Учет и регулирование потребления энергии

Первый метод определения расхода теплоты основан на уравнении теплового баланса:
Q=Gc_p(t_г-t_x) , (1)
где Q - количество потребляемой теплоты, Дж; G = Vp -массовый расход теплоносителя, кг/с; с_р - теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг∙°С); t_г, t_x - температуры теплоносителя соответственно на входе и выходе потребителя, °С;
V — объемный расход теплоносителя, м³/с; ρ — плотность теплоносителя, кг/м³.
В этом методе измеряются расход и температуры теплоносителя.
Второй метод учета теплоты применяется при индивидуальном расчете за теплоту в системах отопления. Он основан на регистрации количества испарившейся жидкости за отопительный сезон, которое связано с использованной теплотой. Кроме того, для измерения используются также электронные регистраторы распределения теплоты на отопление. В этом случае измеряется температура отопительного прибора. Относительно реперной температуры 20 °С автоматически рассчитывается количество потребляемой теплоты. При установке двух электронных приборов дополнительно регистрируется температура в помещении, и точность измерений возрастает.
В бытовом секторе можно обеспечить индивидуальный учет расхода горячей и холодной воды. Для этих целей используются тахометрические счетчики (объемные расходомеры), которые работают по принципу турбины. Они надежны, просты в установке и обслуживании. Их недостатком является чувствительность к загрязнению потока механическими примесями, для избежание чего требуется дополнительная установка фильтра. Малые скорости потока и наличие фильтра приводят к дополнительным потерям давления. Данные расходомеры имеют порог чувствительности, который возрастает с увеличением проходного сечения.
Широкое распространение получили также электромагнитные расходомеры (рисунок 2). Принцип их работы основан на том, что при наложении магнитного поля напряженностью В на поток электропроводной жидкости, движущейся в канале с диаметром D и со скоростью w, разность потенциалов U на секции с электродами определяется следующей зависимостью:
U=Bwd , (2)
где d — расстояние между электродами.

Рисунок 2 - Принцип действия электромагнитного расходомера: а - электрическая схема; б — секция с электродами

Электрический сигнал, получаемый от расходомера, с помощью процессора преобразуется в значение расхода теплоносителя. Электромагнитные расходомеры используются в системах теплоснабжения открытого и закрытого типов, в системах горячего и холодного водоснабжения. Рабочим веществом могут быть вода и другие жидкости. Эти расходомеры по сравнению с турбинными имеют незначительные потери давления, так как не загромождают сечение канала. Они малочувствительны к загрязнению жидкостей и присутствию пара в воде. Зона нечувствительности в таких расходомерах отсутствует, и диапазон расхода жидкости начинается с нуля. Возможен дистанционный сбор информации с последующей автоматической обработкой.

Широко применяются также ультразвуковые расходомеры. Они, как и электромагнитные, имеют незначительные потери давления и мало чувствительны к загрязнениям. Принцип их работы заключается в том, что ультразвуковой сигнал проходит с различной скоростью в направлении потока и против течения (рисунок 3).



Рисунок 3 - Принцип действия ультразвукового расходомера

Средняя скорость течения потока вычисляется по формуле

W= , (3)

где k - константа; τ - время; τ_АВ - время прохождения сигнала в направлении течения потока; τ_ВА - время прохождения сигнала против потока.

Объемный расход рассчитывается по формуле
V=WF, (4)
где F -площадь сечения канала.

Измерение расхода пара имеет свои особенности. В свяи с этим используются специальные расходомеры, например вихревой, когда в поток помещается вихреобразующий объект. Скорость образования и распространения вихрей увеличивается прямо пропорционально расходу пара Датчик заключается в полость вихреобразующего тела, через которую проходят вихри. Изменение положения датчика обеспечивает поступление сигнала на регистрирующее устройство.

Комбинированное измерение температур и расхода теплоносителя позволяет определять количество потребляемой теплоты. Современные измерительные системы оснащены процессором для обработки данных и позволяют получить широкий спектр как текущей, так и ретроспективной информации. Ретроспективная информация хранится несколько лет. Кроме того, возможен дистанционный сбор и обработка данных измерений. Одна из типовых схем такой универсальной измерительной системы представлена на рисунке 4. С помощью этой системы определяется расход теплоты на отопление и расход горячей и холодной воды в системе водоснабжения. В соответствии с существующим положением датчики расхода теплоносителя, горячей и холодной воды обязательно должны проходить периодическую поверку.