способ определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления и система отопления для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления, включающий определение расхода тепла потребителем за заданный промежуток времени и общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за тот же промежуток времени, отличающийся тем, что измеряют расход V теплоносителя потребителем за заданный промежуток времени; измеряют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе и вычисляют среднюю температуру Т_н теплоносителя за заданный промежуток времени; измеряют температуру воздуха в квартире потребителя и вычисляют среднюю температуру Т _в воздуха за заданный промежуток времени; и на основании полученных значений определяют расход тепла Q_nom потребителем за заданный промежуток времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход тепла Q_nom потребителем за заданный промежуток времени определяют путем суммирования расходов тепла Q_nom,i каждым отопительным прибором, имеющимся у потребителя.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расход тепла Q _nom,i отопительным прибором определяют путем решения уравнения



где k₁, k₂, k₃ - индивидуальные для каждого отопительного прибора безразмерные коэффициенты, определяемые в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде;

Т_н - средняя температура теплоносителя в подающем теплопроводе за заданный промежуток времени, К;

Т_в - средняя температура воздуха в квартире потребителя за заданный промежуток времени, К;

q_ну - номинальный тепловой поток данного отопительного прибора, определяемый в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, Вт;

G _ну - нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, кг/с;

Т_ну - нормированный температурный напор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, К;

С - удельная теплоемкость теплоносителя при температуре Т_н и давлении, равном давлению в подающем теплопроводе, Дж/(кг·К);

t - заданный промежуток времени, с;

V - расход теплоносителя через отопительный прибор за время t, м³;

- плотность теплоносителя при температуре Т_н , кг/м³.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход теплоносителя определяют посредством расходомера.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру теплоносителя в подающем трубопроводе и температуру воздуха в квартире каждого потребителя определяют посредством датчиков температуры.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее количество тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определяют посредством теплосчетчика.

7. Система отопления для осуществления способа по п.1, содержащая подающий и обратный теплопроводы, соединенные с тепловым пунктом, который через теплосчетчик связан с подающим и обратным стояками, несколько поэтажных веток, вход каждой из которых соединен с подающим стояком, а выход - с обратным стояком, причем в каждой из поэтажных веток установлены один или несколько отопительных приборов и средство для учета потребляемого тепла, отличающаяся тем, что средство для учета потребляемого тепла представляет собой расходомер, а в подающем теплопроводе и в отапливаемом помещении установлены датчики температуры.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что в по меньшей мере одной поэтажной ветке установлены несколько отопительных приборов.

9. Система по п.8, отличающаяся тем, что расходомер установлен на входе или на выходе поэтажной ветки.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что на входе поэтажной ветки установлен терморегулятор.

11. Система по п.7, отличающаяся тем, что расходомер установлен перед каждым отопительным прибором или после него.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что перед по меньшей мере одним отопительным прибором установлен терморегулятор.

13. Система по п.7, отличающаяся тем, что содержит вычислительный блок, связанный с датчиками температуры и расходомерами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в разветвленных локальных тепловых сетях при отоплении многоквартирных домов с двухтрубной системой отопления для определения доли потребленной тепловой энергии каждым отдельным потребителем, общее количество которой измеряется общим теплосчетчиком.

Известен способ локального контроля и учета теплопотребления по патенту RU 2105958, в котором термопреобразователями с различными относительными уровнями подаваемых сигналов измеряют разности температур теплоносителя на входе и выходе теплоисточников, а уровни подаваемых сигналов от термопреобразователей создают пропорциональными относительным номинальным тепловым мощностям соответствующих теплоисточников, обеспечивая получение результирующего уровня сигнала, пропорционального расходуемой тепловой энергии.

Для реализации этого способа в качестве датчиков используются термоэлектрические преобразователи сопротивления или термопары, при этом указанные датчики должны иметь уровни сигналов, пропорциональные тепловым мощностям теплоисточников. Для этого при использовании в качестве датчиков, например, термопар их количество должно быть пропорционально тепловой мощности каждого теплоисточника. Термопары соединены последовательно, суммарный сигнал подается на устанавливаемый у каждого потребителя один измерительный прибор - потенциометр для термоэлектрических датчиков или мост сопротивления для преобразователей сопротивления. Измерив с помощью теплового счетчика количество тепла, поступившее в локальную сеть, состоящую из нескольких индивидуальных потребителей, и определив долю каждого потребителя, можно вычислить величину оплаты потребителем услуг по теплоснабжению.

Однако при осуществлении данного способа требуется применение дорогостоящих цифровых автоматических измерителей напряжения или сопротивления с суммирующими во времени устройствами и нестираемой памятью. Кроме того, необходимо использование большого количества термопар для создания сигналов, пропорциональных мощностям теплоисточников, поскольку ЭДС термопар на один градус разности температур имеет дискретное значение, и для получения приемлемой точности обеспечения пропорциональности сигналов потребуется очень большое количество термопар (более сотни на каждый теплоисточник).

