Способ определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления и система отопления для его осуществления
Владельцы патента RU 2449250:
Сурнов Сергей Иванович (RU)
Сурнов Григорий Сергеевич (RU)
Бычковский Игорь Анатольевич (RU)
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в тепловых сетях при отоплении многоквартирных домов с однотрубной системой отопления. Способ определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления включает в себя определение общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определение расхода теплоносителя потребителем, температуры теплоносителя в подающем теплопроводе, средней температуры теплоносителя, температуры воздуха в квартире потребителя и средней температуры воздуха за тот же промежуток времени. Согласно изобретению измеряют расход теплоносителя через подающий вертикальный теплопровод и на основании полученных значений определяют расход тепла потребителем за тот же промежуток времени. Также представлена система отопления для осуществления указанного способа. Технический результат - определение потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления при сохранении высокой надежности средств учета потребляемого тепла, упрощении их монтажа и снижении затрат. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в разветвленных локальных тепловых сетях при отоплении многоквартирных домов с однотрубной системой отопления для определения потребления тепловой энергии каждым отдельным потребителем, общее количество которой измеряется общим теплосчетчиком.
Известен теплосчетчик для учета теплопотребления в локальных сетях, содержащий термопары, установленные на входе и выходе каждого теплоисточника, находящегося у индивидуального потребителя, и схему формирования сигнала, состоящую из терморегуляторов, представляющих собой последовательное включение этих термопар и резистивных делителей напряжения, причем выходные напряжения термогенераторов соединены согласно-последовательно и подключены ко входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен со счетчиком импульсов. С помощью этих теплосчетчиков определяют долю потребления тепловой энергии отдельным потребителем, в частности, при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления путем определения расхода тепла потребителем за заданный промежуток времени и общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за тот же промежуток времени (патент РФ №2257554, МПК G01K 17/08, опубл. 27.07.2005 г.).
Однако использование данных теплосчетчиков в системе отопления требует установку термопар на вход и выход отопительного прибора и наличия электропитания. При этом счетчик импульсов теплосчетчика должен иметь устройство долговременной памяти на случай временного отключения электропитания.
Наиболее близким является способ определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления и система отопления для его осуществления. Способ включает определение расхода тепла потребителем за заданный промежуток времени и общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за тот же промежуток времени, при этом измеряют расход теплоносителя потребителем за заданный промежуток времени; измеряют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе и вычисляют среднюю температуру теплоносителя за заданный промежуток времени; измеряют температуру воздуха в квартире потребителя и вычисляют среднюю температуру воздуха за заданный промежуток времени и на основании полученных значений определяют расход тепла потребителем за заданный промежуток времени (заявка на выдачу патента РФ №2009120213/ 28 (027850), МПК G01K 17/00, G01K 17/08, дата подачи заявки 27.05.2009 г.).
Недостатком известного способа является недостаточно широкие функциональные возможности, так как известный способ не позволяет определять потребление тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей, а именно определение потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления при сохранении высокой надежности средств учета потребляемого тепла, упрощении их монтажа и снижении затрат.
Технический результат достигается тем, что в способе определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления, включающем определение общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определение расхода V теплоносителя потребителем, температуры теплоносителя в подающем теплопроводе, средней температуры Tн теплоносителя, температуры воздуха в квартире потребителя и средней температуры Tв воздуха за тот же промежуток времени, согласно изобретению измеряют расход Vcт теплоносителя через подающий вертикальный теплопровод и на основании полученных значений определяют расход Qпот тепла потребителем за заданный промежуток времени.
