浅谈国内热能表所存在的问题及改善措施

　　中国为了实施城市供热体制改革，推行按热量计费。1989年，政府有关领导开始关注集中供暖的民用建筑计量收费的问题。1990年，热量表作为专题被列入“七.五”科技公关计划。2000年2月8日，发布了《民用建筑节能管理规定》，规定：“新建居住建筑的集中采暖系统应当----实行供热计量收费。”，“鼓励发展分户热量计量技术与装置”；2003年7月24日，建设部、国家发改委等八个部委印发了《关于城镇供热体制改革试点工作的指导意见》；2005年11月10日，建设部重新修订发布了《民用建筑节能管理规定》，明确规定：“采用集中采暖制冷方式的新建民用建筑应当安设建筑物室内温度控制和用能计量设施，逐步实行基本冷热价和计量冷热价共同构成的两部制用能价格制度”；2005年12月6日，建设部、国家发改委等八个部委再一次印发了《关于进一步推进城镇供热体制改革的意见》，指出：“稳步推行按用热量计量收费制度，促进供、用热双方节能。新建住宅和公共建筑必须安装楼前表和散热器恒温控制阀，新建住宅同时还要具备分户计量条件；既有住宅要因地制宜，合理确定热计量方式，热计量系统改造随建筑节能改造同步进行”。2006年6月28日，建设部发布了《关于推进供热计量的实施意见》（建城[2006]159号）要求：从政府机关和公共建筑做起，全面实施供热计量工作，建立和完善供热计量收费机制，有条件的地区应从今年开始实施热计量收费；新建建筑的热计量设施必须达到工程建设强制性标准规定要求，不符合相关供热计量标准规定要求的不得验收和交付使用；２００６年开展既有非节能建筑节能和采暖系统热计量改造试点，“十一五”期间大城市要完成热计量改造的３５％，中等城市完成２５％，小城市完成１５％。

　　2006年国家关于《建筑节能管理条例》的立法工作已经展开。现在，遍及全国15个省、区的47个城市已经在强行进行建筑节能。供暖节能主要在集中采暖的新建居住建筑系统中，推行温度调节和户用热量计量装置，按热量计量收费的系统试验工作。

　　这些年来，热量表已在我国居住建筑中的小范围应用，估计全国已安装使用了总共大约40-50万套户用表和楼宇供热及系统用总表。其中从地区分布来看，大约有30%-40%集中在北京、天津、和山东省地区。中国集中供热的建筑面积，2003年是15.56亿平方米（其中住宅10.8亿平方米）,2004年增加至18.9亿平方米(其中住宅13.1亿平方米)。从总体上看，我国建筑节能潜力很大。每年城乡新建建筑竣工面积约为15至20亿平米，预计到2020年底，全国房屋建筑面积将新增250至300亿平米；“十一五”期间，建设节能建筑的总面积累计要超过21.6亿平方米，其中新建的建筑16亿平方米，既有建筑改造5.6亿平方米。粗略地计算，平均每年至少需要100万至150万套户用表。八部委《关于进一步推进城镇供热体制改革的意见》、建设部《关于推进供热计量的实施意见》和国家关于《建筑节能管理条例》的立法，热量表的销售将会形成高潮。政府的推进得力使生产厂的投资积极性空前高涨，这是热量表行业快速发展的重要因素。中国在能源资源紧缺，“节能”已经成为政府重要议事日程的情况下，积极推进实施供热体制改革，推行按热量计费是大势所趋，不可逆转，中国的热量表生产企业必须认真、负责的承担起这个历史性责任。但是，通过热量表的实际运行，也暴露出了一些不足。解决问题并不困难，困难的是知道热量表存在什么问题，这些问题该如何解决。

　　在国内，热量表的研发能力、生产工艺与国外相比虽有差距，但不是制约其发展的唯一的因素。我们认为，更为重要的因素就是确乏应用经验，缺少发现在应用中出现的问题和出现问题如何解决。道理很简单，不知道需要解决的问题是什么，就不会拿出解决这些问题的方法。因此借此机会想就热量表在工程应用中的一些问题进行研讨。使我们的企业有针对性地、有效地在设计、生产和使用中杜绝和避免这些问题的发生。

