Автореферат
для магистерской работы на тему:
"Анализ теплопередачи и обоснованный выбор параметров для разработки МПС учета и потребления тепла в жилых помещениях"
Матяр Сергея Ивановича
Руководитель: к.т.н., доц. Буркивченко В.И.
I Общая характеристика работы
актуальность темы
цель работы
научная новизна
практическая ценность
внедрение
методы исследования
апробация
II Содержание работы
1 Модель теплосчетчика и существующие варианты его составных частей
крыльчатые (турбинные) расходомеры
достоинства крыльчатых расходомеров
недостатки крыльчатых расходомеров
ультразвуковые расходомеры
достоинства ультразвуковых расходомеров
недостатки ультразвуковых расходомеров
электромагнитные расходомеры
достоинства и недостатки электромагнитных расходомеров
2 Принцип действия тепловычислителя, его структурная схема
III Основные результаты работы
Литература
I Общая характеристика работы
Aктуальность темы
Постоянный рост и без того огромного
внешнего долга за энергоносители, является одной из наиболее болезненных
проблем сегодняшней Украинской экономики. Занимая 6-тое место в мире по
потреблению газа, Украина сегодня не в состоянии покрыть свои энергетические
потребности с помощью собственных источников добычи энергоресурсов и вынуждена
закупать их за рубежом. Затраты Украины на энергоносители в течение
отопительного периода 2002-2003 года составляли в среднем около 10 млн. долл.
США/сутки. В этой ситуации наиболее приоритетным направлением в развитии
экономики страны становится активное внедрение средств энергосбережения по всей
цепочке: добыча - производство - потребление энергии. В связи с реформой
жилищно-коммунального хозяйства возникают предпосылки для перехода на оплату
каждым владельцем или съемщиком жилья фактически потребленной им тепловой
энергии. Цены на тепло, предоставляемое предприятиями теплосетей являются
ориентировочными по максимально возможному потреблению. Для решения этой
проблемы нужны объективные методы контроля количества потребленного тепла.
Таким образом для экономии энергетических ресурсов и, в то же время,
обеспечения комфортных условий в помещениях необходима система совмещающая в себе
функции измерения фактически потребленной тепловой энергии и регулирования
процесса использования тепла.
Цель работы
Целью данной магистерской работы является,
в первую очередь, разработка математической модели теплового баланса жилого
девятиэтажного здания. Полноценная мат. модель даст возможность рассчитать
оптимальную конфигурацию системы автоматического регулирования и рассчитать
поправочные коэффициенты в разрабатываемом алгоритме учета тепла.
Данный алгоритм должен иметь ситуационную
модель, т.е. формула для расчета потребленной тепловой энергии выбирается в
зависимости от того, в какой зоне находятся параметры «температура», «расход» и
«давление» теплоносителя. Второстепенной задачей является разработка
микропроцессорной системы учета и регулирования потребления тепла.
Научная новизна
Фактическим стандартом любой системы
отопления здания "на западе" сегодня является обязательное
присутствие в ней т.н. автоматической системы регулирования тепловой нагрузки с
коррекцией по погодным условиям.
Наиболее известными на рынке подобного
оборудования из стран бывшего СССР стали российские фирмы, которые предложили
свои аналоги подобных систем. Но, как показывает опыт такие приборы имеют ряд
недостатков. В основном - это отсутствие единого соглашения о едином интерфейсе
передачи данных. Это обусловлено тем, что разработки проводились на заказ, так,
например, были заказы со стороны банков, новых районов в Москве и Санкт
Петербурге, некоторых торговых центров. Естественно, подобные системы являются
к тому же чрезвычайно дорогостоящими и не доступными для многих потребителей. В
Украине аналоги систем регулирования тепловой нагрузки были разработаны в
Одессе, но на данном этапе не прилагается никаких мер для интенсивного
расширения сети.
В связи с реформой жилищно-коммунального
хозяйства возникают предпосылки для перехода на оплату каждым владельцем или
съемщиком жилья фактически потребленной им тепловой энергии, в соответствии с
Законом Украины "Об энергосбережении", и с целью выполнения Указа
Президента Украины от 16.06.99 г. №662/99 "Про заходи щодо скорочення
енергоспоживання бюджетними установами, організаціями та казенними
підприємствами", с целью сокращения затрат бюджетных средств, направленных
на оплату энерготребления бюджетными учреждениями, организациями и казенными
предприятиями.
