Исполнитель: Валуй Роман Андреевич, 541 об
Научный руководитель: Ожигова Нина Михайловн
Тема: Теплосчетчики и тепловычислители
Ход работы:
1. Устройство, принцип действия, характеристики теплосчетчиков, тепловычислителей, счетчиков тепла
1.1 Алгоритмы расчета количества теплоты
1.2 Состав теплосчетчиков
2. Тепловычислители СПТ962. Аннотация
2.1 Назначение и область применения
2.1.1 Соответствие стандартам
2.1.2 Функциональные возможности
1. Теплосчетчик и тепловычислитель. Устройство, принцип действия, характеристики теплосчетчиков, тепловычислителей, счетчиков тепла.
Теплосчетчик -- средство измерения, предназначенное для определения количества теплоты. Количество теплоты обычно выражается в гигаджоулях (ГДж) или гигакалориях (Гкал), 1 Гкал = 4,1868 ГДж.
Тепловычислитель -- это прибор для измерения и регистрации параметров теплоносителя и тепловой энергии в водяных системах теплоснабжения.
Тепловычислитель регистрирует объём прошедшей по трубопроводу воды, температуру и давление за час, сутки и нарастающим итогом. Регистрация итогов происходит по нескольким каналам, включающим в себя отопление, горячее водоснабжение по подающим и обратным трубопроводам и холодное водоснабжение. На основе собранных показаний вычисляет количество потреблённой теплоты, время работы, фиксирует различного рода нештатные ситуации.
Тепловычислитель работает в комплексе с расходомерами, преобразователями температуры и преобразователями давления, установленными на каждом трубопроводе.
Тепловычислитель хранит собранные и вычисленные результаты технически определённое количество времени и позволяет выдавать их в определённом формате в электронном или печатном виде.
Теплосчетчики получили широкое распространение, поскольку по их показаниям производятся расчеты за полученную потребителями теплоту. Теплосчетчики устанавливаются как на источниках теплоты: ТЭЦ, РТС (районные тепловые станции), так и у потребителей, теплоносителем служит вода, редко -- пар. Все выпускаемые в настоящее время теплосчетчики являются многофункциональными микропроцессорными приборами, включающими в свой состав измерители температуры, расхода, давления и тепловычислители. Они имеют защиту от несанкционированного доступа, а используемые в них программы и заложенные функциональные возможности исходят из действующих правил как учета теплоты и теплоносителя, так и теплопотребления.
1.1 Алгоритмы расчета количества теплоты.
Реализуемые в теплосчетчиках алгоритмы расчета теплоты зависят от вида теплоносителя и структуры системы отпуска теплоты. Последняя, изображенная на рис. 1, может быть закрытой, когда количество теплоносителя в системе теплоснабжения остается постоянным, и открытой, когда количество теплоносителя меняется из-за отпуска теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, подпитку независимой системы теплоснабжения, из-за утечек.
Рисунок 1 - Схема закрытой системы теплоснабжения
Для расчета количества теплоты по выражениям необходимо измерять расходы теплоносителя, температуры, давления и суммировать результаты расчета во времени. Определение количества теплоты представляет собой косвенное измерение, его погрешность зависит:
• от погрешностей первичных средств измерения расхода или его разности, разности температур и давления;
• от алгоритма расчета теплоты;
• от погрешности тепловычислителя, которая помимо инструментальной погрешности включает погрешности расчетных соотношений, аппроксимирующих теплофизические свойства воды и пара.
Обычно погрешности тепловычислителя при расчете теплоты составляют ±(0,1...0,25) %, для измерения разности температур используются парные термопреобразователи сопротивления. Минимальные погрешности имеют теплосчетчики для закрытых систем теплоснабжения, реализующих алгоритм.
Наиболее распространенные теплосчетчики имеют пределы относительной погрешности от ±3 до ± 6 % в зависимости от измеряемой разности температур. При оценке погрешностей этих теплосчетчиков для закрытых систем теплоснабжения суммируются пределы относительных погрешностей измерения расхода, разности температур и тепловычислителя.
