中央空调计费系统简述

[摘 要]介绍中央空调计费系统的形式、原理及结构，对能量型计费系统、时间型计费系统的计量方式进行对比。

[关键词]中央空调计费能量型 时间型 节能

中图分类号：TU831 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0156-02

一、前言

改革开放以来，随着经济的不断发展，人们对工作、居住环境提出更高的要求。我国建筑用能已超过全国能源消耗总量的1/4，并随着人民生活水平的提高逐步增加到1/3以上。公共建筑能耗数量巨大，浪费严重。在公共建筑（特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档不干了等）中，空调系统能耗约占建筑能耗的55%，能源中心占空调系统能耗的约61%。选择节能、高效的制冷主机、水泵已得到广大业主、投资方的认可，往往忽略、轻视中央空调冷量和热量的计量，导致中央空调能耗仍高居不下。（见图1）

集中空调系统的冷量和热量计量和我国北方地区的采暖热计量一样，是一项重要的建筑节能措施。目前在我国出租型公共建筑中，集中空调费用多按照用户承租建筑面积的大小，用面积分摊方法收取，这种收费方式的结果是用于不用一个样、用多用少一个样，使用户产生“不用白不用”的心理，使室内温度过低或过高，造成能源浪费，不利于用户健康，还会引起用户与物业管理者之间的矛盾。设置能量计量装置，空调按用户实际用量收费，不仅有利于管理与收费，用户也能及时了解和分析使用情况，加强管理，提高节能意识和积极性，自觉采取节能措施。不仅能够降低空调运行能耗，也能够有效提高公共建筑的能源管理水平。根据测算，具有良好的运行管理的中央空调系统可轻松节能10%～20%。

二、中央空调计费方式的分类

20世纪70年代，由于石油危机的出现，人们逐渐认识到节约能源的重要性，节能技术和设备随之得到迅速发展。从目前行业的解决方案来看，中央空调计费系统主要有：能量型计费系统、时间型计费系统、时间能量混合型计费系统解决方案。3种方式各有特点及适用的场合。

1、能量型计费系统

1.1 系统简介

能量型计费系统是依据热力学“热交换”原理，通过能量“积算仪”对用户使用中央空调过程中交换的“热量”进行累加，实现对中央空调的分户计量，进而按使用的“热量”比例对总费用进行科学合理分摊的计费形式。该系统可以有效减少空调使用能耗，使中央空调的运行管理更加科学、合理、规范。

1.2 系统原理

能量型计费系统根据热力交换原理，对热交换系统中能载能介质（液态水）的出口温度T1、出口温度T2及瞬时流量qm进行实时测量，并按照热力学能量计算公式，对空系统消耗的冷量或热量进行计算。当T1大于T2时，对冷量进行积算，而当T1小于T2时，对热量进行积算，并将冷量和热量保存。积算公式如下：

1.3 系统组成

能量型计费系统由三部分组成：能量积算仪表、流量计、温度传感器。（见图2）

1.3.1流量计

能量计量中最重要的部件是流量计，它决定了系统最终能否成功运行的关键。能量表的分类实际上是按指流量计的不同来分类的。在空调计量中，流量计按其测量原理主要分为机械式、超声波式和电磁式3类。

机械式流量计的运动部件为叶轮，叶轮的转动速度与流经流量成线形关系。一般以脉冲信号的方式向能量表提供流量信息：旋转的叶轮产生的电磁脉冲信号通过对脉冲信号的分析来测量水流量。机械式流量计在空调计量中应用情况不理想，主要是需要一定的启动流量，空调水质较差、杂质水垢多，容易将转动部件阻塞，为了防止涡轮卡死，要在流量计前安装过滤器，但杂质也会将过滤器堵塞，必须经常停机放水清洗，维护量大，过多地拆卸对管道的密封性也有很大影响，导致管道漏水，另外产生计量误差大或不计量的现象，给计量收费带来纠纷。因此，机械式能量表不适合应用在空调计量应用领域。

超声波流量计的原理在于测量高频声波在水流中的穿行时间，由于声波的波速直接受水流的影响，管道中的水流速度可通过函数关系计算：

式中： V为水流速度；c为在水流中声波的速度；L为波穿行的距离。

超声波流量计精度较高、压损较少，从工程实践情况来看，易受管壁锈蚀程度、水中泡沫或杂质含量、管道振动影响，超声波能量表口径越大，价格越高，能量表口径大一号，其售价会高很多，所以投资成本是考虑使用超声波能量表的一个因素。另外，超声波能量表选型较为复杂，选用能量表的主要参数是系统流量而不是系统管径，按照流量大小来确定能量表的型号（使选定能量表的最小流量小于系统管道的最小流量、能量表的最大流量大于系统管道的最大流量），就使得安装复杂，需要采取变径措施。

电磁式流量计的原理是基于法拉第电磁感应定律，当导电液体流过包围在磁场中的测量管时，在流向和磁场二者相垂直的方向就会产生与平均流速V成正比的感应电动势E，水流速度可根据下列方程计算得出：

V=U/（B×L）

式中：V为水流速度；U为测量端口间的电压；B为磁场强度；L为测量端口间的距离。

电磁式流量计具有较高的量程比与精确度，特别适用于变流量系统，并且有很好的测量精度，要求水流的导电性足够强，在空调计量中，由于水中悬浮颗粒较多，导电性已经满足要求，电磁流量计对杂质无要求，不会造成阻堵塞，适合在空调计量中应用。

