Анализ измерительных схем теплосчётчиков

[Guzhelya 1]

Уважаемые коллеги!

На мой взгляд, в действующих «Правилах учёта тепловой энергии и теплоносителя» 1995г. допущена существенная методическая ошибка в схеме измерения тепла на источнике теплоты. Ошибка усугубляется тем, что Правила не допускают выбора другой схемы измерения.

Правила предписывают для измерения тепла, отпущенного источником теплоты в водяные системы теплоснабжения, применять схему с тремя расходомерами, установленными: в линии подачи, в обратной линии и в линии подпитки. В то время как, вполне очевидно, что можно обойтись двумя расходомерами, установленными: на подаче (или в обратке) и в линии подпитки.

Очевидно, что схема с двумя расходомерами будет стоить дешевле. Расчёты показывают, что схема с двумя расходомерами (один из которых установлен в линии подпитки) к тому же ещё и более точная, см. прикреплённый файл. Таким образом, схема с тремя расходомерами проигрывает схеме с двумя расходомерами по всем статьям и является ошибочной схемой.

По воспоминаниям специалистов, в Правилах, действующих до 1995г., предусматривалась схема с двумя расходомерами, так что схема с тремя расходомерами сравнительно нова и, поскольку, за её внедрением стоят конкретные люди, было бы интересно услышать их аргументы.

Правила 1995г. согласованы с Комитетом РФ по стандартизации, метрологии и сертификации, а также с Главгосэнергонадзором РФ (последняя организация уже не существует).

Но, кто бы не принимал участие в разработке Правил, в любом случае решающее мнение о целесообразности применения схемы с тремя расходомерами остаётся за специалистами в области измерений, мнение которых, по прочтении ими статьи: «Сравнительный анализ измерительных схем теплосчётчиков», мне бы очень хотелось узнать.

Сравнительный анализ измерительных схем теплосчётчиков.doc

[Данилов А.А. 1 951]

Уважаемый Юрий Александрович!

Давно ли Вы озаботились этой проблемой? (Учитывая, что после принятия "Правил-95" прошло 15 лет?!)

Знакомы ли с материалами Лачковских конференций "Коммерческий учёт энергоносителей"?

Знакомы ли со статьями, размещёнными на сайте "Теплопункт"?

По тексту Вашей статьи пока у меня возникло 3 существенных замечания:

1. Что такое тепло?

2. Почему Вы считаете, что термометры сопротивлений можно подобрать в пары, а расходомеры - нет? Хотя, конечно, и те, и другие со временем начнут "разбегаться"?

3. Странная у Вас применена методика расчёта погрешностей, однако...

Если хотите получить мнение достаточного числа специалистов по этому вопросу, то посетите форумы сайтов "Теплопункт" и "Метрология энергосбережения", т.к. на этом форуме не очень-то и много специалистов по измерению расхода (su215, Alex37, Алал и др.), а уж про измерение количества тепловой энергии и теплоносителя - и того меньше...

[Guzhelya 1]

Благодарю Вас за оперативный ответ и предоставленную информацию.

По существу Ваших вопросов и замечаний могу пояснить следующее:

Проблема, поставленная в моей статье: «Сравнительный анализ измерительных схем теплосчётчиков», конечно, не нова, поскольку Правила учёта тепловой энергии и теплоносителя 1995 года действуют уже 15 лет. Но ошибка, допущенная в Правилах при выборе измерительной схемы с тремя расходомерами для источника тепла, сама по себе, с течением времени, не исчезнет. Если ничего не делать, то эта ошибочная схема благополучно перекочует в какие-нибудь новые Правила, - так что, поставленная проблема вполне актуальна.

На упомянутом Вами сайте «Теплопункт» и на других сайтах действительно рассматриваются темы касающиеся погрешности тепловых измерений, но проблемы там ставятся в другом ключе. И, несмотря на то, что вопросы по учёту тепла и предложения по уточнению Правил звучат довольно давно, изменения в Правила не внесены и приходится руководствоваться именно Правилами. Вообще, можно сформулировать несколько предложений, различной степени важности, по уточнению Правил. Но самой грубой ошибкой, на мой взгляд, является пункт Правил о применении на источнике теплоты измерительной схемы с тремя расходомерами (на подаче, на обратке и в линии подпитки)

Должен заметить, что в своей статье я не рассуждал на тему: можно или нельзя подбирать в пары термометры и расходомеры, я просто констатировал факт, что термометры сопротивления комплектуются парами и это отмечается в паспортах термометров. А вот в паспортах расходомеров нет подобных отметок – следовательно, погрешности расходомеров, установленные на подаче и в обратке, вполне могут иметь погрешности разных знаков. По этому вопросу могу добавить, из своего опыта, следующее: при допуске в эксплуатацию узлов учёта, разность показаний расходомеров установленных на прямой и обратной линиях, за вычетом показаний расходомера подпитки, как правило, больше допустимой погрешности расходомера на подаче, или в обратке. Отсюда я и делаю вывод, что расходомеры не подбираются с погрешностью одного знака. Но мы отклонились от темы. Поднятая проблема состоит в другом.

