Что такое энтальпия теплоносителя. Как рассчитываются Гкал теплосчетчиком

Переходим к «центральному», объединяющему все эти изначально разрозненные средства измерений прибору — тепловычислителю.

Согласно устоявшемуся определению тепловычислитель — это устройство, обеспечивающее измерения тепловой энергии на основе входной информации о массе (или объеме), температуре и давлении теплоносителя. Образно говоря, вычислитель — это мозг теплосчетчика, в то время как преобразователи расхода, температуры и давления — это органы чувств. В предыдущих лекциях нашего цикла мы уже говорили о том, каким образом «органы» передают информацию «мозгу». Здесь еще раз повторим то же самое, но как бы «с точки зрения» тепловычислителя. А затем рассмотрим процессы, происходящие в самом «мозге».

Обработка сигналов преобразователей

Итак, обычно любой преобразователь подключается к вычислителю кабелем. Каждый — к своему определенному «входу». Количество и назначение входов, а также способы подключения (винтовые зажимы, разъемы или др.) описываются в руководствах по эксплуатации и различаются для приборов различных типов (марок, моделей). Тепловычислитель с определенной периодичностью измеряет те или иные параметры сигналов на входах (иногда говорят — опрашивает входы) и далее по заложенным в него алгоритмам «переводит» результаты этих измерений в «цифру», отображает полученные значения на дисплее, а также использует для расчетов. Выглядит это примерно так.

Для измерений температуры теплоносителя в составе теплосчетчика применяются обычно термопреобразователи сопротивления. Вычислитель измеряет сопротивление каждого термопреобразователя и «переводит» его в градусы (см. ). Значения температур выводятся на дисплей и используются для вычисления массы теплоносителя и далее — тепловой энергии.

Для измерений давления теплоносителя в трубопроводах системы теплоснабжения в составе теплосчетчика чаще всего используются датчики давления с токовым выходом. Вычислитель измеряет силу тока в цепи датчика и по заложенной в него формуле «переводит» ее в единицы давления (МПа или кгс/см 2). Полученные значения выводятся на дисплей и используются для вычисления массы теплоносителя и далее — тепловой энергии. Напомним, что на объектах с тепловой нагрузкой менее 0,5 Гкал/ч давления могут не измеряться (см. ). В этом случае их значения вводятся в вычислитель как константы, приближенно соответствующие действительности — они и используются в дальнейших расчетах.

Для измерений объема теплоносителя, проходящего через систему теплопотребления, часто применяют преобразователи расхода (расходомеры) с импульсным выходом (см. ). Получая очередной импульс от такого преобразователя, вычислитель добавляет к ранее измеренному значению объема соответствующее одному импульсу количество литров (м 3). Кроме того, по определенным формулам вычислитель рассчитывает так называемый «мгновенный» расход (см. и ) и выводит его значения на дисплей. Далее, используя измеренные значения температур и давлений, вычисляет плотность и энтальпию теплоносителя; зная плотность и объем, вычисляет массу, зная массу и энтальпию — вычисляет тепловую энергию.

Разумеется, сигналы преобразователей могут быть и другими. Например, существуют датчики температуры с частотным выходом и датчики давления, информативный параметр сигнала которых — не сила тока, а напряжение на выходе. Также применяются преобразователи расхода с частотным или токовым выходом. При работе с ними вычислитель должен «уметь» не только измерять частоту или силу тока на соответствующем входе, но и по-другому обрабатывать измеренные значения. Ведь тогда как «импульсный» преобразователь предоставляет информацию о прошедшем через него за неизвестный заранее промежуток времени объеме теплоносителя, то «частотный» и «токовый» — о скорости (расходе) теплоносителя в каждый конкретный момент.

Кроме того, в последнее время появляются «интеллектуальные» преобразователи, на выходе которых — «готовый» цифровой код. Ну, и отдельный случай — единые теплосчетчики, для которых понятие выходных сигналов преобразователей может вообще не иметь смысла, поскольку «измерительная» и «вычислительная» части объединены схемотехнически.

Поэтому далее мы рассмотрим просто некую абстрактную модель тепловычислителя, на входе которой — неважно каким образом получаемая информация о температурах, давлениях и расходах (объемах), а на выходе — значения тепловой энергии.

Измерения тепловой энергии

Два небольших замечания.

Первое. Как это ни странно, мы до сих пор не знаем точно, какую именно физическую величину измеряют наши теплосчетчики. В различных публикациях можно встретить понятия «тепловая энергия», «тепло», «теплота», «количество теплоты» — при этом для нахождения всех этих величин используются одни и те же формулы. Не вступая в терминологические споры, в данном цикле статей мы пишем «тепловая энергия», поскольку у нас есть «Правила учета» именно «тепловой энергии»1, а в общем («не метрологическом») смысле употребляем иногда и слово «тепло».

И второе. Когда говорят о теплосчетчиках и тепловычислителях, то порою уверяют, что тепловую энергию (тепло, теплоту и т.п.) они не «измеряют», а «вычисляют». Или «рассчитывают». Мы же все эти глаголы используем как синонимы. Дело в том, что теплосчетчик и тепловычислитель — средства измерений, а значит они именно что «измеряют». В то же время измерения тепловой энергии — косвенные, т.е. искомые значения «вычисляются» («рассчитываются») на основании известных зависимостей между величиной тепловой энергии и «прямо измеряемыми» величинами объемов, температур и давлений теплоносителя.

Каковы же эти зависимости?

Для закрытых систем теплоснабжения, т.е. для систем, где теплоноситель из сети не отбирается, формула выглядит так:

(1) Q = M (h п - h о)

Здесь M — это масса теплоносителя, прошедшего через систему теплопотребления, h п и h о — удельные энтальпии теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы соответственно. Для массы M мы сознательно не указываем индекс, обозначающий принадлежность к тому или иному трубопроводу. Ведь в закрытой системе M п = M о, и преобразователь расхода можно устанавливать хоть в «подачу», хоть в «обратку». В «обратку» — лучше для преобразователя, т.к. там ниже и температура, и давление, а значит условия для работы благоприятней. На практике же энергоснабжающие организации рекомендуют (или требуют) в закрытых системах монтировать расходомер в подающий трубопровод. В обратный при этом часто ставится так называемый «контрольный» расходомер. В измерениях тепловой энергии его показания не участвуют, а нужен он для обнаружения несанкционированного отбора (по-простому — воровства) теплоносителя из системы.

Очевидно, что «внутри» формулы (1) содержатся еще формулы расчета массы и энтальпий, поэтому, простая с виду, она не так проста для «реализации».

А вот, например, в европейских странах для измерений тепловой энергии в закрытых системах используется действительно «легкая» формула

(2) Q = V K t (T 1 - T 2),

где K t — тепловой коэффициент (МДж/м 3 °С), V — объем теплоносителя, прошедшего через систему теплопотребления (м 3), T 1 и T 2 — значения температуры теплоносителя (°С) в подающем и обратном трубопроводах соответственно. Тепловой коэффициент, называемый также коэффициентом Штюка, численно «уравнивает» произведение объема на разность температур с произведением соответствующей данному объему при данной температуре массы теплоносителя на разность соответствующих данным температурам удельных энтальпий. Понятно, что для различных диапазонов температур различными должны быть и коэффициенты. В частности, для теплосчетчика, преобразователь расхода которого устанавливается в «подачу», коэффициент один, для теплосчетчика с расходомером в «обратке» — другой. Очевидно, что при неправильном монтаже преобразователя, а также в условиях «нестандартных» или меняющихся в широком диапазоне температур теплосчетчик, работающий по формуле (2), будет измерять тепловую энергию с большей методической погрешностью, нежели теплосчетчик, работающий по формуле (1). Тем не менее, в России действуют ГОСТы как на те, так и на другие приборы. Но в «Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя» приведена только формула вида (1).

Эта формула, как мы уже написали выше, «предназначена» для закрытых систем теплоснабжения. Чтобы использовать теплосчетчик, работающий по такому алгоритму, в открытой системе, к его показаниям необходимо прибавить еще «кое-что» — см. формулу (3.1) в «Правилах учета». В общем же для открытой системы будет справедливо выражение

(3) Q = M п (h п - h хв) - M о (h о - h хв),

где h хв — энтальпия холодной воды, используемой для подпитки систем теплоснабжения на источнике теплоты.