Кроме того, расход Qпот тепла потребителем за заданный промежуток времени определяют путем суммирования расходов тепла Qпот,i каждым отопительным узлом, имеющимся у потребителя, при этом расход Qпот,i тепла i-ым отопительным узлом определяют с помощью итеративного расчета по формуле:
где
Qрасч,i - расчетный расход тепла через i-й отопительный прибор;
Qрасч,j - расчетный расход тепла через j-й отопительный прибор;
Qобщ - общедомовое потребление тепла за заданный промежуток времени;
N - количество отопительных узлов в отапливаемом многоквартирном доме; при этом расчетный расход Qрасч,i тепла через i-й отопительный прибор определяют путем решения уравнения:
где
k1, k2, k3 - индивидуальные для каждого отопительного прибора безразмерные коэффициенты, определяемые в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде;
Tн,i - средняя температура поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени, К;
Tв,i - средняя температура воздуха в отапливаемом i-ым отопительным прибором помещении за заданный промежуток времени, К;
qну - номинальный тепловой поток данного отопительного прибора, определяемый в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, Вт;
Gну - нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, кг/с;
ΔTну - нормированный температурный напор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, К;
c - удельная теплоемкость теплоносителя при температуре Tн,i и давлении, равном давлению в подающем теплопроводе, Дж/(кг·К);
Δt - заданный промежуток времени, c;
Vi - расход теплоносителя через i-й отопительный прибор за время Δt, м3;
ρ - плотность теплоносителя при температуре Tн,i, кг/м3;
а среднюю температуру Tн,i поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени для первого по ходу теплоносителя отопительного узла принимают равной температуре теплоносителя в подающем теплопроводе, а для последующих отопительных узлов вычисляют по формуле:
где
Tн,i-1 - средняя температура теплоносителя, поступающего в предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Vi-1 - расход теплоносителя через предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Qпот,i-1 - расход тепла через предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Vcт - расход теплоносителя через соответствующий подающий или обратный вертикальный теплопровод.
Кроме того, необходимые для начала итеративного расчета значения расчетных расходов Qрасч,i тепла через отопительные приборы определяют для i-го отопительного прибора путем решения уравнения:
причем среднюю температуру Tн,i поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени для первого по ходу теплоносителя отопительного узла принимают равной температуре теплоносителя в подающем теплопроводе, а для последующих отопительных узлов вычисляют по формуле:
Предпочтительно итеративный расчет прекращают после проведения заданного количества итераций или когда каждый из модулей изменений между итерациями всех Qпот,i или сумма таких модулей достигнет или станет меньше заданной величины (погрешности), причем полученные на последней итерации значения Qпот,i принимают как окончательные и используют их при расчете Qпот.
Кроме того, расход V теплоносителя через отопительные приборы за заданный промежуток времени определяют по показаниям приборов учета расхода теплоносителя, а для отопительных узлов, не оборудованных байпасами и приборами учета расхода теплоносителя, принимают равным расходу Vcт теплоносителя через соответствующий подающий или обратный вертикальный теплопровод за тот же промежуток времени.
Преимущественно общее количество тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определяют посредством теплосчетчика.
Предпочтительно расход Vcт теплоносителя через подающий вертикальный теплопровод определяют посредством прибора учета расхода теплоносителя.
Кроме того, температуру теплоносителя в подающем теплопроводе и температуру воздуха в квартире каждого потребителя определяют посредством датчиков температуры.
Указанная выше задача решается также системой отопления, позволяющей осуществить указанный выше способ. В данной системе, содержащей подающий и обратный теплопроводы, соединенные с тепловым пунктом, который через теплосчетчик подсоединен к вертикальному подающему и вертикальному обратному теплопроводу, несколько поэтажных отопительных узлов, причем в каждом из отопительных узлов установлены один или несколько отопительных приборов, а в подающем теплопроводе и в отапливаемом помещении установлены датчики температуры, согласно изобретению, между вертикальным подающим и вертикальным обратным теплопроводами включены последовательно соединенные поэтажные отопительные узлы, а на вертикальном подающем или на вертикальном обратном теплопроводе установлен прибор учета расхода теплоносителя.
При этом в по меньшей мере одном отопительном узле параллельно отопительному прибору установлен байпас, причем последовательно с отопительным прибором перед или после него по ходу теплоносителя установлен прибор учета расхода теплоносителя.
Перед или после по меньшей мере одного отопительного прибора установлен терморегулятор.
Предпочтительно в качестве прибора учета расхода теплоносителя используется прибор учета расхода жидкости.
Преимущественно система содержит вычислительный блок, связанный с датчиками температуры и приборами расхода теплоносителя.