Проблема состоит в том, что схема с тремя исправными и поверенными расходомерами и с исправным комплектом термометров сопротивления, измеряет тепловую энергию, отпущенную в закрытую систему отопления, с погрешностью превышающей допустимую величину погрешности для узла учёта тепловой энергии (+-5%, при разности температур в подающем и обратном трубопроводах от 10 до 20 С)

Что касается методики расчёта погрешности измерения узла учёта, то она соответствует методике приближённых вычислений (в частности, методике определения ошибки функции измеренных величин) из курса математики. Рассматриваемая функция представляет собой алгебраическую сумму нескольких функций произведения. Ошибка функции произведения представляет собой дифференциал произведения – это самая «сложная» формула методики. Очевидно, что эта методика годится для определения погрешности измерения чего угодно, а не только тепла. Следовательно, для того чтобы разобраться в предложенной методике и в поставленной проблеме не обязательно иметь специальное образование по теплотехническим измерениям. И значит, каждый метролог вполне может составить собственное мнение по рассматриваемой проблеме.

С уважением, Ю.А. Гужеля

[Данилов А.А. 1 951]

каждый метролог вполне может составить собственное мнение по рассматриваемой проблеме.

Для того, чтобы получить правильный ответ необходимо, чтобы был верным не только метод решения, но и достоверные исходные данные. А вот они-то и вызывают сомнение.

В своей работе Вы говорите об измерении количества тепловой энергии на источнике, например, на ТЭЦ. При этом предполагаете, что потребителям для целей отопления отпускается вода температурой 58 градусов, а от них возвращается вода температурой 47 градусов. И это - главная ошибка. Пока водичка добежит до потребителя, изрядно остыв в длиннющих теплопроводах, потребитель замерзнет. Вы дали всего-то 58-47=11 градусов и на потери, и на обогрев потребителей. Это ОЧЕНЬ мало!

Конечно, у нас не Дания, в которой к потребителю приходит вода 120 градусов, а от него уходит, остыв до 40 градусов, т.е. разница составит 80 градусов, но откройте СНиП и убедитесь, что температура воды, дошедшей до потребителя в закрытой системе теплоснабжения должна существенно превышать 58 градусов.

Да и температура воды, идущей на подпитку, обычно берётся из рек (подо льдом). Поэтому её температура явно меньше 9 градусов, которые Вы используете как среднюю температуру. Зачем же брать её как среднюю за год? (Летом можно и не отапливать помещения )

Именно из-за этого у Вас получилось заниженное значение в знаменателе формулы относительной погрешности. Почему Вы тогда не подогнали значения слагаемых так, чтобы знаменатель обратился в ноль? Тогда и погрешность устремилась бы к бесконечности...

[zaobor 7]

Согласно комментариям к Правилам учёта тепловой энергии и теплоносителя ("Учёт тепловой энергии и теплоносителя". - М.: ЗАО "Энергосервис", УМИТЦ Мосгосэнергонадзора, 2000, составитель В.Н. Рябинкин) Правилам не противоречит определение количества тепловой энергии,отпущенной источником теплоты по формуле:

Q = G1(h1 - h2) + Gп(h2 - hхв),

где G1, Gп - расход в подающем и подпиточном трубопроводах;

h1, h2, hхв - энтальпия теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах и холодной воды.

Там же отмечается, что реализация такой схемы учёта позволяет снизить погрешность определения количества тепловой энергии.

[Guzhelya 1]

Guzhelya - Данилову А.А.

