Измерение количества теплоты

Необходимость оперативного определения расхода теплоты и теплопотерь с особой остротой выявилась в последнее время, когда на передний план выступило требование экономии топливно-энергетических ресурсов. Измеряют расход теплоты с помощью теплосчётчиков. При этом решается задача в соответствии с алгоритмом:

Q = V_Т C_T t (T₁ - T₂), МДж,

где: Q - количество теплоты, отданное теплоносителем за время t;

V_Т - объёмный расход теплоносителя (воды), м³/с;

Т₁; T₂ - температура теплоносителя на входе и выходе потребителя, ⁰С;

С_Т - удельная теплоёмкость теплоносителя, МДж/м³.

В простейшем случае схема теплосчётчика должна содержать датчик расхода теплоносителя (водомер), два датчика температуры и вычислительный блок, реализующий вышеприведенный алгоритм (рис. 5.7).

В промышленных системах требуются более сложные схемы теплосчётчиков, которые учитывают изменение энтальпии теплоносителя и расход теплоты для горячего водоснабжения.

Индивидуальные тепломеры, широко распространённые в ряде европейских стран, оценивают расход теплоты индивидуальными потребителями, например - радиаторами центрального отопления (см. рис. 5.8). Они содержат чувствительный элемент - стеклянную градуированную трубочку, заполненную тетралином. Систематический её нагрев приводит к испарению жидкости, по которому и судят о расходе теплоты. Расчет расхода тепла производится при помощи компьютера, в базу данных которого предварительно заносят характеристики каждого радиатора.

Рис. 5.7. Схема простейшего теплосчётчика: 1-подающий (прямой) трубопровод; 2-отводящий (обратный) трубопровод; 3-водомер; 4-датчик температуры теплоносителя; 5-датчик температуры использованного теплоносителя.

Рис. 5.8. Индивидуальный тепломер на радиаторе центрального отопления.

Различают три основных способа управления процессами теплоснабжения и электроснабжения - ручное, автоматическое и полуавтоматическое. Для их реализации используются различные приборы и устройства. Наиболее часто встречающиеся это: ручные краны, задвижки, выключатели, переключатели и регуляторы различных параметров. Рассмотрим некоторые из них.

Электромагнитные клапаны - это устройства, в которых перемещение клапана обеспечивается за счёт электромагнита (рис. 5.9). Электромагнитный клапан обеспечивает, как правило, два положения - открытое и закрытое.

Открывается клапан при наличии управляющего электрического напряжения от цепи управления. При его отсутствии клапан удерживается в закрытом состоянии за счёт действия пружины.

Рис. 5.9. Электромагнитный клапан: 1-трубопровод; 2-клапан; 3-подвижный сердечник; 4-соленоид; 5-пружина.

Электромеханический кран (задвижка) содержит в качестве рабочего органа кран или задвижку. Приводится в действие рабочий орган с помощью электродвигателя, реечного, кулачкового механизмов или червячной передачи. Для увеличения усилия и уменьшения скорости действия крана служит редуктор (рис. 5.10).

Изменяя полярность питающего напряжения, подаваемого на электродвигатель постоянного тока, можно закрывать или открывать задвижку. Если используется электродвигатель переменного тока, необходимо его реверсирование путём коммутации обмоток.

Электромеханические устройства позволяют плавно изменять положение рабочего органа (задвижки, крана) от полностью открытого до полностью закрытого. Благодаря этому обеспечивается плавное регулирование скоростью потока от υ _ж=0 до υ _ж = υ _{макс .}.

Рис. 5.10. Электромеханическая задвижка: 1-трубопровод; 2-задвижка; 3-реечный механизм; 4-редуктор; 5-электродвигатель.

Насосы с электроприводом позволяют перемещать жидкости и газы по трубопроводам от зон с низким статическим давлением к зонам с более высоким давлением. Эффективным является использование регулируемых (например – частотное регулирование) электроприводов, позволяющих улучшить работу системы управления и обеспечить заметную экономию электроэнергии.

Автоматические регуляторы - это устройства, обеспечивающие поддержание параметра объекта на постоянном уровне или его изменение по заданному закону. Автоматический регулятор обязательно содержит: чувствительный элемент или датчик регулируемого параметра; регулирующий орган; задающее устройство, определяющее требуемое значение параметра. Примером такого устройства может служить автоматический термостат, устанавливаемый перед нагревательными приборами системы отопления (рис. 5.11).

Работает он следующим образом. Перекрывающая трубопровод задвижка механически связана с герметичным гармониковым чувствительным элементом-термодатчиком, внутренность которого заполнена термочувствительной массой, способной расширяться при повышении температуры. При увеличении температуры воздуха в помещении, термодатчик расширяется и перекрывает трубопровод, чем ограничивается поступление теплоносителя в радиатор. Необходимую температуру в помещении можно задавать вручную поворотом защитного колпачка с пружиной.

Рис. 5.11. Автоматический термостат: 1-место установки термостата; 2-трубопровод; 3-задвижка (кран); 4-термодатчик; 5-пружина; 6-защитный экран.

Пружина принудительно деформирует датчик, заставляя его реагировать на нужную температуру. В этом регуляторе: чувствительный элемент - термодатчик; регулирующий орган - задвижка; задающее устройство - натяжная пружина с колпачком, позволяющая задавать желаемую температуру в помещении в пределах 15...25 ⁰С.

В электрических энергосистемах для управления используются различные ручные и дистанционно управляемые коммутирующие устройства: рубильники, переключатели, отсекатели и др.