Необходимость оперативного определения расхода теплоты и теплопотерь с особой остротой выявилась в последнее время, когда на передний план выступило требование экономии топливно-энергетических ресурсов. Измеряют расход теплоты с помощью теплосчётчиков . При этом решается задача в соответствии с алгоритмом:
Q = V Т C T t (T 1 - T 2) , МДж,
где: Q - количество теплоты, отданное теплоносителем за время t ;
V Т - объёмный расход теплоносителя (воды), м 3 /с;
Т 1 ; T 2 - температура теплоносителя на входе и выходе потребителя, 0 С;
С Т - удельная теплоёмкость теплоносителя, МДж/м 3 .
В простейшем случае схема теплосчётчика должна содержать датчик расхода теплоносителя (водомер), два датчика температуры и вычислительный блок, реализующий вышеприведенный алгоритм (рис. 5.7).
В промышленных системах требуются более сложные схемы теплосчётчиков, которые учитывают изменение энтальпии теплоносителя и расход теплоты для горячего водоснабжения.
Индивидуальные тепломеры , широко распространённые в ряде европейских стран, оценивают расход теплоты индивидуальными потребителями, например - радиаторами центрального отопления (см. рис. 5.8). Они содержат чувствительный элемент - стеклянную градуированную трубочку, заполненную тетралином. Систематический её нагрев приводит к испарению жидкости, по которому и судят о расходе теплоты. Расчет расхода тепла производится при помощи компьютера, в базу данных которого предварительно заносят характеристики каждого радиатора.
Рис. 5.7. Схема простейшего теплосчётчика: 1-подающий (прямой) трубопровод; 2-отводящий (обратный) трубопровод; 3-водомер; 4-датчик температуры теплоносителя; 5-датчик температуры использованного теплоносителя.
Рис. 5.8. Индивидуальный тепломер на радиаторе центрального отопления.
Различают три основных способа управления процессами теплоснабжения и электроснабжения - ручное, автоматическое и полуавтоматическое. Для их реализации используются различные приборы и устройства. Наиболее часто встречающиеся это: ручные краны, задвижки, выключатели, переключатели и регуляторы различных параметров. Рассмотрим некоторые из них.
Электромагнитные клапаны - это устройства, в которых перемещение клапана обеспечивается за счёт электромагнита (рис. 5.9). Электромагнитный клапан обеспечивает, как правило, два положения - открытое и закрытое.
Открывается клапан при наличии управляющего электрического напряжения от цепи управления. При его отсутствии клапан удерживается в закрытом состоянии за счёт действия пружины.
Рис. 5.9. Электромагнитный клапан: 1-трубопровод; 2-клапан; 3-подвижный сердечник; 4-соленоид; 5-пружина.
Электромеханический кран (задвижка) содержит в качестве рабочего органа кран или задвижку. Приводится в действие рабочий орган с помощью электродвигателя, реечного, кулачкового механизмов или червячной передачи. Для увеличения усилия и уменьшения скорости действия крана служит редуктор (рис. 5.10).
Изменяя полярность питающего напряжения, подаваемого на электродвигатель постоянного тока, можно закрывать или открывать задвижку. Если используется электродвигатель переменного тока, необходимо его реверсирование путём коммутации обмоток.
Электромеханические устройства позволяют плавно изменять положение рабочего органа (задвижки, крана) от полностью открытого до полностью закрытого. Благодаря этому обеспечивается плавное регулирование скоростью потока от υ ж =0 до υ ж = υ макс . .
Рис. 5.10. Электромеханическая задвижка: 1-трубопровод; 2-задвижка; 3-реечный механизм; 4-редуктор; 5-электродвигатель.
Насосы с электроприводом позволяют перемещать жидкости и газы по трубопроводам от зон с низким статическим давлением к зонам с более высоким давлением. Эффективным является использование регулируемых (например – частотное регулирование) электроприводов, позволяющих улучшить работу системы управления и обеспечить заметную экономию электроэнергии.
Автоматические регуляторы - это устройства, обеспечивающие поддержание параметра объекта на постоянном уровне или его изменение по заданному закону. Автоматический регулятор обязательно содержит: чувствительный элемент или датчик регулируемого параметра; регулирующий орган; задающее устройство, определяющее требуемое значение параметра. Примером такого устройства может служить автоматический термостат, устанавливаемый перед нагревательными приборами системы отопления (рис. 5.11).
Работает он следующим образом. Перекрывающая трубопровод задвижка механически связана с герметичным гармониковым чувствительным элементом-термодатчиком, внутренность которого заполнена термочувствительной массой, способной расширяться при повышении температуры. При увеличении температуры воздуха в помещении, термодатчик расширяется и перекрывает трубопровод, чем ограничивается поступление теплоносителя в радиатор. Необходимую температуру в помещении можно задавать вручную поворотом защитного колпачка с пружиной.
