超聲波技術(shù)在戶用冷/熱能量表中的應(yīng)用分析

    本文首先對傳統(tǒng)的機(jī)械式熱能表進(jìn)行了全面分析，并對超聲波技術(shù)在熱計量中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，從而針對我國目前供熱系統(tǒng)的水質(zhì)狀況，提出了戶用冷/熱能表應(yīng)考慮使用周期成本和社會成本zui小的概念，進(jìn)一步為我國的供熱改革、分戶計量提供了一種可持續(xù)發(fā)展的解決方案。

前言
隨著我國供熱體制改革的不斷深入和擴(kuò)大，分戶熱計量、一戶一表和節(jié)能這些理念亦日漸深入人心。因此，體現(xiàn)和宣揚(yáng)“公平，公正，公開”的熱能表就成為實(shí)施城市供熱體制改革，推行按熱量計量收費(fèi)的關(guān)鍵設(shè)備。
熱能表是通過溫度和流量兩種傳感器分別測得的熱載體－水的流量和進(jìn)出口的溫度，再經(jīng)過密度和熱焓值的補(bǔ)償及積分計算，才能得到熱量值的。目前，在戶用型的熱能表方面，主要有三大類型，為機(jī)械式和超聲波式，它們的主要區(qū)別在于流量傳感器的原理和構(gòu)造的不同。
本文將首先從技術(shù)的角度對機(jī)械式和超聲波式這兩大類的產(chǎn)品進(jìn)行一個全面的分析和比較，然后從經(jīng)濟(jì)投資的角度來進(jìn)行使用周期成本的分析，從而為我國的供熱改革、分戶計量選擇一種可持續(xù)發(fā)展的解決方案。
機(jī)械式熱能表的現(xiàn)狀
機(jī)械式熱能表是通過葉輪的轉(zhuǎn)速來測量熱水的流量，戶用型的機(jī)械式熱能表按流量傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)又主要分為單流束式和多流束式，按照其計數(shù)器是否與熱水接觸又分為干式和濕式。目前進(jìn)口的機(jī)械式熱能表部分采用了感應(yīng)傳導(dǎo)的方式，即無磁的方式，可以降低熱水中鐵銹對表的影響，但對于其它小顆粒雜質(zhì)依然難以解決。
由于技術(shù)和價格等原因，我國目前絕大多數(shù)國產(chǎn)熱能表采用小口徑機(jī)械式熱水表（即單流束濕式）作為熱能表的流量傳感器，建設(shè)部熱能表行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ128-2000中對流量計部分的要求也基本上采用了與現(xiàn)行熱水表產(chǎn)品性能相同的要求。但近幾年使用和研究實(shí)踐表明，直接采用小口徑機(jī)械式熱水表作為熱量表的流量傳感器，存在一系列需要解決的問題，如量程窄且啟動流量太大問題，冷熱水流量系數(shù)差異問題，磁傳方式存在的磁干擾問題，高溫失步問題，以及對我國供暖系統(tǒng)水質(zhì)的適應(yīng)性差問題。因此，對于機(jī)械式熱能表而言，由于其結(jié)構(gòu)和原理方面固有的局限性，能否在一個檢定周期（三年）內(nèi)正常、準(zhǔn)確的運(yùn)行，都是一個非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
超聲波技術(shù)在戶用冷/熱能表的應(yīng)用
目前歐洲的熱力公司使用的大口徑熱能表50%以上采用的是超聲波式的，因?yàn)闊o論是使用周期成本，還是可靠性和準(zhǔn)確性，超聲波式熱能表均優(yōu)于電磁式和機(jī)械式熱能表。2000年以前，由于價格的原因，在戶用型熱能表方面，還是機(jī)械式熱能表占有統(tǒng)治地位。但隨著小口徑超聲波冷/熱能表的成本逐漸與機(jī)械式熱能表接近，歐洲許多國家，尤其在德國和丹麥，能源服務(wù)公司開始用超聲波冷/熱能表來輪換到期的機(jī)械式熱能表。
超聲波式熱能表是通過測量超聲波在熱水中傳播的時間差（聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間）。利用傳播速度之差與被測流體流速之關(guān)系求取流速從而推導(dǎo)出流量。由于其測量腔體內(nèi)部沒有任何可動部件，所以對介質(zhì)的成份或雜質(zhì)含量沒有嚴(yán)格的要求，不易堵塞。另外，較低的壓力損耗也有利于解決今后大規(guī)模使用戶用冷/熱能表而產(chǎn)生的水力平衡問題，這也是所有熱力公司非常關(guān)注的。
