Расчет значения погрешности системы индивидуального учета и распределения потребления тепла в многоквартирных домах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 697.1:006 86 в. С. КАЗАЧКОВ

В. В. ШАЛАЙ А. А. ПОПОВ

Омский государственный университет путей сообщения

Омский государственный технический университет

РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ СИСТЕМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОГО УЧЕТА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛА В МНОГОКВАРТИРНЫХ ДОМАХ

8 статье рассматривается актуальная проблема метрологического обеспечения индивидуального учета потребления тепла в многоквартирных домах. Приведены расчеты значения максимальной погрешности распределения тепловой энергии системой. Кроме того, приведен расчет значения погрешности распределения для типовой однокомнатной квар • тиры. Приведенные расчеты показывают, что погрешность распределения не вносит значительных искажений в распределенное значение потребления тепла отдельной квартирой. что подтверждает целесообразность внедрения систем индивидуального учета и распределения теплопотребления в практику теплоучета.

Ключевые слова: системы учета тепла, погрешность системы учета тепла.

В условиях современною кризиса все острее встает вопрос сокращения любых затрат. Сокращение затрат па отопление решает одновременно дне за-дачи: уменьшение собственных расходов конечных потребителей и выполнение программы энергосбережения в масштабах страны.

В секторе ЖКХ первым этапом сокращении теп-лопотреблении является определение количества теплоты, расходуемой на обогрев отдельных расчетных единиц (многоквартирных домов). Анализ различных способов учета индивидуального теплопотребления 111 показал, что оптимальное решение этой задачи досгигается в рамках комплексной системы индивидуального учета и распределения потребления тепла » много квартирных домах.

Система и иди и и дуального учета и распределения потребления тепла своей определяющей функцией ставит распределение общедомового потребления. Потребление тепла домом есть точка отсчета построения распределительной системы. Иными словами, это га величина, которая учитывает все конструктивные особенности дома, влияющие на величину теплопо-треблепия (качество теплоизоляции, состояние отопительной системы, экономный режим отопления помещений и т.д).

Целью данной статьи ставится оценка значения погрешности, возникающей при индивидуальном распределении тепловой энергии и отдельной киар-тире.

Среди распредели!ельныхсистем, разработанных и внедренных в России, наиболее перспективной является автоматизированная система индивидуального учета и распределения потреблении тепла и мно-юк парт ирных домах |2|. Данная система реализует

принцип распределении 100% тепловой энергии, потребляемой домом. Исходными данными для распределения считаются показания общедомового тепло-вычислителя. Эти показании для системы считаются эталонными, и любая погрешность измерения будет распределена внутри системы

Рассмотрим погрешность распределения тепловой энергии системой,

В соответствии с законом Ньютона— Рихмана, теплопотреблеиие отдельной 1-й квартиры будет опре-делиться по формуле:

О, »& • ^ДГт; 11)

где аи1 — средний коэффициенттеплосьема по объединённой системе, т - время теплообмена;

5, — площадь поверхности теплоотдачи 1-го радиатора;

ЛТ — перепад температуры у ¡-го радиатора;

3, - коэффициенттенловой э(|к|)ектнаности каждого конкретного отопительного прибора, установленного у локального потребителя тепла.

В отличие от классического закона, в формуле (1) используется не коэффициент теплоотдачи отопительного прибора а, а ас(1 — средний коэффициент теплос ьема по объединённой системе. Данный коэффициент не только характеризует процесс суммарной теплоотдачи отопительных приборов дома, но и включае т поправки на потери тепла и отопление мест общего пользования.

Каждой составляющей формулы (1) присуще определенное значение погрешности. Произведем оценку погрешностей всех переменных

!ИХ1?]«ОНМ(ПГП И 1КМ)СЫ1ЭОНИ1ПУП 6001 ,п) Г * ЖИОИ ииюио

Средний коэффициент теплосьема а вычис-

Козффициент тепловой эффективности Ропреде

ляется из формулы общодомопого потребления тоило ляется из соотношения:

I OvJ:

О.

t--IP. S, AT,

(2)

Как уже было сказано выше, общедомовое тепло-потребление Оч„м является для системы эталонным, т о. значение его погрешности в этом случае равно нулю.

