Теплосчетчик бытовой "теплоучет-2"

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для высокоточного коммерческого учета количества потребленной тепловой энергии на нагревательных приборах теплоснабжения внутридомовых инженерных систем отопления, в т.ч. в домах, имеющих вертикальную разводку в условиях круглосуточной эксплуатации. Сущность полезной модели заключается в том, что теплосчетчик бытовой, содержащий тепловычислитель, заключенный в пластмассовый корпус, с целью усовершенствования устройства при сохранении невысокой себестоимости, защиты прибора от внешних воздействий и манипуляций, а также обеспечения возможности использования прибора в «отдельно взятой квартире», независимо от остальных жильцов многоквартирного дома, оснащается тремя датчиками температуры NTC-0,2 33К с погрешностью измерений не более ±0,1°С, откалиброванными в заводских условиях, при этом один датчик температуры заключен в корпусе тепловычислителя и предназначен для измерения температуры воздуха в помещении, а два других датчика температуры соединены с тепловычислителем посредством энергосберегающих сигнальных проводов, предназначены для измерения температуры с поверхности «подающего» и «обратного» трубопроводов отопительного прибора и являются односторонне вогнутыми под диаметр трубопровода датчиками накладного типа; при этом фиксация датчиков температуры с трубопроводом обеспечивается жестким пластиковым корпусом с термоизоляцией, который скрепляется замками-защелками, либо винтами и пломбируется для защиты от внешних воздействий; при этом из устройства исключается расходомер теплоносителя; при этом устройство оснащено IRDA-интерфейсом для оптического считывания информации и конфигурации прибора, а также 8-разрядным ЖКИ-дисплеем для отображения данных; при этом сбор и хранение данных обеспечивает блок памяти 1 EEPROM; при этом конфигурация прибора осуществляется на месте монтажа теплосчетчика с помощью компьютера с предустановленным специальным программным обеспечением и оптической головки для подключения тепловычислителя к компьютеру посредством IRDA-интерфейса; при этом тепловычислитель определяет потребленное количество тепловой энергии, используя внесенные при конфигурации теплотехнические характеристики отопительного прибора и измерения температурных датчиков, по формуле:

P_Ges.=(P _HK+P_Rohr)

где:

T_V - температура подающего трубопровода [°С]

T_R - температура обратного трубопровода [°С]

Т_Luft - температура воздуха в помещении [°С]

P_Ges - суммарная потребленная мощность [W]

P_НК - тепловая мощность отопительного прибора [W]

P_Rohr - тепловая мощность трубопроводов [W]

Р_Norm - нормированная тепловая мощность отопительного прибора [W]

49,83 - средняя логарифмическая температура при нормированных условиях нормированные условия = 75|65|20 [°С]

75 = температура подачи T_V

65 = температура обратки, T_R

20 = температура воздуха помещения T_Luft

С = коэффициент теплопередачи

А = площадь поверхности трубопроводов [m ²]

n = экспонент кривой мощности различных типов отопительных приборов, по данным производителя

Суммарный расход энергии составляет:

где:

t - время измерения

n - число измерений.

7 н.п. ф-лы; 2 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для высокоточного коммерческого учета количества потребленной тепловой энергии на нагревательных приборах теплоснабжения внутридомовых инженерных систем отопления, в т.ч. в домах, имеющих вертикальную разводку в условиях круглосуточной эксплуатации.

Известен теплосчетчик, содержащий тепловычислитель - главный компонент счетчика, обслуживаемый двумя датчиками температуры (термометрами сопротивления) и первичным преобразователем (расходомером). Тепловычислитель ведет все расчеты по расходу тепла и имеет возможность передавать их на расстояние, например, на центральный учетный пункт.Датчики определяют разницу температур на входе и выходе в отопительный контур, а первичный преобразователь измеряет расход теплоносителя. Расчет потребляемого тепла Q производится по формуле: Q=G (h₁-h₂ ), где G - расход теплоносителя: (h₁-h₂ ) - разность энтальпий воды в подающем и обратном трубопроводах (см., например, статью «Учет тепла. Приборы и их применение», журнал «Аква-терм», ноябрь 2002 г.) [1].

Данное известное устройство [1] обладает не высокой точностью измерений в силу использования в его конструкции устаревшей элементной базы. Монтаж известного устройства [1] является дорогостоящей и сложной процедурой в связи с необходимостью «врезки» в трубопровод датчиков температуры и первичного преобразователя (расходомера). При этом точность измерений известного устройства [1] попадает в зависимость от качества теплоносителя. Так, наличие в теплоносителе различных механических примесей требует установки дополнительных фильтров и грязевиков; наличие в воде растворенного железа может привести к существенному увеличению погрешности измерения, а при наличии в воде мазута прибор и вовсе может выйти из строя, так как его функциональные элементы напрямую контактируют с теплоносителем.