Ошибки нет. Дело в том, что регулирование теплопотребления может осуществляться различными методами. В России (в отличие от Дании) регулирование, в основном, централизованное, то есть осуществляется на источнике теплоты с помощью выдерживания «Температурного графика качественного регулирования отпуска тепла». Например, для Калининградской области, где расчётная низшая температура составляет -20 градусов, принят график 95-70. В соответствии с этим графиком спроектированы системы отопления домов таким образом, что если в отопительных приборах (в батареях) средняя температура теплоносителя будет равна: (95+70)/2, то в помещении будет поддерживаться комфортная температура, при температуре наружного воздуха -20 градусов Цельсия. Из уравнения теплового баланса нетрудно подсчитать, что для обеспечения этого температурного графика необходимо подавать в сеть 40 м3/час воды, на каждую Гигакалорию/час присоединённой тепловой нагрузки (включая потери по трассе). Согласно этого же графика 95-70, при температуре наружного воздуха +1 градус в сеть необходимо подавать воду с температурой 58 градусов и к теплоисточнику вода возвратится с температурой 47 градусов. При этом в помещениях будет комфортная температура.

Если на теплоисточнике выдерживается температурный график качественного регулирования, и выдерживается расчётный расход теплоносителя, то от потребителей тепла поступают только благодарности.

Естественно, что для более холодных областей применяются более высокотемпературные графики.

Согласно СНиП, средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон в Калининградской области составляет +1,1 градуса, следовательно, средняя температура на подаче в сеть составляет 58 градусов, а средняя температура обратки – 47 градусов. Эти средние температуры отопительного сезона и были заложены мною в расчёт.

Что касается средней температуры холодной воды в отопительном сезоне, то этот вопрос не стоит такого пристального внимания. Действительно, если вместо 9 градусов, мы возьмём предельное значение, 0 градусов, то погрешность в измерении тепла по схеме 1. изменится от 15,09% до 15,05%. , то есть, изменится незначительно.

[Guzhelya 1]

Guzhelya – Zaobor

Комментарий В.Н. Рябинкина к «Правилам учёта тепловой энергии и теплоносителя» издания 2000 года, весьма интересный, но не однозначный. Этот комментарий можно понимать как скрытое признание несовершенства схемы размещения точек измерения массы (объёма) теплоносителя на источнике теплоты для водяных систем теплоснабжения (см. рис. 1 Правил), то есть схемы с тремя расходомерами, и попытку незаметно исправить ошибку, допущенную в Правилах. Но тут, сразу же, возникает вопрос о юридической силе этих комментариев – можно ли проектным, монтажным и эксплуатационным организациям принимать эти комментарии как руководство к действию? Сомнения на этот счёт усиливаются и от того, что в издании Правил 2003 года никаких упоминаний об этих комментариях нет, и изменения в текст Правил не внесены.

[Данилов А.А. 1 951]

Уважаемый Guzhelya!

На форуме "Теплопункта" попросил участников ознакомиться с материалами Вашей статьи.

Они, разумеется с радостью откликнулись. Если будет желание, можете полностью прочитать здесь.

Вот, например, мнение Анисимова Д.Л.:

"Так ведь о том, что на источнике лучше измерять не подачу-обратку-подпитку, а только подачу-подпитку, еще много лет назад писал А.Г. (имеется ввиду Лупей А.Г.) И такая схема реализована, например, в тепловодосчетчиках СВТУ-10М. Да, ее нет в Правилах... но в Правилах нет и множества других схем, которые есть в серийно выпускаемых теплосчетчиках и используются на практике."

Итоговое заключение Лупея А.Г.:

"Ну, а в целом Ю.А. Гужеля пишет всё правильно: везде, где это только возможно, надо стремиться к замене М1-М2 на непосредственное измерение подпитки Мп, а у потребителя – на измерение ГВС счетчиком Мгвс. Выигрыш в точности – в разы и десятки (сотни) раз. Но у потребителя это в большинстве случаев можно сделать, а на ТЭЦ – никогда. "

С наилучшими пожеланиями А. Данилов

[SMAN 1]

Итоговое заключение Лупея А.Г.:

"Ну, а в целом Ю.А. Гужеля пишет всё правильно: везде, где это только возможно, надо стремиться к замене М1-М2 на непосредственное измерение подпитки Мп, а у потребителя – на измерение ГВС счетчиком Мгвс. Выигрыш в точности – в разы и десятки (сотни) раз. Но у потребителя это в большинстве случаев можно сделать, а на ТЭЦ – никогда. "

Для ГРЭС, ТЭЦ и подавляющего большинства крупных котельных замечание верное...

Обычно подач и обраток от разных потребителей множество, а подпитка одна... и подается как-нибудь по хитрому в схему, что просто так не измерить...