Собственно, эта формула универсальна: в закрытой системе при равенстве масс теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах она сводится к виду (1). Однако в реальной жизни «благодаря» погрешностям измерений М п и М о этого не произойдет, и если теплосчетчик, работающий по такой формуле, применить в закрытой системе, его показания будут отличаться от показаний теплосчетчика (1) в большую сторону при измеренных М п > М о и в меньшую — при измеренных М п

Алгоритм работы тепловычислителя

Формула (1) понятна сама по себе, но если задуматься, как «пользуется» ей вычислитель, возникают вопросы. Например, какому периоду времени должны соответствовать значения массы и разности энтальпий, которые мы должны перемножать? И как часто вычислитель должен выполнять это умножение — раз в час, в сутки, а может быть в минуту? Ведь если показания массы непрерывно «накапливаются», то разность температур (а значит и энтальпий) даже в течение часа может несколько раз измениться. Поэтому, умножив накопленное за час значение массы на измеренное один раз в конце этого часа значение разности энтальпий, мы вычислим вовсе «не ту» тепловую энергию, что наш объект получил за этот час.

Приведем абстрактный пример без привязки к действительности и к реальным единицам измерения. Допустим, в течение часа разность энтальпий у нас изменялась трижды, причем ступенчато, и составляла первые двадцать минут 10 единиц, вторые двадцать минут — 12 единиц, и затем — 15 единиц. А расход был постоянен, и за каждые двадцать минут через систему проходило 10 единиц теплоносителя. Если бы мы вычисляли тепловую энергию каждые двадцать минут, то получили бы Q = 10х10 + 10х12 + 10х15 = 370 единиц. Если бы вычислили ее один раз за час, умножив накопленное за этот час значение массы на измеренное в конце часа значение разности энтальпий, получили бы Q = 30х15 = 450 единиц. Но результат не должен зависеть от того, менялись ли и как именно менялись в течение часа (суток, месяца и т.п.) значения расхода и температур. Это значит, что измерять и перемножать нужно как можно чаще, а значения за час, сутки, месяц получать суммированием этих «частых» результатов. Напоминает способ вычисления интеграла, не правда ли?

И в самом деле — фактически для вычислителя формулу расчета тепловой энергии, потребленной системой за время τ = τ 1 - τ 0 , нужно записывать так:

(4) Q = интеграл от τ 0 до τ 1 dτ

Здесь m — это массовый расход теплоносителя, h п и h о — как и прежде, удельные энтальпии теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы. Вычисление интеграла прибор осуществляет периодическим суммированием приращений Q i = M i (h пi – h оi), рассчитываемых в относительно коротких рабочих циклах (i — номер цикла). Чем короче цикл, тем точнее вычисляется интеграл, но тем больше нагружен процессор вычислителя, и, соответственно, тем больше вычислитель потребляет электроэнергии. Поэтому если рабочий цикл тепловычислителя с сетевым электропитанием, как правило, составляет 1-2 секунды, то цикл «автономного» прибора может быть минутным и более. Впрочем, пользователю теплосчетчика задумываться об этом в общем случае не нужно: предполагается, что выбранный производителем период обеспечивает заявленную точность измерений тепловой энергии.

Что касается нахождения значений масс и энтальпий («напрямую», напомним, теплосчетчик измеряет объемы и температуры), то об этом мы уже говорили выше. Существуют таблицы зависимости плотности и энтальпии воды от ее температуры и давления, а массу можно найти по простой «школьной» формуле, умножив плотность на объем. Правда, в памяти тепловычислителя вышеупомянутые таблицы, как правило, не содержатся: вместо них используются так называемые аппроксимирующие полиномы. Теоретически вид выбранного полинома влияет на точность измерений плотности и энтальпии, а значит — на точность измерений массы теплоносителя и тепловой энергии. Но и здесь пользователь должен рассчитывать на то, что производитель прибора позаботился о том, чтобы «его» полиномы обеспечивали заявленные метрологические характеристики теплосчетчика.

Завершая рассказ об алгоритме измерений тепловой энергии, вернемся к «импульсным» и «частотным» (или «токовым») преобразователям расхода. Как мы уже писали и в этой лекции, и в одной из предыдущих, частотный и токовый выход позволяют нам в любой момент времени узнать (измерить) расход теплоносителя. Следовательно, реализуя формулу (4), мы в каждом рабочем цикле вычислителя измеряем этот расход, и, зная его и зная длительность цикла, находим приращение объема (и по нему - приращение массы) теплоносителя в этом цикле. С импульсным выходом, как ни странно, все немного сложнее. Ведь импульс никак не привязан к циклу, он приходит тогда, когда через преобразователь прошла очередная нормированная «порция» теплоносителя. Конечно, можно привязать циклы к моментам поступления очередных импульсов. Но тогда, во-первых, при изменении расхода будет меняться длительность цикла, во-вторых, длительность цикла будет зависеть от соотношения расхода и «веса» импульса. И то, и другое делает вычислитель не вполне универсальным. Поэтому некоторые (а может и многие) тепловычислители, работающие с «импульсными» расходомерами, для расчета значений тепловой энергии используют «искусственно» вычисленные значения «мгновенного» расхода. Т.е. импульсы подсчитываются вне основного рабочего цикла, через количество импульсов, полученных за определенное время, определяется расход, и в очередном цикле измерений тепловой энергии используется последнее на данный момент из вычисленных значений расхода. Очевидно, что чем меньше «вес» импульса преобразователя и чем выше реальный расход, тем точнее вычисляется наш расход «искусственный». За то, чтобы погрешность измерений соответствовала заявленной во всем паспортном диапазоне расходов и для любых допустимых значений «веса» импульса, также отвечает производитель тепловычислителя.

Как видим, тепловычислитель — это вовсе не «простейший калькулятор», каким его можно себе представить. И это при том, что мы описали только те нюансы, что связаны с реализацией одной лишь формулы для закрытой системы теплоснабжения. А ведь большинство современных вычислителей «умеют» работать и в открытых системах, где нюансов еще больше, позволяют выбрать нужный алгоритм (схему измерений) из довольно обширного «набора», ведут архивы измерений, осуществляют диагностику измерительных преобразователей и самодиагностику, определенным образом отрабатывают всевозможные нештатные ситуации, передают данные на внешние устройства и даже иногда управляют теплопотреблением. Но об этом мы расскажем в следующей лекции.

Приказ Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 17 марта 2014 г. N 99/пр
"Об утверждении Методики осуществления коммерческого учета тепловой энергии, теплоносителя"

Изменения этой схемы допускаются при эксплуатации источников тепловой энергии без собственной водоподготовки и источников тепловой энергии с подпиткой в общий коллектор. Неиспользуемые выводы, на которых отсутствуют приборы для измерения параметров теплоносителя, должны быть отключены и опломбированы.

13. На каждом выводе тепловой сети за каждый час (сутки, отчетный период) должны регистрироваться следующие величины:

а) масса теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах;

б) масса теплоносителя, израсходованного на подпитку системы теплоснабжения, при наличии подпиточного трубопровода (трубопроводов);

в) отпущенная тепловая энергия;

г) средневзвешенные значения температур теплоносителя в подающем, обратном трубопроводах и на трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки;

д) средние значения давлений теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах;

е) время работы теплосчетчика в штатном и нештатном режимах.

14. Количество тепловой энергии , отпущенное источником тепловой энергии по каждому выводу тепловой сети, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме, рассчитывается по одной из следующих формул:

а) при использовании расходомеров на подающем трубопроводе по формуле:

Гкал, (3.1)

Масса теплоносителя, израсходованного на подпитку системы теплоснабжения, на определенный вывод тепловой сети, т;

б) при использовании расходомеров на обратном трубопроводе по формуле:

Гкал, (3.2)

Масса теплоносителя, возвращенного на источник тепловой энергии по обратному трубопроводу, т.