Погрешность измерения времени задается погрешностью хода часов компьютера. Максимальная погрешность часов компьютера составляет2 секунды в месяц, что соответствует7,7-10"' %. Учитывая порядок малости, данная погрешнос ть может быть исключена из расчета.

Погрешность определения площади отдельно взятого радиатора можно задать погрешностью на изготопление литых деталей. Рассмотрим наихудший случай, когда применяются чугунные радиаторы.

I lorpemiiocTb их изготовления ГОСТ 31311-2005 [3], согласно которому допускаемые отклонения размеров отливок не должны превышать значений, установленных для отлипок класса точности 11т но ГОСТ 26G45-85|4|. Предельные допускаемые отклонения размеров секции радиатора, тина МС-1 -10-500 площадью 0,244 м\ составит 0,000125 м1, а значение относительной погрешности изготовления секции будет равно 0,05 %.

Однако, учитывая тот факт, что в доме стоит множество батарей, то по закону больших чисел (мы можем его применить ввиду тот, что в доме, как пра-вило, устанавливается много больше 30 отопительных приборов) погрешнее I и их изготовления распределяются по нормальному закону, и их суммарная погрешность изготовления стремится к нулю

Погрешность измерения перепада температуры у отопительных приборов задается погрешностью измерения температуры парой датчиков. Перепад температур у радиаторов в системе измеряется полупроводниковыми датчиками производства Dallas Semiconductor Отличительной особенностью применяемых датчикои является алгоритм обработки измеряемого параметра, Максимальная погрешность однократного измерения в диапазоне температур от - 10 до + 85 ’С составляет *0,5 *С В наихудшем случае погрешность измерения перепада температур на одной батарее составляет 1 *С (0,95%) Однако совокупность датчиков состои т из огромного их количества Так, на 80-квартирный дом требуется примерно 400 пар датчиков Учитывая их большое количество, можно предположить, что не исключенные остатки систематической погрешности каждого датчика в отдельности образуют случайную погрешность совокупности датчиков Поскольку распределение значений погрешности совокупности датчиков близко к нормальному (число датчиков п>>30), погрешность совокупности при доверительной вероятности 0,95 (нормированная квантиль в этом случае будет равна

1,%) будет оценена как:

0.5

(3)

Однако даже такая малая погрешность не присутствует в реальной системе. Суммарная случайная погрешность совокупности датчиков нивелируется к своему математическому ожиданию, i .e. стремится к нулю.

Р.

lyj 0U7

(4)

где — коэффициент тепловой эффективности каждого конкретного отопительного прибора, установленного у локального потребителя тепла;

Ям., ~ удельный номинальный тепловой поток 1-го отопительного прибора;

Яуу аах ~ удельный номинальный тепловой поток отопительного прибор.», выбранною в качестве базового Значение удельного теплового потока определи ется но формуле:

Ч.

S'

(5)

где <7^ — удельный номинальный тепловой ноток секции отопительного прибора;

q — номинальный тепловой поток секции отопительного прибора;

5’ - площадь секции отопительного прибора.

Погрешность удельною номинального тепловой» потока вычисляется по следующей формуле:

(6)

где бг/>ч - относительная погрешность удельного номинального тепловою потока; б<7 — относительная погрешность номинального теплового потока;

65 - относительная погрешность площади секции отопительного прибора.

Погрешность определения номинального теплового потока для отопительных приборов отечественного производства, нормируется ГОСТ31311 -200513|. В соответствии с этим стандартом отклонение номинального теплового потока должно быть в пределах от минус 4 % до плюс 5 %. Значение относительной погрешнос ти изготовления (площади) отопительного прибора равно 0,05 %.

В формуле вычисления погрешности коэффициента тепловой эффективности используются квадраты значений погрешности определения номинального теплового потока. Учитывая это, рассматривается только вариант, дающий максимальный результат конечной погрешности:

6 q„ » ±^5; + 0,053 * 5%.

