Черкасский А.И. г. Томск

Основным препятствием в определении величины теплопотребления локальными потребителями тепловой энергии и организации коммерческого учета потребления тепловой энергии в МКД является низкая точность измерения температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, что делает невозможным организацию коммерческого учета теплопотребления в помещениях МКД при вертикальной однотрубной схеме системы отопления в жилом доме.

В данной статье приводится описание технического приема получения точного значения разности температуры подающего и обратного трубопроводов ∆t°C в локальных помещениях МКД и математическое обоснование расчетной формулы

 ∆t = [К • Mmin. • (∆tmin. - ∆tmax.) / (Mmax. - К • Mmin.)] °C

 Горизонтальная схема расположения трубопроводов, разрешенная при организации коммерческого учета в помещениях МКД, также имеет погрешность в учете величины потребленной тепловой энергии 10 % и более от фактического теплопотребления при Dt менее 2°С. Повышение уровня теплозащиты приводит к неизбежному уменьшению разности температур ∆t на подающем и обратном трубопроводах и, как следствие, увеличивается погрешность измерения величины теплопотребления. Причиной, приводящей к погрешности при измерении температур на подающем и обратном трубопроводах, является накопленная погрешность в элементах системы измерений, (погрешность контакта термосопротивления с поверхностью измеряемого тела, погрешность на теплоотвод из точки расположения термосопротивления в тело трубопровода и окружающую среду, погрешность в конструкции термосопротивлений, погрешность системы логического устройства термопреобразователя, погрешность подводящих проводов). Существующие системы коммерческого учета потребления тепловой энергии основаны на измерениях массы теплоносителя прошедшего по трубопроводам системы отопления и температуры на подающем и обратном трубопроводах. Величина потребленной тепловой энергии  определяется по формуле:  

Q = MtТ  ( 1 ) 

где:

Q – количество потребленной тепловой энергии,

M – масса теплоносителя прошедшего через систему отопления,

∆ t – разность температур на подающем и обратном трубопроводах,

Т  - время теплопотребления (принимается интервал времени -1час).

Из формулы расчета потребленной тепловой энергии в единицу времени вытекает, что накопленная погрешность при измерениях температур полностью входит в определяемую величину потребленной тепловой энергии как составная часть сомножителя t и приводит к недостоверному результату, следовательно, повышение точности определения потребляемой тепловой энергии возможно только в случае получения точного значения t.

Получение точного значения ∆ t достигается с помощью особого технического приема, основанного на измерении температур на подающем и обратном трубопроводах и расхода теплоносителя в двух режимах подачи:

1) основной режим подачи теплоносителя, заложенный схемой отопления,

2) уменьшенный, примерно в полтора ~ два раза относительно основного, режим подачи теплоносителя.

Точное значение t определяется по формуле:

(2)   ∆ t = [К • Mmin. • (∆tmin. - ∆tmax.) / (Mmax. – К • Mmin)] °C

где:

 К = (tmax.ср. – 20)°C /(tmin..ср. – 20)°C - коэффициент выравнивающий теплопотребление в основном и уменьшенном режимах подачи теплоносителя в системе отопления (безразмерная величина),

 Mmax. - расход теплоносителя в основном режиме подачи (кг),

Mmin. - расход теплоносителя в уменьшенном режиме подачи (кг),

tmax.. = (t1max. – t2max.)°C – разность температур на подающем и обратном трубопроводах в основном режиме подачи,

tmin. = (t1min. t2min.)°C - разность температур на подающем и обратном трубопроводах в уменьшенном режиме подачи.

Вывод формулы (2) основан на закономерности в поведении погрешностей измерений температуры при изменении расхода теплоносителя. Эти закономерности проявляются в том, что величина погрешностей не меняется в точке измерения температуры при изменении расхода теплоносителя в одних условиях проведения измерений по времени, состояния окружающей среды и уровня теплозащиты термосопротивлений в точках измерений температуры.

Расчеты проводятся с применением формул (3) и (4) определяющих величину потребления тепловой энергии в единицу времени. По формуле (3) измеряется температура на подающем и обратном трубопроводах и масса теплоносителя, а в формуле (4) по закону Ньютона - Рихмана используются величина площади теплопотребляющих установок, коэффициент теплоотдачи, разность средней температуры теплопотребляющих установок и температуры окружающего воздуха.