15. Количество тепловой энергии , отпущенное источником тепловой энергии для систем теплоснабжения с непосредственным водоразбором из тепловой сети, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме, рассчитывается по формуле:

Гкал, (3.3)

Время конца отчетного периода, ч;

Масса теплоносителя, отпущенного источником тепловой энергии по подающему трубопроводу, т;

Удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе, ккал/кг;

Удельная энтальпия холодной воды, используемой для подпитки на вводе источника тепловой энергии, ккал/кг;

Масса теплоносителя, возвращенного на источник тепловой энергии по обратному трубопроводу, т;

16. Если на источнике тепловой энергии подпитка осуществляется в общий коллектор обратной сетевой воды, в том числе на компенсацию внутристанционных расходов на собственные нужды источника тепловой энергии, то для определения массы теплоносителя, израсходованного на подпитку выводов тепловой сети, из общей массы подпитки вычитается масса теплоносителя, израсходованного на собственные нужды источника тепловой энергии.

Для закрытых систем масса подпитки каждой магистрали определяется расчётным путём пропорционально массе отпущенного теплоносителя .

Распределение осуществляется по следующим формулам:

Для закрытой системы теплоснабжения:

, т, (3.4)

, т, (3.5)

Для открытой системы теплоснабжения:

, т, (3.6)

Масса теплоносителя, израсходованного на подпитку данной тепломагистрали, т;

Масса теплоносителя, израсходованного на подпитку в целом по теплоисточнику, определенная по показаниям приборов учета подпиточной воды, т;

Масса теплоносителя, отпущенного источником тепловой энергии по данному подающему трубопроводу, т;

Суммарная масса теплоносителя, отпущенная источником тепловой энергии по всем подающим трубопроводам, т;

Масса теплоносителя, возвращенного источнику тепловой энергии по данному обратному трубопроводу, т;

Суммарная масса теплоносителя, возвращенного источнику тепловой энергии по всем обратным трубопроводам, т;

Масса теплоносителя, израсходованного на подпитку собственных нужд теплоисточника, определенного по формуле:

, т, (3.7)

где: - объем теплофикационной системы теплоисточника согласно паспортных данных, ;

Плотность подпиточной воды, .

17. Количество тепловой энергии, отпущенной источником тепловой энергии, определяется как сумма количества тепловой энергии по каждому выводу тепловых сетей.

18. При разном количестве подающих и обратных трубопроводов и/или при использовании подпитки из разных источников подпиточной воды, количество тепловой энергии , отпущенной источником тепловой энергии при условии работы теплосчетчиков в штатом режиме, рассчитывается по формуле:

Гкал, (3.8)

a - количество подающих трубопроводов, единиц;

Время начала отчетного периода, ч;

Время окончания отчетного периода, ч;

Масса теплоносителя, отпущенного источником тепловой энергии по каждому подающему трубопроводу, т;

Удельная энтальпия теплоносителя по каждому подающему трубопроводу, ккал/кг;

b - количество обратных трубопроводов, единиц;

Масса теплоносителя, возвращенного на источник тепловой энергии по каждому обратному трубопроводу, т;

Удельная энтальпия теплоносителя по каждому обратному трубопроводу, ккал/кг;

m - количество узлов учета на подпиточных трубопроводах;

Масса теплоносителя, израсходованного на подпитку по каждому подпиточному трубопроводу, т;

Удельная энтальпия холодной воды, используемой для подпитки системы теплоснабжения, ккал/кг.

19. Значения удельных энтальпий за соответствующий интервал времени определяются на основании средневзвешенных значений температур и давлений.

20. Расчет средневзвешенных температур осуществляется по формуле:

, °С, (3.9)

Масса теплоносителя в подающем или обратном трубопроводе, определенная за i-й интервал времени, т;

Температура теплоносителя, определенная за i-й интервал времени, °С;

i - номер интервала времени, в течение которого производится очередное измерение;

k - количество интервалов времени, составляющих отчетный период.

21. Продолжительность интервала времени между очередными замерами определяется программой конкретного тепловычислителя.

22. Масса теплоносителя , прошедшего через поперечное сечение датчика расхода за фиксированный интервал времени (i) рассчитывается по формуле:

Измеренный объем теплоносителя, ;

Плотность воды для средней температуры , между 2 замерами , .

23. Расчет, применяемый для отопительных котельных при отсутствии в точках учета приборов учета, временно, до их установки, основывается на определении количества тепловой энергии , отпущенной в тепловые сети в соответствии с данными о фактическом расходе топлива и утвержденных в установленном порядке нормативах удельного расхода топлива на отпущенную тепловую энергию.

Фактический расход топлива принимается по данным учета. Количество тепловой энергии, отпущенной в тепловые сети, определяется расчетным путем по формуле:

, Гкал, (3.11)

Количество отпущенной тепловой энергии, рассчитанной по данным о фактическом расходе топлива, Гкал;

В - расход топлива по показаниям приборов (твердое, жидкое - т, газообразное - тыс. );

Низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг;

Нормативный удельный расход топлива на отпущенную тепловую энергию, кг.у.т./Гкал.

IV. Учет тепловой энергии, теплоносителя в тепловых сетях

24. В случае, когда участки тепловой сети принадлежат на праве собственности или ином законном основании различным лицам, либо имеются перемычки между тепловыми сетями, принадлежащими на праве собственности или ином законном основании различным лицам, на границе балансовой принадлежности должны быть установлены узлы учета. Принципиальная схема размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также регистрируемых параметров на границе смежных тепловых сетей и на перемычках в открытых системах теплоснабжения представлена на рисунке 3 .

25. Теплосчетчики в тепловых сетях должны регистрировать за час (сутки, отчетный период) количество полученной тепловой энергии, а также следующие параметры:

б) массу теплоносителя, возвращенного по обратному трубопроводу (в случае установки двух расходомеров), т;

в) среднее значение температуры теплоносителя за час, °С;

г) среднее значение давления теплоносителя за час, МПа;

26. Количество тепловой энергии на трубопроводах смежных тепловых сетей для закрытой системы теплоснабжения, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме, рассчитывается по формуле:

Гкал, (4.1)

Время начала отчетного периода, ч;

Время окончания отчетного периода, ч;

Удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе, ккал/кг;

Удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе, ккал/кг;

Масса утечки теплоносителя за период , определяется в соответствии с разделом X настоящей Методики, т;

Удельная энтальпия холодной воды, ккал/кг.

27. Количество тепловой энергии на трубопроводах смежных тепловых сетей для открытой системы теплоснабжения, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме, рассчитывается по формуле:

Гкал, (4.2)

Время начала отчетного периода, ч;

Время окончания отчетного периода, ч;

Масса теплоносителя в подающем трубопроводе, т;

Удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе, ккал/кг;

Удельная энтальпия холодной воды, ккал/кг;

Масса теплоносителя в обратном трубопроводе, т;

Удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе, ккал/кг.

28. В случае, если на перемычках между тепловыми сетями различных организаций подача тепловой энергии предусмотрена в одном направлении, на границе балансовой принадлежности устанавливается один теплосчетчик.

Если подача тепловой энергии предусмотрена в двух направлениях, устанавливаются два теплосчетчика, измеряющие противоположные направления потока, либо один теплосчетчик, способный измерять реверсивные потоки. Преобразователи температуры устанавливаются на прямом участке трубопровода, на расстоянии от преобразователя расхода, не менее определенного документацией производителя.

V. Учет тепловой энергии, теплоносителя у потребителей

Закрытая система теплоснабжения

29. Коммерческий учет расхода тепловой энергии, теплоносителя на объектах потребителя осуществляется в месте, максимально приближенном к границе балансовой принадлежности со стороны потребителя. Принципиальная схема размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых параметров в закрытых системах теплоснабжения на тепловых пунктах (ЦТП, ИТП) представлена на рисунке 4 .

30. Коммерческий учет на объектах потребителя, оборудованных ИТП, осуществляется в точках измерения на вводе в ИТП.

