Индивидуальный учет тепловой энергии: сравнение погрешностей методов измерения
Сегодня для организации индивидуального учета тепловой энергии наряду с теплосчетчиками используются счетчики-распределители (далее «распределитель»), которые, в отличие от теплосчетчика, не являются средством измерения тепловой энергии, а отражают долю тепловой энергии, приходящуюся на каждого потребителя в общем объеме потребления [1].
Один из важных вопросов – это учет погрешности определения количества тепловой энергии, потребленной в отапливаемом помещении многоквартирного дома, по показаниям распределителей на основе показаний общедомового прибора учета тепловой энергии на отопление. Следует учитывать, что на величину этой погрешности влияют несколько моментов: метод измерения распределителя, его конструктивное исполнение, способ монтажа на отопительном приборе, методика расчета объемов потребления путем распределения показаний общедомового прибора учета между помещениями потребителей. В данной статье мы остановимся только на погрешности метода измерения.
Теплосчетчик измеряет три параметра: две температуры теплоносителя и его расход, а распределитель – два параметра: температуру поверхности отопительного прибора и температуру воздуха в помещении.
Измерения параметров проводятся в некотором временном интервале, где они условно постоянны. На основании проведенных замеров вычисляется, в случае теплосчетчика, тепловая энергия, в случае распределителя – условные единицы, пропорциональные тепловой энергии. Затем полученные результаты вычислений суммируются и архивируются.
В настоящее время применяются два типа распределителей:
- двухдатчиковый – с датчиками температуры поверхности отопительного прибора, на которую установлен распределитель, и температуры воздуха помещения, смонтированным на корпусе распределителя;
- однодатчиковый – только с датчиком температуры поверхности отопительного прибора.
Распределитель производит подсчет суммарных накоплений условных единиц по формуле, заложенной производителем на основе замера температуры в одной точке поверхности отопительного прибора и некоторой условной (заданной или измеренной) температуры воздуха.
Целью проведенных исследований является определение взаимосвязи полученных значений теплового потока при каждом из двух методов измерения (одно- и двухдатчиковый) с полученным согласно ГОСТ Р 53583-2009 (см. [2]) тепловым потоком конкретного отопительного прибора.
Испытания проведены в испытательной камере, соответствующей требованиям ГОСТ Р 53583, на отопительных приборах с различными соотношениями долей теплоотдачи: конвекцией и излучением. Были выбраны биметаллические радиаторы (семь и четыре секции), стальной двухпанельный радиатор и стальной конвектор типа КСК. Тепловой поток отопительного прибора определялся «водяным методом». Датчики температур теплоносителя располагались вблизи патрубков отопительного прибора, датчик температуры воздуха – на высоте 750 мм от пола на центральной оси испытательной камеры. Испытания проводились в стационарных режимах, которым соответствовали стабильные значения температур теплоносителя и воздуха. Исследуемые измерительные модели, представляющие собой корпуса стандартных распределителей без электронной части, были оснащены двумя датчиками температур (№ 1 и № 2).
Датчик № 1 измерял температуру поверхности отопительного прибора, датчик № 2, установленный на корпусе модели, – температуру воздуха. Конструкция модели представлена на рис. 1. Следует отметить, что в связи с тем, что датчик № 2 расположен не в пространстве помещения, он измерял некоторую температуру, условно называемую «температурой воздуха».
Модели устанавливались на радиаторах согласно требованиям ГОСТ Р 58417-2019, на конвекторе КСК – на кронштейне, приваренном к калачу нагревательного элемента. На каждом отопительном приборе устанавливались три модели, в расчетах использовались средние показания температур датчиков № 1 и № 2 каждой модели.
Испытания проводились в диапазоне температурных напоров 30–70 °С. Данный диапазон выбран из следующих соображений: наиболее часто системы отопления работают при режимах, соответствующих изменениям температурного напора в пределах 30–50 °С, напор 70 °С применяется в России для определения теплового потока отопительного прибора.
Рис. 1. Конструкция модели
Методика испытаний
Для всех отопительных приборов проведены следующие испытания:
- определена зависимость теплового потока от температурного напора;
- определена зависимость температуры датчика № 1 от температуры воздуха в испытательной камере для различных температурных напоров;
- определена зависимость теплового потока от температуры датчика № 1 при различных температурах воздуха в испытательной камере;
- на основе данных, полученных в п. 3, выведена формула зависимости теплового потока от температуры датчика № 1, которая была использована при определении погрешностей (см. п. 5);
- определена зависимость теплового потока от разности температур датчиков № 1 и № 2 при различных температурах воздуха в испытательной камере;
- на основе данных, полученных в п. 5, выведена формула зависимости теплового потока от разности температур датчиков № 1 и № 2, которая была использована при определении погрешностей;
- на основе полученных результатов рассчитана погрешность определения теплового потока при помощи датчиков распределителя.
Результаты испытаний
В качестве примера ниже представлены результаты испытаний семисекционного биметаллического радиатора в графическом виде:
- зависимость теплового потока от температурного напора (рис. 2);
- зависимость температуры датчика № 1 от температуры в испытательной камере для различных температурных напоров (рис. 3);
- зависимость теплового потока от температуры датчика № 1 при различных температурах воздуха в испытательной камере (рис. 4);
- зависимость теплового потока от разности температур датчиков № 1 и № 2 при различных температурах воздуха в испытательной камере (рис. 5).
Рис. 2. Зависимость теплового потока от температурного напора
Рис. 3. Зависимость температуры датчика № 1 от температуры воздуха в испытательной камере при различных температурных напорах
Рис. 4. Зависимость теплового потока от температуры датчика № 1 при различных температурах воздуха в испытательной камер
Рис. 5. Зависимость теплового потока от разности температур датчиков № 1 и № 2
В результате проведенных исследований различных отопительных приборов, определены формулы зависимости теплового потока от температур датчиков № 1 и № 2, представленные в табл. 1.
