Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова
У статті розглядаються теоретичні та практичні аспекти обліку теплової енергії в теплопостачальних системах. Проаналізовано сучасні методи вимірювання, моделі розрахунку витрат та приклади практичних розрахунків.
Представлено графіки для візуалізації змін теплового навантаження та ефективності обліку.
Ефективний облік теплової енергії — ключовий елемент підвищення енергоефективності теплопостачальних систем, зниження витрат та оптимізації енергоресурсів. Правильний облік дозволяє оцінити фактичне споживання, виявити втрати та приймати обґрунтовані рішення щодо модернізації обладнання.
Теоретичні основи обліку теплової енергії
Фізична сутність теплової енергії
Теплова енергія — це форма енергії, пов’язана з хаотичним рухом молекул. В системах централізованого теплопостачання її подають у вигляді гарячої води або пари.
Основні параметри обліку
Для обліку теплової енергії визначають такі параметри:
-
Температура подачі (t₁)
-
Температура повернення (t₂)
-
Об’ємний потік теплоносія (V)
Формула визначення теплової енергії:
Q=k⋅ρ⋅Cp⋅V⋅(t1−t2)
де
Q — теплова енергія (кВт·год),
k — перетворювальний коефіцієнт,
ρ — густина теплоносія (≈ 1000 кг/м³ для води),
Cₚ — питома теплоємність (≈ 4,186 кДж/кг·°C),
V — об’єм теплоносія (м³).
Приклади практичних розрахунків
Приклад 1
Вихідні дані:
-
t₁ = 95 °C
-
t₂ = 65 °C
-
V = 50 м³
-
період обліку = 24 години
Розрахунок:
Q=1,163⋅1000⋅4,186⋅50⋅(95−65)=1,163⋅1000⋅4,186⋅50⋅30
Q≈7,32×106 кДж≈2033,3 кВт\cdotpгод
Моделювання та графіки:
Графік 1. Зміна теплового навантаження протягом доби
Показує добову динаміку споживання теплової енергії (типовий профіль для будівлі).
На графіку представлено зміну теплового навантаження протягом доби. Максимальні значення спостерігаються у ранкові та вечірні години, що відповідає піковому споживанню теплової енергії споживачами. Мінімальне навантаження характерне для нічного періоду.
Графік 2. Температурний режим теплопостачання
Показує порівняння температури подачі та зворотного теплоносія.
Графік ілюструє зміну температури теплоносія у подаючому та зворотному трубопроводах. Різниця температур є визначальним параметром для розрахунку обсягу спожитої теплової енергії та оцінки ефективності роботи системи теплопостачання.
Графік 3. Вплив різниці температур ΔT на обсяг теплової енергії
Графік демонструє лінійну залежність між різницею температур теплоносія (ΔT) та обсягом теплової енергії. Зі збільшенням ΔT при сталому об’ємі теплоносія обсяг переданої теплової енергії зростає пропорційно. Це підтверджує ключову роль температурного напору у системах комерційного обліку теплової енергії.
Практичний висновок:
Занижене ΔT часто свідчить про неефективну роботу системи або гідравлічне розбалансування.
Графік 4. Порівняння споживання теплової енергії з вузлом обліку та без нього
Порівняльний аналіз показує зменшення обсягів споживання теплової енергії після впровадження вузла обліку. Це пояснюється підвищенням контролю, усвідомленим споживанням та можливістю оптимізації режимів теплопостачання.
Типовий ефект:
-
скорочення споживання на 8–15 %
-
зниження фінансових витрат
-
підґрунтя для енергоменеджменту та енергоаудиту
Висновки
-
Облік теплової енергії дозволяє оцінити фактичне споживання та динаміку навантаження.
-
Своєчасний аналіз даних допомагає знизити витрати на виробництво та подачу енергії.
-
Використання графічних моделей підвищує якість моніторингу та планування.
Обладнання для обліку теплової енергії
Загальна структура вузла обліку теплової енергії
Типовий вузол обліку теплової енергії складається з таких основних елементів:
-
витратоміра теплоносія;
-
температурних датчиків (подача / зворот);
-
теплового лічильника (обчислювача);
-
допоміжного обладнання (фільтри, запірна арматура, прямі ділянки трубопроводів).
Витратоміри теплоносія
Витратомір призначений для вимірювання об’ємної або масової витрати теплоносія, що проходить через трубопровід.
Основні типи витратомірів:
1) Механічні (тахометричні)
-
принцип дії: обертання крильчатки або турбіни
-
переваги: низька вартість, простота
-
недоліки: чутливість до забруднень, знос рухомих частин
Застосування: невеликі житлові будівлі, індивідуальні теплові пункти.
2) Ультразвукові
-
принцип дії: вимірювання часу проходження ультразвукового сигналу
-
переваги: відсутність рухомих частин, висока точність
-
недоліки: вища вартість, чутливість до повітря в теплоносії
Застосування: сучасні ІТП, комерційний облік, енергоаудит.
3) Електромагнітні
-
принцип дії: вимірювання електрорушійної сили в магнітному полі;
-
переваги: стабільні покази, низькі втрати тиску;
-
недоліки: вимоги до якості заземлення.
Застосування: промислові та великі теплопостачальні системи.
4) Вихрові
-
принцип дії: реєстрація частоти вихорів;
-
переваги: надійність;
-
недоліки: чутливість до вібрацій.
Температурні датчики
Температурні датчики встановлюються на подаючому та зворотному трубопроводах і використовуються для визначення різниці температур ΔT.
Основні типи:
-
платинові термометри опору (Pt100, Pt500, Pt1000);
-
термопари (рідше).
Вимоги:
-
парне калібрування;
-
монтаж у гільзах або безпосередньо в трубопровід;
-
мінімізація теплових втрат.
Тепловий лічильник (обчислювач)
Тепловий лічильник виконує обчислення кількості теплової енергії за формулою:
Q=ρ⋅Cp⋅V⋅(t1−t2)
Функції обчислювача:
-
обробка сигналів від витратоміра і датчиків температури;
-
архівація даних (годинна, добова, місячна);
-
формування звітів;
-
передача даних (M-Bus, Modbus, GSM).
Допоміжне обладнання
До складу вузла обліку також входять:
-
грязьовики (механічні фільтри)
-
запірна арматура
-
прямі ділянки трубопроводів (згідно з паспортом приладу)
-
пломби та захисні елементи
Вимоги до вузлів обліку теплової енергії
Вузол обліку повинен:
-
відповідати вимогам метрологічних норм
-
мати повірку
-
бути встановленим відповідно до проeктної документації
-
забезпечувати достовірний та безперервний облік
Значення для енергоефективності
Використання сучасних засобів обліку теплової енергії дозволяє:
-
отримувати точні дані споживання
-
формувати основу для енергоменеджменту та енергоаудиту
Замовте консультацію — зробіть свій внесок до зменшення обсягів споживання теплової енергії >
based on material from : матеріал підготовлений співробітниками / based on open data from the Internet...