大面积推行的能量型计量系统大多是成本相对低廉的转子式热能表，因国内空调系统水质较差，容易堵塞且故障率很高，不能正常计量。目前已经主要在楼栋总管计量或区域管段计量。

2.2 时间型计量系统

实际使用时，因风机盘管的大小不同，风机运行的档位不同，热交换效率有差异，单位时间释放的能量就不同，为了公平起见，引入当量时间的概念。

当量时间就是风机运行的档位时间与档位系数及盘管系数的乘积。

通过档位系数可以平衡风机运行在不同档位单位时间内所释放能量的不同。通过盘管系数可以平衡盘管大小不同、型号差异而导致单位时间内释放能量的不同。

时间型计量系统的实质就是检测空调主机的工作状态，末端设备的运行状态和运行时间等信息，将其转换成当量时间，并作为计量分摊的依据。

时间型计量系统的优点非常明显：1）采用时间型温控器就可以完成时间计量和温控调控的功能，温度器在中央空调系统中本身就是必不可少的，增加时间计量无需额外增加硬件设备，只要编写温控器的软件就可以了，因此成本较低；2）时间型温控器是全电子系统，系统使用寿命可以超过12a；3）与水系统无关联，施工、调试、维护方便；4）不受户型结构影响，自由组合计量区域；正是基于以上优点，中央空调计量系统大面积在推行。但时间型计量系统只能做到大致公平，因管道堵塞导致的空调的效果差异无法直接反应到计量中去，且目前还没有真正的国家标准做为计量依据。在定性分析的系统中多采用时间型计量系统，定量收费时因与供能方无准确结算的依据，往往不能被采纳。

2.3 时间能量型中央空调计量系统

时间能量型中央空调计量系统，就是末端（房间）采用时间型计量，楼栋或分楼层（分大区域）采用能量型计量的综合性系统。基于电磁热能表的中央空调计量系统使用时间能量型计量方式，通过电磁能量表计量楼栋或分楼层（分大区域）能量使用总量，结合时间型温控器累积的当量时间进行能量分摊，得出风管机终端（或者每户）所消耗的能量。这样的系统结合了能量精确计量和时间计量的优点，且符合能量计量的国标，特别适合国情。

2.3.1 时间能量型系中央空调计量系统的架构

基于电磁热能表的中央空调计量系统中，在风机盘管端采用时间型温控器（或者普通温控器加上时间采样仪）来计算该风机盘管不同档位的累计当量时间；而在楼栋（或者进户端）使用电磁式能量表测量用户消耗的总能量，系统根据以上两个测量值以及相应的计量方式得出每户消费的能量。系统结构图如图3所示。

系统从功能上可以分为三部分，即计量部分、数据传输部分和数据处理部分。其中计量部分由时间型温控器和电磁能量表组成，如图3所示，时间型温控器与风机盘管和电动阀相连接，负责计量风机盘管的当量时间，并可以根据系统欠费停机的需要关闭阀门和风机盘管；电磁能量表负责测量进户端消耗总能量（或者楼栋消耗总能量）；数据传输部分包括计费管理器、楼栋管理（单元）器和数据管理网关；计费管理器将电磁能量表数据上传给楼栋管理（单元）器，楼栋管理（单元）器通过无线网络将数据上传给数据管理网关，数据管理网关通过GPRS上传给上位机软件平台；数据处理部分主要是由上位机能耗分析管理平台完成的，该平台不仅能够存储、分析中央空调系统的各种数据，还可以根据需要生成数据表格、消费账单等，更重要的是通过对中央空调历史数据分析，可以得出节能减排的建议，帮助消费者提高能源利用率。从这个系统架构图可以看出，电磁热能表在中央空调计量系统中是关键的关键。能量计量是否准确，主要取决于电磁热能表的性能和可靠性。

2.3.2 电磁热能表的功能特点

（1）电磁热能表性能优越，精度高。（流量测量精确度为0.5%，温差测量为0.05T。）

（2）电磁热能表的传感器是段光滑直管段，不会阻塞，不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好。当前国情下，我们国家的空调系统的水体都是非常差的，不可避免的会夹杂固体颗粒、麻丝等的杂质，由于整体式电磁热量表没有机械运动部件，这些杂质不会阻塞表计从而引起计量不准，也不会损坏仪表[2]。

