Система учета тепловой энергии в мире и в РБ

Тепловая энергия – энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул веществ.

Тепловая энергия, получаемая чаще всего при сжигании различных видов топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, сушки, выпаривания и т.д.). [5, ст.9]

Потребление тепловой и электрической энергии происходит неравномерно в течение суток, недели, года. Это связано с особенностью работы промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных потребителей, электротранспорта.

Характер изменения потребления энергии удобно представлять в виде графиков тепловой и электрической нагрузок. Различают хронологические (календарные) графики и графики продолжительности нагрузки (рис.1).

Первый, с характерными максимумами и минимумами, отражает последовательность изменения нагрузки во времени. Второй показывает продолжительность времени, в течение которого имеются те или иные нагрузки. Например, минимальная нагрузка имеет место в течение всех 24 ч суток. Кроме суточных строят также недельные, месячные и годовые графики максимумов нагрузок.

Рисунок1. Суточные хронологический график (а) и график продолжительности (б) нагрузки

В зависимости от решаемых задач графики нагрузок могут характеризовать потребление энергии в энергетической системе в целом, отдельными потребителями в системе, отдельно на промышленном предприятии.

Изменение нагрузок может носить статический и динамический характер.

Статические нагрузки являются повторяющимися при неизменных составах потребителей и режимах потребления энергии.

Динамические нагрузки определяются изменением состава потребителей и режима потребляемой ими энергии.

Энергоустановки должны бесперебойно обеспечивать потребителей необходимым количеством энергии в соответствии с графиками нагрузки. Избыток электрической энергии можно передавать в сеть, в то время как теплоты должно производиться столько, сколько требуется потребителю. Иначе будут иметь место ее непроизводительные потери.

Наличие графиков нагрузки позволяет планировать оптимальную работу энергоустановок, которые имеют максимальный КПД на номинальном режиме. Это такой режим, который обеспечивает максимальную выработку энергии при минимальном потреблении первичной энергии в виде топлива.

Для того чтобы работа энергоустановок была эффективной, их разделяют по продолжительности работы на базовые, пиковые и полупиковые.

Базовые энергоустановки работают 6000-7000 ч в году, т. е. практически постоянно. Они обеспечивают при работе на номинальном режиме покрытие части графика нагрузки с минимальным потреблением энергии P_min.

Пиковые энергоустановки работают периодически до 2000 ч в год и запускаются для покрытия нагрузки в зоне между максимальной Р_maх и средней Р_ср нагрузками.

Полупиковые энергоустановки покрывают часть графика в области между Р_ср и P_min.

Комплексное применение базовых и пиковых энергоустановок, в том числе и в блочном исполнении, позволяет наиболее эффективно использовать первичную энергию топлива, так как они работают в оптимальном режиме покрытия нагрузок с максимальным КПД. [1, ст.48]

Расчетный анализ содержания тепловой энергии в приходной и расходной частях энергетического баланса может быть выполнен на основе следующих соотношений:

• содержание химической энергии, теплота фазовых превращений, Ткал,

Q_п = Мr*10^-6,

где М - расход материального потока за рассматриваемый промежуток времени (час, год), кг или м³; г - удельная химическая энергия, энергия фазовых превращений, ккал/кг или ккал/м³;

• теплосодержание материальных потоков, Гкал,

Q_M = Mc Т*10^-6,

где с - массовая или объемная удельная теплоемкость материального потокаМ, ккалДкгград)иликкал/(м³·град); Т - температура потока, °С;

• расход теплоты на отопление, Гкал,

Q_OT = q_oV(T_BH-T_oc)t*10^-6,

где q₀ - объемная отопительная характеристика объекта, ккал/(м²·ч·трад); V- внешний объем объекта, м³; Т_вн, T_oc - температуры внутри и вне объекта, °С; t - рассматриваемый промежуток времени, ч;

• расход тепла на вентиляцию, Гкал,

Q_b = q_BV(T_BH-T_oc)t*10^-6,

где q_B = mс_b (V_b/V); т - кратность воздухообмена, 1/ч; с_в -объемная удельная теплоемкость воздуха, ккал/(м³·град); V_b - вентилируемый объем, м³;

• потери теплоты с дымовыми газам, Гкал,

О_дг =V_дгс_дг Т_дг *10^-6 ,

где V_дг - выход дымовых газов на 1м³ газообразного или на 1 кг твердого топлива, м³ /м³ или м³ /кг; с_дг - объемная удельная теплоемкость дымовых газов, ккал/(м³ ·град); Т_дг - температура дымовых газов;