1.3.2 温度传感器

温度传感器采用高精度4线制PT1000温度传感器，消除导线电阻的影响。温度接线可以延长到120米，更适合工程施工。普通热表的温度传感器采用两线制，不能随便的延长，不适合工程施工。如果延长会影响温度测量精度。温度传感器带测温护套，维修不用放水，检测更方便。传感器护套加入导热硅脂，测温更精确。

1.3.3 能量积算仪

能量积算仪通过对温度及流量数据的采集，根据热力学能量积算公式，对热交换量进行积算，可显示热交换量、瞬时温度、流量等数据。

1.4 适用场合

能量型计费系统原理明确，结果直观，易于理解。由于它要计量多个参数，特别是中央空调系统的大流量小温差环境，对能量表的温差的精度要求较高，所以其生产成本较高，同时改变中央空调的系统设计和要求水质，普遍采用受到制约，主要用在分层、分区（计量区域的管径为DN50或DN50以上）的中央空调计费上。

2、时间型计费系统

2.1 系统简介

时间型计费是指将采集器与风机盘管的温控器上三速开关相连接，在获得电动二通阀开通信号的同时，获得用户使用的高中低档的状况，并可自动累计各档位的运行时间。通过通讯管理器将信号传至空调计费仪，空调计费仪与中央工作站通讯，进行数据库管理。以用户使用的当量时间为依据进行收费。

以上的计量是在空调计费仪接收到冷冻水泵运行信号后进行的。这里所指的当量时间是指电动二通阀在开启状态下风机盘管的有效运行时间，它与风机盘管的实际运行时间是不完全相同的。它与风机盘管三速开关的状态有关，与电动二通阀的开启与否有关，与风机盘管的型号也有关。标准时间能比较客观、准确地反映用户的冷/热量消耗。风机盘管的制冷（热）原理是通过水泵将冷冻水（热水）送到各风机盘管中，由风机吹送冷（热）风达到降（升）温的目的。在中央空调的冷/热交换过程中，需要考虑以下因素：

（1）由于风机盘管表冷器面积出厂后是一定值，因此换热量与风速成正比。

（2）由于冷冻水泵功率一定，正常使用时流过风机盘管的水量基本不变，不用考虑流过风机盘管的水量时间。

（3）热交换量与用户的使用空调时间（即水流通时间）成正比。

综上所述，中央空调的进口水温是由主机的负荷能力决定的，同时对于一个处于正常工作状态的风机盘管，其表冷器管径是定值，进出口的水压差近似为常数，所以流过风机盘管的冷（或热）水流量也近似为一常数。因此，在风机盘管型号确定的情况下，计费系统所要测量的参数就是风速和风机盘管的有效工作时间。中央空调时间型分户计量系统就是基于这一方式进行工作的。在电动二通阀开启后，通过测量风机盘管运行时的风速（即可确定中央空调用户综合系数）及测量风机盘管的运行时间，计算出每一个风机盘管在一段时间内交换的冷（或热）量。该冷（或热）量值与单价相乘，即可以计算出空调使用费用。

2.2 计费原理

时间型中央空调计费装置实时对风机的运行状态和电动阀状态进行检测。当系统提供制冷或制热，且用户电动阀门打开，用户风机盘管有效运行，开始计费。用户使用空调总耗能量为：

（2）时间型分户计量系统不与水系统发生关系。由于为全电子系统，所有连接均为电气连接，故不和空调水系统发生联系。安装、调试和维护都十分方便。不会影响到空调机组的运行和其他用户的正常使用。

（3）使用寿命长。时间型分户计量系统是一套电子化产品，外界干扰影响小，通常整个系统与电子产品的寿命是一致的。在保证精度的情况下能轻易达到10年至20年。

（4）不受户型结构及功能变化的影响。由于时间型分户计量系统是按计量到每个风机盘管的末端。因此不管房间结构及用户如何改变，都不用改变整个计费系统，只需改变中央工作站上的用户设定即可。

（5）具有控制功能。可对恶意欠费的用户实施停机，禁止其使用空调（风机盘管）。

（6）可在不同的时段采用不同的单价，这样可以为不同时段使用或实行分时段电价的用户提供方便的服务。

2.4 适用场合

主要适用于中央空调系统为新风+风机盘管的小区域计费。

三、结束语

实行中央空调分户计量对于建筑节能具有重大意义。分户计量可以大大减少空调使用能耗，使空间的运行管理更加合理，规范。中央空调计费系统的设计理念是利用经济杠杆的原理，通过调节用户需求，达到节能的目的。将被动节能转为主动节能，有效扼制用户的浪费性需求是中央空调计费系统的设计理念。在中央空调系统末端安装计量设施，对中央空调的使用实施按用量收费，多用多收，少用少收，就能有效地扼制浪费性需求，从而减少了用户的中央空调使用费用，大大提高了用户的节能意识，同时降低物业运行成本和能源消耗，达到用户、物业、国家三方受益的效果。

参考文献：

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）.中国建筑工业出版社.2010.

[2] 中华人民共和国国家标准.采暖通风与空气调节设计规范（GB50736-2012）.

[3] 中华人民共和国国家标准.公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）.

[4] 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调・动力.中国技术出版社.

[5] 全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇 暖通空调・动力.中国技术出版社.