Кроме того, врезанные в существующую систему отопления датчики температуры и первичный преобразователь (расходомер) способны изменить гидравлические характеристики системы, что, в свою очередь, может привести к разбалансировке системы отопления здания в целом.

Кроме того, известен ультразвуковой теплосчетчик с накладными датчиками DMTF-B-H, производства компании «DYNAMETERS» (КНР), содержащий тепловычислитель, комплект накладных ультразвуковых датчиков, комплект накладных термодатчиков РТ100 (или РТ1000) и быстроразъемные хомуты из нержавеющей стали, который позволяет одновременно рассчитывать и массовый и тепловой расход жидкости (см., например, информацию в сети Интернет по адресу: http://www.dynameters.ru/dmhf.htm) [2].

Известное устройство [2] лишено многих недостатков известного теплосчетчика [1], так как его монтаж производится за считанные минуты, без «врезки» в трубопровод, в конструкции используется современная элементная база, а точность измерений не зависит от качества теплоносителя. Однако, известное устройство [2] может быть использовано только в качестве общедомового счетчика в многоквартирном доме или же на промышленных объектах, но неприменимо для учета тепла в отдельных квартирах жилых домов и в индивидуальных жилых домах, так как является крайне дорогостоящим оборудованием и его использование для отдельной квартиры или для частного дома экономически нецелесообразно.

Еще один недостаток известного устройства [2] - недостаточная термоизоляция накладных датчиков с помощью силиконового геля и хомутов из нержавейки, что способно привести к дополнительным погрешностям в расчетах прибора.

Также широко известны радиаторные распределители тепловой энергии (пропорционаторы), принцип действия которых заключается в регистрации средней температуры поверхности отопительного прибора и температуры воздуха в помещении, нахождении разности этих температур и интегрирования ее по времени. Регистрация средней температуры поверхности радиатора или конвектора обеспечивается установкой распределителя в строго определенной точке поверхности. Поправка на размеры и мощность радиатора, а также на контакт датчиков температуры с поверхностью радиатора и воздухом в комнате вносится за счет умножения показаний прибора на радиаторный коэффициент. В результате таких измерений для каждого помещения в доме фиксируется некая величина в условных единицах, которая пропорциональна фактическому потреблению тепла в данном помещении. Затем вся сумма затрат на тепло, потребленное данным жилым объектом, распределяется между жильцами пропорционально условным единицам потребления в их квартирах. Общая сумма затрат на тепло определяется в этой системе с помощью общедомового теплосчетчика (см., например, статью «Поквартирный учет и регулирование тепла: обзор существующего оборудования и способов учета», журнал «Энергосбережение», 2003 г. 2) [3].

Известные устройства [3], также, как и известное устройство [2], лишены недостатков известного теплосчетчика [1], так как их монтаж производится без «врезки» в трубопровод, в конструкции используется современная элементная база, а точность измерений не зависит от качества теплоносителя. При этом известные устройства [3] успешно могут применяться для поквартирного учета тепла, так как их стоимость доступна для большинства потребителей, однако, известные устройства [3] невозможно установить в отдельно взятой квартире -данные приборы являются частью системы, которая может быть установлена только на весь дом в целом. Кроме того, радиаторные распределители тепловой энергии [3] в силу своих конструктивных особенностей не регистрируют тепло отопительных «стояков» в квартире, а жильцы не видят количества, потребленного ими тепла непосредственно на экране прибора [3] - эту величину можно узнать только из распечатки счета, которая приходит жильцу после снятия показаний и перерасчета оплат. Также в известных устройствах [3] не продумана система защиты температурных датчиков от внешних воздействий.

Радиаторные распределители тепловой энергии (пропорционаторы) [3] являются ближайшими аналогами предлагаемого устройства.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в усовершенствовании устройства при сохранении невысокой себестоимости, в защите прибора от внешних воздействий и манипуляций, а также в обеспечении возможности использования прибора в «отдельно взятой квартире», независимо от остальных жильцов многоквартирного дома.