Цены на тепло, предоставляемое
предприятиями теплосетей, являются ориентировочными по максимально возможному
потреблению. Для решения этой проблемы нужны объективные методы контроля
количества потребленного тепла.
В соответствии с новым изданием СНиП
2.04.05-98 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» в пункте 3.12
указывается «Здания, присоединенные к сетям централизованного теплоснабжения,
должны оборудоваться устройствами для коммерческого учета потребляемой тепловой
энергии, устанавливаемыми на абонентских вводах». В пункте 3.15 «Системы
отопления следует проектировать с установкой автоматических регуляторов
теплового потока на абонентском вводе, на фасадных ветвях или на трубопроводах
самостоятельных систем, обслуживающих обособленную группу помещений». В пункте
3.16 «Системы отопления общественных и производственных здания с фиксированной
продолжительностью с устройствами уменьшения теплового потока в нерабочее
время». В пункте 3.19 «Системы водяного отопления следует проектировать с
искусственным побуждением циркуляции». 3.42 «Воздух, попавший в систему теплоснабжения, следует удалять
через автоматические воздухоотводчики».
Научная новизна алгоритма учета тепла
исследуемого в данной магистерской работы заключается в том, что в отличии от
предыдущих моделей теплосчетчиков, в которых расчеты производились по
стандартным формулам, новый метод позволяет уменьшить погрешность расчета тепла
за счет ситуационной модели учета. Таким образом в различных ситуациях
расчетная формула будет разная, за счет меняющихся поправочных коэффициентов.
Поправка рассчитывается на основе математической модели теплового баланса,
учитывающей такие параметры как наличие примесей в теплоносителе, его
температуру, давление, температуру в помещениях, теплопроводность стен здания и
т.д.
Практическая ценность
В данный момент системы автоматического
регулирования и учета теплопотребления используются крайне редко, это вызвано,
в первую очередь, их высокой стоимостью, и отсутствием единого алгоритма учета
тепла.
Реальное снижение потребления тепловой
энергии, так необходимое для потребителя, достигается путем оборудования
тепловых пунктов здания системами автоматического регулирования подачи тепла на
отопление как наиболее массовой нагрузки. При этом обеспечивается сокращение
тепловой энергии до 15% годового потребления.
Естественно, без
теплосчетчиков эта экономия не может быть зафиксирована, и поэтому необходимо
сочетать автоматизацию регулирования систем теплопотребления с коммерческим
учетом потребляемой тепловой энергии.
Внедрение
Предлагаемая микропроцессорная
система включает в себя две части: теплосчетчик и вычислительный контроллер,
обеспечивающий автоматику энергосбережения. Теплосчетчик состоит из
расходомера, двух датчиков температуры и вычислителя.
Расходомеры
теплоносителя, в данном случае воды, основываются на принципе переменного
перепада давления (с сужающими устройствами), электромагнитные, за рубежом
наиболее часто используют тахометрические расходомеры, которые используют
зависимость частоты вращения тела, установленного в трубопроводе, от скорости
движения. Это наиболее точный метод измерения, однако подобные расходомеры
имеют ограниченный срок службы, особенно это касается отечественных систем
отопления. Плохое качество поступающего носителя (жесткая вода) выводит из
строя ротор.
Перспективными в этом плане являются ультразвуковые расходомеры. В
качестве датчиков температуры принято использовать тепмопреобразователи
сопротивления с медным или платиновым чувствительным элементом. Датчики теплосчетчика
устанавливаются на вводе тепла в здание и производят учет текущего и
интегрального фактического потребления.
Система автоматики энергосбережения в
данном случае состоит из вычислительного контроллера, получающего информацию от
датчиков температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах,
датчиков температуры окружающего воздуха на улице и температуры воздуха в
контрольных помещениях здания.
На основе получаемой от датчиков информации и
выбранных настроек контроллер производит регулирование расхода теплоносителя на
здание, управляя клапаном на обратном трубопроводе и циркуляционным насосом
системы отопления. Циркуляционный насос увеличивает скорость протекания
теплоносителя по внутреннему контуру системы отопления, устраняет перекос температур
в помещениях.