（3）电磁热能表是一种体积流量测量仪表，在测量过程中，它不受被测介质的温度、粘度、密度以及电导率（在一定范围）的影响。因此，电磁热能表只需经水标定后，就可用来测量其它导电性液体的流量[2]。

（4）电磁热能表无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，也可测量正、反两个方向的流量。

2.4 电磁热能表的在中央空调计量系统中的应用

电磁热能表中间中空，不会堵塞。它的测量精度不随电导率的变化而变化，即使水质酸碱化，也不会影响精度。测量精度不会随着水温的变化而变化，冷、热量工况均可使用。因此电磁热能表是最适合在中央空调计量系统中应用的。

本文所用电磁热能表除了上述功能特点外，可以符合各种复杂的使用环境，满足顾客特殊定制要求，尤其适合中央空调系统的计量应用。

2.4.1 解决中央空调计量系统的“误计量”问题

（1）通过设定小信号切除的数值可以确保热量在阀门没有关闭严密（渗漏）时不计量；（2）通过设定温差的数值确保在小温差下不计量；（3）通过与电机或阀门连锁，开启或关闭能量计量功能。

中央空调系统中阀门往往因制造、安装、调试和使用原因，阀门无法关闭严密，存在着不同程度的渗漏，这个流量积少成多，几天下来，会累积很多；在阀门关闭情况下，计量系统如果有计量，就会和用户发生纠纷；还有系统空运行时，用户没有使用能量，但管道有一定的损耗，会有一个很小的温差，此时计量就会让用户产生误解。通过以上三个功能就可避免用户的纠纷和误解。

2.4.2 多种通讯方式和抄表方法及预付费问题

（1）通过IC模块，可以实现预付费功能（特别适用不方便布线的用户）。

（2）可通过433MHz无线模块通讯。

（3）可通过无线模块或GPRS模块来管理和读写热能表的数据。

（4）可通过RJ45模块连接网络来管理和读写热能表的数据。

该电磁热量表配备多种通讯模块，以适应不同环境下、不同用户的各种抄表方式，最大化的应用物联网技术。配备的RJ45模块可以通过以太网传输数据，实现人工和仪表的“交流沟通”，凡是有网络的地方都可以使用，特备适合大范围远距离传输，如果这个范围有局域网的话，充分利用甲方内部资源，不需要增加布线成本，稳定可靠，设备成本低且不需要运营费用。配备的无线模块可以使数据通过无线抄表系统传输数据（基于433M的无线网络），如果现场不方便布线的话可以使用这个模块搭建无线抄表系统。配备的GPRS模块可以使数据通过公网（移动、联通、电信）传输数据。如果系统需要实现预付费，通过IC模块，实现预付费功能。

2.4.3 安装、调试方便

（1）具有自诊断功能，方便调试和维修；工程师通过上位机内的数据可以判断仪表的使用、故障情况，甚至可以通过GPRS模块把各种参量传送给厂家的专业工程师帮助诊断故障，维修甚是方便。

（2）电磁热量表进水方向可以是双向的，安装不受限制。中央空调系统的热能表安装有时受到位置的限制，无法按出厂预定流量方向安装仪表。RUNPAQ电磁热量表可以设定流量的方案，安装不受限制。

3 结语

基于电磁热能表的中央空调计量系统因其实用、稳定、可靠、精准已经在多个项目中应用，几年下来，没有一例因计量精度问题使物业公司和业主发生纠纷，电磁热能表新颖可靠，流量计部分畅通无阻、不堵塞，故特别适合我国国情；维护费用低、无运动部件、压力损失小、不需维修、模块化设计、接口简单灵活、应用方便，已经取得了显著的社会效益和经济效益。

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[1]CJ 128-2000，热能表[S].中华人民共和国城镇建设行业标准，2000.

[2]产品技术手册[Z].杭州源牌环境科技有限公司，2011.