家用热量表系统设计

家用热量表系统设计

绪论

1.1 研究的目的及意义

新中国成立以来,供热事业有了很大发展,对国家经济建设、提高人民生活水平和改善环境发挥了重要作用。当前由于我国建筑物的保温隔热和气密性能很差,供暖系统热效率低,至2000年,全国城市建筑耗能将占能源生产总量的14%,单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍[1]。在社会生产力不断发展的今天，能源紧缺已经成为各个国家越来越突出的问题。所以能源合理有效地使用已经成为我国相关部门管理的重要内容之一[2]。

随着社会主义市场经济体制的逐步前进，我国供热体制正在发生改变。供热企业与用户之间的关系己逐渐变为供暖部门与业主之间的商品买卖关系[3]。尤其随着“房改”和住房私有化后，现行的城市住宅供暖费用由企业全部承担的政策已不能适应当前形势的需要，住户对采暖方式有了自主选择的权利和自由。这些都对传统的供暖计费方式提出挑战，这要求我们要设计以单片机为核心的新型智能热量表[4]。

2007年6月,国家发改委与国家建设部又联合制定了关于《城市供热价格管理暂行办法》。办法中明确了用户、热力生产企业及传送企业之间按热量表收热费的要求。这也就要求新建居民住宅要以户为单位分户做计量设计,分户施工并安装户用热量表,而之前所建的居民住宅要逐步实施改造,加装户用热量表。同年10月,建设部又发布关于《热量表》城镇建设行业产品标准,规定此标准自2008年4月1日起正式实施[5]。自从供热计量收费制度在全国开展以来,仅热量表每年的需要量就可达上百万套,中国热量计量仪表产业将是世界最大且最具潜力

的产业。所以,本课题的研究具有现实的经济意义和社会意义。

1.2 国内外背景及发展现状

上世纪的70年代,针对热量表的发展,国外已经做了大量研究,迄今为止所积累的大量经验也表明,为了让人们得以自觉节能并形成习惯,行之有效的手段则是以户为单位,按户实际所耗热量来进行计费。这种以按实际耗用热量向用户

收费的制度,平均可以节能约20%一30%[6]。此时的热量表的技术也得到了飞速的提高,电子热量表应时而生,取代了早期的机械式热量表。随着科技的进步,电子热量表已从早起的模拟积分式,发展到后来的电子数字积分式。并且随着微处理器的发展和在热量表中的广泛使用,电子热量表己经呈现向智能化发展的趋势。选择合适单片机，利用传感器及相关电路设计实现智能控制[7]。

1988年,世界上第一个国际性的热量表的标准文件——《OIML-R75国际建议热量表》由国际法计量组织公布[8]。欧盟在1993年发布93/76/EEC指令,要求各成员国减少二氧化碳的排放量,提髙资源利用率,贯彻实施按实际消费热量计费等计划。并且在1997年4月,正式通过了统一的热量表标准,标准代号为

EN1434[9]。经过几十年的实践和发展,国外的热量表,尤其是欧洲热量表的发展己趋于完善。发展到现在更是出现以计算机语言控制智能热量表[10]。从标准的制定,到热量表的研制,到设备的标定,欧洲各国都有一套成熟的方案,涌现出一些国际知名的大公司,如德国的西门子公司、丹麦的丹佛斯公司,以及法国的斯伦贝谢公司等。这些公司生产热量表技术精湛,质量可靠,占据了欧洲的大部分市场份额,并开始逐步走向中国市场[11]。

与欧洲相比,我国的热量表研制工作起步较晚,最早可追溯到20世纪90年代。1992

年,《OIML-R75国际建议热量表》在我国出版,这为我国的热量表的研制工作指明方向[12]。1994年以后,一些中小型企业就开始自发地研制用户型热量表。特别是在1997年,欧洲热量表标准EN1434发布之后,我国的热量表研制工作如火如荼的开展起来。2001年2月5日,住建部发布了城镇建设行业标准《热量表》,即CJ128-2000,并于当年6月1日开始施行。2001年12月4日,国家质检总局参照国际最新标准,发布了JJG225-2001《中华人民共和国国家计量检定规程-热量表》,并于2002年3月1日开始施行。随着我国热量表技术的进一步发展,2007年10月15日,住建部又发布《热量表》标准CJ128-2007,并于次年4月1日始施行,同日废止《热量表》标准CJ128-2000。《热量表》CJ128-2007在制定过程中参照了欧盟热量表标准的最新版本——EN1434-2007,主要技术内容与EN1434基本一致。同时《热量表》CJ128-2007规定的内容还与热量表计量检定规程JJG-225相协调[13]。这标志着我国热量表研制工作已经走上国际化的

道路。

中国的热量表技术近几年发展显著,但是我们依然要看到我国在热量表的研制上与国外发达国家还有很大的差距。国外热量表产品无论测量精度还是可靠性上都明显优于我国产品。目前国内设计生产的热量表以实验和仿制为主,自主开发能力比较薄弱,没有对热量表性能从基础理论方面进行系统深入的应用研究,热量表的设计与生产缺乏理论依据和指导[14]。中国现在生产、经营热量表的企业主要代理国外产品,其价格因素制约产品普及,为尽快实现能量计费制度改革,函需研发适合我国国情的热能表[15]。在过去几年里,据不完全统计,开发生产、销售并应用的热量表累计超过5000套的国产热量表生产企业有:沈阳航发热计量技术有限公司,江苏环能工程有限公司,天津万华股份有限公司,延吉耐世康仪表有限公司等几家,远没达到市场要求规模。因而研发、制造能科学、准确、符合国家相关计量标准的热能计量产品己迫在眉睫,本项目的研发针对国际先进产品的性能目标,通过合作企业的市场推广,将为我国热能计费改革做出一定贡献。现在热量计的设计方案普遍以单片机为核心，通过传感器的设计，利用单片机基础知识，通过C 语言编程实现控制,KeilC 与Proteus 的使用,最终实现热量表的设计[16]。

1.3 热量表的原理

热量表其计量的原理可描述为：将热量表安装于一热交换系统中,在水流流经此系统的时侯,根据流量传感器测出对应流量,温度传感器测出对应的进出水温差,再结合水流所流过的时间,进行计算得出并显示此系统释放或吸收的热量。热交换一般给出的基本公式如式（1-1）所示：

Q =∫q m ∆ℎt1t0τ=∫ρq v t1

t0∆ℎdτ (1-1)

式中： Q 为热交换系统所释放或吸收的热量,单位为J 或K;

q m 为热交换系统中流经的水的质量流量,单位为kg/h;

q v 为热交换系统中流经的水的体积流量,单位为m 3/h;

ρ 为热交换系统中流经的水的密度,单位为kg/m 3;

∆ℎ为在入口和出口温度下的热交换系统中水的烩值差,单位J/kg; τ为时间，单位为h 。

到目前为止,热量表的热量计量的方法可大致分为如下三种：