Методы исследования
Основной метод исследования –
теоретический. Математическая модель теплового баланса и теплообмена должна рассчитываться при помощи компьютера. И
на основе полученных данных подбирать необходимые поправочные коэффициенты для
расчетных формул. Это даст возможность снизить погрешность измерения и оптимизировать использование измерительного оборудования.
Апробация
Исследования по данной теме были представлены на «Дне науки» на кафедре ЭТ (электронной техники). Научная
разработка была отмечена грамотой.
II Содержание работы
1 Модель теплосчетчика и существующие варианты его составных частей
Теплосчетчик предназначен
для учета, регистрации и мониторинга параметров теплопотребления по двум
тепловым вводам с закрытой и открытой водяной системой. Температура воды в
трубопроводах может быть от 0 до 1800, разность температур - от 0 до
180 0С, давление - до 16 МПа.
Системы централизированного
теплоснабжения в Украине, как правило, четырех трубные с зависимым элеваторным
присоединением к источникам (элеватор – аппарат, смешивающий поступающую воду с
выходящей).
В качестве датчика
температуры используется измерительный
мост на полупроводниковом терморезисторе. Принцип действия такого датчика
основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от
температуры. Их называют также терморезисторами или термисторами
(термочувствительными резисторами). Имеются два различных типа терморезисторов:
с отрицательным (терморезисторы NTC) и с положительным (терморезисторы PTC, позисторы) температурным коэффициентом
сопротивления. При очень низких температурах все полупроводники являются
идеальными изоляторами. Увеличение их электрической проводимости с повышением температуры
может быть приблизительно выражено экспоненциальной функцией:
где R1 и R2 – значения сопротивления (Ом) чувствительного элемента при абсолютной температуре Θ2(К)
и при эталонной температуре Θ1, b – некоторая постоянная величина, зависящая от материала; ее
численное значение может составлять 3000 – 4000 К. Экспоненциальная
характеристика, описываемая этой формулой, имеет большой и сильно изменяющийся
(в диапазоне от –1 до –6 К-1 у терморезисторов NTC)
температурный коэффициент α. Большая нелинейность нежелательна из-за
усложнения схемы подключения терморезистора, тем не менее терморезисторы
получили распространение в лабораторной и производственной практике именно
благодаря своему большому температурному коэффициенту сопротивления.
Сопротивление самих терморезисторов колеблется от 1 кОм до 1 Мом; в сравнении в
ним изменения сопротивления на клеммах и в соединительных проводах
незначительны и ими можно пренебречь. Это является одним из существенных
преимуществ терморезисторов перед обычными термометрами сопротивления и
термоэлектрическими термометрами (термопарами).
Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления состоят главным образом
их смесей оксидов металлов, которые при высоких температурах спекаются, образуя
маленькие шарики, пластинки и стерженьки. Благодаря малым их размерам
обеспечиваются хорошие динамические свойства при измерениях температуры. С
другой стороны, особенности процесса изготовления являются основным источником
значительного расстояния констант материала. Этот разброс компенсируется
сетками сопротивлений, не зависящими от температуры, причем весьма
дорогостоящая компенсация должна выполняться отдельно для каждого прибора.
Пределы измерения для обычных терморезисторов
NTC соответствуют температурам от –100 до 4000 С.
Полупроводниковые чувствительны элементы могут быть изготовлены весьма малых размеров, например,
в виде спеченных шариков диаметром 0,2
– 0,5 мм или в виде пластинок, стерженьков и дисков примерно такого же размера.
Однако в зависимости от места установки каждый элемент должен быть защищен –
обычно тонкой стеклянной, керамической или стальной оболочкой. Полупроводник
выдвинут как можно ближе вперед к рабочему концу термометра и защищен оболочкой
с хорошей теплопроводностью. Защитный чехол изготавливают из коррозионностойкой
стали с низкой теплопроводностью, изоляция во внутренней полости трубки
выполнены из кварцевого песка. Этим обеспечивается малая погрешность, связанная
с теплопроводностью.
Если с датчиком температуры
ситуация ясная, то выбор расходомера следует производить тщательно
проанализировав все существующие приборы.
Друг от друга технически
теплосчетчики отличаются по методу измерения расхода теплоносителя. На
сегодняшний день в серийно выпускаемых теплосчетчиках используются расходомеры
следующих типов:
1. Теплосчетчики с расходомерами переменного перепада
давления. В настоящее время данный метод сильно устарел и применяется крайне
редко.
