КВАРТИРНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТЕПЛОЭНЕРГИИ И РЕГИСТРАТОР ВВОДА ДЛЯ ПОКВАРТИРНОГО УЧЕТА ТЕПЛОЭНЕРГИИ Российский патент 2020 года по МПК G06F11/00 G01K17/00 

В настоящее время в РФ существует парадоксальная ситуация с учетом тепла в ЖКХ - приборы давно есть, а поквартирного учета тепловой энергии нет.

«Камень преткновения» - стояковая разводка по отопительным приборам ОП в комнатах, кухне, ванной и, как результат, от трех и более вводов в квартиру в подавляющем большинстве жилого фонда. Реконструкция этих сетей не реальна, а теплосчетчик-комплекс приборов не дешевый.

Предлагаемые микропроцессорные МП устройства относятся к средствам измерения, в частности для распределения и учета тепловой энергии и могут быть использованы в системах поквартирного учета в ЖКХ для расчетов за использованную теплоэнергию независимо от числа стояков в квартире.

Известно устройство для распределения стоимости теплоэнергии, электронное (распределитель), которое устанавливается на каждом ОП квартиры. Это современное МП устройство (фирм «Raab Karcher», «Techem», Германия; «Bruntata», Дания) с жидкокристаллическим дисплеем, одним или двумя датчиками температуры, определяющее количество тепла, отданное ОП в условных единицах (у.е.). Каждый распределитель в здании считывается один раз в год, а потребление тепла каждой квартирой рассчитывается сервисной службой на основании ее долевого участия в общем количестве потребленного жильцами тепла. [1]

Недостатком данного устройства является визуальный ежегодный отчет и отсутствие автоматического поквартирного учета теплоэнергии.

В качестве прототипа квартирного распределителя теплоэнергии принят распределитель электронный doprimo фирмы «ISTA», по технической документации фирмы «Raab Karcher», Германия, в котором считываемые величины появляются на устойчивом к температуре дисплее. В электронном распределителе использован микропроцессор нового поколения, который определяет разницу температур и по ней вычисляет количество теплоэнергии отданное ОП в у.е. Распределитель применяется для различных ОП. Этот прибор с одним датчиком, объединенным в одном корпусе с многофункциональным микропроцессором, регистрирует температуру на поверхности ОП и преобразует результаты измерений в однозначные данные для считывания или передачи радиосигнала. В распределителе с двумя датчиками, кроме поверхностной температуры ОП, измеряется температура воздуха в помещении. Этот датчик может выноситься на расстояние в 1 м от корпуса прибора. Питание прибора осуществляется от сменных батареек, рассчитанных на 10 лет эксплуатации.

В качестве прототипа микропроцессорного устройства регистрации ввода МУР.В принят концентратор данных этой же фирмы, который принимает данные от распределителей doprimo, оснащенных радиопередатчиками и систематически передающих свои данные, и может разными путями передавать их для дальнейшей обработки. [2]

Применение данных устройств не обеспечивает автоматического поквартирного учета теплоэнергии.

Техническим результатом применения заявленных МП устройств является возможность получить автоматическую систему поквартирного учета теплоэнергии за счет выполнения ежесуточного и ежемесячного автоматического распределения и регистрации теплоэнергии, учтенной общим узлом учета ввода, по квартирам, не зависимо от числа стояков в них, на основе долевого потребления в у.е. и цены в у.е.

Указанный технический результат достигается тем, что:

- в квартирном распределителе теплоэнергии, состоящем из датчика температуры на каждом отопительном приборе квартиры и линии связи с микропроцессорным устройством распределения квартирным МУР.К, последнее выполнено многофункциональным и многоканальным, преобразующим сигналы датчиков в значения температуры и вычисляющим в у.е. часовое и нарастающим итогом суточное количество теплоэнергии отданной всеми ОП одной квартиры или более, и имеет информационную связь с устройством обработки информации - МУР.В;

- микропроцессорное устройство регистрации ввода МУР.В, использующее данные всех МУР.К и узла учета ввода, выполнено для ежесуточного ежемесячного автоматического распределения и регистрации теплоэнергии, потребленной всеми квартирами ввода и учтенной узлом учета, по квартирам на основе их долевого потребления в у.е. и цены в у.е., то есть для автоматического поквартирного учета. МУР.В выполнено с информационной связью с тепловычислителем узла учета теплоэнергии, установленным на вводе (в подъезд, секцию, дом, на куст домов - в ЦТП). МУР.В имеет возможность передачи данных поквартирного учета на дисплей каждого МУР.К и для выписки счетов на оплату теплоэнергии, потребленной каждой квартирой.

