朱好仁， 陳資博， 劉月琴

（1.杭州源牌環(huán)境科技有限公司，浙江杭州 310030；2.浙江省綠色（低碳）建筑關鍵技術研究中心，浙江杭州 310030）

0 引言

伴隨著我國城市化的飛速發(fā)展，建筑能耗所占比例已由1978年的10%上升到目前的25%左右，而根據發(fā)達國家經驗，隨著我國城市化進程的不斷推進和人民生活水平的不斷提高，建筑能耗的比例將繼續(xù)增加，并最終有可能達到35%。空調能耗在建筑能耗中所占比例約為2/3，建筑節(jié)能首選是空調節(jié)能，為此圍繞著中央空調節(jié)能展開的中央空調計量系統越來越多的被推廣和應用。

1 中央空調計量系統概述

介紹了一種基于電磁熱能表的中央空調計量系統，是根據國內外客戶中央空調使用需求，結合多年來在中央空調行業(yè)的設計和施工經驗，自主研發(fā)的中央空調計量系統及相關產品；該系統融合了冷熱量計量收費技術、智能控制技術、計算機技術、數據遠傳技術以及無線智能組網技術，為我國提供了一種先進、實用、適合國情的中央空調能耗管理整體化解決方案。

2 中央空調計量系統

目前國內中央空調計量系統主要有三種方式：時間型、能量型和時間能量型，這里主要講述電磁熱能表在時間能量型中央空調計量系統中的應用。

時間型計量系統就是按時間來計量的系統，其關鍵設備是時間型溫控器（或者普通溫控器加上時間采樣儀）。時間型溫控器的計量原理就是累計風機盤管在不用風機檔位下運行的有效時間，如圖2所示，時間型溫控器實時判斷是否符合計量條件，（只有在控制主調主機工作在制冷或制熱模式下、風機盤管的風機運行且電動閥打開才滿足計量條件），符合計量條件就開始量累計風機盤管的時間。

2.1 能量型計量系統

能量型中央空調計量系統就是計量能量的系統，其關鍵設備是熱能表，熱能表是測量消耗能量的儀表，根據熱力交換原理，如圖1所示，流經熱交換設備的載能介質（通常為液態(tài)水）其回水溫度（出口溫度T1）和供水溫度（入口溫度T2）會有差異，假設流經管段的載能介質（通常為液態(tài)水）瞬時流量為qm，按照熱力學能量計算公式，系統消耗的能量是：

式中 Q—釋放的熱量，kJ；

qm—流經熱能表中載熱液體的質量，kg/s；

Δh—熱交換回路中入口溫度與出口溫度對應的載熱液體的比焓值，kJ/kg；

t—時間，s。

能量型計量系統能很精確的計量釋放的能量，為國家早期唯一的計量標準，對于供能方和用戶都容易接受和理解，針對區(qū)域計量是很適合的，但對于末端計量，因成本較高，往往不能大面積推行，實際使用中能大面積推行的能量型計量系統大多是成本相對低廉的轉子式熱能表，因國內空調系統水質較差，容易堵塞且故障率很高，不能正常計量。目前已經主要在樓棟總管計量或區(qū)域管段計量。