На фигуре изображена система, реализующая способ определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления.
Система содержит подающий и обратный теплопровода 1 и 2, соответственно, соединенные с индивидуальным тепловым пунктом 3. Тепловой пункт 3 соединен с подающим теплопроводом 4 и обратным теплопроводом 5 системы отопления, на которых установлен прибор учета подаваемой для отопления дома тепловой энергии - теплосчетчик 6. Индивидуальный тепловой пункт 3 поддерживает в подающем теплопроводе 4 постоянную температуру теплоносителя. К подающему теплопроводу 4 присоединен вертикальный подающий теплопровод 7. К обратному теплопроводу 5 присоединен вертикальный обратный теплопровод 8.
Между вертикальным подающим теплопроводом 7 и вертикальным обратным теплопроводом 8 включены последовательно соединенные поэтажные отопительные узлы 9.
Отопительный узел 9 состоит из отопительного прибора 10 или группы последовательно соединенных («на связке») отопительных приборов 10 (на фигуре не показаны). Также в отопительном узле 9 параллельно отопительному прибору 10 может быть установлен байпас 11, при этом последовательно с отопительным прибором 10 (и параллельно байпасу 11) установлен прибор 12 учета расхода теплоносителя и может быть установлен терморегулятор 13, который перекрывает доступ теплоносителя к отопительному прибору 10, если температура воздуха в квартире достигла заданной величины, и открывает доступ, если температура упала. Приборы 12 учета расхода теплоносителя могут быть установлены как перед отопительным прибором 10 по ходу теплоносителя, так и после него.
На вертикальном подающем теплопроводе 7 или на вертикальном обратном теплопроводе 8 установлен прибор 12 учета расхода теплоносителя.
В отапливаемых помещениях (квартирах) установлены датчики 14 температуры воздуха. Кроме того, датчик температуры установлен также в подающем теплопроводе 4 (на фигуре не показан).
Для определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем за заданный промежуток времени с приборов 12 учета расхода теплоносителя снимают показания расхода V за заданный промежуток времени Δt (т.е. разность между текущим и предыдущим показаниями счетчика расхода жидкости), а также на основании показания датчиков 14 температуры воздуха определяют среднюю температуру Tв воздуха в квартире потребителя за заданный промежуток времени. При этом расход V теплоносителя для отопительных узлов 9, не оборудованных байпасами 11 и приборами 12 учета расхода теплоносителя, принимают равным расходу Vcт теплоносителя через соответствующие теплопровод 7 или теплопровод 8 за заданный промежуток времени. Расход Vcт теплоносителя за заданный промежуток времени определяют по показаниям прибора 12 учета расхода теплоносителя, установленного на теплопроводе 7 или теплопроводе 8.
После этого определяют расчетный расход Qрасч,i тепла каждым i-ым отопительным прибором путем решения уравнения:
где
k1, k2, k3 - индивидуальные для каждого отопительного прибора безразмерные коэффициенты, определяемые в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде;
Tн,i - средняя температура поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени, К;
Tв,i - средняя температура воздуха в отапливаемом i-ым отопительным прибором помещении за заданный промежуток времени, К;
qну - номинальный тепловой поток данного отопительного прибора, определяемый в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, Вт;
Gн - нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, кг/с;
ΔTну - нормированный температурный напор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, К;
c - удельная теплоемкость теплоносителя при температуре Tн,i и давлении, равном давлению в подающем теплопроводе, Дж/(кг·К);
Δt - заданный промежуток времени, с;
Vi - расход теплоносителя через отопительный прибор за время Δt, м3;
ρ - плотность теплоносителя при температуре Tн,i, кг/м3.
Среднюю температуру Tн,i поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени для первого по ходу теплоносителя отопительного узла 9 определяют по показаниям датчика температуры, установленного в подающем теплопроводе 4, а для последующих отопительных узлов 9 вычисляют по формуле:
где
Tн,i-1 - средняя температура теплоносителя, поступающего в предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Vi-1 - расход теплоносителя через предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Qрасч,i-1 - расчетный расход тепла через предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор.