31. При независимой схеме подключения систем отопления дополнительно регистрируется масса теплоносителя, израсходованного на подпитку независимого контура. На рисунке 5 представлена схема с дополнительно указанным расходомером на обратной линии системы отопления, который может использоваться для выявления несанкционированного разбора теплоносителя или дополнительного подмеса воды через неплотности теплообменных аппаратов.

32. Теплосчетчики узла учета потребителей должны регистрировать за час (сутки, отчетный период) количество полученной тепловой энергии, а также следующие параметры:

а) массу теплоносителя, полученного по подающему трубопроводу, т;

б) массу теплоносителя, возвращенного по обратному трубопроводу (при установке второго расходомера), т;

в) среднее значение температуры теплоносителя, °С;

г) среднее значение давления теплоносителя, МПа;

д) массу (объем) теплоносителя, использованного на подпитку, т ;

е) время работы теплосчетчика в штатном и нештатном режимах, час.

33. Количество тепловой энергии, полученной потребителем тепловой энергии за отчетный период (Q), для не зависимых систем теплоснабжения рассчитывается по формуле:

, Гкал, (5.1)

Количество тепловой энергии, израсходованной на компенсацию потерь тепловой энергии с учетом утечки теплоносителя на участке трубопровода от границы балансовой принадлежности до узла учета. Эта величина указывается в договоре и учитывается в случае, если узел учета оборудован не на границе балансовой принадлежности. При установке узла учета до границы балансовой принадлежности берется со знаком "-", если после границы балансовой принадлежности, то со знаком "+".

Количество тепловой энергии, израсходованной на компенсацию потерь рассчитывается по методике, утвержденной Министерством энергетики Российской Федерации.

Количество тепловой энергии, израсходованной потребителем за время действия нештатных ситуаций по показаниям приборов учета, осуществляется в соответствии с разделом VII Методики: "Определение количества тепловой энергии, израсходованной потребителем с учетом времени нештатных ситуаций", Гкал;

Удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе, ккал/кг;

34. Количество тепловой энергии, полученной потребителем тепловой энергии за отчетный период (Q), для зависимых систем теплоснабжения рассчитывается по формуле:

, Гкал, (5.2)

Рассчитанное теплосчетчиком в штатом режиме количество тепловой энергии;

Количество тепловой энергии, израсходованной на компенсацию потерь тепловой энергии через изоляцию и с учетом утечки теплоносителя на участке трубопровода от границы балансовой принадлежности до узла учета. Эта величина указывается в договоре и учитывается в случае, если узел учета оборудован не на границе балансовой принадлежности.

При установке узла учета до границы балансовой принадлежности берется со знаком "-", если после границы балансовой принадлежности, то со знаком "+".

Количество тепловой энергии, израсходованной потребителем за время действия нештатных ситуаций по показаниям приборов учета;

Указанная в договоре масса утечки теплоносителя в теплопотребляющих установках, подключенных непосредственно к тепловой сети, т;

Удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе в месте обнаружении утечки, ккал/кг;

Удельная энтальпия холодной воды, используемой для подпитки систем теплоснабжения на источнике тепловой энергии, ккал/кг.

35. Количество тепловой энергии за отчетный период, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме, рассчитывается по формуле:

, Гкал, (5.3)

Время начала отчетного периода, ч;

Время окончания отчетного периода, ч;

Масса теплоносителя в подающем трубопроводе, т;

Удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе, ккал/кг;

Удельная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе, ккал/кг.

Открытая система теплоснабжения

36. Теплосчетчики узла учета потребителей должны регистрировать за каждый час (сутки, отчетный период) количество полученной тепловой энергии, а также следующие параметры:

а) массу теплоносителя, полученного по подающему трубопроводу, т;

б) массу теплоносителя, возвращенного по обратному трубопроводу, т;

в) средневзвешенные значения температуры теплоносителя, °С;

г) среднее значение давления теплоносителя, Мпа;

д) массу теплоносителя, использованного на подпитку, т;

е) время работы теплосчетчика в штатном и нештатном режимах, ч;

37. Дополнительно в системе горячего водоснабжения регистрируются следующие параметры:

а) масса, давление и температура горячей воды;

б) масса, давление и температура циркуляционной воды (теплоносителя).

38. Варианты принципиальной схемы размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых параметров в открытых системах теплоснабжения представлены на рисунке 6 .

39. Для открытых систем теплоснабжения количество тепловой энергии, полученной потребителем за отчетный период (Q), рассчитывается по формуле:

, Гкал, (5.4)

Рассчитанное количество тепловой энергии, при условии работы теплосчетчика в штатом режиме;

Количество тепловой энергии, израсходованной потребителем за время действия нештатных ситуаций;

Время начала отчетного периода, ч;

Время окончания отчетного периода, ч;

Масса теплоносителя, израсходованного потребителем на подпитку систем отопления, рассчитываемая по показаниям водосчетчика и учитываемая для теплопотребляющих установок, подключенных к тепловым сетям по независимой схеме, т;

Удельная энтальпия теплоносителя в обратном (циркуляционном) трубопроводе, ккал/кг;

Удельная энтальпия холодной воды, используемой для подпитки на источнике тепловой энергии, ккал/кг.

40. Количество тепловой энергии (Q), полученной потребителем за отчетный период, при условии работы теплосчетчика в штатном режиме, рассчитывается по формуле:

Гкал, (5.5)

Удельная энтальпия теплоносителя в подающем трубопроводе на узле учета, ккал/кг.

41. Масса теплоносителя, потребленного за отчетный период, рассчитывается по формуле:

, т, (5.6)

Масса теплоносителя, утраченного в процессе передачи тепловой энергии через неплотности в арматуре и трубопроводах тепловых сетей на участке трубопровода от границы балансовой принадлежности до узла учета, указывается в договоре теплоснабжения, т;

Масса израсходованного теплоносителя, рассчитанная теплосчетчиком в штатном режиме, т;

Масса теплоносителя, израсходованного за время действий нештатных ситуаций, т.

Теплоснабжение от ЦТП

42. При подключении потребителя к системе централизованного теплоснабжения через ЦТП учет ведется по каждому виду тепловой нагрузки. Варианты принципиальных схем размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых параметров при теплоснабжении потребителя от теплового пункта ЦТП, котельной представлены на рисунке 7 .

Основная схема А, указанная на рисунке 7 , используется в случаях, когда от ЦТП запитаны система отопления и система горячего водоснабжения. При отдельном подключении (по своим трубопроводам) вентиляции и других видов нагрузки, учет тепловой энергии на них производится самостоятельными теплосчетчиками, аналогично учету расхода тепловой энергии в системе отопления потребителя.

63. Количество тепловой энергии, невозвращенной потребителем вместе с потерянным теплоносителем (утечка, несанкционированный разбор теплоносителя) , рассчитывается по формуле:

, Гкал, (7.5)

Расчетная масса утечки теплоносителя (в соответствии с разделом X настоящей Методики), т;

Средневзвешенная энтальпия теплоносителя в обратном трубопроводе потребителя, ккал/кг;

Средняя энтальпия холодной воды на источнике тепловой энергии, ккал/кг.

64. В летний период показания теплосчетчика принимаются для учета, в том числе, если в ночное время и в выходные дни фактический расход теплоносителя ниже минимального значения нормированного диапазона для средства измерения, но при этом среднечасовой расход теплоносителя за отчетный период превышает минимальный расход, на который нормировано средство измерения:

Объем теплоносителя, прошедшего по подающему трубопроводу за отчетный период, ;

Время отчетного периода, ч;

Минимальный расход, на который нормировано средство измерения, .

VIII. Определение количества тепловой энергии, теплоносителя расчетным путем при работе приборов учета неполный расчетный период

65. Коммерческий учет тепловой энергии, теплоносителя расчетным путем допускается в следующих случаях:

а) отсутствие в точках учета средств измерений;

б) неисправность средств измерений узла учета, в том числе истечение сроков поверки средств измерений, входящих в состав узла учета, нарушение установленных пломб, работа в нештатных ситуациях;

в) нарушение установленных договором сроков представления показаний приборов учета.