2. Теплосчетчики с крыльчатыми (турбинными) расходомерами. Являются наиболее дешевыми приборами для измерения расхода
тепла, но имеют ряд характерных недостатков.
3. Теплосчетчики с ультразвуковыми расходомерами. Одни из самых прогрессивных, точных и надежных
на сегодняшний день теплосчетчиков.
4. Теплосчетчики с электромагнитными расходомерами. По качеству находятся приблизительно на одной ступени с
ультразвуковыми.
Крыльчатые (турбинные) расходомеры
Суть данного метода измерения расхода заключается в следующем: в поток жидкости вставляется
крыльчатка (турбинка), скорость вращения которой пропорциональна скорости
потока а следовательно (при известном диаметре трубы) и расходу жидкости.
Отличие крыльчатых расходомеров от обыкновенных водомеров состоит в том, что в
расходомерах предусмотрено устройство для дистанционной передачи сигнала о
текущем расходе по проводам к вычислительному блоку.
С целью защиты крыльчатки расходомера от попадания загрязнений, перед ним устанавливается сетчатый
фильтр. Для обеспечения возможности периодической очистки фильтра до и после
расходомера устанавливаются шаровые краны, перекрытие которых позволяет
произвести очистку фильтра или снятие расходомера без осушения системы
отопления.
Достоинства крыльчатых расходомеров
– Сравнительная дешевизна. Крыльчатый теплосчетчик дешевле своего ультразвукового или электромагнитного аналога на 20-30%.
– Энергонезависимость. Прибор питается от внутренней батарейки, рассчитанной на 5-10 лет бесперерывной работы.
– Простота снятия показаний с тепловычислителя.
Недостатки крыльчатых расходомеров
– Крыльчатка и фильтр создают дополнительное гидравлическое сопротивление в системе отопления. В случае затрудненной
циркуляции теплоносителя по зданию установка такого расходомера еще более
усугубит зту ситуацию.
– Крыльчатка, как любая вращающаяся деталь, постепенно
изнашивается, что влияет на точность показаний. Кроме того в воде находятся
соли и грязь, от которой мало помогают сетчатые фильтры. Она откладывается на
крыльчатке в любом случае. В случае же малейшего несоответствия показаний
расходомера величине нормированной погрешности, которая определяется при
метрологической поверке (а она обязательна 1 раз в 2 года), расходомер ремонту
фактически не подлежит. Его можно осуществить только на
предприятии-изготовителе, а если теплосчетчик импортный (а таких большинство),
то проведение ремонта расходомера становится очень затруднительным. Кроме того,
крыльчатка очень чувствительна к гидроударам и механическим примесям в воде,
которые также могут вывести ее из строя.
– Необходимость ежедневного переписывания показаний с
дисплея теплосчетчика и ведения журнала учета потребления тепловой энергии.
Практически ни один крыльчатый теплосчетчик не обладает возможностью хранить
посуточную информацию о потреблении тепла, а именно такую информацию требуют
для отчета теплоснабжающие организации. Кроме того, тепловычислитель
крыльчатого теплосчетчика обычно невозможно удалить от места установки
расходомера более чем на 5-10 метров. Следствие - ежедневное посещение
теплопункта и переписывание показаний с индикатора в журнал.
Ультразвуковые расходомеры
Существует множество модификаций ультразвуковых расходомеров, но основной принцип работы любого из
них заключается примерно в следующем: на трубе друг напротив друга
устанавливаются излучатель и приемник ультразвукового сигнала.
Ультразвуковой расходомер
Излучатель посылает сигнал сквозь поток жидкости, а приемник через некоторое время
получает его. Время задержки сигнала между моментами его излученя и приема
прямо пропорционально скорости потока жидкости в трубе: оно измеряется и по его
величине вычисляется расход жидкости в трубопроводе. В зависимости от взаимного
положения излучателя(ей) и приемника(ов) существует порядка 10 модификаций
ультразвуковых расходомеров.
В качестве характерного примера ультразвукового теплосчетчика рассмотрим прибор
производства киевской фирмы "Sempal LTD" СВТУ-10. Комплект установки
включает в себя ультразвуковой расходомер, представляющий собой полый участок
трубы с установленными на нем ультразвуковыми датчиками.