性能優(yōu)良的戶用型超聲波冷/熱能表，不僅精度較高，超載能力強(qiáng)，而且具有的穩(wěn)定性和持久性，這一方面是由時差式的超聲波測量原理來保證的，另一方面則有賴于生產(chǎn)廠商的經(jīng)驗(yàn)的積累以及技術(shù)的創(chuàng)新。中國供熱采暖供暖網(wǎng) ]
機(jī)械式熱能表和超聲波冷/熱能表的技術(shù)對比
分析目前機(jī)械式熱能表和超聲波冷/熱能表的技術(shù)原理、內(nèi)部構(gòu)造以及實(shí)際應(yīng)用。
戶用冷/熱能表的使用周期成本
2001年12月4日，*發(fā)布了“中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程（JJG225－2001）－熱能表”，并規(guī)定2002年3月1日起實(shí)施。該規(guī)程不僅規(guī)定了熱能表必須進(jìn)行強(qiáng)制性首檢，而且三年之后還需要定檢，定檢不合格，必需更換。因此，對于一個具體的終端用戶而言，必須考慮到在一段時間內(nèi)熱能表的維護(hù)、更換費(fèi)用，如10年、15年甚至20年。表1給出的是三種不同類型的熱能表在十五年的使用周期內(nèi)的成本與收益。此表是結(jié)合目前歐洲的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及國內(nèi)的實(shí)際情況而制作的，考慮的前提如下：
1、未考慮實(shí)際熱費(fèi)收取中的固定部分，此部分與表無關(guān)；
2、假設(shè)三種表都安裝了60目的過濾器，每年固定在供暖期結(jié)束后進(jìn)行清洗與更換，從而保證管道中只有微小的顆粒雜質(zhì)，因此超聲波冷/熱能表可以維持十五年運(yùn)行壽命，期間只需每五年定檢一次；
3、同樣的運(yùn)行工況，進(jìn)口分離式機(jī)械表需五年更換一次流量體，而目前的普通機(jī)械式熱能表只能正常運(yùn)行3年；
4、超聲波冷/熱能表和進(jìn)口分離式機(jī)械表均為2級精度，并有良好的持久精度，而普通機(jī)械式熱能表一般只有3級精度，較差的持久精度。
我們可以得到如下結(jié)論：
1、相對與可分離式機(jī)械表以及普通機(jī)械式熱能表，超聲波冷/熱能表具有zui低的使用周期成本，雖然一次購買成本較高，但此后基本沒有更換成本，維護(hù)成本亦較低；
2、較高精度等級以及良好持久精度的熱能表，還可以為供熱企業(yè)或物業(yè)公司創(chuàng)造更多的穩(wěn)定收益，這些收益是可以預(yù)見的；
結(jié)束語
對于目前的新建住宅，熱能表是打入購房成本中的，這就意味著，房屋的業(yè)主是zui終的購買者。然而，幾年之后，如果需要更換，這些費(fèi)用由誰來承擔(dān)？如果依舊由業(yè)主承擔(dān)，恐怕沒有人會對這筆花費(fèi)等閑視之。其實(shí)，無論zui終由誰來承擔(dān)，都意味著不必要的浪費(fèi)，這與我國政府提倡的節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的政策是相違背的。目前，在zui早使用熱能表的地區(qū)，這個問題已經(jīng)暴露出來了。如果處理不當(dāng)，可能會引起非常棘手的糾紛。放任這種問題持續(xù)下去，它所產(chǎn)生的消極的社會影響，存在著使這一新興產(chǎn)業(yè)夭折的危險，甚至有可能導(dǎo)致供熱改革的失敗。
由于超聲波冷/熱能表在技術(shù)原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的*性，保證了其高精度及高穩(wěn)定性，從而使得其使用周期成本相對于機(jī)械式熱能表更低。不僅如此，超聲波波熱能表的長壽命特性必然會將供熱改革所導(dǎo)致的社會成本降至zui低。因此，無論從經(jīng)濟(jì)的角度，還是從社會的角度，超聲波冷/熱能表都為我國的供熱改革、分戶計量提供了一種可持續(xù)發(fā)展的解決方案。