• тепловой эквивалент электрической энергии, Гкал,

Q = W*0,86*10^-6 ,

где W - подведенная (потребленная) за рассматриваемый промежуток времени (час, год) электрическая энергия, кВт. [1, ст.125]

На цели отопления и горячего водоснабжения в Республике Беларусь расходуется 40% от общего потребления топлива. Потенциал энергосбережения, по оценкам отечественных и зарубежных экспертов, в системах теплоснабжения республики составляет около 50%. Следовательно, за счет энергосберегающих мероприятий можно снизить потребление топлива на нужды теплоснабжения на 20% от общего потребления республикой. Именно поэтому одной из приоритетных задач действующей Государственной программы «Энергосбережение» для увеличения эффективности использования теплоты в системах отопления зданий необходимо внедрение системы регулирования отпуска тепла. Необходимость оперативного определения расхода теплоты и теплопотерь с особой остротой выявилась в последнее время в связи с требованием экономии топливно-энергетических ресурсов.

Измерительная система теплосчетчика «Квант» (рис.2) состоит из электромагнитного (индукционного) расходометра (ИР), платиновых терморезисторов - датчиков температуры прямого и обратного потоков и автоматического вычислительного прибора (АВП).

Рисунок 2. Измерительная система теплосчетчика "Квант":

ИР — электромагнитный расходомер, АВП — автоматический вычислительный прибор, М — магнит, Э — электроды, ИБ — измерительный блок, RK1, RK2 — тёрморезисторы [1, ст.125]

Подающий трубопровод расположен между полюсами электромагнита М, под действием которого ионы жидкости отдают заряды измерительным электродам Э, создавая ток, пропорциональный расходу V. Измерительный блок (ИБ) трансформирует сигнал о расходе и передает на АВП, куда также поступают сигналы от терморезисторов RK 1 и RK 2. АВП производит счетные операции с выходом на регистрирующий прибор (РП) и АСУ.

На рисунке 3 показан комплект приборов теплосчетчика НПТО «Термо». В состав комплекта входят: электромагнитный расходомер POCT-L; измерительный преобразователь ЭП-8006; термометры сопротивления КТСПР для измерения разности температур.

Теплосчетчик отличается высокой точностью измерения, отсутствием требований к прямолинейности участков трубопровода, отсутствием подвижных элементов в потоке. Комплект имеет цифровой шестиразрядный счетчик количества теплоты в гигаджоулях, цифровую индикацию расхода теплоносителя, аналоговые выходные сигналы постоянного тока, частотный выходной сигнал, температурный датчик для передачи данных в систему учета энергии ИЙСЭ.

На рисунке 4 показан комплект приборов теплосчетчиков ТЭМ-05М. В состав комплекта входят: измерительно-вычислительный блок (ИВБ); первичный преобразователь расхода электромагнитного типа (ППР); термопреобразо ватель сопротивления платиновый (ТСП); расходомер-счетчик РМС-05.05.

Рисунок.3. Комплект приборов теплосчетчика НПТО "Термо":

РОСТ-1 - электромагнитный расходомер, ЭП-8006 – измерительный преобразователь, КТСПР - термометры сопротивления КТСПР для измерения разности температур

Рисунок 4: Схема установки ТЭМ-05МЗ; [1, ст.127]

Теплосчетчики ТЭМ—05М предназначены для измерения, регистрации и коммерческого учета тепловых параметров в системах горячего водоснабжения, а также в закрытых и открытых системах теплоснабжения. Они применяются для работы на жилых, общественных и производственных зданиях самого широкого спектра: от офисов и коттеджей до промышленных предприятий, а также могут использоваться для автоматизированных систем учета, контроля и регулирования тепловой энергии.

Теплосчетчики имеют отличительные особенности и преимущества: отсутствие гидравлического сопротивления жидкости; возможность выбора типовой схемы установки; возможность выбора диапазона измерения расхода по месту монтажа самим потребителем; возможность объединения приборов в системы автоматизированного контроля и управления благодаря наличию у теплосчетчиков архива статистических данных о параметрах систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, стандартных последовательных интерфейсов RS 232С, RS 485, адаптеров переноса данных (АПД-01П, АПД-01С) и сервисного программного обеспечения.

Теплосчетчики ТЭМ—05М осуществляют автоматическое измерение: расхода теплоносителя в трубопроводах систем теплоснабжения и горячего водоснабжения; температуры теплоносителя в трубопроводах систем теплоснабжения или горячего водоснабжения и в трубопроводах холодного водоснабжения; избыточного давления теплоносителя в трубопроводах (при наличии датчиков давления с токовым выходом); времени наработки при поданном напряжении питания; времени работы в зоне ошибок и вычисление: разности температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах (трубопроводе холодного водоснабжения); потребляемой тепловой мощности; объема теплоносителя, прошедшего по трубопроводам; потребленное количество теплоты.

