2. Измерение тепловой энергии.

2.1 Основные понятия.

Тепловая энергия – это кинетическая энергия движения молекул веще­ства. Чем больше нагрето физическое тело, чем больше его темпера­тура, тем больше скорость движения молекул вещества. Тепловая энер­гия передается от более нагретого физического тела к более холодно­му. При нагреве физическое тело запасает тепловую энергию, при остывании оно отдает тепловую энергию. Из закона сохранения энергии следует: сколько тепловой энергии потрачено на нагрев тела, столько тепловой энергии выделится при его остывании.

Способность физического тела запасать тепловую энергию называется "теплоемкость". Для измерения теплоемкости физического тела пользуются физическим понятием "Энтальпия". Энтальпия – это количество тепловой энергии запасенное единицей массы физического тела ( в системе СИ – кг.) при нагреве его на один градус. Единицей измерения энтальпии в системе СИ являются: Дж/кг, МВт-ч/кг и их производные единицы. Например: энтальпия кипящей воды соответствует количеству тепла, требующе­муся для подогрева 1 кг воды от 273 °К (О °С) до точки кипения при данном давлении, а энтальпия сухого насыщенного пара включает количество тепла, необходимого для ее полного испарения. Так, например, энтальпия 1 кг ки­пящей воды при атмосферном давлении равна 0,415 МДж/кг (99,2 ккал/кг), для испарения этой воды необходимо израсходовать дополнительно 2,259 МДж/кг (539,6 ккал/кг) и энтальпия полученного 1 кг сухого насы­щенного пара будет равна 0,415 + 2,259 = 2,674 МДж/кг (638,8 ккал/кг).

Тепло, необходимое для получения 1 кг пара из кипящей воды (в дан­ном случае 2,674 МДж), называется скрытой теплотой парообразования. Оно названо так потому, что затрачивается на подогрев 1 кг воды от 273,15 °К (О °С) до точки кипения и испарение (парообразование) воды и до полного её испарения.

Энтальпия физического тела зависит от его физических свойств ( химический состав, плотность, состояние вещества – твердое, жидкое, газообразное, давление окружающей среды и т.д.) и является для данного вещества и данных внешних условий (давление, темпера­тура) величиной постоянной.

Величину энтальпии для каждого веще­ства находят по стандартным справочным данным ГСССД ( Государственная система стандартных справочных данных). ГСССД изда­ются Госстандартом и являются официальным документом к их при­менению.

С практической точки зрения, наибольший интерес представ­ляют вещества, применяемые в промышленной теплоэнергетике для переноса тепловой энергии – вода и водяной пар. Для измерения теп­ловой энергии передаваемой водой или паром используют специаль­ные приборы – теплосчетчики.

Существуют две принципиальных схемы измерения тепловой энергии, где в качестве теплоносителя используется вода:

• Закрытая схема измерения тепловой энергии (см. рис.2.1).

• Открытая схема измерения тепловой энергии (см. рис.2.2).

2.2 Закрытая схема измерения тепловой энергии.

Закрытая схема измерения тепловой энергии подразумевает, что расход теплоносителя ( сетевая вода ) в прямом и обратном трубопроводе одинаковый т.е. потери, санкционированный и не санкционированный разбор теплоносителя отсутствует. При такой схеме измерения теплосчетчик работает по следующему алгоритму:

; ( 2.1 )

Где: Q – измеряемая тепловая энергия.

G – объемный расход теплоносителя в трубопроводе ( прямом или обратном ) на котором установлен расходомер; м³/ч.

ρ - плотность теплоносителя в трубопроводе ( прямом или об­ратном ) на котором установлен расходомер; кг/м³.

h₁ и h₂ – энтальпия теплоносителя в прямом и обратном трубо­проводе.

Т₁ и Т₂ – время начала и конца измерения.

Энтальпия ( h ) и плотность ( ρ ) имеют следующие зависимости:

, ( 2.2 )

, ( 2.3 )

Где: р_а – абсолютное давление измеряемой среды.

t^o – температура измеряемой среды.

Т.к. вода является практически не сжимаемой средой, то для воды зависимости (2.2) и (2.3) от р_а не имеет ярко выраженного значения. Поэтому в интервале реальных рабочих давлений в теплосети от 0 до 2,0 мПа зависимости (2.2), (2.3) принимают вид:

, ( 2.4 )

, ( 2.5 )

Из зависимостей (2.4) и (2.5) следует, что для вычисления параметров текущих значений энтальпии ( h ) и плотности ( ρ ) по ГСССД достаточно измерять с необходимой точностью температуру на подающем и обратном трубопроводе.

Рис.1. Закрытая схема измерения тепловой энергии.

ТС_ПОД. – термометр сопротивления, измеряющий температуру на подающем трубопроводе.

ТС_ОБР - _. термометр сопротивления, измеряющий температуру на обратном трубопроводе.

Расход теплоносителя (G) измеряется специальными приборами – расхо­домерами, работающими на том или ином физиче­ском принципе.

Согласно, действующих нормативных документов, вопрос об установке расходомера теплосчетчика на подающем или обратном трубопроводе при закрытой схеме измерения тепловой энергии, согласуется с теплоснабжающей организацией. На практике теплоснабжающая организация требует установку расходомера теплосчетчика на подающем трубопроводе.