一、热量表流量计（基表）与热水表
　　
　 目前，机械式热量表的流量计（基表）与热水表有相通之处，基本上都是采用叶轮体积流量计量原理，但因其用途必竟不同，所以存在着很多本质差别。热水表一般工作特征是间断式、时间短，水中无杂质、少结垢、PH值呈中性且相对稳定、工作温度低、测量精度要求不高；而热量表流量计则不同，要求连续长时间工作、介质中杂质多、结垢严重、PH值不尽相同、工作温度高、测量精度要求高。在我国的第一代机械式热量表中，有许多流量计采用了热水表，这是一种简单的、过渡性积累经验的方案，是一种欠妥当的模式。至于有的厂家用水表来改装那是更欠妥的做法。这种热量表叶轮轴尖耐磨损能力差，使用寿命短，轻者测量精度下降，重者完全丧失测量功能，还有的因密封圈材料选择欠佳和密封结构不合理，在冷、热交变温度较高、PH值不稳定的特定环境中，密封圈过早老化，导致流量计泄漏，这些都是无法容忍的致命缺陷，所以热量表的流量计必需要有针对性特别设计。我公司热量表的流量计（基表）是公司与山东大学联合独立自行设计而开发的专利产品。基表壳采用铜质热锻压结构形成，具有美观坚固、抗氧化、耐腐蚀的特点；叶轮室采用耐腐蚀、耐高温、高强度的优质工程塑料，具有抗老化、耐冲击、寿命长的特点；叶轮采用耐腐蚀、耐高温、重量轻、抗变形的改性尼龙材料；密封圈选用耐腐蚀、耐高温、抗老化的优质硅胶材料。同时选用了蓝宝石轴承、进口硬质合金轴，使得基表整体坚固耐用、美观大方，满足了国内热量表的使用要求。

二、流量计信号采集技术
　　
　在普通冷水表行业，面对广大生活用水用户，在满足应用的前提下，会尽可能采用经济实用的器件。所以，在发讯水表中多数采用磁钢与干簧管技术。以这种技术生产的产品常称为有磁式发讯水表。水表在这种工作条件，磁钢在常温下的退磁现象缓慢，干簧管通常有多达100万次的接触寿命，完全能满足发讯水表的要求，加之干簧管的零功耗特性，所以说在水表上它无疑是一个最佳选择。但是热量表处在水温高、杂质杂物多这样长期相对苛刻的条件下工作，有些热量表生产厂家仍选用这种有磁技术方案显得明显欠妥。这种有磁式热量表在含有杂质供暖水中运行时，叶轮上的磁钢在高温水下出现退磁现象，同时磁钢易吸附水中的铁质杂质颗粒和杂物，致使叶轮负重发生灵敏度下降，叶轮转速变慢，严重时还会出现基表堵塞现象。前几年许多地区的按热量表计量收费试点小区，由于安装了有磁式热量表，运行中多次发生了基表堵塞而重新更换新表的情况。国内外热量表生产厂家都在努力寻求新的发讯方法，国内外的产品有的用霍尔器件、有的用培根传感器。对于霍尔技术和培根传感器的使用性能状况，已有许多报道，而且也存在这样和那样的问题和不足，在此不作评价。

　　近几年，国内外陆续推出了可商品化的、工作可靠的无磁电涡流（电阻尼振荡）测试（识别）技术。由于无磁微功耗电涡流技术的应用完美解决了磁钢易退磁、易吸附杂质和干簧管易抖动、疲劳、寿命短的缺陷，而且功耗极低。应该说是在发讯上的一个进步，也标志着新一代热量表时代的到来。我公司热量表流量信号的采集应用无磁微功耗电涡流技术。采用美国TI公司专为流量测量生产的TMS3723B芯片或采用谐振回路（LC传感器）与SCAN IF模块结合为一体的专用MSP430FW42X单片机来采集流量信号。它的工作原理是：TMS3723B或MSP430FW42X定期通过LC振荡电路产生振荡信号，当电感位于旋转叶轮上的半圆金属片上方时，由于电磁感应的影响，LC振荡电路的振荡信号衰减较快，为有阻尼震荡；而电感位于无金属片上方时，振荡信号衰减较慢，为无阻尼震荡；通过判断电感处于有阻尼还是无阻尼状态来测量叶轮的转数，并通过内部的寄存器自动记录叶轮的旋转的圈数。只要正确设置电路的初始状态并读写它内部的寄存器，就可以方便地测量叶轮旋转转速。采用这种技术生产的热量表彻底解决了以上技术存在的不足，实现了无磁化设计。