Достоинства ультразвуковых расходомеров
– Высокая точность, быстродействие и надежность работы.
Это связано с отутствием в приборе механических узлов;
– Отсутствие гидравлического сопротивления. Расходомер
представляет собой просто участок полой трубы с датчиками и не создает никаких
помех потоку жидкости. Установка данного счетчика не ухудшит гидравлических
характеристик системы отопления;
– Высокая информативность прибора. Прибор хранит как
информацию о среднесуточных, так и о среднечасовых показателях за несколько
предыдущих месяцев. Все это позволяет проводить полный анализ эффективности
работы системы отопления и принимать правильные решения о повышении
эффективности ее работы;
– Возможность установки тепловычислителя вне
теплопункта, что повышает удобство обслуживания прибора;
– Ремонтопригодность и простота метрологической поверки
(1 раз в 2 года), возможность наладки прибора.
Недостатки ультразвуковых расходомеров
– Некоторые из ультразвуковых приборов требуют для
питания сеть 220В 50Гц. При частых отключениях электроэнергии рекомендуется
подключать прибор через UPS (источник бесперебойного питания).
Электромагнитные расходомеры
Действие всех электромагнитных расходомеров основано на принципе, что при движении в
трубопроводе жидкости поперек линий магнитного поля в ней индуцируется э.д.с.
Е, величина которой определяется по формуле:
E=B∙l∙Vср, где
В - магнитная индукция; l - расстояние между электродами;
Vср-средняя скорость движения жидкости.
Таким образом, электромагнитный расходомер
представляет собой небольшой гидродинамический генератор переменного тока,
вырабатывающий э.д.с., пропорциональную средней скорости потока, а
следовательно и расходу жидкости.
Схема внутреннего устройства любого электромагнитного расходомера
Рядом приведена схема
внутреннего устройства любого электромагнитного расходомера. На схеме цифрами
обозначены:
1 - трубопровод, внутри
покрыт изолирующей эмалью (немагнитная нержавеющая сталь);
2,3 - электроды (та же
сталь, что и трубопровод);
4 - электромагнит
переменного тока I.
R1-R3 - низкоомный делитель
напряжения, для компенсации э.д.с. трансформаторной помехи.
Для снижения емкостных помех цепи электродов (сигнал о
величине расхода Е) экранируются.
Достоинства и недостатки электромагнитных расходомеров
На сегодняшний день электромагнитные расходомеры в плане исполнения прибора и его технических
возможностей являются наиболее современными и мало чем отличаются от своих
ультразвуковых аналогов. Поэтому данный вид счетчиков наиболее предпочтителен с
точки зрения надежности и сроков службы прибора.
2 Принцип действия тепловычислителя, его структурная схема
Принцип действия тепловычислителя основан на получении каналу внутренней связи от измерительных
преобразователей (ИП) значений исходных физических величин: давлений (P),
температур (T1, T2), объемных расходов теплоносителя (V) и дальнейшем определении
по заданному алгоритму количества потребленной тепловой энергии. При этом в
тепловычислителе производится индикация и хранение в заданной форме накопленной
информации. В случае необходимости накопленная информация может передаваться по
каналам внешней связи (RS-232С либо телефонный модем) потребителю.
Структурная схема подключения измерительных преобразователей (ИП) к тепловычислителю:
Cтруктурная схема тепловычислителя:
В состав тепловычислителя входят:
Основной микроконтроллер (ОМК) с встроенной памятью программ, который предназначен для обеспечения
внутренней операционной системы и основной программы расчётов.
Микроконтроллер связи и
шифрования данных (СМК), который предназначен для обслуживания внешних каналов связи.
Программируемая логическая матрица (ПЛМ), которая осуществляет дешифрацию адресов ОМК, связь
СМК и ОМК, содержит порты ввода-вывода.
Часы реального времени с литиевым источником питания (RTC), которые используются для привязки расчётов
производимых ОМК к реальному времени.
Микросхема генератора сигнала сброса и компаратора пропадания питания (МП).
Символьный индикатор (И), который выполняет функцию отображения измеряемых параметров, непосредственно во
время работы.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), для хранения рабочих данных и выполняемой программы расчётов.
