Прилад контролю витрати кількості тепла для висотних будівель обладнаних автономними котельними

Головіна А.К., Зорі А.А.

Донецький національний технічний університет

---

Источник: Тезисы докладов. — Черновцы: Книги — ХХІ, 2009. — 424 с.

---

      Загальна постановка проблеми: Системи обліку тепла стають необхідними, як споживачам тепла, так і його постачальникам. Першорядним критерієм якості систем теплопостачання відсутність температурного дискомфорту в приміщенні та постійна наявність гарячої води з певною температурою в необхідному об'ємі. Це досягається за рахунок упровадження автономних котельних, що функціонують за принципом повної автоматизації технологічного процесу. Важливою перевагою децентралізованих систем теплопостачання є можливість місцевого регулювання в системах квартирного опалювання і гарячого водопостачання. Проте експлуатація джерела теплоти і всього комплексу допоміжного устаткування квартирної системи теплопостачання мешканцями не завжди дає можливість повною мірою використовувати цю перевагу. Останні дослідження показали [1], що  існує необхідність контролю втрати тепла в кожної квартирі, щоб не привертати ремонтно-експлуатаційну організацію для обслуговування джерел теплопостачання, облаштувати квартири ультразвуковими теплолічильниками, для оперативного стеження за втратами тепла в будівлі.

      Постановка задач дослідження Нині існують різні прилади та системи контролю витрати води і тепла. Вони мають ряд недоліків переваж  зокрема висока погрішність вимірювання. Цю проблему в автономних котельних можна розв'язати шляхом використовування ультразвукових, що працюють за принципом зміни часу проходження ультразвукового сигналу від джерела до приймача сигналів, який залежить від швидкості потоку рідини. Виникає задача вибору кількості та коректного розташування теплолічильників на кожному поверсі, з подальшою інтеграцією приладу, що розробляється, до загальної структури автоматизації.

      Рішення поставленої задачі і результати досліджень. Найбільш відповідним є простий теплолічильник, який на сьогоднішній день є пристроєм, що вимірює витрату теплоносія та температуру на вході і виході об'єкту теплопостачання. (див. рис.1).

Рис. 1 – Система опалення будівлі

      Кількість теплоти, підведеної до тіла або відведеної від нього, можна визначити за відомими значеннями його маси, питомої теплоємності та за зміною температури.У теплолічильнику значення різниці ентальпії у прямому і зворотному потоках інтегрується за часом.

      Рівняння для його роботи має вигляд:

                                                          (1)

де Q – кількість теплоти, яку виділено або поглинуто; q_m – масова витрата теплоносія, що тече через теплолічильник;Δh– різниця значень питомої ентальпії теплоносія у прямому і зворотному потоках;t – тривалість.

      Якщо прилад  визначає об'єм, а не масу, рівняння має такий вигляд:

                                                          (2)

де Q – кількість теплоти, яку виділено або поглинуто; V – об'єм рідини, що протекла; k – тепловий коефіцієнт, що є функцією властивостей теплоносія за відповідних значеннями температури і тиску; ΔΘ– різниця температур теплоносія у прямому і зворотному потоках.

      Для визначення кількості теплоти, що виділяється в теплообмінному контурі, теплолічильники мають враховувати тип теплоносія через тепловий коефіцієнт k(p, Θ_f, Θ_r). Тепловий коефіцієнт є функцією фізичних величин тиску р, температури у прямому потоці Θ_f, температури у зворотному потоці Θ_r і його обчислюють за рівнянням:

- тепловий коефіцієнт для води:

                                                 (3)

де V – питомий об'єм; h_f, h_r – питома ентальпія у прямому та зворотному потоках відповідно.

      Виникає проблема вибору методу для вирішення поставленої задачі проаналізовані функціональні особливості автономної котельної висотного будинку і розроблена структура приладу з урахуванням необхідної кількості теплолічильників на кожному поверсі структура адаптовна, оскільки планується подальша інтеграція приладу, що розробляється, до загальної структури автоматизації. При розташуванні п'єзоперетворювачів на зовнішню частину труби, частина акустичної енергії відображається від поверхні розділу труба-рідина і розповсюджується у вигляді акустичних коливань в стінці труби. При цьому утворюються як подовжні, так і поперечні хвилі. Останні можуть досягти приймального п'єзоелемента раніше акустичних коливань, що проходять через рідину. Для виключення цього пропонується поміщати п'єзоелементи з різних сторін фланцевого з'єднання, забезпеченого неметалічною прокладкою. Амплітуда АР, і фаза φ_П ревербераційної хвилі відрізняються від амплітуди А і фази φ основної хвилі. Приймальний п'єзоелемент сприймає результуючі коливання, що мають амплітуду A_П і фазу φ_П. В результаті виникає зрушення фази Δφ_Р = φ_П – φ, особливо неприємний для існуючих расходомірів. Щоб це зрушення було незначне, слід мати АР < 0,01А. Крім того ревербераційний імпульс може спотворити фронт основною імпульсу і передчасно включити частотну схему. Для виключення цього запропоновано зсовувати робочі імпульси по відношенню до відображених за допомогою електронної лінії затримки.

      Висновки:
      1. Проведений у роботі аналіз характеристик погрішностей досліджуваних методів теплолічильни-ків з метрологічними характеристиками і межами допустимої помилки, узятої з національних стандартів України дозволив визначити, що ультразвуковий метод є точнішим зі всіх інших і відповідає ДСТУ.
      2. Розроблена структура приладу контролю витрати кількості тепла із заданим ступенем точності, який відстежуватиме витрату води і втрати тепла на кожному поверсі. Прилад реалізується шляхом устано-вки на поверхах висотного будинку ультразвукових тепловодолічильників.

Література

1. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. – М.: Техносфера, 2006. – 325 с.
2. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд–ние, 1998. – 420 с.
3. ДСТУ 3339-96. Теплосчетчики. Общие технические условия. – К.: Госстандарт Украины.
4. Методика оценивания погрешности результата выполнения измерений (учета) энергоресурсов.
5. Эффективное решение вопросов автономного теплоснабжения.