三、单流束、多流束和双流束基表
　　
　　 单流束基表在水（热水）表中应用非常普遍，它结构简单，水流流动空间较大、不易堵塞，且生产容易、加工难度小，但由于水流对叶片的冲击不对称，叶轮的受力载荷容易产生波动，使叶轮在转动过程中产生轴向和径向振动，从而影响流量测量精度。多流束基表由于水流对叶片的冲击在切向上均匀对称，使得叶轮转动平稳均匀，且对流体的挠动不敏感，使用中对前后直管段无特殊要求，测量精度容易保证；另外它起动流速小，以常见的DN15的表为例，单流束表的标准起动流束为27升/小时，而多流束表通常可做到8升/小时，国内已经有企业做到了4升/小时，国外最好的表已经是可以做到3升/小时的水平了。由此看来，多流束表用在水（热水）表中是不错的选择。而国内热量表流量计（基表）在热水中工作温度高、连续时间长、介质中杂质多、结垢严重、PH值不尽相同。因此，多流束基表用于热量表的流量计量在许多场合都存在堵塞问题。可以说，多流束基表在许多场合下不适合国情。为了提高测量精度，提高流量计量的灵敏度，为了能适应多种安装方式，也为了能提高流量计的使用寿命，克服单流束和多流束固有缺点，继承两者的优点。我公司与山东大学联合独立自行设计，为国内首创的专利产品——双流束基表。该基表设计采用双流束形式（图略），在流道入口设置一分流片，将整个进水通道分为两个，一个扩张通道和一个收缩通道。分流片能起到改变水流速度和方向的作用，与单通道相比，能以更大的力、更准确的角度冲击叶轮。从而提高了流量检测精度，达到了多流束表的测量精度要求（2级标准）。同时，解决了我国目前供热水质中存有污物和杂质而易发生堵塞基表的现象。当然，在特定的使用场合下，如保证供暖水质无杂质杂物、少结垢、PH值呈中性且相对稳定的情况，采用多流束基表不失为明智的选择。我公司为了满足不同场合及使用要求，除开发了国内首创的双流束基表外，同时也开发了多流束基表（含立式基表）的热计量表。使公司热量表的规格齐全、品种多样化，性能优异、测量精度高，且适合国情。因此，我公司产品在国内同行业具有较强的竞争优势和较高的知名度。

四、流量计的可维修性
　　
　　 我国经济尚欠发达，将热量表设计为不可维修（一次性的）产品，用户是不能接受的。我们前面已经提到，国内热量表流量计（基表）的工作环境决定了它不可避免地会出现一些结垢或堵塞现象，虽说表前装有过滤器，但过滤器只能过滤已经存在的固态颗粒，无法避免和阻止结垢、微细杂质现象的产生。目前所能做的只能是在结垢或杂质产生后及时清理，另外极少数热量表流量计在工作几年后，叶轮轴不可避免的会磨损，因叶轮的磨损而更换整个流量计或者是更换整个热量表是很难让客户接受的，为此我们认为热量表流量计的设计要考虑可维修性，虽然不需要维修到某个零件，但是维修到叶轮部件完全是合情合理的，是符合中国国情的，会给用户合理节约不必要的开支，这就是为什么最近这类可维修热量表一面世，而立即受到用户广泛认同与赞赏的主要原因。

五、关于热量表微处理器（积分仪）
　　
　　 微处理器（单片机）是热量表的核心组成部分，它将对流量计的流量信号和供、回水温差信号经过一系列积分运算、补偿、数据采集、记录、分类管理等程序进行数据处理。我国热量表标准中对基本参数数据作出了规定，但如果仅满足标准基本要求，在实际应用中还显得有点不足，它还应该对热量表自身工作状态提供足够的信息，对累积的热量和总流量还要进行分段记录，这样才能真正给多种用户使用热量表提供真正的方便。这种热量表在市场上已进入商品化供应，它不仅能提供远远超过标准中所要求的基本性能，而且将各种数据按不同的特性进行分类，提供足够方便的查询方式。我公司热量表微处理器采用美国TI公司为满足流量、温差测量而生产的专用MSP430FW42X微处理器（单片机）。该MSP430FW42X微处理器是TI公司针对电子式流量与旋转运动检测最新开发的专用MCU芯片，它将超低功耗MCU、旋转扫描接口（Scan IF）和液晶显示LCD驱动模块完美地结合为一体，该器件的超低功耗结构和流量检测模块不仅延长了电池的寿命，同时还提高了仪表的精度与性能；其次，采用谐振回路作为旋转扫描接口的测量信号传感器，通过测量谐振回路的不同阻尼系数，可以高精确地实现对转动流量的测量；再者，采用MSP430FW427设计的流体测量器具，其电路结构非常简单、可靠；再次，不需要外部流量检测IC，直接取代TMS3723B，大大简化了系统硬件设计和软件设计，并且提高了系统的稳定性；该微处理器可以实现在线编程设计、流量和温度测量电路设计、热冷量自动转换计量设计、断电保护设计、实时时钟设计、自身检测设计、数据信号传递设计及节省功耗设计等功能。因此，该热量表显示器能够显示和信号传递热（冷）量值，进回水温度、温差、瞬时流量、累计流量、实际电路电压、累计运行时间、日历、故障判断等数据功能，是一款真正提供足够信息的热量表。
热量表的密封也很关键。热量表的工作环境多数是在管道井中，跑、冒、滴、漏时有发生；在开始或结束供暖的非稳定供暖季节里，热量表会工作在供/停反复交变“呼吸”状态，这时极易在密封不好的热量表内积存湿度过高的水蒸汽，这些有害的水蒸汽将严重影响微处理器的正常工作，甚至使微处理器彻底失去功能。密封性往往被热量表厂家所忽视。我国的热量表标准中，对此项要求也比较宽松，所以仅仅满足热量表的标准，没有超标准地特别设计，也就不能完全适应恶劣环境的特殊要求。
微处理器“死机”也是时常出现的故障之一，热量表设计中必须考虑“死机”带来的一些后果。采取一些相应借施，避免了因“死机”给住户和物业管理者带来的不必要的麻烦。