В открытых системах водяного теплоснабжения и при теплоносителе паре, погрешности существенно возрастают из-за присутствия в алгоритме расчета двух и более значений расходов и их разностей. Для снижения погрешностей рекомендуется использовать расходомеры с согласованными характеристиками, подобно парным термопреобразователям. При непосредственном измерении расхода подпиточной воды погрешность учета ниже.
1.2 Состав теплосчетчиков.
Разнообразие теплосчетчиков отражает многообразие требований потребителей этих приборов. Теплосчетчики стоят на магистралях ТЭЦ с диаметрами трубопроводов до 1400 мм и на трубках диаметром 10... 12 мм в квартирах и небольших офисах. Число трубопроводов, по которым теплосчетчик производит расчет теплоты, может варьироваться в пределах десятка. При всем многообразии теплосчетчиков в их составе обязательно присутствуют термопреобразователи, измерители расхода и тепловычислители. Теплосчетчики можно разделить по следующим признакам:
• по типу используемых преобразователей расхода;
• по диаметрам трубопроводов теплоносителя;
• по диапазону измеряемых расходов Gmax/Gmin;
• по количеству потоков теплоносителя (каналов).
В табл. 1 для некоторых типов теплосчетчиков приведены характеристики по указанным признакам.
Таблица 1 Характеристики теплосчетчиков
*) Теплосчетчик СТД может работать со всеми типами расходомеров, с зависящими от их типа характеристиками по диапазонам Ду и Qmax/Qmin
**) К теплосчетчику «Взлет TCP» дополнительно могут быть подключены два расходомера с импульсным выходом.
***) Тепловычислитель «Метран-410» может работать с четырьмя расходомерами, имеющими импульсный выходной сигнал: тахометрическими (BCT, ВМГ), вихреакустнческими («Метран-300 ПР») и акустическими (ДРК-С).
Поскольку погрешности измерения теплоты зависят от погрешности измерения разности температур, то в подавляющем большинстве теплосчетчиков используются комплекты платиновых термопреобразователей с согласованными характеристиками типа КТПТР, КТСП, КТП и др.
Тепловычислители по конструкции и функциональным возможностям существенно отличаются от рассмотренных выше вторичных приборов. Действующие в РФ правила учета теплоты и теплоносителя, теплопотребления предписывают производить не только расчет количества полученной теплоты, но и обеспечить контроль режима теплопотребления. При этом должна фиксироваться температура воды и расход в подающем и обратном трубопроводах. Первое позволяет контролировать эффективность работы теплообменных устройств, второе -- наличие утечек теплоносителя или подсосов водопроводной воды. Так, тепловычислитель ТСРВ-010 теплосчетчика «Взлет TCP» обеспечивает выполнение следующих типовых функций:
• показание текущих значений расхода, температуры и давления в 1--4 трубопроводах;
• показание текущих значений объема или массы теплоносителя, подаваемых по 1--4 трубопроводам;
• показание текущего расхода теплоты по 1--2 тепловым системам;
• архивирование в энергонезависимой памяти результатов измерений, вычислений и хранение этих величин при отключении питания;
• ввод и вывод согласованных значений температуры и давления воды в источнике холодного водоснабжения, давления теплоносителя в трубопроводах;
• вывод перечисленной и диагностической информации через последовательные интерфейсы RS-232 (в том числе через телефонный и радиомодемы), RS-485, а также на печатающее устройство через адаптер принтера;
• вывод значений расхода в одном-двух каналах в виде импульсной последовательности, а по одному из каналов в виде унифицированного токового сигнала;
• определение, индикация и запись в архив неисправностей теплосчетчика, нештатных состояний тепловой системы, времени работы и останова теплосчетчика для каждой из тепловых систем;
• защиту архивных данных от несанкционированного доступа.
