Учет и регулирование потребления энергии

Тема: Учет и регулирование потребления энергии
Учет, контроль и приборный анализ эффективности расходования энергоресурсов. Повышение эффективности производства продукции и услуг требует организации эффективного использования различных ресурсов, включая энергетические. Для этого необходимо наладить контроль и учет за расходованием всех видов энергоресурсов, внедрить автоматизированное регулирование в системах энергопотребления.
Методы измерения количества топлива зависят от его агрегатного состояния. Измеряются масса твердого топлива, объем, массовый или объемный расход жидкого и газообразного топлива. Количество древесного топлива может измеряться в плотных кубических метрах (пл.м³). Дополнительно может потребоваться измерение температуры и давления. Кроме того, для оценки качества топлива необходимо знать его влажность.
Масса топлива определяется с помощью разнообразных конструкций весов, как для взвешивания с фиксированной нагрузкой, так и для взвешивания движущегося топлива. При загрузке топлива в топочное устройство могут использоваться дозирующие питатели. При хранении жидкого топлива с помощью уровнемеров или манометров измеряется уровень в емкостях.
В технике для измерения давления в качестве контрольно-измерительной аппаратуры используются индикаторные манометры, с подвижной стрелкой и секторной шкалой. Имеются приборы, в которых давление преобразуется в электрический сигнал. Для преобразования широко применяются тензометры, где при измерении давления меняется длина и диаметр проволоки и, как следствие, электрическое сопротивление, которое характеризует давление. Измерение давления проводится не только для определения свойств жидких или газообразных энергоносителей, но и затрат энергии на их перемещение по трубопроводам.
В связи со значимостью уменьшения потерь теплоты на всех стадиях ее производства и потребления измерение температуры приобретает первостепенное значение. По-прежнему находят применение стеклянно-жидкостные термометры (рисунок 1а), принцип действия которых основан на том, что рабочая жидкость с изменением температуры меняет свой объем. С ростом температуры он увеличивается, а с падением — уменьшается. Температурный диапазон этих приборов составляет от -200 до +650 °С.
В современных измерительных системах измерение температуры производится с помощью термопреобразователей. Термопреобразователь представляет собой два проводника из различных металлов, сваренных концами (рисунок 1б). Термоэлектрический ток в электрической цепи из разнородных металлов течет от провода А к термоэлектрически позитивному проводу В, если точка с температурой Т_х является более холодной точкой соединения. Чувствительные положительные элементы могут изготавливаться из платинородия, хромеля, меди, железа, а отрицательные — платины, алюмеля, константана. Для надежной работы термопреобразователи помещают в защитные чехлы.

1 - герметичная крышка; 2 - резьбовое отверстие для вывода проводов; 3 -резьба для установки термометра; 4 - кожух термометра; 5 - керамическая втулка; 6 - выводные клеммы обмотки; 7 - поддерживающая спираль; 8 -обмотка термометра
Рисунок 1 - Стеклянно-жидкостные термометры (а), схема термопреобразователя (б) и термометр сопротивления (в)

Наряду с термопреобразователями широкое применение для измерения температуры находят термометры сопротивления (рисунок 1в). Они изготавливаются из металлов (медь, платина, никель), которые при изменении температуры меняют свое электрическое сопротивление. Термометры сопротивления применяются для измерения локальных и средних температур, а также для измерения температуры поверхности. В зависимости от назначения прибора обмотка сопротивления имеет различную протяженность и форму.

На основе рассмотренных устройств регистрации температуры выпускаются электронные термометры с индикацией ее на жидкокристаллическом дисплее. Эти приборы снабжаются термощупами (термозондами) различной конструкции, которые позволяют измерять температуру в жидких и газообразных средах и на поверхности твердых тел. В последнем случае используются наклеиваемые датчики.
Большое количество теплоты может теряться через ограждающие поверхности котлов, печей, теплопроводов, зданий и других теплоиспользующих устройств. Кроме того, во многих устройствах, механизмах и агрегатах в процессе функционирования происходит преобразование механической работы, электрической энергии в теплоту, что необходимо учитывать при определении их энергоэффективности. В связи с этим важно осуществлять контроль температуры поверхностей ограждающих конструкций и устройств, что позволяет определить тепловые потери.
Для измерения температур поверхностей удобными в использовании являются инфракрасные пирометры и тепловизоры. В этих приборах лучистый поток от измеряемого объекта проходит через оптическую систему и «фокусируется» на термоэлементе, где происходит преобразование первичного сигнала в электрический. С помощью инфракрасных пирометров измеряют локальные или усредненные по ограниченной площади температуры. Диапазон измерения температур может составлять от -50 до +800 °С. Более высокие температуры можно измерить с помощью оптических пирометров. В настоящее время в качестве регистрирующего устройства используется жидкокристаллический дисплей, на котором отображается значение измеренной температуры.
Пирометры незаменимы, если:

• 
  доступ к объекту затруднен;
  
• 
  объект может быть поврежден при соприкосновении с датчиком;
  
• 
  необходимо измерить среднюю температуру большой поверхности.
  

Тепловизоры оснащаются широкоугольной оптикой и позволяют регистрировать и наблюдать картину локального распределения температуры сразу по всей поверхности объекта большой протяженности. Инфракрасная термография является очень эффективной и широко используется в различных технических приложениях: энергетике, холодильной технике, строительстве, машиностроении и других областях. Данный метод, например, позволяет дистанционно выявлять сильно разогретые электрические и механические компоненты устройств. Этот фактор или свидетельствует о недостаточной изоляции и связан с излишними потерями теплоты, или предшествует отказам, выявляя скрытые дефекты конструкции.
Для учета и контроля жидких или газообразных энергоносителей, холодной и горячей воды необходимо измерять их расход. Особенно важно наладить контроль потребляемой теплоты, которая, в отличие от электроэнергии, стала учитываться сравнительно недавно. В настоящее время существует несколько принципов учета теплоты.