Система индивидуального расчета за тепло широко распространена в ряде европейских стран и оценивает расход теплоты индивидуальными потребителями, например радиаторами центрального отопления. Она состоит из так называемого распределителя тепла и радиаторного термостата. Распределитель тепла устанавливается на каждый радиатор в квартире и фиксирует количество тепла, отданного радиатором. Можно использовать испарительный распределитель тепла «Экземпер» или электронный — «Допримо».

В испарительном распределителе тепла тепло радиатора действует на специальную жидкость в измерительной ампуле, которая испаряется в зависимости от температуры и продолжительности действия тепла от радиатора. Чем горячее радиатор и чем дольше его тепло действует на ампулу, тем больше испаряется жидкости. Количество испарившейся жидкости показывает, сколько тепла использует данный радиатор.

Чтобы компенсировать дополнительное уменьшение жидкости, которое возникает, например, летом, когда на радиатор светит солнце, ампулы содержат определенный переизбыток жидкости, представляющий собой излишек для так холодного испарения.

Электронный распределитель тепла с помощью датчика регистрирует температуру радиатора аккуратнее, быстрее и точнее, чем жидкостной.

Микросхема внутри распределителя моментально подсчитывает, принимая во внимание малейшие температурные различия, величины, образовавшиеся из разницы между температурой датчика и закодированной температурой помещения 20 °С (системах одним датчиком). Она переводит данные в цифровые величины для считывания.

Распределитель с двумя датчиками, помимо температуры радиатора, измеряет также температуру окружающей среды и из этих данных рассчитывает количество отданного радиатором тепла.

Показания распределителя считываются с жидкокристаллического дисплея прибора.

Радиаторный термостат позволяет регулировать количество тепла, отдаваемого радиатором, но, в отличие от обычного вентиля, он автоматически поддерживает желаемую температуру, создавая комфортную тепловую обстановку и экономя тепло.

Термостат состоит из двух основных частей — клапана и термостатической головки. Клапан увеличивает или уменьшает подачу горячей воды в радиатор под воздействием поршня, положение которого регулируется термостатической головкой. Внутри нее расположен так называемый сильфон, заполненный специальным газом, изменяющим свой объем в зависимости от температуры воздуха около термостатической головки.

Выбор желаемой температуры производится поворотом головки в определенную позицию.

Термостаты позволяют задать оптимальный тепловой режим в помещениях, например, в детской — теплее, а в комнатах, которые долгое время не используются, можно установить минимальную температуру, не расходуя лишнее тепло. Уезжая на длительное время, также можно уменьшить температуру во всех помещениях, причем термостат не позволит температуре опустится до того значения, когда из-за сконденсировавшейся влаги могут быть повреждены мебель и оборудование.

Термостаты используют так называемое «бесплатное» тепло — тепло, выделяемое людьми, оборудованием и бытовой техникой, солнцем. Это тепло — источник дополнительной экономии средств, и, кроме того, применение термостата избавит от необходимости открывать зимой форточки для уменьшения температуры в помещениях, где слишком тепло, что значительно уменьшает риск простуды.[1, ст.130]

В Российской Федерации принят федеральный закон "Об энергосбережении".

Настоящий федеральный закон регулирует отношения, возникающие в процессе деятельности в области энергосбережения, в целях создания экономических и организационных условий для эффективного использования энергетических ресурсов.

Законодательство Российской Федерации об энергосбережении состоит из Федерального закона и принимаемых в соответствии с ним других федеральных законов, иных нормативных правовых актов Российской Федерации, а также законов и иных нормативных правовых актов субъектов Российской Федерации по вопросам энергосбережения, принимаемых в соответствии с договорами.

Объектом государственного регулирования в области энергосбережения являются отношения, возникающие в процессе деятельности, направленной на:

• эффективное использование энергетических ресурсов при их добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении;

• осуществление государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов;

• развитие добычи и производства альтернативных видов топлива, способных заменить энергетические ресурсы более дорогих и дефицитных видов;

• создание и использование энергоэффективных технологий, топливо-, энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, приборов для учета расхода энергетических ресурсов и для контроля за их использованием, систем автоматизированного управления энергопотреблением;

• обеспечение точности, достоверности и единства измерения в части учета отпускаемых и потребляемых энергетических ресурсов.

