7.2. Уравнения для измерения тепловой энергии
Прежде чем рассматривать уравнения измерений тепловой энергии, обратимся к понятию «тепловая энергия». Несмотря на то, что это понятие широко применяется в технической литературе, различных нормативно-правовых документах и вообще в быту, оно до сих пор не введено в ранг стандартизованных терминов. Хотелось бы пояснить, что в данном случае следует понимать под термином «тепловая энергия», исходя из целей ее учета.
Объектом измерения в узлах учета является энергия изменяющегося теплового потока теплоносителя, прошедшего по каждому трубопроводу. В качестве физической модели энергии потока может быть принята наиболее близко соответствующая целям учета величина, прямо пропорциональная массе и энтальпии теплоносителя, которая может быть названа тепловой энергией. Эта величина зависит только от состояния теплоносителя и не зависит от того, как был осуществлен переход теплоносителя из некоторого начального состояния в данное состояние. Она определяется только параметрами теплоносителя. Именно на основании измерений параметров теплоносителя (расхода или количества теплоносителя, его температуры и давления) может определяться ее значение.
В словах «тепловая энергия» определение «тепловая» указывает на вид энергии. Подобно термину «электрическая энергия» термин «тепловая энергия» хорошо воспринимается всеми специалистами. В метрологическом аспекте он наиболее точно характеризует измеряемую физическую величину.
Иногда вместо термина «тепловая энергия» применяют термин «теплота». Применение термина «теплота» в данном случае, с физической точки зрения, по-видимому, не совсем корректно, поскольку под теплотой понимается изменение энергии. Причем теплота зависит не только от изменения энергии, но и от пути, по которому осуществляется переход из одного состояния в другое. В зависимости от того, как совершен переход теплоносителя в данное состояние, «теплота может иметь любое значение». Такая величина, которая зависит не только от параметров теплоносителя, по-видимому, не может использоваться для учета и осуществления взаимных расчетов между производителями и потребителями энергии.
Математически тепловая энергия Qизменяющегося теплового потока теплоносителя, прошедшего через трубопровод за определенный интервал времени, в общем случае может быть представлена функционалом
, (7.1)
где mиh– соответственно массовый расход и энтальпия теплоносителя;
0и1–моменты времени, соответствующие началу () и окончанию () интервала времени измерения тепловой энергии.
Энтальпия hявляется функцией температуры и давления теплоносителя. Таким образом, тепловая энергия зависит от текущих значений параметров теплоносителя (массового расхода, температуры и давления) и интервала времени, в течение которого проходит в трубопроводе поток теплоносителя. На основании приведенного выражения обычно и получают уравнения, на основе которых строят методики, схемы и алгоритмы измерений тепловой энергии.
При реализации уравнений измерений, полученных из (7.1) в средствах измерений, методиках выполнения измерений и схемах узлов учета тепловой энергии и теплоносителя их, как правило, преобразовывают в соответствии с правилами математики. А именно: энтальпию и плотность выражают через соответствующие уравнения состояний, а интегралы заменяют так называемыми конечными суммами. Например, интеграл вида (7.1) будет представлен в виде суммы
(7.2)
где – тепловая энергия, соответствующая i-му интервалу времени;
– значение массы теплоносителя, прошедшей через трубопровод в течениеi-го интервала времени;
– энтальпия теплоносителя, соответствующая i-му интервалу времени;
n. –количество интервалов времени, соответствующее времени измерения тепловой энергии от 0 до 1.
Конечно, в этих случаях оценивают погрешность от замены интеграла на соответствующую сумму, и если она существенна, то ее указывают в технической документации на средства измерений и (или) методике выполнения измерений.
Вопрос о существенности указанной погрешности рассматривается при утверждении типа средства измерений и (или) аттестации (утверждении) методики выполнения измерений.
Основные требования к организации учета потребляемой энергии должны быть приведены в соответствующих «Правилах». Такая попытка и была принята в 1994-95 гг., когда несколькими творческими научными коллективами разрабатывались и обсуждались «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя». Теперь приходиться констатировать, что официально была принята не лучшая их редакция. Поэтому большинство теплосчетчиков реализуют другие уравнения для расчета потребляемой тепловой энергии. Важно, чтобы эти уравнения были корректны при любой схеме подключения потребительских систем.
Универсальным уравнением расчета потребленной тепловой энергии, которое должно реализовываться в системе учета тепловой энергии, является следующее:
, (7.3)
где Q– тепловая энергия, соответствующая i-му интервалу времени;
G1– расход теплоносителя по подающему трубопроводу;
h1– энтальпия теплоносителя по подающему трубопроводу;
G2– расход теплоносителя по обратному трубопроводу;
h2– энтальпия теплоносителя по обратному трубопроводу;
hХВ– энтальпия холодной воды, поступающей в системы из источника водоснабжения.
