| Особенности и проблемы индивидуального учета потребляемой тепловой энергии |
|
В существующих системах учета энергоресурсов в многоквартирных домах наибольшее распространение получают приборы учета электроэнергии, холодной и горячей воды. В то же время индивидуальные приборы учета тепла – наиболее дорогостоящего энергоресурса – в настоящее время практически не находят применение в России (за исключением некоторых пилотных проектов, о которых мы обязательно расскажем в последующих материалах). Такое положение обусловлено, по крайней мере, двумя факторами. Во-первых, учет тепла требует применения специальных вычислителей, во-вторых, в России в многоквартирных домах используются в основном системы отопления с вертикальной разводкой, когда в одной квартире проходят несколько независимых трубопроводов (стояков). Кроме этого существует ряд особенностей учета тепла, которые могут привести к существенным погрешностям измерений тепла. Теплосчетчики позволяют непосредственно оценить количество потребленного тепла, а пропорционаторы (распределители тепла) обеспечивают лишь возможность поквартирного распределения «общедомового» тепла. Количество теплоты (внутренней энергии), которым обладает теплоноситель при температуре t, называют энтальпией и вычисляют по формуле:
где с - удельная теплоемкость теплоносителя [Дж/(кг×град)]; p - плотность [кг/м3]; V - объем [м3]; m=pV - масса [кг]. Единицы измерения энтальпии – джоуль (для внутренней энергии - c·p·V·t) или Дж/кг (для удельной внутренней энергии - c·t). Учет количества потребленной тепловой энергии основан на измерениях изменения (разности) энтальпии некоего количества теплоносителя в процессе теплообмена. Изменение энтальпии для закрытых систем теплоснабжения вычисляется по формуле (для открытых систем необходимо дополнительно учитывать энтальпию холодной воды, используемой для пополнения расхода):
где m - масса теплоносителя; c·tвх(вых) - удельные энтальпии теплоносителя в подающем (обратном) трубопроводах системы. Теплосчетчик любого типа осуществляет оценку объемного расхода теплоносителя (V) и его температуры в подающем и обратном трубопроводах (tвх(вых) ), а затем с учетом данных о теплоемкости (с) и плотности (p) теплоносителя проводит вычисления в соответствии с формулой (2). При нестационарности температуры теплоносителя во входном и обратном трубопроводах требуется интегрирование величины ΔQ по времени (или ее суммирование на стационарных интервалах). Нормативно алгоритм (2) закреплен в ряде документов, например [1]. Практически непригодными для использования в качестве приборов индивидуального учета в многоквартирных домах с вертикальной разводкой теплосчетчики делают, по крайней мере, три фактора:
Первые два фактора существенно повышают сложность и, соответственно, стоимость теплосчетчиков. Третий ведет к повышению гидравлического сопротивления в трубопроводе (для однотрубной вертикальной разводки) и снижает надежность системы отопления. Известны работы, например [2], в которых описывается возможность использования в отдельном стояке одного прибора учета расхода теплоносителя и измерителей температуры теплоносителя на входе и выходе участков трубопроводов в каждой квартире. По показаниям датчиков температуры каждой из квартир tвх - tвых вычисл итель оценивает индивидуальное теплопотребление в пределах отдельного стояка по формуле (2). Однако это, на наш взгляд, принципиально не меняет ситуации. Проблема точной оценки небольших значений разности tвх - tвых остается, делая теоретически интересный метод коммерчески непривлекательным. Уравнение (2) имеет достаточно простой вид, но значения теплоемкости (с) и плотности (p) недоступны для прямого измерения и зависят от давления и температуры [3,4], значения которых в свою очередь изменяются на различных участках трубопровода. Для оценки теплоемкости и плотности используется большое количество полиномов, обладающих различной погрешностью. Способы оценки указанных величин не проверяются при сертификации средств измерений и не поддаются метрологической поверке, не отражаются в документации на приборы. Это значит, что нельзя быть уверенными в том, что два теплосчетчика различных типов (от разных производителей) в одной и той же системе теплоснабжения покажут одинаковые результаты при измерениях тепла. Эта проблема, подробно описанная в статье Д.Л. Анисимова «Скрытые ошибки учета тепла», дополнительно снижает привлекательность использования теплосчетчиков в качестве массовых индивидуальных приборов учета, оставляя за ними промышленную и «общедомовую» ниши. В настоящее время за рубежом широко распространен метод индивидуального учета на основе использования распределителей тепла. Несмотря на то, что этот метод также обладает некоторыми недостатками, он является коммерчески более привлекательным. В России распределители тепла в настоящее время серийно не выпускаются. Большинство отечественных разработок не доведены до состояния, обеспечивающего возможность их массовой установки и эксплуатации в жилищном секторе. Распределитель тепла предназначен для определения фактической доли потребленного тепла в отдельном отапливаемом помещении в здании, общее потребление тепла в котором регистрируется общедомовым теплосчетчиком. В отличие от простого датчика температуры радиаторный распределитель тепла регистрирует разницу средней температуры поверхности радиатора и температуры воздуха в помещении, а затем интегрируют ее по времени. При этом количество потребленного (отданного) радиатором тепла может быть оценено по формуле:
где tr - температура радиатора; tv - температура воздуха в помещении; K - коэффициент теплопередачи радиатора [Вт/(м2·град)]; F - площадь поверхности радиатора; s - безразмерный коэффициент, учитывающий качество контакта датчика температуры с поверхностью радиатора; (tr - tv)·K - пл отность теплового потока; Q·T - общее количество теплоты, переданное через поверхность радиатора площадью F за время T. Коэффициент s·F·K - радиаторный коэффициент - поправка на размеры (площадь) и мощность (теплопередачу) радиатора, а также на контакт датчика температуры с поверхностью радиатора и воздухом в комнате. Для дальнейшего определения фактической доли потребленного данным помещением тепла необходимо произвести расчетную процедуру, например, в соответствии с «Методикой распределения общедомового потребления тепловой энергии на отопление между потребителями на основе показаний квартирных приборов учёта теплоты» компании «Иста-Рус». Наиболее известным является прибор распределения тепловой энергии Doprimo III. Прибор начинает считать, если разность между температурами, зафиксированными датчиком температуры поверхности радиатора и датчиком температуры наружного воздуха, достигает минимум 4°С. При этом одновременно температура поверхности радиатора должна составлять не менее 23°С. При работе в однодатчиковом режиме датчик температуры воздуха в помещении отключен, и температура в помещении по умолчанию считается равной 20 С.
Метод индивидуального учета тепла на основе использования пропорционаторов, на наш взгляд, имеет недостатки, связанные с зависимостью показаний прибора от внешних условий, которая может значительно проявляться при исполнении прибора с вынесенным датчиком температуры в помещении, и с реализованными в известных приборах алгоритмами учета. В случае компактного исполнения пропорционатора (с двумя датчиками температуры в корпусе прибора) изменение внешних условий прямо пропорционально изменяет как теплоотдачу радиатора, так и показания самого прибора учета. Поэтому значительных погрешностей учета не возникает. Допустим, закрытие радиатора шторой повышает температуру прирадиаторного слоя воздуха, что уменьшает как показания прибора, так и теплоотдачу радиатора. Однако, в случае закрытия радиатора шторой применительно к пропорционаторам с защитой от перегрева датчика температуры воздуха, возникает высокая вероятность перехода пропорционатора в однодатчиковый режим (при превышении показаний датчика температуры воздуха в помещении +25°С). При этом пропорционатор может выдавать существенно завышенные значения теплопотребления, поскольку температура воздуха в помещении в рассматриваемом случае автоматически считается равной +20°С. Например, при температуре прирадиаторного слоя воздуха +27°С и переходе пропорционатора в однодатчиковый режим завышение показаний теплопотребления может достигать 15…25%. При использовании вынесенного датчика температуры колебания показаний прибора учета относительно истинного теплопотребления могут варьироваться в значительных пределах. Допустим, закрытие радиатора шторой может значительно увеличить температуру прирадиаторного слоя воздуха, то есть снизить температурный напор. При этом температура воздуха в помещении снижается незначительно, что может привести к занижению значений теплопотребления. Таким образом, при использовании пропорционаторов в качестве приборов индивидуального учета тепла необходимо тщательно прорабатывать технологии их установки применительно к каждому конкретному случаю (помещению), а также применять «интеллектуальные» алгоритмы защиты приборов от влияния внешних условий или преднамеренных манипуляций показаниями. В целом имеющийся опыт разработки систем индивидуального учета потребления энергоресурсов позволяет заключить, что перспектива индивидуального учета тепла в многоквартирных домах именно за распределителями тепла. Во-первых, эти приборы, обладая невысокой начальной стоимостью, не требуют существенных затрат на установку и эксплуатацию. Во-вторых, в практике дорогостоящее измерение абсолютных значений индивидуального потребления тепла, как правило, не является решающим и дополняется поквартирным распределением «общедомового» тепла. Литература:
|