Определение количества тепловой энергии, использованной потребителем в системе водяного теплоснабжения (Q), расчетным путем осуществляется по формуле:

, Гкал, (8.1)

Количество тепловой энергии, потребленной на отопление (вентиляцию);

Количество тепловой энергии, потребленной на горячее водоснабжение;

Количество тепловой энергии, потребленной на технологические цели;

Потери тепловой энергии.

66. Для целей отопления и вентиляции в случае, если в точках учета отсутствуют приборы учета или приборы учета не работают более 30 суток отчетного периода, определение количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию расчетным путем осуществляется по формуле:

, Гкал, (8.2)

Базовый показатель тепловой нагрузки, указанный в договоре, Гкал/ч;

Т - время отчетного периода, час.

При бездоговорном потреблении тепловой энергии рассчитывается в соответствии с разделом IX.

67. Пересчет базового показателя тепловой нагрузки производится по фактической среднесуточной температуре наружного воздуха за отчетный период по данным метеорологических наблюдений ближайшей к объекту теплопотребления метеостанции территориального органа исполнительной власти, осуществляющего функции оказания государственных услуг в области гидрометеорологии.

68. Если в период срезки температурного графика подачи теплоносителя, в тепловой сети при положительных температурах наружного воздуха отсутствует автоматическое регулирование подачи тепла на отопление, а также при срезке температурного графика подачи теплоносителя в период низких температур наружного воздуха - величина принимается равной температуре начала срезки температурного графика; а при автоматическом регулировании принимается фактическое значение .

69. В случае неисправности приборов учета, истечения срока их поверки, включая вывод из работы для ремонта или поверки на срок до 30 суток, в качестве базового показателя для расчета принимается среднесуточное количество тепловой энергии, определенное по приборам учета за время штатной работы в отчетный период :

Гкал, (8.3)

Гкал/ч, (8.4)

Рассчитанное теплосчетчиком количество тепловой энергии, при условии работы теплосчетчика в штатном режиме, Гкал;

70. Количество расчетной фактической потребленной тепловой энергии с учетом расчетной температуры наружного воздуха рассчитывается по формуле:

, Гкал, (8.5)

Среднесуточное количество тепловой энергии, определенное по приборам учета за время штатной работы в отчетном периоде, Гкал/сут;

Расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °С;

Фактическая среднесуточная температура наружного воздуха за отчетный период, °С;

Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (вентиляции), °С;

Т - время отчетного периода, сут.

71. При нарушении сроков представления показаний приборов учета в качестве среднесуточного значения принимается количество тепловой энергии, определенное по приборам учета за предыдущий отчетный период , приведенное к расчетной температуре наружного воздуха по формуле, предусмотренной пунктом 72 Методики. Если предыдущий отчетный период приходится на другой отопительный период или данные за предыдущий период отсутствуют, производится пересчет с использованием формулы:

, Гкал/ч, (8.6)

Количество тепловой энергии, определенное за время штатной работы приборов, Гкал;

Время штатной работы приборов, ч.

72. Количество тепловой энергии, определенное по приборам учета и приведенное к расчетной температуре наружного воздуха , рассчитывается по формуле:

, Гкал, (8.7)

Количество тепловой энергии, определенное по приборам учета за предыдущий отчетный период;

Расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °С;

Фактическая среднесуточная температура наружного воздуха за отчетный период, °С;

Среднесуточная температура воздуха за предыдущий отчетный период по показаниям приборов, °С.

73. Количество тепловой энергии, расходуемой на горячее водоснабжение , при наличии отдельного учета и временной неисправности приборов (до 30 дней) рассчитывается по фактическому расходу, определенному по приборам учета за время их работы или за предыдущий период.

При отсутствии отдельного учета или нерабочего состояния приборов более 30 дней, определяется по значениям, установленным в договоре:

, Гкал (8.8)

Величина тепловой нагрузки на горячее водоснабжение в соответствии с договором, Гкал/ч;

Т - время отчетного периода, ч.

74. Количество тепловой энергии, потребленной на технологические нужды , определяется по данным измерений приборами учета, а при их отсутствии по договорной нагрузке.

Гкал (8.9)

Величина тепловой нагрузки на технологические нужды в соответствии с договором, Гкал/ч;

T - время отчетного периода, ч.

Распределение потерь тепловой энергии, теплоносителя

75. Потери тепловой энергии складываются из двух составляющих:

Потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводов на участке тепловой сети, находящейся на балансе потребителей без приборов учета, за расчетный период, Гкал;

Потери тепловой энергии со всеми видами утечки теплоносителя из систем теплопотребления потребителей без приборов учета и участков тепловой сети на их балансе за расчетный период, Гкал.

76. Для потребителя потери тепловой энергии учитываются в случае передачи тепловой энергии по участку тепловой сети, принадлежащему потребителю.

При определении потерь тепловой энергии сверх расчетных значений указанные тепловые сети рассматриваются как смежные участки тепловой сети.

77. Распределение потерь тепловой энергии, теплоносителя, а также количества передаваемых тепловой энергии, теплоносителя между частями тепловой сети при отсутствии приборов учета на границах смежных частей тепловых сетей производится расчетным путем. Расчет осуществляется на основе составления баланса передаваемой тепловой энергии для сечения (сечений) на границе (границах) балансовой принадлежности участков тепловой сети по формуле:

Гкал, (8.10)

Количество тепловой энергии, переданной на границе балансовой принадлежности смежных участков тепловой сети, Гкал;

I и II - индексы организаций-собственников и (или) иных законных владельцев смежных участков тепловой сети;

Измеренное теплосчетчиком в штатном режиме количество тепловой энергии, Гкал;

Потери тепловой энергии с аварийными и технологическими (опрессовка, испытание) утечками теплоносителя, а также через поврежденную теплоизоляцию в смежных частях тепловой сети, оформленные актами, Гкал;

Нормативы технологических потерь при передаче тепловой энергии, Гкал;

Количество тепловой энергии, потребленной теплопотребляющими установками потребителей, Гкал.

Сверхнормативные потери тепловой энергии (превышающие утвержденные значения потерь), Гкал.

78. Общее значение сверхнормативных потерь тепловой энергии рассчитывается по формуле:

Гкал. (8.11)

Распределение сверхнормативных потерь тепловой энергии между смежными частями тепловой сети производится в количествах, пропорциональных значениям утвержденных в установленном порядке нормативов технологических потерь. Потери тепловой энергии вследствие аварий и неплановых технологических расходов (потерь), оформленных актами, относятся к конкретным частям тепловой сети и распределению не подлежат:

(8.12)

79. Определение количества передаваемого теплоносителя между частями тепловой сети при отсутствии приборов учета на границах смежных частей тепловых сетей производится расчетным путем по формуле:

Количество теплоносителя, переданного на границе балансовой принадлежности смежных участков тепловых сетей, т;

Количество теплоносителя соответственно отпущенного в тепловую сеть поставщиком и потребленного теплопотребляющими установками потребителей, т;

Потери теплоносителя с аварийными утечками теплоносителя в смежных частях тепловой сети, оформленные актами, т;

Нормативы технологических потерь теплоносителя, утвержденные в установленном порядке, т;

Сверхнормативные потери теплоносителя, превышающие утвержденные значения, т.

Общее значение сверхнормативных потерь теплоносителя рассчитывается по формуле:

Распределение сверхнормативных потерь теплоносителя между смежными частями тепловой сети производится в количествах, пропорциональных значениям утвержденных в установленном порядке нормативов технологических потерь теплоносителя. Потери теплоносителя вследствие аварий и неплановых технологических расходов (послеаварийные испытания на прочность и плотность; неплановые гидравлические испытания для выявления дефектов трубопроводов в процессе текущей эксплуатации), оформленных актами, относятся к конкретным частям тепловой сети и распределению не подлежат:

(8.15)

80. В открытых системах теплоснабжения расчет основывается на составлении баланса передаваемой и реализуемой тепловой энергии, теплоносителя с учетом договорного потребления тепловой энергии, теплоносителя на горячее водоснабжение.