Энергонезависимое запоминающее устройство 1 мБ со страничной организацией по 256 байт (Flash),
которое является функциональным аналогом жёсткого диска и используется для
хранения всех требуемых программ, конфигурационных файлов и сохранения
статистики по измеряемым величинам за длительный промежуток времени.
Блок питания (БП). Два преобразователя уровней RS-232 (ПУ232), которые используются для независимого
подключения модема и адаптера передачи данных (либо ПК).
Два преобразователя уровней RS-485 (ПУ485), один из которых используется для внутренней сети
передачи данных тепловычислителя, а другой - для внешней сети.
III Основные результаты работы
В ходе исследований был получен алгоритм, согласно
которому можно производить расчет потребленной тепловой энергии. Т.е. в данном
случае показания микропроцессорного теплосчетчика являются объективной основой,
на которой базируются взаимоотношения между абонентами и поставщиками тепла. На
теплосчетчики возлагаются не только функции расчета полученного тепла и
теплоносителя, но и регистратора режима теплопотребления. Последнее
обеспечивается хранением в памяти среднечасовых значений расходов тепла,
теплоносителя и температур прямой и обратной воды. Фиксация часовых значений
перечисленных величин обеспечивает как абонентам, так и теплоснабжающей
организации возможность контролировать параметры теплоносителя и их
соответствие договорным значениям.
Теплосчетчик работает
с заданными метрологическими характеристиками в фиксированной области изменений
расхода теплоносителя Gmax, Gmin, разности температур Dtmax,
Dtmin, температур прямой и обратной воды,
а иногда и давлений.
Поскольку наблюдаемые значения температур и давления
теплоносителя, как правило, не выходят за границы паспортных значений этих
величин, то области возможных состояний теплосчетчиков, изображенные на рисунке,
даны в координатах G и Dt.
В соответствии с практикой
Gmax/Gmin =25-50, Dtmax=145-150°С,
Dtmin=3-5°С. В этой области теплосчетчик
производит расчет тепла и теплоносителя с заданными погрешностями в большинстве
случаев по формулам:
где:
Go - объемный расход теплоносителя,
к - тепловой коэффициет (коэффициент Штюка), зависящий от параметров
теплоносителя и места установки расходомера - на прямой или обратной воде.
За пределами указанной области растут погрешности измерения Gо,
Dt, и результаты расчета тепла становятся недостоверными.
Строго говоря, во всех случаях выхода Gо и Dt
за границы установленных для них областей должен быть прекращен расчет тепла, а
также должны фиксироваться код ошибки и продолжительность такого режима.
Области работы теплосчетчика
Продуктивным для разрешения последней ситуации является подход, основанный на рассмотрении
непрерывного отчетного временного интервала теплопотребления как суммы
интервалов, связанных с ситуациями трех видов, из которых первые две имеют
место при работающем теплосчетчике:
Определяемые по показаниям теплосчетчиков значения расхода теплоносителя и разности
температур находятся в пределах, установленных для теплосчетчиков при
утверждении типа, т.е. теплосчетчик работает в режиме нормальной эксплуатации,
которому соответствует область 1 на рисунке.
Причин
второй ситуации может быть несколько: значения расхода теплоносителя или
разности температур вышли за установленные пределы; при работающем
теплосчетчике вышел из строя расходомер или любой из термопреобразователей;
теплосчетчик дает физически нелепые показания, обусловленные нарушением условий
эксплуатации.
Третья ситуация связана с отключением теплосчетчика либо по технологическим причинам,
либо для ремонта и поверки.
Если
в течение интервала Т1 имеет место первая ситуация, и теплосчетчик работает в
области 1, то расчет тепла и массы теплоносителя производится по алгоритмам
(А), (а), указанные временные интервалы суммируются.
Если
имеет место вторая ситуация, то теплосчетчик не выступает в качестве измерителя
тепла, и для его учета должны использоваться как измеряемые величины, так и
некоторые, принятые по соглашению. В зависимости от причин, вызвавших вторую
ситуацию, предлагается несколько способов определения количества тепла и массы
теплоносителя. Основой для последующего рассмотрения служат девять областей
параметров, изображенных на рисунке. В качестве десятой и одиннадцатой областей,
не указанных на рисунке, приняты соответственно область работы теплосчетчика, в
которой имел место функциональный отказ одного из его элементов или
теплосчетчик выдавал нелепые показания и область, в которой при работающей
системе теплоснабжения теплосчетчик был отключен по рассмотренным выше
причинам.