В качестве примера для закрытой системы теплоснабжения диагностируемые нештатные состояния у теплосчетчика ТСРВ-010 включают:
• превышение расходом G1 максимального заданного значения;
• снижение расхода G1, ниже минимального заданного значения;
• G2 > G1;
• t2 > t1.
Структурная схема тепловычислителя ТСРВ-010, выполненного в одноплатном варианте, содержит конструктивные элементы, представленные на рис. 2.
Рисунок 2 - Структурная схема теплосчетчика
Все первичные преобразователи подключаются к тепловычислителю экранированными проводами. Термопреобразователи (ПТ) подключаются к тепловычислителю по трехпроводной схеме, их число может достигать шести. К электромагнитному преобразователю расхода (ПР) по двум проводам подается импульсное напряжение возбуждения (накачки), по двум -- отводится модулированный по амплитуде импульсный сигнал, пропорциональный расходу. Максимальное число расходомеров составляет четыре, при этом два расходомера могут быть ультразвуковыми. Преобразователи давления (ПД) с токовым выходным сигналом 4...20 мА подключаются к тепловычислителю двумя проводами, с сигналом 0...5 мА -- тремя проводами. Число преобразователей давления, подключенных к теплосчетчику, может быть увеличено с двух до четырех при сокращении числа термопреобразователей сопротивления.
В тепловычислителе вводимые сигналы нормализуются (Н) и коммутатором (К) периодически подключаются к АЦП, а затем -- микропроцессору (МП). В ПЗУ хранятся архивируемые данные, вводимые постоянные, расчетные соотношения, последовательность управляющих команд. Устройства вывода включают блок жидкокристаллического индикатора (ЖКИ), ЦАП, коммутатор, модули RS-232, RS-485 и другие элементы, обеспечивающие работу внешних устройств. Показания тепловычислителя могут сниматься по нескольким каналам: с жидкокристаллического дисплея, по RS-232 через адаптер печататься на принтере, выводиться на персональный компьютер (ПК) или с помощью модема передаваться на удаленные устройства. Этот теплосчетчик имеет импульсный выход и может иметь дополнительно токовый выходной сигнал или интерфейс RS-485. Программирование прибора производится с пульта управления или персонального компьютера.
Сети приборов коммерческого учета. Плата за энергоносители, воду является значительной статьей расходов любого производства и жилищно-коммунального хозяйства. На промышленных предприятиях, электростанциях, в районах тепловых сетей и прочие, используя интерфейс RS-232 или RS-485, создаются локальные сети, объединяющие средства учета расхода электроэнергии, потребления газа и теплоты. В принципе такие сети могут создаваться с использованием Internet, но в производственных объединениях предпочитают закрытые корпоративные сети, а на отдельных предприятиях -- локальные. Сложность создания таких систем определяется тем, что при использовании стандартных протоколов RS-232, RS-485, HART изготовители теплосчетчиков, расходомеров и других первичных средств измерения используют индивидуальные протоколы вывода числовых данных, что требует адаптации центрального вычислителя к парку используемых средств измерения.
Измерительно-вычислительный комплекс АСУТ-601 предназначен для коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителей у производителей и потребителей тепловой энергии. Комплекс позволяет вести учет следующих сред:
• горячей и холодной воды;
• водяного пара;
• возвратного конденсата;
• подпитки;
• стоков;
• природных и технических газов.
Количество обсчитываемых трубопроводов может достигать 100. Ввод сигналов от первичных преобразователей температуры, давления, разности давлений, их первичное преобразование в значение измеряемых параметров производится в теплосчетчиках, расходомерах, счетчиках газа.
Центральной частью АСУТ-601 является вычислитель на базе персонального компьютера с процессором PENTIUM-133 МГц с развитым программным обеспечением, включающим операционные системы QNX 4.25, Windows NT, MS DOS; ПО реального времени COMPLEX; базы данных реального времени; средства их генерации.