2.2 時間型計量系統

實際使用時，因風機盤管的大小不同，風機運行的檔位不同，熱交換效率有差異，單位時間釋放的能量就不同，為了公平起見，引入當量時間的概念。

當量時間就是風機運行的檔位時間與檔位系數及盤管系數的乘積。

通過檔位系數可以平衡風機運行在不同檔位單位時間內所釋放能量的不同。通過盤管系數可以平衡盤管大小不同、型號差異而導致單位時間內釋放能量的不同。

時間型計量系統的實質就是檢測空調主機的工作狀態(tài)，末端設備的運行狀態(tài)和運行時間等信息，將其轉換成當量時間，并作為計量分攤的依據。

時間型計量系統的優(yōu)點非常明顯：1）采用時間型溫控器就可以完成時間計量和溫控調控的功能，溫度器在中央空調系統中本身就是必不可少的，增加時間計量無需額外增加硬件設備，只要編寫溫控器的軟件就可以了，因此成本較低；2）時間型溫控器是全電子系統，系統使用壽命可以超過12a；3）與水系統無關聯，施工、調試、維護方便；4）不受戶型結構影響，自由組合計量區(qū)域；正是基于以上優(yōu)點，中央空調計量系統大面積在推行。但時間型計量系統只能做到大致公平，因管道堵塞導致的空調的效果差異無法直接反應到計量中去，且目前還沒有真正的國家標準做為計量依據。在定性分析的系統中多采用時間型計量系統，定量收費時因與供能方無準確結算的依據，往往不能被采納。

2.3 時間能量型中央空調計量系統

時間能量型中央空調計量系統，就是末端（房間）采用時間型計量，樓棟或分樓層（分大區(qū)域）采用能量型計量的綜合性系統?；陔姶艧崮鼙淼闹醒肟照{計量系統使用時間能量型計量方式，通過電磁能量表計量樓棟或分樓層（分大區(qū)域）能量使用總量，結合時間型溫控器累積的當量時間進行能量分攤，得出風管機終端（或者每戶）所消耗的能量。這樣的系統結合了能量精確計量和時間計量的優(yōu)點，且符合能量計量的國標，特別適合國情。

2.3.1 時間能量型系中央空調計量系統的架構

基于電磁熱能表的中央空調計量系統中，在風機盤管端采用時間型溫控器（或者普通溫控器加上時間采樣儀）來計算該風機盤管不同檔位的累計當量時間；而在樓棟（或者進戶端）使用電磁式能量表測量用戶消耗的總能量，系統根據以上兩個測量值以及相應的計量方式得出每戶消費的能量。系統結構圖如圖3所示。

系統從功能上可以分為三部分，即計量部分、數據傳輸部分和數據處理部分。其中計量部分由時間型溫控器和電磁能量表組成，如圖3所示，時間型溫控器與風機盤管和電動閥相連接，負責計量風機盤管的當量時間，并可以根據系統欠費停機的需要關閉閥門和風機盤管；電磁能量表負責測量進戶端消耗總能量（或者樓棟消耗總能量）；數據傳輸部分包括計費管理器、樓棟管理（單元）器和數據管理網關；計費管理器將電磁能量表數據上傳給樓棟管理（單元）器，樓棟管理（單元）器通過無線網絡將數據上傳給數據管理網關，數據管理網關通過GPRS上傳給上位機軟件平臺；數據處理部分主要是由上位機能耗分析管理平臺完成的，該平臺不僅能夠存儲、分析中央空調系統的各種數據，還可以根據需要生成數據表格、消費賬單等，更重要的是通過對中央空調歷史數據分析，可以得出節(jié)能減排的建議，幫助消費者提高能源利用率。從這個系統架構圖可以看出，電磁熱能表在中央空調計量系統中是關鍵的關鍵。能量計量是否準確，主要取決于電磁熱能表的性能和可靠性。

2.3.2 電磁熱能表的功能特點

（1）電磁熱能表性能優(yōu)越，精度高。（流量測量精確度為0.5%，溫差測量為0.05T。）

（2）電磁熱能表的傳感器是段光滑直管段，不會阻塞，不產生流量檢測所造成的壓力損失，節(jié)能效果好。當前國情下，我們國家的空調系統的水體都是非常差的，不可避免的會夾雜固體顆粒、麻絲等的雜質，由于整體式電磁熱量表沒有機械運動部件，這些雜質不會阻塞表計從而引起計量不準，也不會損壞儀表[2]。

（3）電磁熱能表是一種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質的溫度、粘度、密度以及電導率（在一定范圍）的影響。因此，電磁熱能表只需經水標定后，就可用來測量其它導電性液體的流量[2]。