                                                                (3) Q = M • ∆t Т                                       

(4) Q = α S (tср-20) Т

Для определения коэффициента К применяется прием выравнивания величины теплопотребления в двух режимах подачи теплоносителя – основном и уменьшенном. Из выражения (5) выводится формула данного коэффициента.

(5) α • S • (tmax.ср. - 20) • Т = K • αS • (tmin.ср. - 20) • Т

где:

α - коэффициент теплоотдачи поверхности теплопотребляющих установок,

S - площадь теплоотдачи поверхности теплопотребляющих установок,

tmax.ср., tmin.ср. – средние температуры поверхностей теплоотдачи теплопотребляющих установок в основном и уменьшенном режимах подачи теплоносителя.

 Т - время теплопотребления (принимается интервал времени – 1час).

           В выражении (5) при расчете коэффициента К принимаются следующие допущения:

 а) - равенство коэффициента теплоотдачи α в правой и левой частях уравнения (5) при близких температурах в режимах подачи теплоносителя,

б) – температура воздуха окружающей среды в помещении принимается равной 20°C.

 Точное значение t в формуле (2) получено с учетом неизменности величины погрешности измерений для каждой точки при изменениях величины расхода теплоносителя из уравнения (6).

(6) Mmax.•t = K•Mmin. • [t + (∆tmin. - ∆tmax.)],

 где:

 ∆t – точное значение разности температур на подающем и обратном трубопроводах, при основном режиме подачи теплоносителя.

Уравнение (6) получено из следующего выражения:

Mmax. • t =KMmin. • ∆t*min. ,

где:

t*min.- точное значение разности температур на поддающем и обратном трубопроводах при уменьшенной подаче теплоносителя.

Данное точное значение - t*min.= [∆t+ (∆tmin.-∆tmax.)] получено из решения системы двух уравнений (7):

(7)  ∆t = ∆tmax. +дельта t ,

t*min.= ∆tmin. + дельта t,

где:  дельта t – накопленная погрешность измерений температуры.

Путем преобразования системы уравнений (7) получим следующее выражение:

t - tmax. = ∆t*min. - ∆tmin

.  Откуда получаем значение -  t*min. =[∆t + (∆tmin.-∆tmax.)].

Решая уравнение (6) получим формулу (2) точного значения t .

 Выводы:

1). Практическая значимость данного способа получения точного значения разности температур на подающем и обратном трубопроводах t °C состоит в возможности определения с достаточной точностью часовой тепловой нагрузки Q Вт·ч и удельного потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию q Вт·ч / М2 ∙ сутки · °C  в жилых помещениях многоквартирного дома.

2). Повышение точности измерения параметров теплоснабжения позволяет организовать поквартирный учет потребления тепловой энергии идущей на отопление жилых многоквартирных домов с использованием особенностей расчета теплоотдачи теплопотребляющих установок по закону Ньютона - Рихмана  Q = α · S ∙(t1 – t2)·Т.

3). Cпособ определения величины теплопотребления по закону Ньютона - Рихмана закреплен в патентах на изобретение российских специалистов - Казачкова В.С.,  Чистова Г.Л., Ушакова Л.В. и использование способа получения точного значения t

позволит реализовать идеи, заложенные в этих изобретениях.

4). Технологические возможности применения данного способа не входят в противоречие с существующими схемами теплоснабжения и позволяют использовать технические решения и расчетные формулы в мероприятиях по энергосбережению и в проведении энергоаудита как в жилых домах, так и на промышленных предприятиях и в бюджетных организациях.

5). Дальнейшее совершенствование метода определения точных величин теплотехнических параметров теплоснабжения даст направление в разработке приборов учета теплопотребления с использованием закона Ньютона - Рихмана и идей заложенных в изобретениях российских исследователей.

Значения А Вт•ч /м2·°C полученные путем вычислений по известному  Q Вт•ч /м2  (расчет по патенту № 2273833) для использования в расчетах тепловыделений теплопотребляющих установок с применением закона Ньютона – Рихмана.