Общее значение сверхдоговорного расхода горячей воды и сверхнормативных потерь теплоносителя рассчитывается как сумма сверхнормативных потерь в тепловой сети и сверхдоговорного расхода горячей воды потребителями и распределяется:

а) между тепловыми сетями и потребителями пропорционально объему трубопроводов тепловой сети и систем горячего водоснабжения потребителей;

в) между потребителями - пропорционально договорным значениям потребления горячей воды на горячее водоснабжение.

IX. Определение количества тепловой энергии, теплоносителя при бездоговорном потреблении

81. Определение количества тепловой энергии, теплоносителя при выявлении самовольного присоединения и (или) пользования системами централизованного теплоснабжения (бездоговорное потребление) производится расчетным путем.

82. Расчетным путем количество тепловой энергии, теплоносителя определяется за период времени, в течение которого осуществляется бездоговорное потребление, но не более чем за три года.

83. Объем бездоговорного потребления тепловой энергии на технологические цели определяется по значению тепловой нагрузки при круглосуточном действии в течение всего периода бездоговорного потребления (с ограничением по пункту 82 настоящей Методики).

84. Объем бездоговорного потребления на отопление и вентиляцию определяется по значению тепловой нагрузки, пересчитанному в соответствии с пунктом 117 Правил.

85. Бездоговорное потребление тепловой энергии на отопление и вентиляцию определяется по длительности отопительных периодов, ограниченных периодом бездоговорного потребления, согласно пункту 82 Методики.

86. За величину тепловой нагрузки теплопотребляющих установок при выявлении бездоговорного потребления принимается тепловая нагрузка, определяемая методами, приведенными в "Правилах установления и изменения (пересмотра) тепловых нагрузок", утвержденных приказом Минрегиона России от 28.12.2009 N 610 (зарегистрирован в Минюсте России 12.03.2010, регистрационный N 16604).

К определенной по указанным Правилам тепловой нагрузке применяется повышающий коэффициент, учитывающий бесперебойное потребление тепловой энергии.

87. Количество горячей воды при бездоговорном потреблении на горячее водоснабжение в закрытой системе теплоснабжения определяется по пункту 16 Правил организации коммерческого учета воды, сточных вод, утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 04.09.2013 года N 776 (Собрания законодательства Российской Федерации, 2013, N 37 ст. 4696; 2014, N 14, ст. 1627).

X. Определение утечки теплоносителя

88. Величина утечки теплоносителя в открытой системе теплоснабжения рассчитывается по формуле:

, т, (10.1)

Масса теплоносителя, полученного потребителем по подающему трубопроводу, т;

Масса теплоносителя, возвращенного потребителем по обратному трубопроводу, т;

89. Масса израсходованной горячей воды при наличии циркуляции рассчитывается по формуле:

, т, (10.2)

Масса теплоносителя, полученного потребителем по подающему трубопроводу, т;

Масса теплоносителя, возвращенного потребителем по циркуляционному трубопроводу, т.

90. Величина утечки теплоносителя в открытой системе теплоснабжения с дополнительной подпиткой системы рассчитывается по формуле:

Масса теплоносителя, полученного потребителем по подающему трубопроводу, т;

Масса теплоносителя, возвращенного потребителем по обратному трубопроводу, т;

Масса израсходованной горячей воды, т.

Масса теплоносителя, израсходованная потребителем на дополнительную подпитку систем теплоснабжения, определенная по показаниям водосчетчика подпитки, т.

91. В закрытой системе теплоснабжения при зависимом присоединении теплопотребляющих установок часовая величина утечки теплоносителя указывается в договоре и не может превышать 0,25 процента от среднегодового объема воды в тепловой сети и присоединенных к ней системах теплопотребления. Сезонная норма утечки теплоносителя может устанавливаться в пределах среднегодового значения. Объем воды в системах теплоснабжения определяется по проектным (паспортным) характеристикам.

92. Величина утечки теплоносителя в закрытой системе теплоснабжения с независимым присоединением систем теплоснабжения численно равняется массе теплоносителя, израсходованного потребителем на подпитку систем теплоснабжения, определенной по показаниям водосчетчика .

В случае отсутствия водосчетчика подпитки расчет величины утечки теплоносителя за отчетный период по подающему и обратному трубопроводам производить по формуле:

Масса теплоносителя, полученного потребителем по подающему трубопроводу, т;

Масса теплоносителя, возвращенного потребителем по обратному трубопроводу, т;

В случае если , а больше суммы модулей абсолютных погрешностей измерения массы теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах, то величина утечки теплоносителя за отчетный период по подающему и обратному трубопроводам равняется разнице абсолютных значений и без учета погрешностей.

Если или , но меньше суммы модулей абсолютных погрешностей измерения массы теплоносителя величина утечки (подмеса) считается равной нулю.

В случае если и больше суммы абсолютных погрешностей измерения массы теплоносителя в прямом и обратном трубопроводах, необходимо проверить работу преобразователей расхода или определить место подмеса дополнительной воды. Количество тепловой энергии, теплоносителя за этот период определяется расчетным путем.

93. Количество тепловой энергии, теплоносителя, потерянных с утечкой теплоносителя, рассчитывается в следующих случаях:

а) утечка теплоносителя (включая утечку теплоносителя на сетях потребителя до узла учета) выявлена и оформлена совместными документами (двухсторонними актами);

б) величина утечки теплоносителя, зафиксированная водосчетчиком при подпитке независимых систем, превышает нормативную;

В остальных случаях учитывается величина утечки теплоносителя, определенная в договоре.

Порядок определения величины потерь тепловой энергии с утечкой теплоносителя описан в пунктах 75 - 80 настоящей Методики.

XI. Учет тепловой энергии, теплоносителя, отпущенных с паром

На источнике тепловой энергии

94. Узлы учета тепловой энергии устанавливаются на каждом выводе тепловой сети. Принципиальная схема размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых параметров на источнике тепловой энергии для паровых систем теплоснабжения представлена на рисунке 8 .

Приборному учету тепловой энергии с заданной Методикой точностью подлежит только перегретый пар. При использовании насыщенного пара приборный учет может быть организован в зависимости от особенностей источника тепловой энергии и потребителя расчетным путем или по согласованию с потребителем по методике, установленной в договоре.

95. Теплосчетчики, используемые в системах учета тепловой энергии пара, должны иметь возможность фиксировать момент перехода перегретого пара в насыщенное состояние и прекращать коммерческий учет тепловой энергии до момента возврата пара в перегретое состояние. Время отсутствия учета по данной причине должно быть зафиксировано.

96. На каждом узле учета тепловой энергии должны регистрироваться:

а) время работы приборов узла учета в штатном и нештатном режимах;

б) количество отпущенной тепловой энергии за час, сутки, отчетный период;

в) масса отпущенного пара и возвращенного источнику тепловой энергии конденсата за час, сутки, отчетный период;

г) средневзвешенные значения температуры пара, конденсата и холодной воды за час, сутки, отчетный период;

д) средневзвешенные значения давления пара, конденсата за час, сутки, отчетный период.

97. Количество тепловой энергии, отпущенной источником тепловой энергии, суммируется по каждому выводу.

98. Для расчетов раздельно определяется количество тепловой энергии, отпущенное с паром и возвращаемое с конденсатом:

а) количество тепловой энергии в паре, дифференцированном по давлению, отпущенное источником тепловой энергии рассчитывается по формуле.

При работе с какими-либо расчётами, вычислениями и выполнении прогноза разнообразных явлений, связанных с теплотехникой, каждый сталкивается с понятием энтальпия. Но для людей, специальность которых не касается теплоэнергетики или которые лишь поверхностно сталкиваются с подобными терминами, слово «энтальпия» будет наводить страх и ужас. Итак, давайте разберёмся, действительно ли всё так страшно и непонятно?

Если попытаться сказать совсем просто, под термином энтальпия понимается энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при некотором постоянном давлении. Понятие энтальпия в переводе с греческого значит «нагреваю». То есть формулу, содержащую элементарную сумму внутренней энергии и произведенную работу, называют энтальпией. Эта величина обозначается буквой i.

Если записать вышесказанное физическими величинами, преобразовать и вывести формулу, то получится i = u + pv (где u – внутренняя энергия; p, u – давление и удельный объем рабочего тела в том же состоянии, для которого взято значение внутренней энергии). Энтальпия - аддитивная функция, т. е. энтальпия всей системы равна сумме всех составляющих её частей.