Известен также теплосчетчик для учета теплопотребления в локальных сетях по патенту RU 2257554, содержащий термопары, установленные на входе и выходе каждого теплоисточника, находящегося у индивидуального потребителя, и схему формирования сигнала, состоящую из термогенераторов, представляющих собой последовательное включение этих термопар и резистивных делителей напряжения, причем выходные напряжения термогенераторов соединены согласно-последовательно и подключены к входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен со счетчиком импульсов. С помощью этих теплосчетчиков определяют долю потребления тепловой энергии отдельным потребителем, в частности, при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления путем определения расхода тепла потребителем за заданный промежуток времени и общего количества тепла, потребленного всеми потребителями за тот же промежуток времени

Однако использование данных теплосчетчиков в системе отопления требует установку термопар на вход и выход отопительного прибора и наличия электропитания. При этом счетчик импульсов теплосчетчика должен иметь устройство долговременной памяти на случай временного отключения электропитания.

Задачей изобретения является разработка способа определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем и устройства для его осуществления, которые позволят повысить надежность средств учета потребляемого тепла, упростить их монтаж и снизить затраты.

Указанная задача решена за счет того, что в способе определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления, включающем определение расхода тепла потребителем за заданный промежуток времени и общее количества тепла, потребленного всеми потребителями за тот же промежуток времени, согласно

изобретению измеряют расход V теплоносителя потребителем за заданный промежуток времени; измеряют температуру теплоносителя в подающем трубопроводе и вычисляют среднюю температуру Т_н теплоносителя за заданный промежуток времени; измеряют температуру воздуха в квартире потребителя и вычисляют среднюю температуру Т_в воздуха за заданный промежуток времени и на основании полученных значений определяют расход тепла Q_nom потребителем за заданный промежуток времени.

Для определения расхода тепла Q_nom потребителем за заданный промежуток

времени суммируют расходы тепла Q_nom,i каждым отопительным прибором, имеющимся у потребителя.

Предпочтительно расход тепла Q_nom,i отопительным прибором определяют путем решения уравнения:

где k₁, k₂, k ₃ - индивидуальные для каждого отопительного прибора безразмерные коэффициенты, определяемые в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде;

Т_н - средняя температура теплоносителя в подающем теплопроводе за заданный промежуток времени. К;

Т_в - средняя температура воздуха в квартире потребителя за заданный промежуток времени, К;

q_ну - номинальный тепловой поток данного отопительного прибора,

определяемый в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, Вт;

G_ну - нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный

прибор в соответствии с методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, кг/с;

Т_ну - нормированный температурный напор в соответствии с методикой

определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде, К;

c - удельная теплоемкость теплоносителя при температуре Т _н и давлении, равном давлению в подающем теплопроводе, Дж/(кг·К);

t - заданный промежуток времени, с;

V - расход теплоносителя через отопительный прибор за время t, м³;

- плотность теплоносителя при температуре Т_н , кг/м³.

Предпочтительно расход теплоносителя определяют посредством расходомера.

Кроме того, температуру теплоносителя в подающем трубопроводе и температуру воздуха в квартире каждого потребителя определяют посредством датчиков температуры.

Преимущественно общее количества тепла, потребленного всеми потребителями за заданный промежуток времени, определяют посредством теплосчетчика.

Указанная выше задача решается также системой отопления, позволяющей осуществить указанный выше способ. В данной системе, содержащей подающий и обратный теплопроводы, соединенные с тепловым пунктом, который через теплосчетчик связан с подающим и обратным стояками, несколько поэтажных веток, вход каждой из которых соединен с подающим стояком, а выход - с обратным стояком, причем в каждой из поэтажных веток установлены один или несколько отопительных приборов и средство для учета потребляемого тепла, согласно изобретению средство для учета потребляемого тепла представляет собой расходомер, а в подающем теплопроводе и в отапливаемом помещении установлены датчики температуры.

При этом в по меньшей мере одной поэтажной ветке может быть установлено несколько отопительных приборов.

Расходомер может быть установлен на входе или на выходе поэтажной ветки. При этом на входе поэтажной ветки может быть установлен терморегулятор.

Расходомер также может быть установлен перед каждым отопительным прибором или после него. При этом перед по меньшей мере одним отопительным прибором может быть установлен терморегулятор.

Преимущественно система содержит вычислительный блок, связанный с датчиками температуры и расходомерами.

Измерение расхода теплоносителя для учета потребления тепловой энергии позволяет в качестве квартирных приборов использовать счетчики расхода жидкости, в особенности механические, у которых отсутствует потребность в электропитании. Такие счетчики обладают высокой надежностью, длительным сроком службы при невысокой стоимости. Кроме того, они просты в эксплуатации и не требуют сложного монтажа.

На чертеже изображена система, реализующая способ определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем при отоплении многоквартирного дома с двухтрубной системой отопления.