Так что приходится создавать двухканальную схему где погрешность как-то мутно нормируется по ГОСТ Р 8.591-2002.

Потом пытаться описывать этот узел - как потребитея установленный на источнике... + Требования к минимальным/максимальным потерям у потребителя никем не оговариваются в договорах поставки. Такая вот грустная история...

А правила 95-го года - хотелось бы увидеть где-нибудь весь полный список коментариев к ним.

[SMAN 1]

Да и температура воды, идущей на подпитку, обычно берётся из рек (подо льдом). Поэтому её температура явно меньше 9 градусов, которые Вы используете как среднюю температуру. Зачем же брать её как среднюю за год? (Летом можно и не отапливать помещения )

У нас обычно зимой (пока водоемы подольдом)холодную воду принято считать +5 гр.С

А летом... тут как договоришься обычно те же +5... хотя бывало и +10 и +15...

Изменено 5 Апреля 2010 пользователем SMAN

[su215 658]

Юрий Александрович, конечно, прав относительно недостатков этого документа, хотя, действительно, об этом за 15 лет его существования написано и сказано немало. Тут уместно, может быть, напомнить о некоторых аспектах, скорее всего, забытых.

"Правила учёта тепловой энергии и теплоносителя" (Далее ПР95) были утверждены Минэнерго РФ как подзаконный акт в сентябре 1995 г. при подготовке к принятию Госдумой части 2 Гражданского кодекса РФ (был принят  в декабре 1995 г). Пр95 были предназначены для установления порядка учета тепловой энергии на источниках тепловой энергии и у потребителей.  По идее разработчиков, эти данные должны были использоваться теплоснабжающими организациями для подготовки финансовых счетов по оплате за тепловую энергию, то есть должны были реально влиять на коммерческие взаимоотношения теплоснабжающих организаций и потребителей.

Одно из основных требований ГК РФ - это ясность в определении, что является предметом купли-продажи при заключении Договора энергоснабжения. Согласно ГК РФ, статья 455, пункт 3 Условие договора купли-продажи о товаре считается согласованным, если договор позволяет определить наименование и количество товара, а статья 465 декларирует, что, если« договор купли-продажи не позволяет определить количество подлежащего передаче товара, договор не считается заключенным. Но согласно действовавшему тогда закону ФЗ-4871"Об обеспечении единства измерений", измерению подлежат лишь те физические величины, которые указаны в утвержденном Перечне физических величин. Как известно, термина "тепловая энергия" там нет, хотя бы потому, что такой энергии, строго говоря, не существует.

Какой-же товар должен участвовать в операциях купли-продажи при осуществлении сделок по поставкам "тепла"? Это первый вопрос, на который призваны были дать точный ответ ПР95.

Здесь ещё нужно вспомнить, что в начале 90-х  наш рынок был открыт для западных производителей, поэтому принимавшиеся тогда документы призваны были гармонизировать наше законодательство с западным. В частности, для согласования ПР95 с европейским законодательством по счётчикам тепловой энергии (heat meter), была попытка приравнять термин "тепловая энергия" и "теплота". Однако перед западными (в частности, западноевропейскими) специалистами не стоял и не стоит вопрос об измерениях тепловой энергии, передаваемой по одно-, двух и более трубным тепловым сетям с отбором теплоносителя из системы теплоснабжения. Поэтому в условиях, когда рабочее вещество (теплоноситель), используемое при производстве, передаче, распределении и потреблении тепловой энергии, не отбирается из системы, перевод на русский язык английского термина «heat» как тепловая « энергия», тепло, теплота вполне допустим. Другое дело российские системы теплоснабжения, в которых в большинстве случаев равенства расходов теплоносителя в подающих и обратных трубопроводах нет. У нас, и об этом тоже немало было сказано, в том числе и на форумах "Теплопункта", "АВОК" и т.п.,  приходится измерять и учитывать не только тепловую энергию, переданную через теплообменную поверхность без отбора теплоносителя, но и тепловую энергию, накопленную и содержащуюся в теплоносителе, который купил у теплоснабжающей организации потребитель и использовал для своих нужд. 

Это вкратце общие причины принятия ПР95 именно в такой редакции, с использованием трёхточечных систем. Более подробно расписывать не буду, потому что получится целая статья, а их уже написано немало. Да специалистам и так понятно.

[vsh 9]

Нельзя не сказать доброе слово Юрию Гужеле за сам факт анализа ситуации, тем более, что была приведене аргументация да еще и с расчетами. Наличие определенных недостатков в этих расчетах - дело нормальное, не ошибается, как известно, тот, кто ничего не делает. А у автора все открыто для критики и ход мыслей понятен.