Термин «энтальпия» сложен и многогранен.

Но если постараться в нём разобраться, то всё пойдёт очень просто и понятно.

Во-первых, чтобы понять, что же такое энтальпия, стоит узнать общее определение, что мы и сделали.
Во-вторых, стоит найти мпеханизм появления этой физической единицы, понять, откуда она взялась.
В-третьих, нужно найти связь с другими физическими единицами, которые неразрывно с ними взаимосвязаны.
И, наконец, в-четвёртых, нужно посмотреть примеры и формулу.

Ну, что же, механизм работы понятен. Вам лишь нужно внимательно читать и вникать. С термином «Энтальпии» мы уже разобрались, также привели и его формулу. Но тут же возникает ещё один вопрос: откуда взялась эта формула и почему энтропия связана, к примеру, с внутренней энергией и давлением?

Суть и смысл

Для того, чтобы попытаться выяснить физический смысл понятия «энтальпия» нужно знать первый закон термодинамики:

энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в одинаковых количествах. Таким примером может служить переход теплоты (тепловой энергии) в механическую энергию, и наоборот.

Уравнение первого закона термодинамики нам нужно преобразить в вид dq = du + pdv = du + pdv + vdp – vdp = d(u + pv) – vdp. Отсюда мы видим выражение (u + pv). Именно это выражение и называется энтальпией (полная формула приводилась выше).

Энтальпия также является величиной состояния, потому что составляющие u (напряжение) и p (давление), v (удельный объём) имеют для каждой величины определенные значения. Зная это, первый закон термодинамики возможно переписать в виде: dq = di – vdp.

В технической термодинамике используются значения энтальпии, которые высчитываются от условно принятого нуля. Все абсолютные значения этих величин весьма трудно определить, так как для этого необходимо учесть все составляющие внутренней энергии вещества при изменении его состояния от О к К.

Формулу и значения энтальпии привёл в 1909 г. учёный Г.Камерлинг-Оннесом.

В выражении i — удельная энтальпия, для всей массы тела полная энтальпия обозначается буквой I, по всемирной системе единиц энтальпия измеряется в Джоулях на килограмм и рассчитывается как:

Функции

Энтальпия («Э») является одной из вспомогательных функций, благодаря использованию которой можно значительно упростить термодинамический расчёт. Так например, огромное количество процессов подвода теплоты в теплоэнергетике (в паровых котлах или камере сгорания газовых турбин и реактивных двигателей, а также в теплообменных аппаратах) осуществляют при постоянном давлении. По этой причине в таблицах термодинамических свойств обычно приводят значения энтальпии.

Условие сохранения энтальпии лежит, в частности, в основе теории Джоуля - Томсона. Или эффекта, нашедшего важное практическое применение при сжижении газов. Таким образом, энтальпия есть полная энергия расширенной системы, представляющая сумму внутренней энергии и внешней – потенциальной энергии давления. Как любой параметр состояния, энтальпия может быть определена любой парой независимых параметров состояния.

Также, исходя из приведённых выше формул, можно сказать: «Э» химической реакции равна сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции.
В общем случае изменение энергии термодинамической системы не является необходимым условием для изменения энтропии этой системы.

Итак, вот мы и разобрали понятие «энтальпии». Стоит отметить, что «Э» неразрывно связана с энтропией, о которой вы также можете прочесть позже.

Энтальпия. Этому элементу I - d диаграммы я посвятил отдельную тему, потому как для меня этот элемент являлся наименее понятным среди остальных (температуры, влагосодержания и относительной влажности ) и требующим разбора других попутных понятий.
Продублирую рисунок из прошлой статьи :

Не буду глубоко вдаваться в терминологию, скажу лишь, что я понимаю энтальпию воздуха, как энергию, которую хранит в себе определенный объем воздуха. Эта энергия является потенциальной, то есть в условии равновесия воздух не тратит эту энергию и не поглощает её из других источников.

Не буду даже приводить пример для разъяснения своего определения (хотя хотел ), потому как, по моему мнению, это запутает и уведет в сторону.

Сразу к делу - что главное мы можем взять из энтальпии? - отвечаю - энергию (или количество теплоты ), которую нужно передать воздуху, чтобы нагреть его или отнять, чтобы его охладить (или осушить ).

Например, у нас есть задача - посчитать какой мощности нам нужен калорифер, чтобы осенью или весной подать в помещение 1200 м3/ч нагретого до температуры плюс 20 градусов наружного воздуха. Расчетная температура наружного воздуха в переходный период - плюс 10 градусов при энтальпии 26,5 кДж/кг (по СП 60.13330.2012 ).

Задача решается легко. Для того чтобы решить такую простую задачку используя и-д диаграмму, нам необходимо ввести в уровень понимания единицы измерения некоторых физических величин:
1) Энтальпия - килоДжоуль/килограмм. То есть количество потенциальной энергии в одном килограмме воздуха. Здесь все просто - если энтальпия равна 20, то это означает, что в одном килограмме данного воздуха находится 20 килоджоулей потенциальной теплоты или 20000 джоулей.
2) Мощность калорифера - Ватты, но в то же время ватты можно разложить на Джоуль/секунда. То есть, сколько может выдать калорифер энергии за одну секунду. Чем больше энергии нам сможет выдать калорифер за секунду, тем он мощнее. И тут все просто.

Итак, берем I - d диаграмму и ставим на ней точку наружного воздуха. После, проводим прямую линию вверх (идет нагрев воздуха без изменения влагосодержания ).

Мы получаем точку на j - d диаграмме с температурой плюс 20 градусов и энтальпией 36,5 кДж/кг. Возникает вопрос - что, же, черт возьми, нам дальше делать с этой гребанной информацией?! :)

Во первых, обратим внимание на то, что мы производили все операции с одним килограммом воздуха (это косвенно видно по единице измерения энтальпии кДж/кг ).

Во вторых, у нас был килограмм воздуха с 26,5 кДж, а стал с 36,5 кДж потенциальной энергии. То есть килограмму воздуха сообщили 10 кДж для того чтобы его температура поднялась с плюс 10 градусов до плюс двадцати.

Дальше мы переведем 1200 м 3 /ч в кг/с(килограммы/секунда, т.к. на I - d диаграмме используются эти единицы измерения ), умножив 1200 на 1,25 кг/м 3 (один метр кубический десятиградусного воздуха весит 1,25 килограмма ), что даст нам 1500 кг/ч, а затем разделив на 3600 (обратите внимание на логику перевода между системами - делим мы на 3600 не потому что мы так зазубрили или запомнили, а потому что за секунду у нас воздуха пройдет меньше чем за час, меньше в 3600 раз ) получаем итог 0,417 кг/с.

Идем дальше. Мы получили, что за одну секунду проходит 0,417 кг воздуха. И мы знаем, что каждому килограмму необходимо передать (сообщить ) 10 кДж для того, чтобы нагреть его до температуры плюс 20 градусов. Сообщаем, умножая 0,417 кг/с на 10 кДж/кг, и получая 4,17 кДж/с (килограммы сократились ) или 4170 Дж/с, что равно 4170 Вт (определено нами ранее по тексту ). Вот мы и получили мощность нашего калорифера.

Кондиционирование

Охлаждение происходит по тому же принципу, но только немного сложнее из-за выделения влаги из воздуха.

Выделение влаги (конденсата ) из воздуха происходит тогда, когда температура воздуха при охлаждении достигает точки росы на линии относительной влажности 100%. В предыдущей статье я описал этот процесс:

Вроде бы, нет ничего сложного - охлаждаем воздух с температурой плюс 20 градусов и относительной влажностью 50% до плюс 12 градусов (как это обычно происходит в сплит-системах ), проводя прямую вертикально вниз из точки 20-ти градусного воздуха до точки 12-ти градусного воздуха.

И что мы видим - никаких влаговыделений. Влагосодержание осталось на прежнем уровне - 8 г/кг. Но мы то знаем, что при работе кондиционера идет обильное влаговыделение (конденсат активно капает из дренажной трубки, выведенной на фасад здания ) - этот факт подтверждается неоднократным наблюдением гуляющего по летним улицам.

