Учёт тепловой энергии в различных системах теплоснабжения

При измерении количества тепловой энергии исходят из того, что мате­матически тепловая энергия, переносимая теплоносителем через поперечное сечение трубопровода за определённый интервал времени, в общем случае может быть вычислена по формуле

 

где m — массовый расход теплоносителя; ρ — плотность теплоносителя; V— объёмный расход теплоносителя;h— энтальпия теплоносителя; t₀ и t₁— моменты времени, соответствующие началу и окончанию измерений.

Энтальпия является функцией температуры и давления теплоносителя. Таким образом, тепловая энергия зависит от текущих параметров теплоно­сителя (массового расхода, температуры и давления) и интервала времени, в течение которого проводятся измерения. Поскольку вычисление тепловой энергии на основании результатов измерений не может осуществляться непрерывно, то формулу (13.1) преобразуют, заменяя интеграл конечнымисуммами, а энтальпию и плотность теплоносителя рассчитывают по темпе­ратуре и давлению. При этом получают

гдеQ_i— тепловая энергия, соответствующая i -му интервалу времени;G_i— масса теплоносителя, прошедшего через трубопровод за z-й интервал вре­мени; h_i — энтальпия теплоносителя, соответствующая i -му интервалу вре­мени; n — число интервалов времени измерения.

На практике интервалы времени, в течение которых теплосчётчик осу­ществляет измерение параметров и расхода теплоносителя для их последую­щего суммирования, очень малы. Рассмотрим, как производится учёт тепло­вой энергии и теплоносителя с помощью теплосчётчика. На рис. 13.3 представлен принцип работы теплосчётчика, установленного в закрытой водяной системе теплоснабжения у потребителя теплоты.

На подающем трубопроводе тепловой сети устанавливается датчик рас­хода. Установка датчика на обратном трубопроводе для закрытой системы не является обязательной, так как расходы в подающем и обратном трубо­проводах равны (на практике возможность установки датчика расхода только на одном трубопроводе системы теплоснабжения должна быть согла­сована с энергоснабжающей организацией). Датчики температуры устанав­ливаются как на подающем, так и на обратном трубопроводе. Расход и тем­пература теплоносителей при работе системы изменяются во времени. Сигналы от датчиков поступают на тепловычислитель, где на их основе опре­деляются значения расхода, температуры теплоносителя и его энтальпии в прямом и обратном трубопроводах, а также производятся интегрированиерасхода теплоносителя, вычисление средних значений параметров теплоноси­телей и получаемой тепловой энергии за время работы теплосчётчика.

Полученные данные отображаются на электронном табло тепловычислителя по запросу пользователя или могут быть переданы на персональный компьютер по одному из стандартных интерфейсов.

 

 

Рис. 13.3. Принципы работы теплосчётчика в закрытой системе теплоснабжения:

1 — датчик расхода; 2 — датчики температуры; 3 — тепловычислитель; 4 — персональный компьютер

 

При работе теплосчётчика в открытой системе теплоснабжения расходы теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах различаются, поэтому датчики расхода устанавливаются как на подающем, так и на обратном тру­бопроводе. Разность расходов даёт возможность определить количество теплоносителя, затраченного потребителем. Это же количество теплоноси­теля должно быть затрачено источником для подпитки системы теплоснаб­жения.

Рассмотрим открытую систему теплоснабжения, в которой источник теп­лоты Ии её потребительП связаны между собой подающим и обратным трубопроводами (рис. 13.4).

Если G₁ — масса теплоносителя, переданная по подающему трубопроводу, aG₂— масса теплоносителя, переданная по обратному трубопроводу, то масса утечекG_y, восполняемая на источнике холодным теплоносителем (G_XB), G_y= G_X.B= G₁- G₂.Запишем уравнение теплового баланса источника теп­лоты:

гдеQ— тепловая энергия, произведённая на источнике теплоты;h₁— энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе;h₂— энтальпия тепло­носителя в обратном трубопроводе; h_X.B—энтальпия холодного теплоноси­теля, поступающего в систему.

Тогда, преобразовав (13.3), получим количество тепловой энергии, пере­данной потребителю в открытой системе теплоснабжения,

 

Уравнение (13.4) применимо как для закрытых, так и для открытых сис­тем теплоснабжения, гдеG₁= G₂.Из (13.4) видно, что для вычисления теп­ловой энергии, полученной потребителем в открытой системе, необходимознать энтальпию холодной водыh_x.в, используемой для подпитки систем теп­лоснабжения.

Рис. 13.4. К определению количества тепловой энергии, переданной потребителю в открытых системах теплоснабжения

Кроме температур теплоносителей в открытой системе тепло­снабжения также определяются их давления.

Отпущенная (либо полученная) тепловая энергия может измеряться как у источника теплоты, так и у ее потребителя. При определении отпущенной потребителю тепловой энергии необходимо знать, как разграничена тепло­вая сеть между потребителем и энергоснабжающей организацией. Это опре­деляется по границе балансовой принадлежности тепловых сетей. Граница балансовой принадлежности тепловых сетей — это линия раздела между владельцами тепловых сетей по признаку собственности, аренды или пол­ного хозяйственного ведения.