foto batarei otoplenia

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 15                                                     

Средняя

температура

тепловой

установки

tср. °C

Удельная тепловая нагрузка по патенту

АВтч/м2·°C

Тепловое выделение с 1м2 по патенту

QВтч/м2°C

Разность температур теплоисточника

T°C

T 4/3

°C

Коэффициент расхода тепла по патенту

Втч/м2·°C

Тепловое выделение с 1м2 по патенту QВтч/м2

Отклонение

от расчета

QВтч/м2

Отклонение  % ±

100,0

10,15

1015,0

80,0

344,7

2,965

1022,0

-7,0

-0,7%

97,5

10,0

975,0

77,5

330,4

2,965

979,6

-4,6

-0,5%

95,0

9,85

935,8

75,0

316,2

2,965

937,5

-1,7

-0,2%

92,5

9,65

892,6

72,5

302,3

2,965

896,3

-3,7

-0,4%

90,0

9,45

850,5

70,0

288,5

2,965

855,4

-4,9

-0,6%

87,5

9,25

809,4

67,5

274,8

2,965

814,8

-4,4

-0,5%

85,0

9,05

769,3

65,0

261,3

2,965

774,8

-4,5

-0,6%

82,5

8,85

730,1

62,5

248,0

2,965

735,3

-4,2

-0,6%

80,0

8,65

692,0

60,0

234,9

2,965

696,5

-4,5

-0,6%

77,5

8,45

654,9

57,5

221,9

2,965

657,9

-3,0

-0,5%

75,0

8,25

618,8

55,0

209,1

2,965

620,0

-1,2

-0,2%

72,5

8,05

583,6

52,5

196,6

2,965

582,9

0,7

0,1%

70,0

7,80

546,0

50,0

184,2

2,965

546,2

-0,2

-0,0%

67,5

7,55

509,6

47,5

172,0

2,965

510,0

-0,4

-0,1%

65,0

7,30

474,5

45,0

160,0

2,965

474,4

0,1

0,0%

62,5

7,05

440,6

42,5

148,3

2,965

439,7

0,9

0,2%

60,0

6,75

405,0

40,0

136,8

2,965

405,6

-0,6

-0,1%

57,5

6,45

370,9

37,5

125,5

2,965

372,1

-1,2

-0,3%

55,0

6,15

338,3

35,0

114,4

2,965

339,2

-0,9

-0,3%

52,5

5,85

307,1

32,5

103,7

2,965

307,5

-0,4

-0,1%

50,0

5,55

277,5

30,0

93,2

2,965

276,3

1,2

0,4%

47,5

5,20

247,0

27,5

83,0

2,965

246,1

0,9

0,4%

45,0

4,80

216,0

25,0

73,1

2,965

216,7

-0,7

-0,3%

42,5

4,40

187,0

22,5

63,3

2,965

187,7

-0,7

-0,4%

40,0

4,00

160,0

20,0

54,3

2,965

161,0

-1,0

-0,6%

37,5

3,60

135,0

17,5

45,4

2,965

134,6

0,4

0,3%

35,0

3,15

110,3

15,0

37,0

2,965

109,7

0,6

0,5%

32,5

2,65

86,1

12,5

29,0

2,965

86,0

0,1

0,1%

30,0

2,10

63,0

10,0

21,5

2,965

63,7

-0,7

-1,1%

27,5

1,55

42,6

7,5

14,6

2,965

43,3

-0,7

-1,6%

25,0

1,00

25,0

5,0

8,5

2,965

25,2

-0,2

-0,8%

22,5

0,45

10,1

2,5

3,4

2,965

10,1

0,0

0,0%

Для определения А Вт•ч /м2· °C  соответствующего определенной температуре tср. на измеряемой поверхности теплоисточника интерполируем полученные по патенту значения в диапазоне температур от 22,5°C до 100°C по формулам:  

1) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 22,5) × 0,22 + 0,45]  в диапазоне   от 22,5°C до 32.5°C 

2) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 32,5) × 0,2 + 2,65]   в диапазоне   от 32,5°C  до 35°C 

3) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 35) × 0,18 + 3,15]   в диапазоне   от 35°C  до 37,5°C 

4) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 37,5) × 0,16 + 3,6]   в диапазоне   от 37,5°C до 47,5°C 

5) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 47,5) × 0,14 + 5,2]   в диапазоне   от 47,5°C до 50°C 

6) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 50) × 0,12 + 5,55]   в диапазоне   от 50°C до 62,5°C 

7) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 62,5) ×0,1 + 7,05]   в диапазоне   от 62,5°C до 72,5°C 

8) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 72,5) ×0,08 + 8,05]  в диапазоне   от 72,5°C до 95,0°C 

9) А Вт•ч /м2· °C  = [(tср. – 92,5) × 0,06 + 9,7]   в диапазоне   от 95°C до100°C 

 

Дизайн :
Яндекс.Метрика