Система содержит подающий и обратный теплопроводы 1 и 2 соответственно, сообщенные с индивидуальным тепловым пунктом 3. Тепловой пункт 3 соединен с подающим теплопроводом 4 и обратным теплопроводом 5 системы отопления, на которых установлен прибор учета подаваемой для отопления дома тепловой энергии - теплосчетчик 6. Индивидуальный тепловой пункт 3 поддерживает в подающем теплопроводе 4 постоянную температуру теплоносителя. К подающему теплопроводу 4 присоединен вертикальный подающий теплопровод 7.

Теплопровод 7 соединен с поэтажной горизонтальной двухтрубной веткой 8. К ветке 8 присоединены отопительные приборы 9 или группа последовательно соединенных («на связке») отопительных приборов 9 (не показана). К каждой горизонтальной поэтажной ветке 8 и обратному теплопроводу 5 системы отопления присоединен обратный теплопровод 10.

В ветке 8 или перед отопительным прибором 9 могут быть установлены терморегуляторы 11, которые перекрывают доступ теплоносителя к отопительным приборам 9, если температура воздуха в квартире достигла заданной величины, и открывают доступ, если температура упала. Терморегуляторы 11 могут быть установлены на входе в ветку 8 (верхняя и средняя ветки 8) или перед каждым отопительным прибором 9 (нижняя ветка 8). Последовательно с терморегуляторами 11 устанавливаются также приборы 12 учета расхода теплоносителя (счетчики расхода жидкости). Приборы 12 учета расхода теплоносителя могут устанавливаться как по одному на каждую ветку (верхняя и средняя ветки 8), так и последовательно с каждым отопительным прибором 9 (нижняя ветка 8). При этом приборы 12 учета расхода теплоносителя могут устанавливаться как перед отопительными приборами 9 по ходу теплоносителя, так и после них (не показано).

В отапливаемых помещениях (квартирах) установлены датчики 13 температуры воздуха. Кроме того, датчик температуры установлен также в подающем теплопроводе 4 (не показан).

Для определения доли потребления тепловой энергии отдельным потребителем за заданный промежуток времени с приборов 12 учета расхода V теплоносителя снимаются показания расхода теплоносителя за заданный промежуток времени t (т.е. разность между текущим и предыдущим показаниями счетчика расхода жидкости), а также на основании показания датчиков 13 температуры воздуха определяется средняя температура Т _в воздуха в квартире потребителя за заданный промежуток времени.

После этого определяется расход тепла Q_nom,i i-м отопительным прибором путем решения уравнения:

В этом уравнении величина Т_н , представляющая собой среднюю температуру теплоносителя в подающем теплопроводе 4, определяется на основании установленного заданного промежутка времени t.

Указанные в формуле параметры с и представляют собой соответственно удельную теплоемкость теплоносителя при температуре Т_н и давлении, равном давлению в подающем теплопроводе, и плотность теплоносителя при температуре Т_н.

Безразмерные коэффициенты k₁, k₂ и k₃, индивидуальные для каждого отопительного прибора, а также параметры: номинальный тепловой поток данного отопительного прибора G_ну, нормированный массовый расход теплоносителя через отопительный прибор G_ну и нормированный температурный напор Т_ну отопительного прибора, определяются предварительно. В соответствии с ГОСТ 313112005 отопительные приборы проходят паспортные испытания, по результатам которых устанавливают номинальные показатели отопительного прибора, подлежащие включению в конструкторскую документацию и другие документы. Испытания проводятся в соответствии с «Методикой определения номинального теплового потока отопительных приборов при теплоносителе воде», Г.А.Бершидский, В.И.Сасин, В.А.Сотченко, М., НИИ сантехники, 1984, и установленные в результате испытаний показатели включаются в конструкторскую документацию к каждой модели отопительного прибора.

Определение доли D_j потребления тепловой энергии отдельным j-м потребителем теплоэнергии производится в соответствии с формулой:

где - расход тепла j-м потребителем, определяемый как сумма потребленной

теплоты всеми отопительными приборами в квартире потребителя за время t;

N - количество потребителей, для которых определен расход тепла.

Рассчитанная таким образом доля потребления тепловой энергии отдельным потребителем теплоэнергии в дальнейшем используется для расчета оплаты за отопление для каждой квартиры.

Стоимость теплоэнергии для каждого j-го потребителя за равный промежуток времени будет равна:

C_j=С_общ×D_j,

где C_j - стоимость тепловой энергии для j-го потребителя;

С_общ - общая стоимость потребленной тепловой энергии всеми потребителями, для которых определен расход тепла.

При этом каждый собственник квартиры оплачивает фактически потребленную тепловую энергию, а наличие в квартире терморегулятора позволяет ему управлять потреблением тепловой энергии, что является стимулом для сбережения тепловой энергии.

Использование в качестве квартирных приборов учета тепловой энергии счетчиков расхода жидкости, в особенности механических, у которых отсутствует потребность в электропитании, значительно повышает надежность таких приборов, их срок службы, упрощает их монтаж и эксплуатацию, снижает их стоимость. Кроме того, счетчики расхода жидкости могут быть оснащены импульсными электронными выходами (также не требующими электропитания), связанными с вычислительным блоком, что позволит легко реализовать дистанционный съем информации и ее обработку в режиме реального времени.