Техническим результатом от использования предложенной полезной модели является усовершенствование устройства при сохранении невысокой себестоимости, защита прибора от внешних воздействий и манипуляций, а также обеспечение возможности использования прибора в «отдельно взятой квартире», независимо от остальных жильцов многоквартирного дома.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что теплосчетчик бытовой, содержащий тепловычислитель, заключенный в пластмассовый корпус, согласно предложению, оснащается тремя датчиками температуры NTC-0,2 33K с погрешностью измерений не более ±0,1°С, откалиброванными в заводских условиях, при этом один датчик температуры заключен в корпусе тепловычислителя и предназначен для измерения температуры воздуха в помещении, а два других датчика температуры предназначены для измерения температуры с поверхности «подающего» и «обратного» трубопроводов отопительного прибора, являются односторонне вогнутыми под диаметр трубопровода датчиками накладного типа, соединены с тепловычислителем посредством энергосберегающих сигнальных проводов и зафиксированы на трубопроводе жестким пластиковым корпусом с термоизоляцией, который скрепляется замками-защелками, либо винтами и пломбируется для защиты от внешних воздействий, а тепловычислитель обрабатывает данные, поступающие от всех трех температурных датчиков в режиме реального времени и определяет потребленное количество тепловой энергии по формуле:

P_Ges.=(P_HK+P_Rohr)

где:

T_V - температура подающего трубопровода [°С]

T_R - температура обратного трубопровода [°С]

T_Luft - температура воздуха в помещении [°С]

P_Ges - суммарная потребленная мощность [W]

P_HK - тепловая мощность отопительного прибора [W]

P_Rohr - тепловая мощность трубопроводов [W]

P_Norm - нормированная тепловая мощность отопительного прибора[W]

49,83 - средняя логарифмическая температура при

нормированных

условиях

нормированные условия = 75|65|20 [°С]

75 = температура подачи T_V

65 = температура обратки, T_R

20 = температура воздуха помещения T_Luft

С = коэффициент теплопередачи

А = площадь поверхности трубопроводов [m ²]

n = экспонент кривой мощности различных типов отопительных приборов, по данным производителя

Суммарный расход энергии составляет:

где:

t - время измерения

n - число измерений.

При этом устройство оснащено IRDA-интерфейсом для оптического считывания информации и конфигурации прибора на месте монтажа теплосчетчика с помощью компьютера с предустановленным специальным программным обеспечением и оптической головки, а также 8-разрядным ЖКИ-дисплеем для отображения данных; при этом сбор и хранение данных обеспечивает блок памяти 1 EEPROM.

Заявителем не обнаружены источники информации, содержащие одинаковую совокупность существенных признаков, указанных в формуле полезной модели, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "новизна".

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 - представлена принципиальная схема теплосчетчика бытового; на фиг.2 - представлена схема монтажа датчика температуры на трубопроводе.

Теплосчетчик бытовой содержит пластмассовый корпус (1), тепловычислитель (2), 8-разрядный ЖКИ-дисплей (3), блок памяти 1 EEPROM (4), IRDA-интерфейс (5), три датчика температуры NTC-0,2 33K (6; 7; 8), энергосберегающие сигнальные провода (9), жесткий пластиковый корпус с термоизоляцией (10), блок питания (11).

Теплосчетчик бытовой работает следующим образом.

Посредством IRDA-интерфейса (5) на месте монтажа теплосчетчика специалистом-монтажником осуществляется конфигурация тепловычислителя (2) на программном уровне. При этом устанавливается номинальная мощность батареи P_Norm по каталогу производителя и значение кривой экспоненты n. Мощность отопительного прибора может быть разной для одного и того же отопительного прибора в зависимости от нормированных температур при ее испытании. Для этого в программе предусмотрена установка различных нормированных температур. Установка производится нажатием кнопки «средняя логарифмическая температура при нормированных условиях». Данные берутся из справочников или технической документации на отопительный прибор. В зависимости от места установки датчиков температуры вносится длина и диаметр «подающего» и «обратного» трубопроводов, при этом программа автоматически производит расчет площади теплоотдачи трубопровода. Результат заносится в окно «Площадь поверхности трубы». В окно «Теплопроводность трубы» заносится значение коэффициента теплопередачи трубы в зависимости от материала из которого она изготовлена (например, для пары сталь-воздух - 13 Вт/м² К). Также устанавливаются пограничные режимы работы теплосчетчика, вносится минимальная величина разности температур между «подающим» и «обратным» трубопроводами при которой прибор начинает считать потребление тепла; вносится минимальная величина разности температур между «подающим» трубопроводом и температурой воздуха в помещении; заносится максимальная температура помещения которая будет учитываться для расчета потребления тепловой энергии, а при ее превышении, расчет потребления будет производится как при температуре воздуха в помещении 20°С (это является защитой от манипулирования с датчиком температуры помещения).

