Измерение и учет тепловой энергии.

Из курса общей энергетики известно, что тепловая энергия представляет собой внутреннюю энергию тела, которую более нагретое тело передает менее нагретому, при их взаимодействии, при условии, что работа одного тела над другим не производится.

Внутренняя энергия любого тела складывается из кинетической и потенциальной энергии всех молекул тела. Теплота полученная телом считается положительной, а отданная - отрицательной.

На практике применяют различные косвенные методы измерения тепловой энергии. Поскольку тепловая энергия передается от одного тела к другому за время процесса взаимодействия, следовательно, она зависит от вида этого процесса.

Если подвод или отвод теплоты происходит при постоянном давлении, то теплота, как известно, подсчитывается:

Если подвод или отвод теплоты происходит при постоянном объеме, то:

В нашей стране преимущественное распространение получило централизованное теплоснабжение.

Под теплоснабжением понимают снабжение тепловой энергией с помощью теплоносителя горячей воды или пара потребителей тепловой энергии, т.е. юридические или физические лица, которым принадлежат теплопотребляющие установки присоединенные к системе теплоснабжения. В качестве таких установок выступают системы отопления, вентиляции, горячее водоснабжение и технологические установки в промышленности.

При централизованном теплоснабжении обеспечивается подача теплоты одновременно многим потребителям, расположенным вдали от места её выработки.

Любая централизованная теплосистема состоит из источника теплоты, трубопроводов тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем теплопотребления.

В качестве источника теплоты в централизованной системе водоснабжения служат или ТЭЦ или крупные котельные. Полученное в источнике тепло сначала передают теплоносителю, который транспортирует по тепловым сетям к абонентским вводам потребителей. На абонентских вводах происходит переход теплоты, а иногда и самого теплоносителя из тепловых сетей в местные системы теплопотребления. Здесь же происходит местное регулирование количества и потенциала тепла подаваемого в местные системы. На абонентских вводах осуществляется контроль над энергосистемой.

В зависимости от организации движения теплоносителей различают закрытые и открытые системы теплоснабжения. В закрытых системах потребитель использует только часть тепла содержащегося в теплоносителях, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количеством теплоты возвращается к источнику, где снова пополняется теплом.

1 – источник тепла;

2 – подающий трубопровод теплосети;

3 – абонентский ввод;

4 – калорифер вентиляции;

5 – абонентский теплообменник отопления;

6 – нагревательный прибор;

7 – трубопроводы местной системы отопления;

8 – местная система горячего водоснабжения;

9 – обратный трубопровод;

10 – теплообменник горячего водоснабжения;

11 – трубопровод холодной воды.

В открытых системах используется и часть поступающего к потребителю тепла и часть самого теплоносителя, а оставшееся количество теплоты возвращается к источнику.

Системы теплоснабжения могут быть подключены по зависимой и независимой схеме.

Зависимой называют такую схему присоединения системы теплопотребления тепловой сети, при которой теплоноситель из тепловой сети в систему теплопотребления поступает непосредственно.

Независимая схема отличается тем, что теплоноситель из тепловой сети не поступает в систему теплопотребления, а лишь нагревает вторичный теплоноситель в теплообменнике установленном в тепловом пункте потребителя.

Зависимая схема имеет вид:

12 – элеваторный узел смешения горячей и охлажденной воды.

Необходимость такого разбавления воды вызвана следующими причинами: максимальная температура горячей воды в подающем трубопроводе обычно равна 150°С, в некоторых системах 180¸190°С. Максимальная же температура воды по санитарно-гигиеническим требованиям не должна превышать 95¸105°С, в системах горячего водоснабжения не выше 75°С. Для понижения температурного потенциала горячей воды и применяются элеваторные узлы. Элеватор выполняет две функции: 1) служит смесителем воды; 2) и побудителем циркуляции воды в местной системе (функция насоса).

Принцип действия элеватора заключается в следующем:

1 – всасывающий коллектор;

2 – сопло;

3 – камера смешения;

4 – диффузор;

5 – горловина камеры смешения;

6 – приемная камера;

Р_п, Р_о – давление в подающем и обратном трубопроводах сети;

Р_п – Р_о = DР_р – располагаемый перепад давлений.

Высокотемпературная вода выходит из сопла 2 со скоростью W₁ в виде струи несущей большой запас кинетической энергии. В камере смешения создается разряжение, за счет которого охлажденная вода из обратного трубопровода поступает в элеватор и смешивается с горячей водой из подающего трубопровода. В камере смешения происходит выравнивание поля скоростей и за счет высвобождаемой кинетической энергии растет его статическое давление. В конце каждого статическое давление увеличивается на DР_к. После камеры смешения поток поступает в диффузор, где тормозится и его статическое давление увеличивается на DР_g. В систему отопления поступает охлажденная вода с расходом G₁+G₂ и с давлением Р_с > Р_о.

Наряду с элеваторами применяют также электрические смесительные насосы. В виду того, что на источник теплоты возвращается теплоносителя меньше, чем было пущено, происходит подпитка системы теплоснабжения. Т.е. восполнение количества теплоты, которое было потеряно на горячее водоснабжение, при аварийных ситуациях и из-за утечки воды из-за не плотностей.

Комплект приборов и устройств, обеспечивающих учет тепловой энергии, теплоносителя, а также контроль и регистрацию его параметров называют узлом учета.

Приборами учета называют приборы, которые выполняют одну или несколько функций: измерение, накопление, хранение, отображение информации о количестве тепловой энергии, массе или объеме, температуре, давлении теплоносителя и о времени работы прибора.

Теплосчетчик – прибор или комплект приборов, предназначенный для определения количества теплоты и измерения массы параметров теплоносителя.

Тепловычислитель – устройство, обеспечивающее расчет количества теплоты на основе входной информации о температуре, массе, давлении теплоносителя.