Способ локального контроля и учета теплопотребления

 

Изобретение относится к области централизованного теплоснабжения жилых, коммунальных и производственных объектов. Сущность изобретения: термопреобразователями с различными относительными уровнями подаваемых сигналов (на один градус разности температур) измеряют разности температур теплоносителя на входе и выходе теплоиспользующих установок, а уровни подаваемых от термопреобразователей сигналов создают пропорциональными относительным номинальным тепловым мощностям соответствующих установок, обеспечивая получение результирующего уровня сигнала, пропорционального расходуемой тепловой энергии.

Изобретение относится к области централизованного теплоснабжения жилых, коммунальных и производственных объектов, в частности к способам измерения тепловой энергии, потребляемой различными теплоиспользующими установками от потока теплоносителя.

Известен способ определения теплового потока Q, кВт, основанный на уравнении теплового баланса, состоящий в измерении расхода и параметров используемого теплоносителя [1] Q G(i₁ i₂, где G расход теплоносителя, кг/с; i₁ и i₂ энтальпия теплоносителя на входе в теплоиспользующую установку и на выходе из нее, кДж/кг.

Расход тепловой энергии, кДж/кг за период времени τ = τ₂-τ₁ определяется значением интеграла: Известным техническим решением является способ определения потребляемой теплоты, состоящей в измерении расхода и перепада температур теплоносителя Δt t₁ t₂ [1, схема 3-13б] т.е. Q GCwΔt (3), где C_w - средняя массовая теплоемкость теплоносителя в интервале температур t₁ - t₂, кДж/кгК.

Используемые при этом тепломеры представляют собой комплекс двух измерительных приборов: расходомера и дифференциального термометра с первичными датчиками, функциональными преобразователями сигналов, вычислительным устройством и интегратором.

Этот способ имеет следующие основные недостатки: высокая стоимость реализации, необходимость включения расходомеров "врассечку" трубопроводов теплоносителя, что существенно осложняет условия эксплуатации и снижает надежность системы теплоснабжения, особенно при многочисленности теплоиспользующих установок на объекте. Немыслимо, например, устанавливать такие тепломеры у каждого отопительного прибора в зданиях. Поэтому существующие тепломеры устанавливают лишь на центральных и местных тепловых пунктах. Отсутствие локального учета теплопотребления исключает со стороны потребителей стимул к рациональной эксплуатации теплоиспользующих установок, к снижению тепловых потерь и экономии тепловой энергии несмотря на непомерный рост ее цены.

Наиболее близким к предлагаемому способу является устройство для измерения потребления тепла установкой центрального отопления [2] в котором в целях сокращения измерительной системы используют термопреобразователи (термометры сопротивления). Посредством одной группы термопреобразователей, установленных на теплообменной поверхности теплоиспользующих установок (обогревателей) и другой в обогреваемом помещении, определяют расход тепла. При этом основные (базовые) электрические сопротивления указанных термометров берутся пропорциональными площадям соответствующих теплообменных поверхностей обогревателей. Этот способ имеет следующие недостатки: не учитывает граничные условия, в которых находится теплообменная поверхность; неоднозначно определяет среднетемпературный напор, от которого зависит величина теплового потока; имеет низкую точность измерения разности температур.

Целью предложенного способа является повышение точности и надежности измерительной системы и создание локального дифференциального способа учета теплопотребления.

Поставленная цель достигается тем, что термопреобразователями с различными относительными уровнями подаваемых сигналов (на один градус разности температур) измеряют разности температур теплоносителя на входе и выходе теплоиспользующих установок, а уровни подаваемых от термопреобразователей сигналов создают пропорциональными относительным номинальным тепловым мощностям соответствующих теплоиспользующих установок, обеспечивая получение результирующего уровня сигнала, пропорционального расходуемой тепловой энергии. Для реализации изложенного способа используют соединенные последовательно первичные датчики, которые создают уровень сигналов, пропорциональный расходу теплоты всеми установками рассматриваемой группы, что позволяет использовать общий для них один вторичный измерительный прибор.

Контроль и учет расхода тепловой энергии отдельными установками производят градацией термопреобразователей по относительному уровню подаваемых сигналов, пропорциональному относительной тепловой мощности указанных установок в эквивалентных единицах измерения, например в ЭКМ, соответствующим размещением термодатчиков, получением результирующего уровня сигналов, пропорционального измеряемому расходу теплоты. Сбор информации о теплопотреблении осуществляется на основе последовательного соединения термодатчиков указанной выше градации уровней сигналов, в получении результирующего уровня сигнала, измеряемого одним общим прибором, например потенциометром, без использования дополнительных функциональных преобразователей и вычислительных устройств, благодаря чему в десятки раз уменьшается стоимость измерительной системы и упрощается ее обслуживание. При этом появляется возможность практической реализации дифференцированного расчета с теплопотребителями по фактическому расходу тепловой энергии и соответствующей ее оплатой.