Возникает вопрос - откуда же влага? Ответ: дело в том, что через внутренний блок кондиционера проходят медные трубки, которые охлаждаются хладагентом до температур, которые ниже плюс 12 градусов, и в связи с этим охлаждаемый воздух делится на слои с различной температурой, примерно как на рисунке ниже (предположим, что трубки охлаждаются до плюс 5 градусов ). Сразу скажу, что это далекий от действительности, но показывающий общий смысл вышесказанных мною слов рисунок (прошу меня за него не ругать )

Поэтому из того воздуха, который соприкасается с трубками(и оребрением ) и выпадает влага. А тот воздух, что не успел охладиться до точки росы, или успел, но избежал контакта с охлажденной поверхностью, минует процесс влаговыделения и несет в себе столько же влаги, сколько он нес в себе до охлаждения (по сути ).

Для того чтобы провести правильную прямую процесса охлаждения воздуха в таком охладителе (где температура хладагента ниже температуры точки росы ), нам необходимо учесть каждый воздушный поток с различными тепловлажностными параметрами воздуха и найти на графике точки смешения всех этих потоков - что по моему мнению - не реально (у меня просто не хватит мозгов на это )! Но…

Я пришел к вот такому решению (скорее всего не я такой один ) - у нас есть температура входящего воздуха, есть температура хладагента и есть температура получаемого воздуха, и я считаю, что нам достаточно провести линию процесса охлаждения части воздуха до плюс 5 градусов и найти точку смешения 5-ти градусного воздуха и 20-ти градусного воздуха. То есть, я предполагаю, что проходя через внутренний блок кондиционера, воздух делится на два потока - тот, который охлаждается до плюс пяти градусов и выдает нам наибольшее количество влаги, и тот который вообще не охлаждается, а на выходе эти два потока смешиваются и образуют поток воздуха с температурой плюс 12 градусов и определенным влагосодержанием.

Я считаю, что для достижения тех целей, которые я преследую, результата, полученного при таком упрощении, вполне достаточно. А какие же цели я преследую?

Первая цель - это определение максимального влаговыделения для того, чтобы рассчитать систему конденсатоотвода (особенно актуально это при системах кондиционирования, в составе которых две и более охлаждающих установок )

Вторая цель - учесть количество холода, идущего на перевод воды из газообразного состояния в жидкое (на конденсацию влаги; так назывемая скрытая холодопроизводительность ). Особенно актуально это при охлаждении (отведении тепла ) во влажных помещениях. Например, нам необходимо отвести от определенного насоса 2 кВт тепла, которые он выделяет в помещение. Если мы не учтем, что помещение влажное (влажное, по каким либо причинам ) и установим в помещение сплит-систему мощностью 2,5 кВт, то мы можем получить (при определенных условиях ), что сплит-система тратит 1 кВт лишь для того, чтобы перевести пар во влагу, а на удаление теплоизбытков тратит оставшиеся 1,5 кВт, что меньше на 500 Вт необходимого, и что может привести к перегреву насоса и скорого его выхода из строя.

Итак, делим поток на два потока, один из которых охлаждаем до плюс пяти - отрезок 1-2, а другой оставляем не тронутым - точка 1.

Смешиваем эти два потока, объединяя получившиеся точки прямой 1-3-2, и находим нашу 12-ти градусную точку на получившейся прямой.

Оставляем прямую 1-3 как линию процесса охлаждения воздуха в сухом охладителе с температуры плюс 20 градусов до плюс 12 градусов с выделением конденсата.

Для того чтобы узнать количество конденсата, выпавшего на оребрении и трубках охладителя нам необходимо вычесть влагосодержание получившегося воздуха из влагосодержания необработанного воздуха 7,3 г/кг - 6,3 г/кг. В итоге мы получим, что из каждого килограмма прошедшего через охладитель воздуха выделится 1 грамм конденсата. Чтобы узнать расход конденсата, нам необходимо узнать, сколько килограммов воздуха проходит через теплообменник за определенное время. Например, если нам необходимо охладить 1400 м 3 /ч воздуха с температуры плюс 20 градусов с относительной влажностью 50% до температуры плюс 12 градусов, то мы переведем 1400 м 3 /ч в 1680 кг/ч и получим, что за час обработки воздуха выделится 1680 грамм конденсата (по одному грамму на каждый килограмм воздуха ), что равно 0,47 г/с (грамм/секунда ) и 0,47 * 10 -3 кг/с.

Полная холодопроизводительность находится так же, как мы искали теплопроизводительность калорифера ранее. Берем энтальпию начальной точки 28 кДж/кг, вычитаем из нее энтальпию конечной точки 38,5 кДж/кг, получая отрицательное число 10,5 кДж/кг (минус указывает на то, что энергия отдается хладагенту ). Переводим 1680 кг/ч в килограмм/секунда, что будет равняться 0,47 кг/с. В итоге получаем 4,935 кДж/с, что равно 4,935 кВт мощности.

Подпишись на мой YouTube-канал FAN-tastiK - канал о проектировании Вентиляции, Кондиционирования и Отопления

Если есть необходимость определить скрытую холодопроизводительность , можно найти её, отталкиваясь от количества выделенного конденсата, используя удельную теплоту парообразования:
Теплота, требуемая для конденсации влаги, находится по формуле: Q = L * m ,
где L - удельная теплота парообразования; m - масса влаги.
L воды равно: 2260 кДж/кг.

Для того, чтобы перевести 0,47 грамма воды из газообразного состояния в жидкое состояние за секунду нам требуется 2260 Дж * 10 3 * 0,47 кг/с * 10 -3 = 1063 Дж/с, что равно 1063 Вт.

Итак скрытая холодопроизводительность данного процесса равна 1063 Вт.

Это Все

Собственно, это все, что я хотел рассмотреть в данной статье. Прошу не бранить меня за наивную упрощенность описанного мною - я постарался объяснить в первую очередь себе - что такое энтальпия и как ей пользоваться. Надеюсь Вам было интересно и полезно. Спасибо за внимание.

P.S. Эта статья не в коем случае не является учебным пособием. Она лишь мое субъективное видение вопроса. Я бы даже сказал - каждое слово, написанное в этой статье, является ошибочным. Информацию, достойную носить звание "Научная истина" ищите в учебниках.

Энтальпия (от греч. enthalpo - нагреваю) - это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту .

Энтальпия - это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии , сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления , не всю ее можно преобразовать в теплоту . Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру. Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия - это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении .

Единицы энтальпии - британская тепловая единица или Джоуль для энергии и Btu/lbm или Дж/кг для удельной энергии.

Количество энтальпии

Количество энтальпии вещества основано на его данной температуре.

Данная температура - это значение, которая выбрано учеными и инженерами, как основание для вычислений. Это температура, при которой энтальпия вещества равна нулю Дж. Другими словами, у вещества нет доступной энергии , которую можно преобразовать в теплоту . Данная температура у различных веществ разная. Например, данная температура воды - это тройная точка (0°С), азота −150°С, а хладагентов на основе метана и этана −40°С.

Если температура вещества выше его данной температуры или изменяет состояние на газообразное при данной температуре, энтальпия выражается положительным числом. И наоборот при температуре ниже данной энтальпия вещества выражается отрицательным числом. Энтальпия используется в вычислениях для определения разницы уровней энергии между двумя состояниями. Это необходимо для настройки оборудования и определения коэффициента полезного действия процесса.

Энтальпию часто определяют как полную энергию вещества, так как она равна сумме его внутренней энергии (и) в данном состоянии наряду с его способностью проделать работу (pv ). Но в действительности энтальпия не указывает полную энергию вещества при данной температуре выше абсолютного нуля (-273°С). Следовательно, вместо того, чтобы определять энтальпию как полную теплоту вещества, более точно определять ее как общее количество доступной энергии вещества, которое можно преобразовать в теплоту .

H = U + pV ,

где V - объём системы. Полный дифференциал энтальпии имеет вид:

dH = TdS + Vdp