Однако стоит ли ломать копья вокруг Правил и большой погрешности измерения при применении схемы измерения согласно формуле (1)в статье автора, когда проблема относительной погрешности измерения суммарной энегии и ее уменьшения до 0,5-0,7% практически во всем диапазоне относительных водоразбров легко решается применением дифференциально-интегрирующей системы. Очень много информации о дифференциально-интегрирующей системе приведено в двух темах на "Теплопункте":

1. "Дифференциальный метод измерения разности расходов"

2. "О погрешности тепловых измерений".

Для иллюстрации приведу график зависимости отностительной погрешности измерения суммарной энергии от относительного водоразбора для режима, указанного автором в исходной статье. Левая крайняя точка на графике соответствует водоразбору 0,25 т/час. При расчете принято, что разность температур измеряется измерительными преобразователями температуры с расширенной неопределенностью (+\-0,05+0,001dt град С).

[Guzhelya 1]

Guzhelya-vsh

В своём сообщении Вы написали, что «проблема относительной погрешности измерения суммарной энегии и ее уменьшения до 0,5-0,7% практически во всем диапазоне относительных водоразбров легко решается применением дифференциально-интегрирующей системы».

В этой связи, мне бы хотелось увидеть схему этой «дифференциально-интегрирущей системы» и формулу для расчёта тепловой энергии, соответствующую этой схеме. Я ознакомился с Вашими публикациями на указанных Вами сайтах, но схему и формулу расчёта там не нашёл.

С уважением, Ю. Гужеля

[Guzhelya 1]

Guzhelya – SU 215

В общем и целом Вы разъяснили условия принятия Правил 95. Как я понял, существенным фактором был дефицит времени.

Юридические моменты и сложности перевода термина «тепловая энергия», безусловно, интересны, но они, не имеют отношения к рассматриваемой теме, сравнения измерительных схем.

Однако на Вашем замечании о физической сущности тепловой энергии, которое также не имеет прямого отношения к рассматриваемой теме, я, всё же, хочу остановиться. Вы написали: «согласно действовавшему тогда закону ФЗ-4871"Об обеспечении единства измерений", измерению подлежат лишь те физические величины, которые указаны в утвержденном Перечне физических величин. Как известно, термина "тепловая энергия" там нет, хотя бы потому, что такой энергии, строго говоря, не существует»

Мне бы хотелось узнать: почему Вы считаете, что тепловой энергии, строго говоря, не существует? Думаю, что это не исключительно Ваше мнение, поэтому, наверное, правильней спросить: откуда пошло такое отношение к тепловой энергии?

Я, например, считал, что после определения Майером и Джоулем механического эквивалента теплоты (более чем 150 лет назад) и после формулировки первого закона термодинамики: ; (1) - вопрос о существовании тепловой энергии решён окончательно. Действительно, в формулу (1) величина подведенного тепла, dQ входит как равноправный член, наряду с величиной изменения внутренней энергией dU и величиной выполненной работы dL. Все три величины выражаются в одних и тех же единицах (Джоулях). Измерять теплоту и теплоёмкость тел в калорических единицах научились ещё раньше. Соотношение между калорическими и механическими единицами известно: 1 кал=4,1868 Дж.

Чего же ещё не хватает, чтобы считать теплоту одним из видов энергии?

С уважением, Ю. Гужеля

[su215 658]

Добрый вечер, Юрий Александрович!

Вы не совсем правильно поняли (или я не корректно изложил свою мысль). По моему мнению, не только дефицит времени был причиной принятия именно такой редакции ПР95, а именно неправильное использование терминологии послужило причиной выработки ошибочного, как мы считаем, решения. Дело не только в юридических и филологических трудностях. 

По поводу терминов "тепловая энергия" и "теплота". Теплоту нельзя считать одним из видов энергии, потому что любая энергия является функцией состояния системы. Это фундаментальное физическое понятие.

Иначе говоря, изменение энергии не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое.

Типичным примером функции состояния является внутренняя энергия W термодинамической системы, например, единицы массы газа. Это означает, что внутренняя энергия представляет собой однозначную функцию параметров газа, в частности, давления p и объёма V. Поэтому изменение внутренней энергии в каком-либо процессе не зависит от его характера, а определяется начальным и конечным состояниями газа. Математически это означает, что функция W(p,V) дифференцируема в заданном интервале изменения параметров p и V, и малое приращение внутренней энергии dW является её полным дифференциалом, определяемым частными приращениями от изменения каждого из параметров dp и dV.

