Измерение количества теплоты, отпущенной в систему горячего водоснабжения

Measuring the Quantity of Heat Supplied to Hot Water Supply System

V.B. Vozdvizhenskiy, Head of Design Department of JSC TEKON-engineering

Keywords:heat transfer media metering, thermal energy, hot water supply, measurement accuracy

When metering the heat used by a hot water supply system (HWS) there are situations possible when incorrect data is submitted to heat supply organizations. Therefore PAO MOEK proposed to introduce a monitoring and metering system for the heat supplied from a group heating substation, including to HWS system.

Описание:

При учете количества теплоты, потребленной системой горячего водоснабжения (ГВС), возможны ситуации, когда в теплоснабжающие организации передаются недостоверные данные. В связи с этим в ПАО «МОЭК» предложено внедрить систему контроля и учета отпускаемого тепла от центрального теплового пункта, в том числе в систему ГВС.

Измерение количества теплоты, отпущенной в систему горячего водоснабжения

В. Б. Воздвиженский, руководитель проектного направления АО «ТЕКОН-Инжиниринг»

Решение задачи энергосбережения в России. Некоторые итоги и мифы

В соответствии с методикой осуществления коммерческого учета тепловой энергии теплоносителя [1] количество тепловой энергии, потребленное системой ГВС (Q_ГВ), рассчитывается по формуле (1) (см. формулы). В настоящее время по формуле (1) производится расчет количества тепловой энергии Q_ГВ у большинства абонентов, где существует приборный учет и отсутствует возможность измерения расхода холодной воды, отпущенной в систему ГВС. На практике, однако, имеют место случаи передачи недостоверных данных по учету тепла в теплоснабжающие организации, которые вызваны:

погрешностью измерений теплосчетчиков;
нерабочим состоянием приборов;
недобросовестной подачей информации абонентами.

СПРАВКА

При проведении расчетов погрешностей были приняты следующие допущения:

относительная погрешность измерения расходов dG/G составляет 2 %;
относительная погрешность измерения температуры dТ/Т составляет 0,5 %;
дневной расход циркуляционной воды составляет 1/3 от расхода в подающем трубопроводе ГВС;
ночной расход циркуляционной воды составляет 5/6 от расхода в подающем трубопроводе ГВС;
в часы пик расход циркуляционной воды составляет 1/6 от расхода в подающем трубопроводе ГВС;
среднегодовая температура холодной воды составляет 10 ⁰C;
в отопительный период (зима) температура холодной воды составляет 5 ⁰C;
в неотопительный период (лето) температура холодной воды составляет 15 ⁰C;
температура воды в подающем/циркуляционном трубопроводах составляет 60/50 ⁰C;
температура воды в подающем/циркуляционном трубопроводах составляет 60/55 ⁰C (увеличен циркуляционный расход, низкие теплопотери);
температура воды в подающем/циркуляционном трубопроводах составляет 60/45 ⁰C (уменьшен циркуляционный расход, повышенные теплопотери);
температура Т₁ теплоносителя после первой ступени водоподогревателя составляет 35 ⁰C;
температура Т₂ теплоносителя перед второй ступенью водоподогревателя рассчитывается по формуле: Т₂ = (G₁₃ • Т₁₃ + G_X • T_X) / (G₁₃ + G_X), при этом G₁₃ = G₇ – G_X.

Решением проблемы в данном случае может стать внедрение системы контроля и учета отпускаемого тепла от ЦТП в систему ГВС с установкой приборов учета в помещении теплового пункта.

Расчет погрешностей измерений

Выполним оценки погрешностей измерений (см. справку) для различных способов установки расходомеров и датчиков температуры на трубопроводах.

Рисунок

Способы установки расходомеров и датчиков температуры на трубопроводах

Допустим, что масса холодной воды, отпущенной в систему ГВС МХВ, рассчитывается по формуле (2). Тогда расчет тепловой энергии, потребленной системой ГВС, можно проводить по формуле (3), справедливой для открытых систем теплоснабжения.

На существующих ЦТП измерение количества тепловой энергии, отпущенной в систему ГВС, можно производить различными способами:

Схема 1 – преобразователи расхода и датчики температуры установлены на подающем и циркуляционном трубопроводах, дополнительный датчик температуры установлен на трубопроводе холодной воды (рис. а). Расчет тепловой мощности производится по формуле (4).