Область
2, Go>Go max,
Dtmin< Dt<
Dtmax.
Расчет количества
тепла и теплоносителя производится с использованием значения максимального
договорного расхода теплоносителя Gомд. Это значение должно
вводиться в память теплосчетчика или обрабатывающую ЭВМ-программу для каждого
абонента в соответствии с договором на теплоснабжение.
Расчет
количества тепла и теплоносителя в этом случае производится по формулам:
Вторым
менее удобным для учета тепла путем при Go max>Goмд
является прекращение накопления данных по количеству тепла и теплоносителя. В
обоих случаях среднечасовые значения величин рассчитываются и хранятся, фиксируется
код ошибки Е2 и продолжительность Т2 превышения расхода.
Расчет для второго
случая за полученное в течение Т2 тепло производится в соответствии с
"Правилами пользования тепловой энергией" и договором на
теплоснабжение. Для упрощения последующих расчетов либо в теплосчетчик может
быть выделен дополнительный накопитель данных по количеству тепла и массы
теплоносителя, либо такие вычисления должны быть предусмотрены в программе,
обрабатывающей считанные с теплосчетчика данные.
Области
3, Go>Go max,
Dtmin.
Следует отметить, что
реализация сочетания параметров третьей области является маловероятной. В этой
области выполняется та же последовательность операций, что и для области 2.
Расчет за тепло и теплоноситель за интервал Т3 производится как и для области 2
с использованием значений Gомд, Dtmin:
Область
4, Gomino<Gmax,
DtDtmin.
Реализация
Dt< Dtmin является
маловероятной. Расчет тепла производится по формуле:
а
массы теплоносителя - по алгоритму (а) для области 1. Вычислитель
производит накопление данных по количеству тепла и массы, рассчитывает и хранит
среднечасовые значения этих величин, фиксирует код ошибки Е4 и
продолжительность этого режима Т4.
Область
5, Goo min, Dt<
Dtmin.
Такое сочетание
параметров является маловероятным. Расчет количества тепла и массы производится
по формулам:
Вычислитель
производит накопление данных по количеству тепла и массы теплоносителя,
рассчитывает и хранит среднечасовые значения этих величин, фиксирует код ошибки
Е5 и продолжительность этого интервала Т5.
Область
6, Goomin, Dtmin<
Dt< Dtmax.
В
этой области расчет тепла ведется по формуле:
а
массы - по (с). Вычислитель выполняет те же функции, что и в области 5,
фиксирует код ошибки Е6 и продолжительность этого режима Т6. Наиболее разумным
выходом из ситуации, когда Goo min, является, если возможно, переход
на другой диапазон измерения расходомера.
Области
7, 8, 9 Goоmin, Dt> Dtmax;
Gominoomax, Dt>
Dtmax; Go>Gomax,
Dt> Dtmax, как было
отмечено выше, работа теплосчетчика в этих областях маловероятна из-за большого
запаса по диапазону разности температур. Этот режим не предусматривается, в
связи с чем алгоритмы расчета количества тепла и теплоносителя для этих
областей не даются, хотя их вид легко определяется на основе приведенных выше
соотношений.
В
областях 10, 11 расчет за тепло и теплоноситель производится в соответствии с
"Правилами пользования тепловой энергией" и договором на
теплоснабжение.
Сводные
данные по алгоритмам расчета тепла и массы теплоносителя для различных областей
работы теплосчетчиков сведены в таблаблице 1. Знак * означает, что режим
практически не наблюдается.