Очевидно, что если процесс замкнут, то изменение внутренней энергии в нём, подсчитанное как интеграл по замкнутому контуру, будет равно нулю. Это означает, что извлечь внутреннюю энергию из газа в каком-либо замкнутом термодинамическом процессе над ним не представляется возможным. Это очень существенный момент, к нему мы вернёмся чуть позже.

В противоположность внутренней энергии, теплота в классической термодинамике является функцией процесса, а не состояния; т.е. элементарное количество тепла δQ, сообщаемого системе в процессе малого изменения её состояния, не является полным дифференциалом dQ. Иными словами, для перевода системы из одного состояния в другое с помощью различных термодинамических процессов ей нужно сообщать, вообще говоря, различные количества тепла. 

А теперь посмотрим, к чему привело отождествление этих понятий. На мой взгляд, наиболее наглядна в этом отношении статья А.И.Лисенкова "Измерение энергии в системах теплоснабжения". Заменив в своих выкладках замкнутый контур, как границы изменения параметров термодинамической системы, контуром гидравлическим (!), он, естественно приходит к выводу о тождественности теплоты и тепловой энергии и, что самое главное, получает теоретическую базу для практической организации систем учёта тепла в открытых системах теплоснабжения. 

Более того, на основании того, что у этих понятий одна и та же единица измерения, предлагает вообще разработать государственную поверочную схему средств измерений тепловой энергии.  А почему не кинетической, или не потенциальной?

То есть я хотел сказать в предыдущем сообщении, просто не стал писать развёрнуто, что в основе принятой практической схемы лежит неправильное теоретическое (точнее, терминологическое) обоснование. То, что термин вошёл в обиходный язык, ещё не означает его правильности с физической точки зрения. К тому же фундаментальные физические исследования, которые сейчас идут во всём мире, направлены вообще на минимизацию функций состояния, и ориентированы на поиск некоторой единой, обобщённой энергии систем. Но это, впрочем, уже не относится к обсуждаемой теме.

[Данилов А.А. 1 951]

наиболее наглядна в этом отношении статья А.И.Лисенкова "Измерение энергии в системах теплоснабжения"

Вот и она

А ещё была статья "О физической величине, измеряемой теплосчетчиками" Б.М. Беляева, А.И. Лисенкова, В.В. Разикова (только она почему-то в архивах Теплопункта сегодня недоступна - надо бы сообщить Анисимову Д.Л. )

[su215 658]

Вот и она

А ещё была статья "О физической величине, измеряемой теплосчетчиками" Б.М. Беляева, А.И. Лисенкова, В.В. Разикова (только она почему-то в архивах Теплопункта сегодня недоступна - надо бы сообщить Анисимову Д.Л.   )

Что интересно, в преамбуле к статье Лисенков обосновывает необходимость принятия термина "тепловая энергия" тем, что он широко используется в технической документации. (!) По этой логике можно, например, основываясь на широком использовании, ввести термин "откат", как свойство системы совершать работу. Кстати, (и смех и грех), недавно по ТВ какой-то крупный чиновник сказал, причём совершенно серьёзно, что "стройиндустрия на сегодняшний день, -  откатоёмкая область".  

[Дмитрий Анисимов 16]

А ещё была статья "О физической величине, измеряемой теплосчетчиками" Б.М. Беляева, А.И. Лисенкова, В.В. Разикова (только она почему-то в архивах Теплопункта сегодня недоступна - надо бы сообщить Анисимову Д.Л. )

Сообщили. Статья стала доступна - ВОТ ЗДЕСЬ.

[vsh 9]

Guzhelya-vsh

В своём сообщении Вы написали, что «проблема относительной погрешности измерения суммарной энегии и ее уменьшения до 0,5-0,7% практически во всем диапазоне относительных водоразбров легко решается применением дифференциально-интегрирующей системы».

В этой связи, мне бы хотелось увидеть схему этой «дифференциально-интегрирущей системы» и формулу для расчёта тепловой энергии, соответствующую этой схеме. Я ознакомился с Вашими публикациями на указанных Вами сайтах, но схему и формулу расчёта там не нашёл.

