概述

在城镇供热领域，保温效果对保温管道非常重要，一般用散热损失进行描述。散热损失直接影响着管道的节能效果、输送效率和系统安全。GB/T 50627-2010《城镇供热系统评价标准》明确要求室外管网输送效率不应小于0.9，GB 50411一2007《建筑节能工程施工质量验收规范》规定了室外管网的热输送效率为0.92。如果管道的保温性能较差，热损失大，会导致介质降温过快，增加能耗，甚至会威胁系统安全，因此对管道散热损失、保温效果进行测试与评价是十分必要的 [1-3]

目前对于保温管道保温性能的测试，一般多采用通用仪表进行测量，以人工定期读数、记录的方法开展。这些方法没有集成化的实时监测、连续记录手段，自动化程度较低，工作量大，容易出现错误，不能完成对多个传感器的同时读取和记录。针对以上问题，笔者设计并实现了一种自动化的保温结构散热损失测试系统，大地提高了试验效率和保证了数据的性、可靠性保温管道散热损失测试系统参照国家标准GB/T 28638-2012《城镇供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》中规定的试验要求与测试方法，实现了对管道介质、保温结构热流密度、温度的采集与监测。该系统适用于热流计法、表面温度法、温差法，满足实验室模拟与工程现场检测的试验需求

2测试系统的理论依据保温管道散热损失通过保温结构的散热热流密度来衡量。散热温差热流密度的测量方法主要包括: 热流计法、表面温度法、热流计法是在管道保温结构外表面布设热阻式热流传感器，直接测量供热管道保温结构的散热热流密度。热阻式热流传感器内部的热电堆产生电压信号，通过采集电压信号同时结合传感器转换系数，计算得到散热热流密度。表面温度法是在管道保温结构外表面紧密贴附热电阻或热电偶，通过采集热电阻的阻值或热电偶的电压信号来计算保温结构外表面温度，并根据环境温度、风速、风向，表面发射率及保温结构外形尺寸，计算得到保温结构散热热流密度。温差法一般在管道保温结构各层材料间预埋热电偶或热电阻来测量保温结构各层界面温度，根据保温结构各层材料厚度以及材料在使用温度下的热导率 (材料热导率可在实验室测定)计算得到保温结构的散热热流密度。以上三种测试方法，都是通过在管道表面选取若干具有代表性的测试截面，布设温度或热流传感器，利用仪表读取各物理量参数，计算得到散热损失。工作管外径为500 mm及以下的管道测试截面的测点布置见图1。

1工作管外径为500 mm及以下的管道测试截面的测点布对于工作管外径较大 (外径大于500 mm)的保温管道，应增加测点数量，例如沿周向均匀设置的测点增加到8个。各测点布置完后，管道应在接近额定工况下稳定运行不少于72 h，同时采集各测试截面各传感器的数据，通过观察数据的变化情况来判断系统是否达到亚稳态条件，即在两个连续的5 min周期内，传感器的读数平均值相差不过2%。当系统达到亚稳态条件时，开始正式测试，按每分钟不少于1次连续采集记录数据记录时间不少于10 min。

3测试系统的设计与实现保温管道散热损失测试系统应满足保温结构散热损失的试验方法的要求，并能适用于热流计法、温差法、表面温度法，数据实时采集、显示及记录功能，同时还应具有数据采集的稳定性和系统配置的灵活性。测试系统的组成包括: 测试传感器信号采集装置和数据采集计算机 (信号采集装置和数据采集计算机可集成在信号采集箱内，信号采集箱D测试传感器测试传感器包括热流传感器和温度传感器。热流传感器为平板热电堆式，用于测量保温结构外表面的热流密度。平板热电堆将通过传感器的热流密度转化为电压信号输出到信号采集装置。平板热电堆的平面尺寸一般选择为100 mmx50 mm，软硅橡胶封装，可方便贴敷在管道保温结构的弧形表面。温度传感器选用PT100型铂电阻温度传感器，使用耐高温三芯屏蔽电缆，并采用三线制连接。根据测试方法和测试场景的不同，传感器的布设可采用现场布设 或工厂预埋 的方式，一般热流计法和表面温度法传感器可现场布设，温差法为了在现场不破坏保温结构，可将传感器在制管时在工厂预埋。