В зависимости от того, какой вид системы теплоснабжения используется, Правилами предусмотрены различные измерительные схемы учёта тепловой энергии и количества теплоносителя (рис. 13.5), а также различные алго­ритмы для расчёта их значений.

Для графического изображения в схемах измерения тепловой энергии и количества теплоносителя используются условные обозначения, приведённые в [1] (табл. 13.1). Обратим внимание на то, что на схемах символGиспользуется для обозначения массы, а не расхода теплоносителя.

Схемы размещения точек измерения тепловой энергии и количества теп­лоносителя, а также его параметров для открытых и закрытых водяных сис­тем теплоснабжения согласно Правилам [1] приведены на рис. 13.6 и 13.7.

На узле учёта подлежит определению время работы установленных при­боров. Помимо вычисления переданных по трубопроводам масс (объёмов) теплоносителя и отпущенной тепловой энергии за рассматриваемый период

Рис. 13.5. Схемы учёта тепловой энергии и теплоносителя при различных видах систем теп­лоснабжения

Таблица 13.1

Условные обозначения в схемах измерения тепловой энергии и количества теплоносителя [1]

Элемент	Обозначение	Элемент	Обозначение
Параметры:		Точки измерения:
температура	t	температуры	Т
давление	Р	давления
энтальпия	h	расхода теплоносителя	©
масса воды	G	Технологические требования:
масса пара	D	учитываемый параметр	О
тепловая энергия	Q	регистрируемый параметр	□
время	Т	узел учета	1----- 1 1 1 1 1
Индексы, обозначающие:		Оборудование:
подающий трубопровод		насос	©
обратный трубопровод		теплообменник	-0-
подпитку	п	элеватор	ОС
конденсат	к	трубопровод	--
холодную воду	х.в	задвижка	-м-
горячую воду	г.в	отопительный прибор	■

 

времени производится почасовая регистрация масс (объёмов) теплоноси­теля, а также его среднечасовых параметров.

Как видно из рис. 13.6 и 13.7, в открытых системах теплоснабжения кроме учёта и регистрации величин, проводимых в закрытых системах, дополнительно производятся учёт массы теплоносителя, направляемого на горячее водоснабжение, и регистрация среднечасового давления теплоноси­теля в подающем и обратном трубопроводах.

Правилами предусмотрено упрощённое определение тепловой энергии, отпущенной потребителям в системах с малой теплопроизводительностью (менее 0,1 и 0,1—0,5 Гкал/ч).

Так, например, при потреблении менее 0,1 Гкал/ч допускается учёт тепло­вой энергии только на основании измерения массы теплоносителя, передавае­мого по трубопроводам. Таким образом, в таких системах нет необходимости устанавливать теплосчётчик и вычисление тепловой энергии может произво­диться только на основании показаний счётчиков воды. Значения температуртеплоносителя принимаются в этом случае на основании договора между пот­ребителем и энергоснабжающей организацией.

 

Рис. 13.6. Принципиальная схема размещения точек измерения тепловой энергии и количе­ство теплоносителя, а также его регистрируемых параметров в открытых системах тепло­снабжения

 

Рис. 13.7. Принципиальная схема размещения точек измерения тепловой энергии и количе­ства теплоносителя, а также его регистрируемых параметров в закрытых системах тепло­снабжения

 

При проведении энергетических обследований применение стационарно установленных и портативных измерительных приборов (ультразвуковых расходомеров, инфракрасных термометров и др.) позволяет составлять тепло­вые балансы отдельных цехов и теплоиспользующих установок, а также делать выводы об эффективности использования энергии на этих объектах.

Контрольные вопросы

1.Почему приборный учёт энергоресурсов является важным условием экономии энергии?

2.В чем состоит разница между коммерческим и технических учётами энерго­ресурсов?

3.Почему кроме учёта тепловой энергии нужен учёт количества теплоносителя?

4.Что такое режим отпуска и потребления тепловой энергии?

5.Для чего организуется узел учёта тепловой энергии?

6.Каковы отличительные и общие черты учёта тепловой и электрической энергии?

7.Назовите основные функции тепловычислителя.

8.Какие приборы входят в состав теплосчётчиков?

9.Какие виды преобразователей расхода применяются в составе теплосчётчиков?

10. Какие из преобразователей расхода позволяют проводить измерения, не создавая дополнительного гидравлического сопротивления в потоке теплоносителя?

11. С какой целью предусматриваются прямолинейные участки до установленных на трубопроводах преобразователей расхода и после них?

12. Что представляет собой узел учёта и регистрации отпуска и потребления тепло­вой энергии?

13. Какие требования предъявляются к теплосчётчикам?

14. Какие потребители теплоты могут использовать правила упрощённогоучёта теп­ловой энергии?

15. Чем различается учёт тепловой энергии в открытой и закрытой системах тепло­снабжения?

16. Что такое граница балансовой принадлежности тепловых сетей?