На фиг. 1 представлена структурная схема локальной системы поквартирного учета теплоэнергии.

На фиг. 2 - схема теплообмена при противотоке.

На фиг. 3 - структурная схема интеграции МУР.К и МУР.В в комплексную систему поквартирного учета (пример для одного подъезда многоэтажного дома).

Квартирный распределитель теплоэнергии (фиг. 1) состоит з датчика температуры 1 - термопреобразователя сопротивления, или кварцевого преобразователя, или терморезистора, или термосенсора каждого отопительного прибора одной квартиры или более, имеющего линию связи 2, выполненную радиально парным телефонным проводом или одним парным проводом при кодировании сигналов датчика, или радиосигналами, с многоканальным устройством распределения МУР.К 3 - многофункциональным микропроцессором, который вычисляет количество теплоэнергии, отданной каждым ОП и квартирой в целом в у.е. потребления. МУР.К вычисляет теплоэнергию, отданную ОП, по разности температур ОП и воздуха в помещении. При одном датчике температура помещения программируется постоянной и равной санитарной норме 18°С. МУР.К 3 связан по информационной линии связи 4 (интерфейсу RS-485) с устройством обработки информации - микропроцессорным устройством регистрации ввода МУР.В 5.

Регистратор МУР.В 5 по окончании каждых суток запрашивает по информационной линии связи 4 у каждого МУР.К 3 суточное теплопотребление квартиры в у.е., а по информационной линии связи 6 (интерфейс RS-485) - тепловычислитель 7 узла учета 8 на вводе (в подъезд, дом) или в ЦТП о суточном потреблении теплоэнергии всем вводом и производит расчет цены у.е. и долевого потребления теплоэнергии каждой квартирой за сутки и нарастающим итогом за месяц, то есть автоматический поквартирный учет теплоэнергии.

Устройства работают следующим образом.

Микропроцессор квартирного устройства с заданной периодичностью опрашивает данные по температуре каждого ОП одной квартиры или более, которые поступают от датчиков температуры по линии связи 2 на вход квартирного МУР.К 3. Он преобразует измеренное входным устройством значение активного сопротивления датчика в значение температуры. Номинальная функция этого преобразования для определенного диапазона температур и конкретного вида датчика задается таблицами значений величины (например, для термопреобразователей сопротивления - ТС задается по ГОСТ 6651-94).

где R₀ - значение сопротивления ТС при температуре 0°С, Ом;

R_t - текущее измеренное значение сопротивления ТС, Ом;

t - измеряемая температура, °С.

Значения W_t приведены в таблице с шагом 1°С. Значения температуры между узлами таблицы определяют с линейной интерполяцией:

где W_i, W_i+1 - значения W_t в двух соседних узлах, W_i<W_t<W_i+1.

МУР.К 3 производит вычисление количества теплоэнергии, отданной каждым ОП в у.е. потребления, по определенному алгоритму- разности температур поверхности ОП и воздуха в обогреваемом им помещении.

Тепловая нагрузка установленного типового ОП определяется на основе уравнения теплопередачи [3]:

где F - поверхность теплообмена отопительного прибора м²;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К);

Δtcp - средний температурный напор, °С.

Температурный напор в теплообменниках является движущей силой процесса теплообмена и составляет среднюю разность температур. Например, для противоточной схемы движения теплоносителей в приборе, схема теплообмена приведена на фиг. 2 [3].

Если

где

где t₁' и t₁'' - начальная и конечная температуры горячего теплоносителя (воды), °С;

где t₂' и t₂'' - начальная и конечная температуры холодного теплоносителя (воздуха), °С.