5传感器现场布设传感器工厂预埋信号采集装置信号采集装置主要用于连接各传感器并采集测试信号，将模拟信号转换为数字信号传递给上层数据采集计算机。信号采集硬件选用ICPDAS公司生产的17000系列模块。17000系列模块由一系列远程可控的采集模块组成，了模拟信号输入输出(A/D、D/A)、数字信号输入输出 (DI/0) 、计数器(Timer/Counter) 等功能 [7]。保温管道散热损失的测试使用模拟信号输入 (A/D) 模块、1个17017毫伏电压采集模块和4个17015热电阻温度采集模块。1个17017毫伏电压采集模块可采集8路热流传感器的毫伏电压信号;1个17015热电阻温度采集模块可同时采集6路热电阻温度信号。17000系列A/D模块内部均配备24位A/D元件以高精度采样，满足散热损失的测试精度[8]。I7000系列各采集模块之间采用RS485总线进行连接并使用一系列指令实现控制。各采集模块通过RS485总线与数据采集计算机(所选用的数据采集计算机带有RS485接口)相连。I7000系列的RS485网络是一个主从结构的光双工网终.采田DCON协议.应签式通信方式,并使用ASCII编码格式,具有采集网络配置灵活、便于维护的特点,当一个模块或模块通道出现问题时,不会影响网终中其他模块的正常采集,保证系统正常运行。此外采取应答的方式,主机可灵活地配置各模块的数据传递周期,定时更新各模块采集通道的数据信息,实现系统数据实时更新[9-10].将上述各个模块集成到信号采集箱中。信号采集箱设有信号采集面板，信号采集面板上设有220 V电源接口、电源开关、热流传感器接口、温度传感器接口以及USB数据导出接口。热流传感器接口共8个，编号为H1~H8，用于测量布设在供热管道上的8路热流密度信号;温度传感器接口共24个，编号为T1~T24，可根据实际情况测量供热管道保温结构的温度、直埋管道周围土壤温度、工作管介质温度以及环境空气温度@数据采集计算机数据采集计算机选用MMI人机界面系统，以嵌入式低功耗CPU为核心，同时嵌入一体化触摸屏，并带有多种接口，如USB口、串口 (RS232、RS485)、以太网口等，具有结构紧凑集成化程度高等特点。数据采集计算机安装WinCE操作系统并预装组态软件，具备丰富的图像显示和数据处理功能。系统

采用的人机界面带有RS485接口，可直接与17000 RS485网络相连，省去了通信转换模块，有效降低了功耗，提高了传输稳定性和可靠性。另外，工业级的MMI人机界面具有较高的防护于级(那仅元年级T儿月E技嵌入到信号采集箱中，提高了系统的便携性与稳定性，可胜任工程现场的数据监测与记录，且环境适应性较强。保温管道散热损失测试系统的软件使用人机界面自带的组态软件进行开发，通过图形化设计和编写脚本语言实现。软件界面。软件调用定时器通过串口通信向信号采集装置中的各采集模块发送字节指令，各采集模块回复所采到的传感器数据软件将数据按预设的参数、公式进行算法处理 (如将热流传感器的毫伏电压信号转换为热流密度数据)。软件按预设形式将所得到的热流密度数据、温度数据直观表示出来，实时刷新便于监测。软件可同时显示6个采集通道的数据实时变化曲线便于观察数据变化趋势。软件还了采集数据的自动保存功能，可自动保存采集的热流密度、温度等数据，试验人员可根据具体的测试需要，设定数据的保存周期经能传的高换数WT·mV)的出)

软件可以将数据存储在MMI人机界面本地磁盘内，可根据时间

进行查阅，浏览采集到的历史数据见图7，还可以将查阅到的历

史数据导出生成Excel文件，便于后续计算或存档。

系统优化与特定功能

针对保温结构散热损失的测试特点，可在底层17000系列采集模块和RS485采集网络的基础上，选择不同的上位机系统来实现系统的优化和特定功能的实现D使用PC系统进行数据采集与显示上述系统(以下称为原系统)以MMI人机界面系统作为数据采集计算机，虽然便携性较强，但数据处理能力与功能扩展方面不如PC系统。PC系统可原系统中的MMI人机界面，与信号采集装置分离设计，在信号采集装置中增加17052模块与17000 RS485网络相连，17052模块可将RS485转为RS232接，方便与PC系统通信。软件可使用Visual Basic编写，通过调用定时器、UART.DLL和17000.DLL等动态链接库，实现数据实时采集，程序编写自由度高，除数据采集、监测外，还可与office软件相结合，数据计算处理、格式化报表导出测试报告编制等附加功能。此外，数据存储更加灵活，既可在本地磁盘存储成文本文件，也可根据需要选用Access.Oracle等数据库进行存储，方便数据查询和调用。采用PC系统设计开发的保温管道散热损失测试系统见图8。-=不建作过保酒阳热性

采用PC系统的保温管道散热损失测试系统@使用M2M智能模块实现数据采集与远传原系统中的MMI人机界面也可由M2M (Machine toMachine，终端间的数据传输)智能模块，实现现场采集和远程传输功能。保温性能的测试通常需要较长时间，测试过程中管道系统工况的变化、各试验参数的稳定情况直接影响着测试时间。保温管道散热损失测试系统如果能数据的远程