（4）電磁熱能表無機械慣性，反應靈敏，可以測量瞬時脈動流量，也可測量正、反兩個方向的流量。

2.4 電磁熱能表的在中央空調計量系統中的應用

電磁熱能表中間中空，不會堵塞。它的測量精度不隨電導率的變化而變化，即使水質酸堿化，也不會影響精度。測量精度不會隨著水溫的變化而變化，冷、熱量工況均可使用。因此電磁熱能表是最適合在中央空調計量系統中應用的。

本文所用電磁熱能表除了上述功能特點外，可以符合各種復雜的使用環(huán)境，滿足顧客特殊定制要求，尤其適合中央空調系統的計量應用。

2.4.1 解決中央空調計量系統的“誤計量”問題

（1）通過設定小信號切除的數值可以確保熱量在閥門沒有關閉嚴密（滲漏）時不計量；（2）通過設定溫差的數值確保在小溫差下不計量；（3）通過與電機或閥門連鎖，開啟或關閉能量計量功能。

中央空調系統中閥門往往因制造、安裝、調試和使用原因，閥門無法關閉嚴密，存在著不同程度的滲漏，這個流量積少成多，幾天下來，會累積很多；在閥門關閉情況下，計量系統如果有計量，就會和用戶發(fā)生糾紛；還有系統空運行時，用戶沒有使用能量，但管道有一定的損耗，會有一個很小的溫差，此時計量就會讓用戶產生誤解。通過以上三個功能就可避免用戶的糾紛和誤解。

2.4.2 多種通訊方式和抄表方法及預付費問題

（1）通過IC模塊，可以實現預付費功能（特別適用不方便布線的用戶）。

（2）可通過433MHz無線模塊通訊。

（3）可通過無線模塊或GPRS模塊來管理和讀寫熱能表的數據。

（4）可通過RJ45模塊連接網絡來管理和讀寫熱能表的數據。

該電磁熱量表配備多種通訊模塊，以適應不同環(huán)境下、不同用戶的各種抄表方式，最大化的應用物聯網技術。配備的RJ45模塊可以通過以太網傳輸數據，實現人工和儀表的“交流溝通”，凡是有網絡的地方都可以使用，特備適合大范圍遠距離傳輸，如果這個范圍有局域網的話，充分利用甲方內部資源，不需要增加布線成本，穩(wěn)定可靠，設備成本低且不需要運營費用。配備的無線模塊可以使數據通過無線抄表系統傳輸數據（基于433M的無線網絡），如果現場不方便布線的話可以使用這個模塊搭建無線抄表系統。配備的GPRS模塊可以使數據通過公網（移動、聯通、電信）傳輸數據。如果系統需要實現預付費，通過IC模塊，實現預付費功能。

2.4.3 安裝、調試方便

（1）具有自診斷功能，方便調試和維修；工程師通過上位機內的數據可以判斷儀表的使用、故障情況，甚至可以通過GPRS模塊把各種參量傳送給廠家的專業(yè)工程師幫助診斷故障，維修甚是方便。

（2）電磁熱量表進水方向可以是雙向的，安裝不受限制。中央空調系統的熱能表安裝有時受到位置的限制，無法按出廠預定流量方向安裝儀表。RUNPAQ電磁熱量表可以設定流量的方案，安裝不受限制。

3 結語

基于電磁熱能表的中央空調計量系統因其實用、穩(wěn)定、可靠、精準已經在多個項目中應用，幾年下來，沒有一例因計量精度問題使物業(yè)公司和業(yè)主發(fā)生糾紛，電磁熱能表新穎可靠，流量計部分暢通無阻、不堵塞，故特別適合我國國情；維護費用低、無運動部件、壓力損失小、不需維修、模塊化設計、接口簡單靈活、應用方便，已經取得了顯著的社會效益和經濟效益。

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[1]CJ 128-2000，熱能表[S].中華人民共和國城鎮(zhèn)建設行業(yè)標準，2000.

[2]產品技術手冊[Z].杭州源牌環(huán)境科技有限公司，2011.