Сущность предложенного способа можно рассмотреть на примере осуществления локального контроля и учета расхода тепловой энергии на отопление отдельных квартир многоквартирного жилого дома с центральной насосной системой водяного отопления.

Тепловой поток Q_i кВт от какого-либо отопительного прибора - тепловая мощность может быть определена по уравнению теплового баланса
Q_i= G_iC_wΔt_i, (4)
где
G_i расход греющего теплоносителя (горячей воды) через рассматриваемый отопительный прибор, кг/с;
C_w средняя массовая теплоемкость воды в интервале температур t₁ t₂, кДж/кгК;
Δt_i перепад температур воды в отопительном приборе, K.

В отопительных системах с искусственной циркуляцией при качественном регулировании тепловой мощности отопительных приборов (путем изменения температуры теплоносителя на входе) или путем изменения теплоотдачи, например, экранированием части теплообменной поверхности) расход теплоносителя через них остается в соотношениях, практически пропорциональных расчетным тепловым мощностям отопительных приборов Q^p_i, т.е.

G_i/G_o= Q^p_i/Q_o= k_i, (5)
где
G₀ и Q₀ соответственно расход теплоносителя и единичная тепловая мощность стандартного отопительного прибора в эквивалентных квадратных метрах площади теплообменной поверхности (ЭКМ) или тепловая мощность одной секции указанного отопительного прибора либо ее доли, кВт.

Суммарный тепловой поток от установленных m-отопительных приборов в какой-либо квартире j определяется формулой
Q_j= G₁C_wΔt₁+G₂C_wΔt₂+...+G_mC_wΔt_m (6)
или с учетом соотношения (5)

Сумма может быть измерена одним электрическим прибором - потенциометром, если в качестве датчиков используются термоэлектрические преобразователи, или мостом сопротивления, если используются термопреобразователи сопротивления, при условии, что указанные датчики будут иметь при t idem уровни сигналов ε_ti f(Δt_i) и R_ti f(Dt_i), пропорциональные относительным тепловым мощностям соответствующих отопительных приборов. Например, при использовании в качестве датчиков дифференциальных термопар на каждом из отопительных приборов их устанавливают в количестве, пропорциональным его относительной тепловой мощности. При последовательном соединении указанных датчиков их результирующая электродвижущая сила будет равна

С достаточной для практических расчетов точностью для реализуемого диапазона изменения величины t_i можно написать
ε_ti= C_tΔt_i, (9)
Следовательно E_i
Отсюда E_j/C_t,
С учетом (11) формула (7) суммарного теплового от отопительных приборов в j квартире может быть переписана в следующем виде:
Q_j k₀E_i
где k₀ G₀C_w/C_t градуировочный коэффициент, кВт/мВ.

Расход тепловой энергии на отопление квартиры W_j за период Δτ находят по значению интеграла

В целях учета разного рода возможных потерь теплоты, а также дополнительного расхода тепловой энергии на обогрев помещений общего пользования (подъездов, лестничных клеток и др.) величину уточняют по суммарному теплопотреблению W_тп всем объектом теплоснабжения на указанный период времени, измеряемому на тепловом пункте. В самом деле, так как

то
Дифференциальная оплата тепловой энергии, измеряемой локально, согласно заявляемому способу, явится решающим фактором, стимулирующим экономию в теплопотреблении. Известно, например, что снижение температуры в отапливаемом помещении здания (в средней климатической зоне) за счет инфильтрации наружного воздуха с 19 до 15^oC приводит к перерасходу тепловой энергии на 8% а такое же снижение температуры воздуха путем экранирования части теплообменной поверхности отопительных приборов дает экономию в расходе тепла 22%
Применение качественного регулирования теплоотдачи отопительных приборов в сочетании с предложенным способом локального контроля и учета теплопотребления даст весьма существенный положительный эффект.

Формула изобретения

Способ локального контроля и учета теплопотребления, основанный на термометрических измерениях в отдельных группах теплоиспользующих установок с помощью термопреобразователей с различными уровнями подаваемых сигналов (на один градус разности температур), отличающийся тем, что измеряют разности температур теплоносителей на входе и выходе теплоиспользующих установок, а уровни подаваемых от термопреобразователей сигналов создают пропорциональными относительным номинальным тепловым мощностям соответствующих теплоиспользующих установок, обеспечивая пропорциональность суммарного уровня сигнала общему потреблению тепловой энергии.