С уважением, Ю. Гужеля

Схема и принцип работы дифференциально-интегрирующей системы подробно изложены на упомянутом мной форуме, в частности в моих сообщениях от 31.12.2009 и далее. Формул для расчета энергии там действительно нет, приведены только конечные результаты в графическом виде. Если интересно, можно обсудить расчет погрешности по энергии, однако последовательность действий должна быть следующая (иначе будет непонятно, почему энергия измеряется хорошо во всем диапазоне водоразборов):

1. Понять принцип работы дифференциально-интегрирующей системы и в частности, почему в ней разность масс измеряется столь точно (точность по энергии - это следствие точного измерения разности масс);

2. Разобраться с погрешностью измерения энергии в классическом двухканальном теплосчетчике;

3. Разобраться с погрешностью измерения энергии в дифференциально-интегрирующей системе.

Конечную формулу привести не проблема, только без рассмотрения п.п. 1-3, удовлетворения не будет, а будут вопросы типа "а это откуда взялось?".

[Guzhelya 1]

Guzhelya – SU 215

Я внимательно ознакомился с Вашими пояснениями относительно терминов тепло и тепловая энергия. Ознакомился также, с помощью А.А. Данилова и Д.Л. Анисимова, со статьёй А.И. Лисенкова «Измерения энергии в системах теплоснабжения» и статьёй Б.М. Беляева, А.И. Лисенкова, В.В. Разикова «О физической величине измеряемой теплосчётчиками», где рассматриваются и вопросы терминологии и вопросы учёта тепла.

Вы, верно акцентируете внимание на том, что в Термодинамике энтальпия считается функцией состояния, а тепло не удостоено такого статуса. Но, несмотря на это, я не вижу причин, почему тепло нельзя называть тепловой энергией. Ведь в словосочетании «тепловая энергия» присутствует слово «тепловая» указывающее на особенности этого вида энергии. Очевидно, что более насущным вопросом является вопрос о правильности учёта тепла (тепловой энергии) и здесь, действительно, есть над чем подумать.

В Правилах 95, количество отпущенного потребителю тепла определяется через разность энтальпий. Но, очевидно, что есть альтернативный вариант определения количества отпущенного тепла – через разность внутренней энергии теплоносителя. Какой из этих двух вариантов расчёта следует выбрать? Да, очевидно, тот, который соответствует действительности.

По определению, энтальпия (h) представляет собой выражение:

h=u+P*v;

Где, u- внутренняя энергия системы (например 1 кг теплоносителя); Р – давление; v- удельный объём.

В дифференциальной форме выражение запишется в виде: dh=du+d(P*v); или dh=du+P*dv+v*dP; (1)

Где: P*dv – это работа расширения, выполняемая теплоносителем, при постоянном давлении;

v*dP – это работа, выполняемая теплоносителем при постоянном объёме.

Для начала рассмотрим закрытую систему теплоснабжения, без всяких утечек и подпиток. В этом случае, чисто интуитивно, можно сказать, что работа, выполненная теплоносителем, не может быть передана через стенку теплообменника. Через стенку может быть передана только внутренняя энергия du.

Если же мы более подробно проанализируем физический процесс, происходящий в системе теплоснабжения, то мы придём к выводу, что теплоноситель в закрытой системе с установившейся температурой вообще не выполняет работы. Там идёт лишь процесс передачи тепловой энергии от котельного контура к контуру отопления и от отопительного контура к потребителю, то есть идёт передача внутренней энергии, а не энтальпии.

Предвижу следующее возражение: как же так, ведь в любом циркуляционном контуре имеется существенный перепад давления (в несколько атмосфер)?

Да, это так, для того чтобы осуществить циркуляцию теплоносителя необходимо преодолеть гидравлическое сопротивление трубопроводов, для чего и приходится создавать перепад давления. Но этот перепад создаётся не самим теплоносителем, он создаётся циркуляционным насосом. Насосом же выполняется и работа по преодолению гидравлического сопротивления трубопроводов и циркуляции теплоносителя. Величина этой работы, на каждый кг теплоносителя, составляет:

v*dP; (2)

где, v – удельный объём теплоносителя;

dP - перепад давления на выходе и входе насоса

Очевидно, что работа, по обеспечению циркуляции теплоносителя на участке сети потребителя, будет (по абсолютной величине) равна третьему члену (в правой части) выражения энтальпии (1)

Следует подчеркнуть, что работа подводится к теплоносителю извне. Далее, в процессе преодоления сил трения, эта работа превращается в тепло и повышает температуру теплоносителя. Датчики температуры узла учёта тепловой энергии зафиксируют температуру теплоносителя на выходе из теплоисточника и в обратном трубопроводе, с учётом упомянутого повышения. Следовательно, тепло, отпущенное источником теплоты, следует определять по разности величин внутренней энергии в прямом и обратном трубопроводах.