Максимальное число интерфейсных каналов RS-485 равно 24. В табл. 2 приведены типы подключаемых к комплексу приборов, их максимальное количество на одной линии и максимальное расстояние между прибором и вычислителем.
Таблица 2 Средства измерений, работающие с АСУТ-601
Для учета энергозатрат предприятий одного ведомства в пределах региона создаются корпоративные сети. В качестве примера такие сети могут быть созданы на основе программного комплекса «Взлет СП», ориентированного на приборы, выпускаемые фирмами «Взлет», «Логика» и объединяющими средства учета количества газа, нефтепродуктов, теплоты и стоков, энергопотребления. Эта система, представленная на рис. 3, в пределах региона может объединять несколько сотен коммерческих узлов учета.
Рисунок 3 - Структурная схема сети приборов «Взлет СП»
Компоненты «Взлет СП» используют объекты русской версии MS Office 2000. Объекты Excel применяются для представления электронных таблиц и графиков, Access -- для подготовки отчетных документов. При построении сети приборов используются соединения типа шина и кольцо. Шинное объединение основывается на интерфейсе RS-485. Шина «Взлет» является шиной с одним ведущим абонентом, а остальные -- ведомыми. Ведущий абонент (персональный компьютер) управляет передачей сообщений. Ведомый абонент дает сообщение только после получения запроса в течение заданного интервала времени. На шине используются два протокола Modbus и Bitbus, что позволяет подключать к ней приборы, использующие разные протоколы. Скорость обмена составляет от 600 до 19200 бит/с. Хотя логическая емкость шины допускает более 200 адресов, но из-за ограниченной нагрузочной способности передатчика (32 приемника) ее возможности могут быть использованы только при применении специальных повторителей.
Для объединения шин «Взлет» и маркерных шин фирмы «Логика» в единую сеть используется адаптер сетевых протоколов «Взлет АСП». Устройство имеет два разъема подключения, каждый из которых содержит цепи интерфейсов RS-232 и RS-485. Структурная схема на рис. 3 относится к одному из вариантов рассматриваемой системы. К шине Ethernet корпоративной сети подключены персональные компьютеры с установленным комплексом «Взлет СП». К персональному компьютеру № 3 через адаптер АПС69М подключена маркерная шина, к которой через адаптеры «Взлет АСП» подключены шины «Взлет» № 1 и 2. К маркерной шине подключены счетчики газа (СПГ761), теплоты (СПТ961), электроэнергии (СПЕ542) фирмы «Логика» и через адаптер «Взлет АСП» электромагнитные счетчики расхода ЭРСВ-310 и ЭРСВ-410. К шинам «Взлет» № 1 и 2 подключены ультразвуковые расходомеры УРСВ и тепловычислитель ТСРВ фирмы «Взлет».
В рассматриваемом режиме работы системы, а их может быть несколько, любой из ПК получает доступ к любой из трех приборных шин через ПК № 3, через ПК № 2 по телефонным линиям через модем СПЕ542 и через ПК № 4 по радиоканалу с использованием радиомодема СПГ761. Этот же канал обеспечивает связь с одиночным теплосчетчиком ТСРВ. ПК № 6 и 7 также имеют доступ ко всем трем шинам, причем ПК № 7 является абонентом маркерной шины, а ПК № 6 получает доступ к ней через шлюз СПТ961. Эти компьютеры работают независимо друг от друга. Если некоторые приборы «Взлет» имеют только интерфейс RS-232, то для их подключения к маркерной шине используется адаптер «Взлет АСП». Этот же адаптер обеспечивает связь шин «Взлет» с ПК, на которых установлен комплекс «Взлет СП», либо непосредственно, либо через модемы по телефонным линиям или радиоканалам.