Затем итеративно последовательно определяют количество Qпот,i потребленного тепла через i-й отопительный прибор, среднюю температуру Tн,i теплоносителя, поступающего в i-й отопительный прибор, расчетный расход Qрасч,i тепла через i-й отопительный прибор. Итеративный расчет Qпот,i прекращают после проведения заданного количества итераций или когда каждый из модулей изменений между итерациями всех Qпот,i или сумма таких модулей достигнет или станет меньше заданной величины (погрешности).
Qпот,i определяют по формуле:
где
Qрасч,i - значение расчетного расхода тепла через i-й отопительный прибор, полученное ранее или на предыдущей итерации;
Qрасч,j - значение расчетного расхода тепла через j-й отопительный прибор;
Qобщ - общедомовое потребление тепла за заданный промежуток времени;
N - количество отопительных узлов.
Среднюю температуру Tн,i поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени для первого по ходу теплоносителя отопительного узла 9 определяют по показаниям датчика температуры, установленного в подающем теплопроводе 4, а для последующих отопительных узлов 9 вычисляют по формуле:
Расчетный расход Qрасч,i тепла через i-й отопительный прибор определяется путем решения уравнения
Полученные в результате итеративного расчета значения Qпот,i для отопительных приборов, находящихся в одном помещении, суммируют.
Полученные суммы используют как показания счетчиков для определения размера оплаты за отопление соответствующих помещений. При этом каждый собственник квартиры оплачивает фактически потребленную тепловую энергию, а наличие в квартире терморегулятора позволяет ему управлять потреблением тепловой энергией, что является стимулом для сбережения тепловой энергии.
Безразмерные коэффициенты k1, k2, k3, индивидуальные для каждого отопительного прибора, а также параметры: номинальный тепловой поток данного отопительного прибора qну, нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор Gну и нормированный температурный напор ΔTну отопительного прибора определяются предварительно.
В соответствии с ГОСТ 31311-2005 отопительные приборы проходят паспортные испытания, по результатам которых устанавливают номинальные показатели отопительного прибора, подлежащие включению в конструкторскую документацию и другие документы. Испытания проводят в соответствии с «Методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде», Г.А.Бершидский, В.И.Сасин, В.А.Сотченко, М., НИИсантехники, 1984. Установленные в результате испытаний показатели включают в конструкторскую документацию к каждой модели отопительного прибора.
Данный способ определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома и система отопления для его осуществления позволяют обеспечить определение потребления тепловой энергии отдельным потребителем для многоквартирного дома с однотрубной системой отопления.
В качестве прибора учета расхода теплоносителя используется прибор учета расхода жидкости, у которого отсутствует потребность в электропитании, что значительно повышает надежность таких приборов, их срок службы, упрощает их монтаж и эксплуатацию, снижает их стоимость. Кроме того, приборы учета расхода теплоносителя могут быть оснащены импульсными электронными выходами (также не требующими электропитания), связанными с вычислительным блоком, что позволит легко реализовать дистанционный съем информации и обработку ее в режиме реального времени.