По новым энергосберегающим нормам владельцы многоквартирных домов должны побеспокоиться о том, как организовать учет тепла. Должны быть установлены общедомовые приборы учета тепла, а при желании учитывать тепло в квартирах — индивидуальные теплосчетчики . Счетчики тепла –прибор для измерения количества теплоты. В результате измерений мы получаем величину количества теплоты. В зависимости от теплосчетчика, количество теплоты измеряется в:
1. В гигакаллориях (Гкал\ч).
2. В киловатт-часах (кВт\ч)
Сфера применения приборов учета тепла
Теплосчетчики устанавливаются, начиная с теплоэлектростанций центральных, районных и т.д. до потребителя. Таким образом, контролируется потребление тепловой энергии и ее распределение. Тепловые счетчики устанавливаются в системах, где теплоносителем служит вода или пар. Это многофункциональные микропроцессорные приборы. Они выводят свои показания на основании измерений температуры, давления, расхода теплоносителя. В их состав входят тепловычислители. Приборы запрограммированы на вычисление количества теплоты согласно действующим стандартам. Такие приборы имеют надежную защиту от несанкционированного доступа.
Как рассчитывается количество теплоты
В программе расчета количества теплоты, заданной тепловычислителю, учитывается вид теплоносителя, структура системы отпуска теплоты. В различных отопительных системах может меняться количество теплоносителя по причине отвода их в систему горячего водоснабжения или в результате утечек. Алгоритмы расчета будут разными в зависимости от того, открытой или закрытой будет система отопления, то есть, меняется ли в ней количество теплоносителя или нет.
Количество теплоты измеряется косвенно. Погрешность данной величины зависит от погрешности средств измерения первичных величин, погрешности вычислений, погрешности тепловычислителя, зависящей от погрешности расчетных соотношений, отражающих свойства пара и воды. Формулой для расчета количества теплоты является:
Q=Q m ×k×(t 1 -t 2)×t, в Гкал\ч, Q=V×k×(t 1 -t 2), в кВт\ч
где Q m (т)– масса прошедшего теплоносителя,
V (m 3)= объем прошедшего теплоносителя,
t 1 , t 2 (°С) –входная и выходная температура теплоносителя,
t (ч) — время,
k — тепловой коэффициент теплоносителя (ГОСТ Р ЕН 1434-1-2011 приложение «А»).
Соответственно, для определения количества теплоты необходимы показания датчиков температуры на входе и выходе системы. Такие датчики устанавливаются на подающем трубопроводе отопительной системы и на обратном. От них и от измерителя расхода на вычислительный процессор подаются данные для расчета. В большинстве случаев вычисленные данные отображаются на ЖК-экране. В результате вычислений формируется архив данных, который может быть открыт для просмотра.
Также в состав прибора по учету тепла входят преобразователи давления, запорная арматура. Цена на прибор зависит от устройства, типа счетчика. Основное различие лежит в типе расходомера. Однако независимо от того, какой тип расходомера используется, каждый счетчик тепла хранит данные среднечасовых и среднесуточных показателях расхода. Тепловычислитель может быть расположен не только в теплопункте, но и за его пределами, предоставляя возможность дистанционного снятия показаний.
Методы измерения расхода теплоносителя
Различные виды теплосчетчиков отличаются методом измерения расхода теплоносителя. По методу измерения расходомеры отличают:
- переменного перепада давления;
- турбинные (крыльчатые);
- ультразвуковые;
- электромагнитные.
Метод переменного перепада давления является устаревшим и сейчас практически не применяется в приборах. Турбинные расходомеры имеют большие недостатки, хоть и являются самым экономичным вариантов измерений расхода. Ультразвуковые расходомеры наиболее распространенные на сегодняшний день ввиду своей высокой надежности и точности. Примерно также популярны и электромагнитные расходомеры, которые достаточно современны и надежны.
Расходомер обычно устанавливается на подающей трубе. Если в системе производится разбор теплоносителя или есть утечки, они регистрируются при помощи показаний расходомера, установленного на обратном трубопроводе.
Требования к теплосчетчикам
Независимо от особенностей конструкции счетчика, все они достаточно точны. Метод измерения расхода не влияет на его показания. Основные требования к счетчикам, которые должны быть выполненными при его установке:
- марка теплосчетчика должна быть внесенной в реестр допустимых к использованию в коммерческой сфере приборов;
- теплосчетчик должен иметь заключение метрологической государственной службы;
- установка такого счетчика – лицензированные работы, поэтому обращаться необходимо в соответствующие службы.
Общие принципы расчета количества теплоты, затраченного на отопление, зависит от разницы температур, а не от того, какая температура теплоносителя на входе в отопительную систему.
Калориметра, м. [от латин. calor – теплота и греч. metron – мера] (физ.). Прибор для измерений количества теплоты. Большой словарь иностранных слов