六、热量表的安装
　　
　　 一般上说，出于对有利于热量表的长期使用，热量表出厂默认安装在回水管上，这是符合国际标准的。但在有些地区，供暖水的被盗现象很严重，为了避免失水而不失热费，所以有的厂家应用户需要把热量表装在供水回路上，这是无可厚非的。即：在用户没有提出特别要求的情况下，默认的热量表出厂时设定应该在回水回路上，对客户要求装在供水回路上的可以作为特例处理。我公司热量表为了满足用户的需求，在程序设计上编制了两种模式。因此，热量表即可安装在回水管上，也可安装在供水回路上，其性能和测量精度不受任何影响。

七、热量表的通讯接口
　　
　 热量表的通讯接口有多种方式：如脉冲、射频、RS-485和M-BUS远传方式。在国内多数采用脉冲、RS-485或M-BUS远传方式。特别是RS-485远传方式因有其独特的优势而被用户厂家首选。这是因为多数楼宇在智能化方面想将热量表与水表、电表、燃气表共用一套信号远传装置，以避免重复投资，这种要求应该是符合情理的。

我公司热量表的通讯接口为RS-485，采用国际上通用的RS-485串行总线标准。RS-485串行总线是基于欧洲仪表总线和建设部《户用计量仪表数据传输技术条件》而开发的集中抄表系统，是集中抄表的核心组成部分。该系统能够实现集中抄表的数据采集、传递、远程发送等任务，具有通讯距离远、施工布线方便、抄表率高、成本低等优点，有很高的安全性和可靠性。所有用户都采用简单的双线关联，水表，气表，热表，电表甚至其它具有RS-485接口的装置都可以在一条RS-485上进行数据通讯，用户表的信息通过RS-485统一集中到中继器上，每个中继器可以带128个用户表，传输距离最少达1公里以上。因此，用户只需要在该系统上增加或更改从机表的功能和上位机操作软件，就可以实现您理想中完整的远程抄表系统。

八、关于卡式热量表的讨论
　　
　　 热量表是提供采暖收费依据的计量器具，把热量计量与控制收费强行捆绑是不合适的，不符合创建和谐社会的要求。国外并未推崇卡式表，分析其原因大概有三点：一是消费观念的不同。在国外，服务性企业，强行要用户先付费后得到服务是剥夺消费者权益的“霸王”条款，法律不允许；而在中国，有的供暖企业并没有把自己视为服务者，不会首先考虑用户利益，只为保证自身利益，强行采取先交费后消费，这为生产卡式表提供了一些市场。第二是出发点不同，在欧洲热量表仅作为热量收费的一个依据，并不是控制收费的工具；但在中国，有的物业管理者安装热量表就是为了强行控制收费。第三是卡式表自身存在先天性问题，主要指卡式表配套使用的关断控制装置。热量表工作的环境不像水表那样长期处在干净无杂质、无污染、无腐蚀性的生活用水中。热量表在热水中工作温度高、连续时间长、介质中杂质多、结垢严重、PH值不尽相同，且在开始或结束供暖的供暖季节里工作在供/停反复交变状态中。因此，关断阀旋转空隙在热胀冷缩中易受水结垢、杂质微颗粒等影响，使关断阀控制机构失灵，出现打不开关不上的现象。在国外不成熟的产品是不允许进入市场的，否则法律的无情将会使供应商非常难堪。而在我国，好象这一点并未有人来管，只要有人要企业能挣钱就生产，后面将会有什么后果就不去管了，这是不负责的态度。我们认为热量表的发展应借鉴国外的成功经验，务实的、简单的能圆满达到目的才是最好的，把计量和控制收费分为两个范畴，其实控制收费是很简单的事情，经济好用的锁闭阀或是通过远传系统来控制收费就是很好的选择。