|
Номер области
|
Алгоритм расчета тепла
|
Алгоритм расчета массы
|
Шифр счетчика
суммирование времени
|
|
1
|
А
|
а
|
Т1
|
|
2
|
В
|
b
|
Т2
|
|
3*
|
С
|
b
|
Т3
|
|
4*
|
D
|
а
|
Т4
|
|
5*
|
E
|
с
|
Т5
|
|
6
|
F
|
с
|
Т6
|
|
7*
|
-
|
-
|
Т7
|
|
8*
|
-
|
-
|
Т8
|
|
9*
|
-
|
-
|
Т9
|
|
10
|
-
|
-
|
Т10
|
|
11
|
-
|
-
|
-
|
Итого за отчетный период:
Считается
целесообразным на ограниченных участках областей 2, 3, примыкающих к области 1,
использовать для расчета алгоритмы (А), (а) с прогрессирующими коэффициентами
К, определяемыми "Правилами пользования тепловой энергией", как
например:
Q2,3 =K·Q; M2,3=K·M,
где
К=1,05+0,5 (Gо/Gоmax-1) при Gо/Gоmax<1,2
(1)
Использование указанных алгоритмов может быть допущено на фиксированный срок в течение суток
с ограничением суммарной продолжительности в течение отопительного сезона.
Следует отметить, что хотя температуры t1, t2 при анализе
областей работы теплосчетчика не рассматривались, тем не менее расходомеры
прямой и обратной воды работают в ограниченной сверху области температур и в
диапазоне tmin-tmax согласуются характеристики входящих в
комплект термопреобразователей.
Одной из распространенных причин разногласий между абонентами и теплоснабжающей
организацией является определение утечек или подмесов холодной воды при
расхождении показаний между расходомерами прямой и обратной воды, соизмеримыми
с пределами допускаемых погрешностей расходомеров. Погрешности могут иметь
любое положительное или отрицательное значение, поэтому единственно оправданным
выходом из этой ситуации является определение утечки или подмеса по разности показаний
расходомеров. Определение утечек по разности показаний расходомеров
сопровождается большой погрешностью, которую можно снизить путем использования
более точных расходомеров или пар расходомеров с согласованными
характеристиками. При отрицательной разности расходов наличие подмеса холодной
воды можно подтвердить с помощью химического анализа.
Рассматриваемая ситуация является распространенной. Для некоторых абонентов целесообразно пойти
на дополнительные затраты и предусмотреть перемычку, которая позволит при
отключенных теплообменниках как проверить на тождественно равных потоках
действительную разность показаний расходомеров, так и провести поверку
теплосчетчика без демонтажа с использованием переносной поверочной установки.
Наличие разности показаний расходомеров более 2% при отсутствии видимых
протечек и подмесов сырой воды, подтверждаемых результатами химического
анализа, говорит о неисправности расходомеров.
Опыт учета массы теплоносителя показывает, что необходимо отдельно суммировать
положительные и отрицательные разности расходов. Эта рекомендация вызвана тем,
что утечки при одном тепловом режиме работы оборудования могут компенсироваться
подмесами холодной воды при другом.
Теплосеть неоднократно высказывалась за установку двух расходомеров на линиях прямой и
обратной воды, являющихся необходимым элементом контроля за наличием протечек и
подмесов сырой воды. Учитывая стремление к снижению затрат и установке одного
расходомера у абонентов жилого сектора, можно рассмотреть вопрос о введении раздельного
тарифа на тепло в зависимости от числа установленных расходомеров.
Литература
1. Нейман Г.А., Фудим Я.Г., Иванова Г.М. Теплосчетчики в системе учета тепла, отпущенного
абонентам Теплосети ОАО "Мосэнерго"//Энергосбережение.1998. N5-6. C. 24-26.
2. Иванова Г.М., Фудим Я.Г. Опыт эксплуатации теплосчетчиков в системе учета тепла, отпускаемого абонентам Теплосети ОАО "Мосэнерго"//Энергосбережение.1998. N.9-10. С. 20-26
3. Правила пользования электрической и тепловой энергией. М.: Энергоатомиздат, 1982.
4. Правила учета тепловой энергии и теплоносителей. Главгосэнергонадзор. М.: Изд. МЭИ. 1995.
5. Иванова Г.М. Определение расхода подпиточной воды//Теплоснабжение. 1997.N.1(4).С.6-7.
6. Гольцман В.А. Приборы контроля и средств автоматики тепловых процессов. М.: Высшая школа, 1980
7. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1972
8. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983
9. Правила техники безопасности при обслуживании тепловых сетей. М.: Атомиздат, 1975
10. Богуславский Л.Д. Экономия теплоты в жилых зданиях. М.: Стройиздат, 1990
11. Энергосбережение в системах теплоснабжения. М.: Стройиздат, 1990
|
|
|
|
|
simon88@netman.ru