Схема 2 – преобразователи расхода и датчики температуры установлены на подающем трубопроводе и трубопроводе холодной воды, дополнительный датчик температуры установлен на циркуляционном трубопроводе (рис. б). Расчет тепловой мощности производится по формуле (5).

Схема 3 – преобразователи расхода и датчики температуры установлены на подающем трубопроводе и трубопроводе холодной воды, дополнительные датчики температуры установлены после водоподогревателя ГВС первой ступени и перед водоподогревателем второй ступени (рис. в). Расчет тепловой мощности производится по формуле (6).

Относительная погрешность измерений для формул (4–6) определяется соответственно по формулам (7–9).

Анализ полученных результатов

По результатам проведенных расчетов (см. табл.) следует, что погрешность измерений количества тепла, отпущенного в систему ГВС, зависит от времени суток, в течение которых меняется соотношение расходов теплоносителя в подающем и циркуляционном трубопроводах, температуры холодной воды, температуры теплоносителя в циркуляционном трубопроводе.

Наиболее точные измерения имеют место в случае применения расчетных формул (6, схема 3) и (5, схема 2). Расчетные значения погрешностей измерений, выполненных по этим формулам, не превышают 5,6 % в течение суток при условии, что температура циркуляционной воды не более 50 ⁰C.

Таблица
Результаты расчетов погрешности измерений количества теплоты, отпущенной в систему ГВС

Темпе- ратура ХВ, Т_Х, °С	Темпе- ратура, Т₇ / Т₁₃, °С	Соотношения расходов			Погрешность по теплу, dQ / Q, %			Режим
Темпе- ратура ХВ, Т_Х, °С	Темпе- ратура, Т₇ / Т₁₃, °С	G₇ / G₇	G₁₃ / G₇	G_Х / G7	Схема 1	Схема 2	Схема 3	Режим
10	60 / 50	1	1 / 3	2 / 3	4,68	4,05	3,77	Средн. год, день
5	60 / 50	1	1 / 3	2 / 3	4,54	3,83	3,58	Зима, день
15	60 / 50	1	1 / 3	2 / 3	4,85	4,30	4,00	Лето, день
10	60 / 50	1	1 / 6	5 / 6	3,54	3,85	3,56	Час пик
10	60 / 50	1	2 / 3	1 / 3	8,93	4,79	4,57	Увели- чена ЦГВС
10	60 / 50	1	5 / 6	1 / 6	13,60	5,60	5,45	Ночь
10	60 / 55	1	1 / 3	2 / 3	5,02	4,26	3,88	День
10	60 / 55	1	1 / 6	5 / 6	3,70	4,00	3,60	Час пик
10	60 / 55	1	5 / 6	1 / 6	19,00	7,00	6,80	Ночь
10	60 / 45	1	1 / 3	2 / 3	4,37	3,85	3,67	День
10	60 / 45	1	1 / 6	5 / 6	3,42	3,71	3,52	Час пик
10	60 / 45	1	5 / 6	1 / 6	10,38	4,74	4,70	Ночь
10	60 / 50	1	13 / 14	1 / 14	18,80	6,50	6,42	Мин. расход ХВ
10	60 / 55	1	13 / 14	1 / 14	31,20	9,46	9,29	Мин. расход ХВ

Максимальное значение погрешности измерений соответствует ночному времени суток, когда относительный расход циркуляционной воды увеличен, а также при повышенной температуре циркуляционной воды. В этом случае погрешность измерений, выполненных по формуле (4), может достигать 31,2 %. Установка приборов для измерения Q_ГВ по схеме 3 ограничена на тепловых пунктах возможностью установки преобразователей температуры Т₁ и Т₂ для параллельно включенных бойлерных установок.

Можно сделать вывод, что внедрение системы контроля и учета отпускаемого тепла на ЦТП позволит значительно повысить точность расчетов тепловых балансов присоединенных нагрузок. При этом количество отпущенной в систему горячего водоснабжения тепловой энергии, измеренное на абонентских вводах, следует дополнительно контролировать на тепловых пунктах путем установки дополнительных приборов на вторичном контуре в соответствии с расчетными формулами (5) или (6).

Литература

Методика осуществления коммерческого учета тепловой энергии теплоносителя (Приложение к Постановлению Правительства РФ от 18 ноября 2013 года № 1034 «О коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя»).