Энергосберегающая политика государства основана на следующих принципах:

• приоритета эффективного использования энергетических ресурсов;

• осуществления государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов;

• обязательности учета юридическими лицами производимых или расходуемых ими энергетических ресурсов, а также учета физическими лицами получаемых ими энергетических ресурсов;

• включения в государственные стандарты на оборудование, материалы и конструкции, транспортные средства показателей их энергоэффективности;

• сертификации топливо-, энергопотребляющего, энергосберегающего и диагностического оборудования, материалов, конструкций, транспортных средств, а также энергетических ресурсов;

• сочетания интересов потребителей, поставщиков и производителей энергетических ресурсов;

• заинтересованности юридических лиц — производителей и поставщиков энергетических ресурсов в эффективном использовании энергетических ресурсов. [5, ст.183]

В государственные стандарты на энергопотребляющую продукцию включаются показатели ее энергоэффективности в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

При добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении энергетических ресурсов показатели их эффективного использования, а также показатели расхода энергии на обогрев, вентиляцию, горячее водоснабжение и освещение зданий, иные показатели энергопотребления производственных процессов в установленном порядке включатся в соответствующую нормативно-техническую документацию.

Энергопотребляющая продукция любого назначения, а также энергетические ресурсы подлежат обязательной сертификации на соответствующие показатели энергоэффективности. Обязательная сертификация осуществляется в порядке, установленном законодательством Российской Федерации.

Соответствие производимого бытового оборудования требованиям, установленным государственными стандартами в части показателей энергопотребления, подтверждается путем обязательного маркирования указанного оборудования.

При добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении энергетических ресурсов, а также при их сертификации осуществляется обязательный государственный метрологический контроль и надзор в области энергосбережения.

Энергосберегающая политика государства осуществляется на основе реализации федеральных и межрегиональных программ в области энергосбережения путем:

• стимулирования производства и использования топливо- и энергосберегающего оборудования;

• организации учета расхода энергетических ресурсов, а также контроля за их расходом;

• осуществления государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов;

• проведения энергетических обследований организаций;

• проведения энергетической экспертизы проектной документации для строительства;

• реализации демонстрационных проектов высокой энергетической эффективности;

• реализации экономических, информационных, образовательных и других направлений деятельности в области энергосбережения.

В целях стимулирования эффективного использования энергетических ресурсов в порядке, определяемом правительством Российской Федерации, осуществляется установление сезонных цен на природный газ и сезонных тарифов на электрическую и тепловую энергию, а также внутрисуточных дифференцированных тарифов на электрическую энергию.

Информационное обеспечение энергосбережения осуществляется путем:

• обсуждения федеральных и межрегиональных программ в области энергосбережения;

• координации работ по подготовке демонстрационных проектов высокой энергетической эффективности;

• организации выставок энергоэффективного оборудования и технологий;

• предоставления потребителям энергетических ресурсов информации по вопросам энергосбережения;

• пропаганды эффективного использования энергетических ресурсов.

Международное сотрудничество Российской Федерации в области энергосбережения осуществляется в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Основными направлениями международного сотрудничества в области энергосбережения являются:

• взаимовыгодный обмен энергоэффективными технологиями с иностранными и международными организациями;

• участие Российской Федерации, российских организаций в международных проектах в области энергосбережения;

• согласование показателей энергоэффективности, предусмотренных государственными стандартами Российской Федерации, с требованиями международных стандартов, а также взаимное признание результатов сертификации. [5, ст.185]

Список использованных источников

1. Андрижиевский А.А. Энергосбережение и энергетический менеджмент: Учеб. пособие – 2-е изд., испр. – Мн.: Выш. шк., 2005. – 294с.

2. Барышев В., Трутаев В. Источник энергии - в ее экономии // Белор. думка. 1997.

3. Кравченя Э.М. и др. Охрана труда и основы энергосбережения: Учеб. пособие – Мн.: ТетраСистемс, 2004. – 288с.: ил.

4. Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М. В. Самойлов, В. В. Паневчик, А. Н. Ковалев. 2-е изд., стереотип. – Мн.: БГЭУ, 2002. – 198 с.

5. Самойлов М.В. Основы энергосбережения: Учеб. пособие, 3-е изд., стереотип. – Мн.: БГУ, 2004. – 198с.

6. Стандартизация энергопотребления - основа энергосбережения / П. П. Безруков, Е. В. Пашков, Ю. А. Церерин, М. Б. Плущевский //Стандарты и качество. 1993.