2. Тепловычислители СПТ962. Аннотация
Рисунок 4 - Тепловычислитель СПТ962
2.1 Назначение и область применения
Тепловычислители рассчитаны на применение в составе теплосчетчиков для систем теплоснабжения , где в качестве теплоносителя используется вода, конденсат, перегретый и насыщеный пар, а также отличная от воды жидкость с известными теплофизическими характеристиками. Тепловычислители могут применяться в составе измерительных комплексов систем водоснабжения и водоотведения. Интегрированные функциональные возможности тепловычислителей обеспечивают комплексное решение широкого круга задач:
• коммерческий учет потребления тепловой энергии, массы и объема воды, перегретого и насыщенного пара;
• контроль режимов теплопотребления;
• организация систем диспетчеризации и контроляпотребления тепловой энергии и теплоносителя
2.1.1 Соответствие стандартам
Тепловычислители соответствуют ГОСТ Р ЕН 1434-1, ГОСТ Р 51649, МИ 2412 и МИ 2451.
Тепловычислители удовлетворяют требованиям правил учета тепловой энергии, теплоносителя, утвержденных постановлением Правительства РФ №1034 от 18.11.2013. В части вычисления массового расхода теплоносителя при применении метода переменного перепада давления тепловычислители соответствуют ГОСТ 8.586.1 - ГОСТ 8.586.5 или РД 50.411, в зависимости от типа сужающего устройства.
Тепловычислители поддерживают работу с осредняющими трубками типа Annubar, Torbar и др.
2.1.2 Функциональные возможности
Тепловычислители рассчитаны на работу совместно с датчиками расхода, объема, разности давлений, давления и температуры. К тепловычислителю могут быть одновременно подключены:
• восемь преобразователей с выходным сигналом тока 0-5, 0-20 или 4-20 мА;
• четыре преобразователя с выходным числоимпульсным или частотным сигналом;
• четыре термопреобразователя сопротивления Pt100, Pt50, 100П, 50П, 100М, 50М.
Количество обслуживаемых трубопроводов определяетсявозможностью физического подключения необходимых датчиков к тепловычислителю.Увеличение количества подключаемых датчиков достигается за счет применения адаптеров АДС97. На логическом уровне может быть описано до 12 трубопроводов, количество свободно конфигурируемых контуров теплоснабжения - до 6. Один из возможных вариантов теплосчетчика приведен на рисунке.
Рисунок 5 - Пример организации учета тепловой энергии на базе СПТ962
Тепловычислители осуществляют непрерывный контроль входных электрических сигналов и параметров потока теплоносителя. Любые недопустимые отклонения сигналов и параметров фиксируются в архиве диагностических сообщений с привязкой по времени и параллельно насчитывается суммарные времена работы при тех или иных нештатных ситуациях в соответствии с правилами учета тепловой энергии, теплоносителя. Средние и суммарные значения измеряемых и вычисляемых параметров заносятся в архивы с привязкой к расчетному дню и часу. Существует три типа таких архивов:
• часовые архивы - 1488 ч;
• суточные архивы - 366 сут.;
• месячные архивы - 36 мес.
Время безотказной работы, время перерывов электропитания, время работы при тех или иных нештатных ситуациях также фиксируются в перечисленных архивах. Тепловычислитель имеет два уровня защиты данных: пароль и пломба.
Изменение значений оперативных параметров фиксируется в специальном архиве. Для предотвращения разрушения архивов и настроечных параметров в процессе поверки предусмотрена их дополнительная защита паролем пользователя.
Коммуникационные возможности тепловычислителейобеспечиваются двумя интерфейсами RS485, интерфейсом RS232С и оптическим интерфейсом IEC1107. Для расширения коммуникационных возможностей тепловычислителей в них помимо фирменного Магистрального протокола поддерживается протокол обмена данными MODBUS RTU.
Метрологические характеристики
Погрешность при рабочих условиях не превышает:
± 0,05/0,1% (приведенная) - по показаниям расхода, давления и перепада давления при работе с токовыми входными сигналами;
± 0,05% (относительная) - по показаниям расхода при работе с числоимпульсными входными сигналами;
± 0,1/0,15 °C (абсолютная) - по показаниям температуры при работе с теормопреобразователями.