Подставив (3) и (4) в (2) получим:

где t₁^cp и t₂^cp - средние температуры теплоносителей, °С.

Подставив (5) в (1), получим формулу работы МУР.К 3 с двумя датчиками температуры

и при t₂^cp=18°С, с одним датчиком

За основную принимаем формулу (7) с одним датчиком, так как помимо этого она имеет еще одно очень важное преимущество - учитывает только тепло, отданное ОП, и не учитывает нагрев воздуха солнечной энергией и другими тепловыми источниками.

Формула (6) рекомендуется для низкотемпературных систем.

Вычисление теплоэнергии отданной ОП в помещение по (6) и (7) и потребление квартиры в целом производится МУР.К 3 в у.е. потребления, так как эти данные не являются окончательными и служат исходными для работы МУР.В 5.

МУР.К 3 осуществляет контроль теплоотдачи каждого ОП по расчетной среднечасовой критической температуре воздуха в помещении

и архивирует среднесуточные значения t₂^к и t₁^к по каждому ОП квартиры для принятия мер.

Преобразуем формулы (6)…(8) в алгоритмы вычисления МУР.К 3:

где F=F_c*N*k₁;

F_c - поверхность секции ОП, м² (по приложению X) [4];

N - число секций прибора;

k₁ - коэффициент учета числа секций;

- для ОП типа МС-140 при N≤15, k₁=1; N=16…20, k₁=0.98; N=21…25, k₁=0.96;

- для остальных типов ОП по формуле k₃=0.97+34 / (N * Q_н.y.), где Q_н.y. - номинальный условный тепловой поток одной секции ОП, Вт (см. прил. X) [4];

k_н.у. - номинальный условный коэффициент теплоотдачи ОП в зависимости от типа (по табл. 9.7) [4];

k₂ - коэффициент влияния окраски поверхности на теплоотдачу ОП (по табл. 9.6) [4];

k₃ - коэффициент учета способа установки прибора (табл 9.12) [4];

t_1i^cp, t_2i^cp, t_1i^к, Q_пi^к - температура теплоносителей и количество тепловой энергии, соответствующие i-му интервалу времени;

n - количество интервалов времени, соответствующее времени измерения за час, сутки.

Общее суточное теплопотребление квартиры

где m - число отопительных приборов.

Значения N_к в у.е. за последние 5…10 дней архивируются для контроля.

Микропроцессорное устройство регистрации ввода МУР.В 5 по окончании каждых суток запрашивает по информационной линии связи 4 у каждого МУР.К 3 значение Nк, а по информационной линии связи 6 -тепловычислитель 7 узла учета 8 на вводе (в подъезд, дом) или в ЦТП о суточном потреблении теплоэнергии всем вводом и производит расчет цены у.е.

Алгоритм расчета цены у.е. у регистратора МУР.В 5 может быть разный в зависимости от схемы теплоснабжения конкретного здания и наличия, так называемых, постоянных расходов, на которые жильцы не имеют возможности повлиять (потери в сети, отопление лестничных клеток, подвалов и т.п.). Когда процент постоянных расходов для здания определен техническими специалистами, эта часть стоимости теплоэнергии обычно распределяется пропорционально жилой площади квартир.

При отсутствии постоянных расходов цена у.е. и суточное потребление квартиры

где С - суточная цена у.е потребления, кДж;

В_у - суточное потребление по узлу учета, кДж;

N_i - потребление i-й квартиры, в у.е за сутки;

n - число квартир.

При наличии постоянных расходов и определения их процентной величины количество потребленной квартирой теплоэнергии за сутки будет складываться из двух долевых составляющих - по площади и по потреблению в у.е.:

где Р - доля постоянных расходов; S_i - жилая площадь i-й квартиры, м².

В частном случае

где N_п - общее суточное потребление в у.е. отопительными приборами подъездов и подвалов данного ввода и вычисляется по формуле (13):

- МУР.К при подключении всех датчиков ОП к одному МУР.К;

- МУР.В при подключении датчиков ОП к нескольким МУР.К.

Потребление квартиры нарастающим итогом за месяц

где m - число календарных дней текущего месяца.

Значения Q_i^мес, a Q_i и С за последние 5…10 дней архивируются, последние - для контроля при сбоях.