Определение величины отпущенного тепла по разности энтальпий приводит к ошибке (к завышению величины отпущенного тепла). Величина этой ошибки существенна. Например, при перепаде давления 2 кгс/см2, ошибка составляет, приблизительно, 0,25 % от измеряемой величины. Эта ошибка методическая и поэтому она может, и должна, быть устранена.

Эта ошибка влечёт за собой также ошибку в калькуляции стоимости единицы отпущенного тепла. Как известно, в стоимость тепла включаются затраты на электроэнергию, затраченную при производстве этого тепла и, в частности, затраты на электроэнергию для обеспечения циркуляции теплоносителя. Но, мы уже выяснили, что работа по обеспечению циркуляции переходит в тепло, а работа эта выполняется насосами с электроприводом. То есть, электроэнергия, затраченная на циркуляцию, в конечном счёте, переходит в тепло и повышает температуру теплоносителя. Следовательно, встаёт вопрос о том, что при расчёте стоимости единицы отпущенного тепла, общую стоимость потреблённой электроэнергии следует уменьшать на величину стоимости тепла, полученного за счёт перехода электроэнергии в тепло. А иначе получается двойная бухгалтерия.

[Guzhelya 1]

Guzhelya – SU 215, продолжение сообщения от 19.04.10

Рассмотрим теперь процесс подпитки системы теплоснабжения.

Подпиточный насос совершает работу вталкивания над каждым килограммом подпитки, равную: v*dP. Стоимость электрической энергии, затрачиваемой на привод подпиточного насоса, учитывается при определении стоимости единицы тепла, поэтому величину этой энергии не надо учитывать при определении количества отпущенного тепла. Далее, в процессе смешивания и в теплообменнике происходит подогрев подпитки от температуры наружного воздуха до температуры теплоносителя. При этом подпиточная вода расширяется, и каждый её кг выполняет работу расширения, равную: P*dv. Эту работу надо учитывать при определении количества отпущенного тепла. То есть, количество тепла затраченного на подпитку системы определится как разность энтальпий теплоносителя и холодной воды, за вычетом работы вталкивания, выполняемой подпиточным насосом. Можно сказать и по-другому: количество тепла затраченного на подпитку системы определится как разность внутренних энергий теплоносителя и холодной воды плюс работа расширения при постоянном давлении, при нагревании подпитки от температуры холодной воды до температуры теплоносителя. Последняя формулировка более правильная, поскольку действительная величина тепловой энергии затраченной на подпитку ближе к разности внутренних энергий, чем к разности энтальпий.

Из этих соображений, формула для определения количества тепла, отданного потребителю, для закрытой системы теплоснабжения с подпиткой, при установке расходомеров на подаче и в линии подпитки, запишется в виде:

Q=G1 (u1-u2)+Gп (u2-uхв+P2*dv);

Где, G1 – расход теплоносителя (воды) на подаче;

Gп – расход подпиточной воды;

u1 – удельная внутренняя энергия теплоносителя на подаче;

u2 – удельная внутренняя энергия воды в обратном трубопроводе;

uхв – удельная внутренняя энергия холодной воды;

P2 – давление теплоносителя в обратном трубопроводе;

dv – приращение удельного объёма подпитки, при её нагревании от температуры холодной воды до температуры воды в обратном трубопроводе.

[Данилов А.А. 1 951]

Уважаемый Юрий Александрович!

Как я понял, именно эта статья увидит свет в "Главном метрологе", 2010, №2?

[Guzhelya 1]

Александр Александрович, спасибо за сообщение. Вы первый кто сообщил мне о намерениях редакции журнала.

Содержание статьи направленной мною в редакцию практически ничем не отличается от варианта размещённого на форуме, в прикреплённом файле. Это было сделано раньше, открытия темы на форуме, поэтому в той статье, во всех формулах фигурирует энтальпия, и последних поправок нет.

С уважением.

Ю. Гужеля

[Guzhelya 1]

Спасибо всем, кто принял участие в обсуждении данной темы. Поскольку новых сообщений нет, - тема, по-видимому, себя исчерпала. Остался, правда, до конца не раскрытый вопрос, лежащий на стыке теории и практики термодинамики, который лучше рассмотреть в специальной (новой) теме: «Энтальпия – функция состояния, - так ли это?»

Ю. Гужеля