В соответствии с принятой в теплотехнике терминологией все системы теплопотребления можно разделить на закрытые и открытые. Закрытой называется система, которая не обменивается веществом (массой) с окружающей средой, а открытой – система, в которой такой обмен происходит непрерывно или периодически. Универсальным уравнение (7.3) названо потому, что оно применимо как для закрытых, так и для открытых систем теплопотребления.
- Энергосбережение на промышленных предприятиях
- Глава 1. Формирование нормативно-правовой базы энергосбережения 9
- Глава 1 – профессором м.И.Яворским и к.Т.Н., доцентами Томского политехнического университета а.И.Гаврилиным и в.В.Литваком;
- Глава 1. Формирование нормативно-правовой базы энергосбережения
- 1.1. Энергетическая политика России
- 1.2. Нормативно-правовая база энергосбережения
- Вопросы для самопроверки
- Глава 2. Основы договорных отношений потребителей и энергоснабжающих организаций
- 2.1. Договор на пользование электрической энергией
- 2.2. Взаимоотношения потребителей и энергоснабжающих организаций по обеспечению качества электрической энергии
- Вопросы для самопроверки
- Глава 3. Теоретические основы энергосбережения
- Вопросы для самопроверки
- Глава 4. Стандартизация, сертификация и измерение электрической энергии
- 4.1. Стандарты на электрическую энергию
- 4.2. Измерение электрической энергии
- 4.3. Сертификация электрической энергии
- Вопросы для самопроверки
- Глава 5. Энергетические обследования предприятий и организаций
- 5.1. Общие положения
- 5.2. Документы, регламентирующие порядок проведения энергетических обследований
- 5.3. Требования к проведению энергетических обследований
- 5.4. Задачи обследований, схема их организации
- 5.5. Показатели энергоэффективности
- 5.6. Проведение энергетических обследований
- 5.7. Паспорт энергетического хозяйства предприятия
- Вопросы для самопроверки
- Глава 6. Приборное и методическое обеспечение энергетических обследований
- 6.1. Определение показателей энергоэффективности
- 6.2. Приборы для проведения энергетических обследований
- 6.3. Применение портативных ультразвуковых расходомеров
- 6.4. Стандартные процедуры применения узпр
- Глава 7. Учет и контроль потребляемых энергоресурсов
- 7.1. Порядок введения учета потребляемой теплоэнергии
- 7.2. Уравнения для измерения тепловой энергии
- 7.3. Типы современных теплосчетчиков
- 7.4. Опыт разработки теплосчетчика в Томске на базе шарикового расходомера
- Вопросы для самопроверки:
- Глава 8. Формирование рынков энергии
- 8.1. Особенности этапа возникновения рынков
- 8.2. Тарифы на электрическую и тепловую энергию
- Вопросы для самопроверки
- Глава 9. Энергосбережение в системах освещения
- 9.1. Нормирование
- 9.2. Краткий обзор нормативной базы стран Европы и сша
- 9.3. Нормирование внутреннего освещения
- 9.4. Источники света
- 9.5. Пускорегулирующие аппараты
- 9.6. Осветительные приборы
- 9.7. Наружное освещение
- Вопросы для самопроверки
- Глава 10. Энергосбережение в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве
- 10.1. Объемы потребления тепловой энергии в зданиях
- 10.2. Тепловой баланс здания и его составляющие
- 10.3. Пути снижения потребления энергии зданиями
- Вопросы для самопроверки
- Глава 11. Экономические и финансовые механизмы энергосбережения
- 11.1. Энергетическая составляющая себестоимости продукции
- Вопросы для самопроверки
- 11.2. Ценовое регулирование программ энергосбережения
- 11.3. Стимулирование потребителей и производителей энергетических ресурсов
- 11.4. Финансирование программ в области энергосбережения
- 11.5. Рыночные механизмы финансового обеспечения программ энергосбережения
- Вопросы для самопроверки
- Глава 12. Основы энергетического менеджмента
- 12.1. Необходимость управления потреблением энергии
- 12.2. Матрица энергетического менеджмента
- 12.3. Энергетическая политика предприятия
- 12.4. Организация и стадии энергетического менеджмента
- 12.5. Маркетинг, инвестиции и мотивация персонала
- Вопросы для самопроверки
- Глава 13. Экологические аспекты энергосбережения
- Глава 14. О формировании энергосберегающего поведения
- Литература
- Энергосбережение на промышленных предприятиях