Для вычисления Q_i по алгоритму (16), регистратор МУР.В 5 должен иметь возможность введения в оперативную память величины постоянных расходов и жилой площади каждой квартиры (с клавиатуры или через компьютер). Эта операция должна защищаться паролем от несанкционированного доступа.

При введении временных тарифов, алгоритмы работы МУР.К 3 и МУР.В 5 останутся теми же, но суточное и месячное потребление должно быть программным путем разбито по границам тарифных зон.

Регистратор МУР.В 5 должен иметь выход 9 (интерфейс RS-232 или RS-485) для передачи данных поквартирного учета в районный (кустовой) расчетный центр и (или) устройство для съема и переноса этой информации 10 на компьютер этого центра, например, по типу переносимой памяти TOUCH MEMORY.

Информация по потреблению каждой квартирой теплоэнергии (в кДж) на прошедшие сутки и нарастающим итогом за месяц, по вызову, передается регистратором МУР.В 5 по информационной линии связи 4 на дисплей распределителя МУР.К 3 квартиры. При интеграции устройств МУР.К 3 и МУР.В 5 в комплексную систему поквартирного учета (газа, холодной и горячей воды и электроэнергии) эта информация, по усмотрению разработчика, может передаваться на дисплей промежуточного регистратора МУР.Э этажа 11 или МУР.П подъезда 12 (фиг. 3) для отражения на дисплее этих устройств поквартирного потребления всех учитываемых энергий и энергоносителей. '

Корпуса датчика 1, МУР.К 3 и МУР.В 5 должны пломбироваться от несанкционированного доступа.

Питание устройств осуществляется от сменных батареек, рассчитанных на 5…10 лет эксплуатации. МУР.В может быть запитан от сети питания тепловычислителя узла учета.

Предложенные МП устройства МУР.К и МУР.В позволяют получить ежесуточное и ежемесячное автоматическое распределение и регистрацию теплоэнергии, учтенной узлом ввода, по квартирам на основе их долевого потребления в у.е., то есть автоматический поквартирный учет теплоэнергии за счет выполнения: квартирного распределителя МУР.К многофункциональным и многоканальным, устройства обработки информации - регистратора ввода МУР.В с возможностью передачи данных поквартирного учета на дисплей каждого МУР.К и для выписки счетов, информационной связи МУР.К с МУР.В, и последнего с вычислителем узла учета, установленным на вводе (в подъезд, секцию, дом, на куст домов -в ЦТП).

Источники информации

1. С.В. Никитина. Индивидуальный поквартирный учет потребления тепла и воды - прямой путь к экономии и снижению оплат за отопление. Материалы международной научно-практической конференции (21-23.04.98 г): «Коммерческий учет энергоносителей»-С-П., Политехника, 1998, с. 18-22.

2. Распределитель расходов на отопление doprimo. Рекламный проспект фирмы Raab Karcher energieservice. - М., 2000.

3. Справочник. Книга четвертая. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника, под редакцией В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М., Энергоатомиздат, 1983, с. 101-102.

4. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 1. Отопление. 4 издание. - М., Стройиздат, 1990, с. 47, 69.