В табл. 2 представлены результаты экспериментов по определению теплового потока по ГОСТ 53583-2009 и результаты расчетов по формулам, приведенным в табл. 1 для различных отопительных приборов.
В табл. 3 представлен сравнительный анализ значений теплового потока из табл. 2.
Таблица 1
Формулы зависимости теплового потока отопительного прибора от температур датчиков № 1 и № 2
| Отопительный прибор | Формула расчета теплового потока, определяемого при помощи датчиков температур | |
| Только по температуре Т1 |
По температурам Т1 и Т2 |
|
| Биметаллический радиатор, семь секций | Q = 20,6 Т1 – 576,9 | Q = 38,2 (Т1 – Т2) – 139,2 |
| Биметаллический радиатор, четыре секции | Q = 16,6 Т1 – 486,6 | Q = 24,9* (Т1 – Т2) – 143,9 |
| Стальной двухпанельный радиатор | Q = 18,1 Т1 – 556,8 | Q = 32,5* (Т1 – Т2) – 153,6 |
| Конвектор КСК | Q = 21,2 Т1 – 574,8 | Q = 31,2* (Т1 – Т2) – 143,4 |
* Т1 – температура датчика № 1, Т2 – температура датчика № 2, Q – тепловой поток
Таблица 2
Результаты измерения теплового потока по ГОСТ 53583 и результаты расчетов по формулам из табл. 1
| Температурный напор, °С | Температура воздуха в испытательной камере, °С |
Тепловой поток, измеренный по ГОСТ 53583, Вт |
Тепловой поток, рассчитанный по формуле из табл. 1 по показаниям датчика № 1, Вт | Тепловой поток, рассчитанный по формуле из табл. 1 по показаниям датчиков № 1 и № 2, Вт |
| Биметаллический радиатор, семь секций | ||||
| 30 | 18 | 304 | 244 | 303 |
| 22 | 326 | 302 | ||
| 24 | 369 | 304 | ||
| 50 | 18 | 587 | 529 | 587 |
| 22 | 612 | 590 | ||
| 24 | 654 | 590 | ||
| 70 | 18 | 902 | 809 | 892 |
| 22 | 895 | 901 | ||
| 24 | 940 | 909 | ||
| Биметаллический радиатор, четыре секции | ||||
| 30 | 18 | 231 | 196 | 230 |
| 22 | 235 | 240 | ||
| 24 | 279 | 240 | ||
| 50 | 18 | 445 | 401 | 440 |
| 22 | 479 | 456 | ||
| 24 | 501 | 456 | ||
| 70 | 18 | 672 | 595 | 655 |
| 22 | 645 | 655 | ||
| 24 | 712 | 679 | ||
| Стальной двухпанельный радиатор | ||||
| 30 | 18 | 373 | 309 | 365 |
| 22 | 391 | 373 | ||
| 24 | 421 | 361 | ||
| 50 | 18 | 729 | 792 | 734 |
| 22 | 756 | 744 | ||
| 24 | 689 | 755 | ||
| 70 | 18 | 1135 | 1058 | 1112 |
| 22 | 1131 | 1156 | ||
| 24 | 1167 | 1112 | ||
| Конвектор КСК | ||||
| 30 | 18 | 296 | 222 | 292 |
| 22 | 314 | 295 | ||
| 24 | 356 | 298 | ||
| 50 | 18 | 550 | 568 | 548 |
| 22 | 589 | 557 | ||
| 24 | 610 | 560 | ||
| 70 | 18 | 835 | 800 | 818 |
| 22 | 822 | 821 | ||
| 24 | 864 | 850 | ||
Таблица 3
Погрешность при измерении теплового потока отопительного прибора при помощи датчиков при различных температурных напорах в диапазоне изменения температур воздуха в испытательной камере 18–24 °С.
| Температурный напор, °С | Интервал погрешности при измерении теплового потока датчиками, % | |
| Только датчик № 1 | Датчики № 1 и № 2 | |
| Биметаллический радиатор, семь секций | ||
| 30 | –19,7…21,4 | 0…0,7 |
| 50 | –9,9…11,4 | –0,5…0 |
| 70 | –10,3…4,2 | –0,8…1,1 |
| Биметаллический радиатор, четыре секции | ||
| 30 | –15,2…20,8 | –3,9…0,4 |
| 50 | –9,9…12,6 | –2,5...1,1 |
| 70 | –11,5…6,0 | –1,0…2,5 |
| Стальной двухпанельный радиатор | ||
| 30 | –17,2…12,9 | +2,1…3,2 |
| 50 | –5,5…8,6 | –3,6…–0,7 |
| 70 | –6,8…2,8 | –1,9…2,0 |
| Конвектор КСК | ||
| 30 | –25,0…20,0 | –0,7…1,4 |
| 50 | 3,3…10,9 | –1,8…0,4 |
| 70 | –4,2…3,5 | –1,8…2,0 |
Заключение
Как видно из анализа погрешностей измерения значений теплового потока двух типов распределителей, предпочтение следует отдавать двухдатчиковым распределителям (при условии подтверждения их соответствия требованиям ГОСТ Р 58417-2019). Также необходимо учитывать, что формулы подсчета накоплений индивидуальны для каждого типа отопительного прибора.
Литература
- ГОСТ Р 58417-2019 «Устройства для распределения потребленной тепловой энергии от комнатных отопительных приборов. Устройства с автономным источником электроснабжения. Технические требования».
- ГОСТ Р 53583-2009 «Приборы отопительные. Методы испытаний».
Похожие статьи
Подпишитесь на наши новости
Первыми получайте уведомления о наших новостях в рассылке