Эксплуатационные показатели
1. Температура окружающего воздуха: от -10 до 50 °С.
2. Относительная влажность: 95% при 35 °С.
3. Степень защиты от воды и пыли: IP54.
4. Габаритные размеры: 244 x 220 x 70 мм.
5. Масса: 2 кг.
6. Электропитание: =10 - 15 В, потребляемый ток 150 мА.
7. Средний срок службы: 15 лет.
8. Межповерочный интервал: 4 года.
9. Гарантийный срок: 7 лет.
1) Калория если быть кратким это единица тепла, используется в теплоэнергетике
2) За рубежом тоже есть свои производители PHILIPS, TOSHIBA, INTEL
главная на мой взгляд причина их отсутствия у нас в стране это разные стандарты.
Но не могу сказать что из-за рубежа ничего не поставляют, к примеру компания KAMSTRUP A/S
расположенная в Дании активно поставляет теплосчетчики в города Рязань, Петрозаводск, Оренбург, Череповец.
Так же есть поставки из Эстонии теплосчетчики SA-94, SA-94/1, SA-94/2, SA-94/3
Спасибо за ответ.
Но все-таки, что такое калория? Какой ее физический смысл? Загляните в Wikipediю, и Вам все станет ясно сразу и на всю жизнь.
Подход к определению калории связан с удельной теплоемкостью воды и состоит в том, что фиксируется количество теплоты, необходимое для нагревания 1гр. воды на 1 градус Цельсия при стандартном атмосферном давлении (100 кПа). Однако, поскольку теплоёмкость воды зависит от температуры, то и размер определяемой таким образом калории зависит от условий нагревания.
А вот тут уже у меня родилась идея (пока смутная) по решению проблемы из соседней темы (http://forum.kafedra-appie.ru/index.php?topic=219.msg821#msg821). Почему-бы вместо того, чтобы измерять количество тепла, "отнятого" из потока (разница температур прямой и обратной ветки), просто не фиксировать количество тепла, входящего к потребителю (расход*температура прямой).
Тогда все тепло, недоиспользованное потребителем, им же и будут оплачиваться, что стимулирует его на максимум "отжимки" и минимум температуры обратки.
Есть такие счетчики?
Как я понял, счетчики стандартные: расход + 2 температуры. Но я-то не об этом говорил.
Честно говоря, я как-то незаметно перелетел с одного доклада к другому.
Вопрос примерно следующий: если измерять количество потребленного тепла (расход + 2 температуры), то у потребителя не будет стимула "хорошо" потреблять энергию (максимально снижать температуру обратки). Но если измерять количество тепла, входящего к потребителю (расход * температура на входе), то уже стимул появляется. Я про такие измерители, а точнее сам подход, говорил. Что думаете по данному поводу? Имеется ли отечественный или иностранный опыт?
Наоборот! Им невыгодны теплосчетчики, измеряющие фактическое потребление тепла! При большом расходе теплоносителя снижение его температуры будет незначительным (температура обратки большой) и значительная часть обратного тепла будет теряться по пути "назад". Им лучше другой принцип: плати за то, что "проходит через тебя" (причем неважно с какой температурой оно выходит). На самом деле это "выгодно" и потребителям: они должны потреблять максимально эффективно.
Вообще, "планшет", насколько я понимаю, - "все в на одной плоскости". Первый рисунок не соответствует?
Точно баскетбол! Поразительная оперативность. Спасибо.
Вообще, конечно, это все равно: планшетный, непланшетный. Проблема в самой системе отношений между поставщиком и потребителем. Если потребитель платит за Q*(t1-t2), то ему на самом деле наплевать на t2: пусть t2 увеличилась, увеличиваем Q и получаем то количество тепла, которое нам нужно (на практике это означает используем неэффективную, но зато дешевую систему). Однако, если потребитель платит за Q*t1, то он уже семь раз подумает, стоит ли так делать.
Иными словами: Q*(t1-t2) - это не товар. Q*t1 -это товар.