Изобретение относится к средствам учета тепловой энергии. Технический результат заключается в возможности автоматического поквартирного учета теплоэнергии за счет выполнения ежесуточного и ежемесячного автоматического распределения и регистрации теплоэнергии, учтенной общим узлом учета ввода, по квартирам, независимо от числа стояков в них, на основе долевого потребления в условных единицах и цены в условных единицах. Квартирное устройство-распределитель теплоэнергии состоит из датчика температуры на каждом отопительном приборе квартиры и линии связи с микропроцессорным устройством распределения квартирным (МУР.К). МУР.К выполнено многофункциональным и многоканальным, вычисляющим в условных единицах количество теплоэнергии, отданной всеми отопительными приборами одной квартиры или более, и имеет информационную связь с устройством обработки информации - микропроцессорным устройством регистрации ввода (МУР.В). 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Квартирный распределитель теплоэнергии, состоящий из датчика температуры на каждом отопительном приборе (ОП) квартиры и линии связи с микропроцессорным устройством распределения квартирным (МУР.К) - устройством для расчета суточного количества потребленной квартирой теплоэнергии в у.е. - доли для долевого распределения теплоэнергии в кДж по квартирам, выполненным многофункциональным, преобразующим сигналы датчиков в значения температуры и вычисляющим тепло, отданное каждым ОП, по его параметрам и разности температур поверхности ОП и воздуха обогреваемого помещения, а при программировании температуры воздуха постоянной, равной санитарной норме +18°С, работает с одним датчиком на ОП и имеет дополнительное преимущество - не учитывает нагрев воздуха помещения другими источниками тепла, отличающийся тем, что последнее выполнено многоканальным и суммирует часовое и нарастающим итогом суточное количество теплоэнергии, отданное всеми отопительными приборами одной квартиры или более, в условных единицах (у.е.) независимо от числа стояков в квартире, а также осуществляет контроль теплоотдачи каждого ОП по расчетной среднечасовой критической температуре воздуха в помещении (менее +18°С), которая определяется из той же формулы расчета количества тепла, отданного ОП, но для критических параметров, как разность между критической температурой теплоносителя, то есть корпуса ОП, и частным от деления ранее вычисленного значения критической величины тепловой энергии, отданной ОП, на значение его параметров, архивирует среднесуточные значения критических температур воздуха и теплоносителя по каждому ОП квартиры и выдает на дисплей для принятия мер, а вот суточное потребление тепла квартирой в у.е. служит исходной величиной для работы устройства обработки информации, представляющего собой микропроцессорное устройство регистрации ввода (МУР.В) для распределения и регистрации теплоэнергии, с которым МУР.К и имеет информационную связь.

2. Устройство обработки информации, представляющее собой микропроцессорное устройство регистрации ввода (МУР.В) для распределения и регистрации теплоэнергии, отличающееся тем, что использует данные по суточному теплопотреблению всех МУР.К в у.е. и узла учета ввода в кДж, выполняет ежесуточное и нарастающим итогом ежемесячное автоматическое распределение и регистрацию теплоэнергии, потребленной всеми квартирами ввода и учтенной узлом учета, по квартирам на основе их долевого потребления в условных единицах и расчета цены у.е. по заданному алгоритму, то есть автоматический поквартирный учет, причем расчет цены у.е. выполняется по одному из заданных алгоритмов в зависимости от схемы теплоснабжения дома и наличия постоянных расходов - потери в сети, отопление подъездов, подвалов и других помещений общедомового пользования:

- при отсутствии постоянных расходов цена у.е. определяется отношением суточных потреблений всех квартир по узлу учета в кДж на то же в у.е., а суточное потребление тепла каждой квартирой в кДж определяется произведением цены у.е. в кДж на суточное потребление в у.е.;

- при наличии постоянных расходов, когда процент их определен техническими специалистами, эта часть стоимости теплоэнергии распределяется пропорционально жилплощади квартир, поэтому алгоритм расчета количества потребленной квартирой теплоэнергии за сутки в кДж будет складываться из двух долевых составляющих - по площади и по потреблению в у.е., а для вычисления по данному алгоритму этих долевых составляющих МУР.В должен иметь возможность введения в оперативную память (посредством клавиатуры или через подключение к компьютеру) величины постоянных расходов и размера жилплощади каждой квартиры, эта операция должна защищаться паролем от несанкционированного доступа;

- в частном случае доля постоянных расходов определяется как отношение общих суточных потреблений в у.е. всех ОП подъездов и подвалов данного ввода и всех квартир, причем потребление ОП вычисляет:

- МУР.К при подключении всех датчиков ОП к одному МУР.К,

- МУР.В при подключении датчиков ОП к нескольким МУР.К,

и, в свою очередь, МУР.В выполнено с информационной связью с тепловычислителем узла учета теплоэнергии, установленным на вводе в подъезд, или секцию, или дом, или на куст одинаковых домов - в ЦТП, и имеет возможность передачи данных поквартирного учета на дисплей каждого МУР.К и в центр учета для выписки счетов на оплату теплоэнергии, потребленной каждой квартирой.