После внесения всех необходимых параметров в окне программы, они отправляются на тепловычислитель, при этом оптическая головка устанавливается на прибор над оптическим интерфейсом, интерфейс автоматически активируется и данные передаются на тепловычислитель. При этом наблюдается бегущая полоса которая визуализирует процесс передачи. Имеется возможность через одну минуту проконтролировать установки прибора путем считывания. После завершения конфигурации, корпус тепловычислителя пломбируется и теплосчетчик вводится в эксплуатацию.

Данные со всех трех датчиков температуры МТС-0,2 33К / «Negative Temperature Coefficient», т.е. «Терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом» (см., например, «Словарь радиокомпонентов», опубликованный в Сети Интернет по адресу: httD://fi-com.ru/elexikon/ntc.htm/ (6; 7; 8) синхронно поступают посредством энергосберегающих сигнальных проводов (9) на тепловычислитель (2), который производит моментальный расчет потребленной тепловой энергии по заданной формуле и отображает результат в режиме реального времени на 8-разрядном ЖКИ-дисплее (3), при этом данные регистрируются в блоке памяти 1 EEPROM (4). Длительный период беспрерывной работы устройства обеспечивает блок питания (11), работающий от литиевых батарей типа ½ АА.

Использование предложенной полезной модели позволит производить более точный учет количества потребляемой тепловой энергии, чем указанные в разделе «Уровень техники» аналоги, в т.ч. в домах, имеющих вертикальную разводку в условиях круглосуточной эксплуатации. При этом повышение точности измерений достигается за счет односторонней вогнутости датчиков температуры, что позволяет достичь максимального контакта с трубопроводом, кроме того - за счет надежной защиты датчиков температуры от внешних воздействий с помощью опломбированного жесткого пластикового корпуса с термоизоляцией, скрепленного замками-защелками, либо винтами, а также за счет того, что расчет производится по специальной формуле, позволяющей получить на выходе максимально точные результаты.

При этом предлагаемое конструктивно-техническое решение позволяет производить высокоточный учет количества тепла в «отдельно взятой квартире», так как тепловычислитель производит расчет данных без учета показаний «общедомового» счетчика, только на основе заложенных при конфигурации тепловычислителя данных и переменных, поступающих от взаимодействующих с тепловычислителем датчиков температуры.

1. Теплосчетчик бытовой, содержащий тепловычислитель, заключенный в пластмассовый корпус, отличающийся тем, что оснащается тремя датчиками температуры NTC-0,2 33K с погрешностью измерений не более ±0,1°С, откалиброванными в заводских условиях, при этом один датчик температуры заключен в корпусе тепловычислителя и предназначен для измерения температуры воздуха в помещении, а два других датчика температуры предназначены для измерения температуры с поверхности «подающего» и «обратного» трубопроводов отопительного прибора, являются односторонне вогнутыми под диаметр трубопровода датчиками накладного типа, соединены с тепловычислителем посредством энергосберегающих сигнальных проводов и зафиксированы на трубопроводе жестким пластиковым корпусом с термоизоляцией, который скрепляется замками-защелками либо винтами и пломбируется для защиты от внешних воздействий, а тепловычислитель обрабатывает данные, поступающие от всех трех температурных датчиков в режиме реального времени и определяет потребленное количество тепловой энергии по формуле

P _Ges.=(P_HK+P_Rohr)

где T_V - температура подающего трубопровода [°С];

T_R - температура обратного трубопровода [°С];

T_Luft - температура воздуха в помещении [°С];

P_Ges - суммарная потребленная мощность [W];

P_HK - тепловая мощность отопительного прибора [W];

P_Rohr - тепловая мощность трубопроводов [W];

P_Norm - нормированная тепловая мощность отопительного прибора [W];

49,83 - средняя логарифмическая температура при нормированных условиях;

нормированные условия = 75|65|20 [°С];

75 = температура подачи T_V ;

65 = температура обратки, T_R;

20 = температура воздуха помещения T_Luft;

C = коэффициент теплопередачи ;

A = площадь поверхности трубопроводов [m² ];

n = экспонент кривой мощности различных типов отопительных приборов, по данным производителя суммарный расход энергии составляет

где t - время измерения;

n - число измерений.

2. Теплосчетчик бытовой по п.1, отличающийся тем, что устройство оснащено IRDA-интерфейсом для оптического считывания информации и конфигурации прибора на месте монтажа теплосчетчика с помощью компьютера с предустановленным специальным программным обеспечением и оптической головки, а также 8-разрядным ЖКИ-дисплеем для отображения данных.

3. Теплосчетчик бытовой по п.1, отличающийся тем, что сбор и хранение данных обеспечивает блок памяти 1 EEPROM.