1. Способ определения потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с однотрубной системой отопления, включающий определение общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определение расхода V теплоносителя потребителем, температуры теплоносителя в подающем теплопроводе, средней температуры Тн теплоносителя, температуры воздуха в квартире потребителя и средней температуры Тв воздуха за тот же промежуток времени, отличающийся тем, что измеряют расход Vcm теплоносителя через подающий вертикальный теплопровод и на основании полученных значений определяют расход Qnom тепла потребителем за заданный промежуток времени.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход Qnom тепла потребителем за заданный промежуток времени определяют путем суммирования расходов тепла Qnom,i каждым отопительным узлом, имеющимся у потребителя, при этом расход Qnom,i тепла i-ым отопительным узлом определяют с помощью итеративного расчета по формуле:
где Qpacч,i - расчетный расход тепла через i-й отопительный прибор;
Qpacч,j - расчетный расход тепла через j-й отопительный прибор;
Qобщ - общедомовое потребление тепла за заданный промежуток времени;
N - количество отопительных узлов в отапливаемом многоквартирном доме; при этом расчетный расход Qpacч,i тепла через i-й отопительный прибор определяют путем решения уравнения:
где k1, k2, k3 - индивидуальные для каждого отопительного прибора безразмерные коэффициенты, определяемые в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде;
Тн,i - средняя температура поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени, K;
Тв,i - средняя температура воздуха отапливаемом i-м отопительным прибором помещении за заданный промежуток времени, K;
qну - номинальный тепловой поток данного отопительного прибора, определяемый в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, Вт;
Gну - нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, кг/с;
ΔТну - нормированный температурный напор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, K;
c - удельная теплоемкость теплоносителя при температуре Tн,i и давлении, равном давлению в подающем теплопроводе, Дж/(кг·K);
Δt - заданный промежуток времени, с;
Vi - расход теплоносителя через i-й отопительный прибор за время Δt, м3;
ρ - плотность теплоносителя при температуре Тн,i, кг/м3;
а среднюю температуру Тн,i поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени для первого по ходу теплоносителя отопительного узла принимают равной температуре теплоносителя в подающем теплопроводе, а для последующих отопительных узлов вычисляют по формуле:
где Тн,i-1 - средняя температура теплоносителя, поступающего в предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Vi-1 - расход теплоносителя через предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Qnom,i-1 - расход тепла через предыдущий по ходу теплоносителя отопительный прибор;
Vcm - расход теплоносителя через соответствующий подающий или обратный вертикальный теплопровод.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что необходимые для начала итеративного расчета значения расчетных расходов Qpacч,i тепла через отопительные приборы определяют для i-го отопительного прибора путем решения уравнения:
причем среднюю температуру Тн,i поступающего в i-й отопительный прибор теплоносителя за заданный промежуток времени для первого по ходу теплоносителя отопительного узла принимают равной температуре теплоносителя в подающем теплопроводе, а для последующих отопительных узлов вычисляют по формуле:
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что итеративный расчет прекращают после проведения заданного количества итераций или когда каждый из модулей изменений между итерациями всех Qnom,i или сумма таких модулей достигнет или станет меньше заданной величины (погрешности), причем полученные на последней итерации значения Qnom,i принимают как окончательные и используют их при расчете Qnom.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход V теплоносителя через отопительные приборы за заданный промежуток времени определяют по показаниям приборов учета расхода теплоносителя, а для отопительных узлов, не оборудованных байпасами и приборами учета расхода теплоносителя, принимают равным расходу Vcm теплоносителя через соответствующий подающий или обратный вертикальный теплопровод за тот же промежуток времени.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее количества тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определяют посредством теплосчетчика.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход Vcm теплоносителя через подающий вертикальный теплопровод определяют посредством прибора учета расхода теплоносителя.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру теплоносителя в подающем теплопроводе и температуру воздуха в квартире каждого потребителя определяют посредством датчиков температуры.
9. Система отопления для осуществления способа по п.1, содержащая подающий и обратный теплопроводы, соединенные с тепловым пунктом, который через теплосчетчик подсоединен к вертикальному подающему и вертикальному обратному теплопроводу, несколько поэтажных отопительных узлов, причем в каждом из отопительных узлов установлены один или несколько отопительных приборов, а в подающем теплопроводе и в отапливаемом помещении установлены датчики температуры, отличающаяся тем, что между вертикальным подающим и вертикальным обратным теплопроводами включены последовательно соединенные поэтажные отопительные узлы, а на вертикальном подающем или на вертикальном обратном теплопроводе установлен прибор учета расхода теплоносителя.
10. Система по п.9, отличающаяся тем, что в по меньшей мере одном отопительном узле параллельно отопительному прибору установлен байпас, причем последовательно с отопительным прибором перед или после него по ходу теплоносителя установлен прибор учета расхода теплоносителя.
11. Система по п.10, отличающаяся тем, что перед или после по меньше мере одного отопительного прибора установлен терморегулятор.
12. Система по п.9 или 10, отличающаяся тем, что в качестве прибора учета расхода теплоносителя используется прибор учета расхода жидкости.
13. Система по п.9, отличающаяся тем, что содержит вычислительный блок, связанный с датчиками температуры и приборами расхода теплоносителя.