Это максимальное значение погрешности удельного номинального теплового потока применимо ко всем отопительным приборам в доме (т.е. =

*5%).

Тогда погрешность коэффициента тепловой эффективности будет равна:

= ±^/2^ = ±7^ = ±7.07%; (7)

где 60, - погрешность коэффициента тепловой эффективности отопительного прибора.

В среднестатистическом многоквартирном доме установлено порядка 200 отопительных приборов. Учитывая их большое количество, можно предполо-

жить, что погрешность коэффициента тепловой эффективности каждого прибора и отдельности образуют случайную погрешность их совокупности Распределение значений пог решности близко к нормальному (числоотопительных приборов П>>30). »1 эта погрешность, при доверительной вероятности

0,95 (нормированная квантиль в этом случае будет раина 1,90), будетоценена как:

7 07

6fi.-i1.96 -щ = 10,98%.

Однако эта максимальная погрешность может быть только в случае установки 200 отопительных приборов разного тина. В реальной практике, в многоквартирных дрмах устанавливаются отопительные приборы сходных типов, и в случае установки однотипных приборов погрешность определения коэффициента тепловой эффективности стремится к нулю

Таким образом, средний коэффициент те1ь\ось-емаа|(| определяется прак тически без погрешности Это вполне логично, учитывая большое количество составляющих элементов.

Далее будет рассмотрена погрешность распределенного значения тенлопогроблення отдельным потребителем.

Погрешность значения распределенноготеплопо-требления для отдельной квартиры возникает под влиянием ряда факторов, таких как точность изготовления отопи тельного прибора, средний коэффициент тепл1Х~ьема («,т|, погрешность измерения перепада температуры (ДТ(), погрешность измерения времени (т) и погрешность определения коэффициента тепловой эффективности конкретного отопительного прибора (р,). Как было показано выше, погрешность« и г пренебрежимо малы и в расчетах могут быть опущены,

Перепад температуры у отопительного прибора зависит от температуры самого отопительного прибора и температуры окружающего воздуха. Очевидно, что эти две температуры напрямую зависят друг ог друга, поэтому погрешность определения перепада температуры у отопительного прибора будетопроде-ляться по(}юрмулеллн коррелированных ар|умснтов:

ноегью определения номинального теплового потока. Данный параметр является обязательной технической харак теристикой отопительного прибора и определяется его производи телем. Чем точнее она определена, том точнее будет определяться распределенная доля теплопотребления.

Оценим значение погрешности для однокомна тной квартиры. Площадь большинства типовых однокомнатных квартир можно разделить на две отпиливаемые зоны: кухня и непосредственно комната. Для оценки значения погрешности распределения тепло-потребления в Отдельной квартире используются следующие исходные данные:

1. Установлены отопительные приборы типа МС 140.500

— в кухне 5 секций;

— в комнате 8 секций.

Для удобства будем считать эти два отопительных прибора одним, состоящим ид 13 секций.

2. Площадь одной секции отопительного прибора данного типа 0.244 м '.

3. Номинальный тепловой поток одной секции 0,160 кВт.

4. Температура отопительного прибора 65 ’С.

5. Температура воздуха в помещении 20 “С.

Т аким образом, площадь отопительного прибора будет равна:

?оп

13x0,244-3.172мг.

Погрешность изготовления отопительного прибора будет равна:

Б()П = ±л/1з- 657, „„ = ±л/Гз 005* 100% = ±0,18% •

Погрешность измерения перепада температур составит 1 %

Для расчета значении погрешности коэффициента тепловой эффективности рассмотрим наихуд-ший случай. Примем завышение номинального теплового потока отопительного прибора на 5%. Тогда значение погрешности (1 будет равно:

6„ ~^0Лй‘ +5* *5%.

= -К+л’г *2А А -

= >/6.26 + 0,25 + 2 • 0,5 ■ 0,5 = 1 % (8)

Погрешность определения коэффициента тепло вой эффективности отопи тельного прибора Р завн сит от погрешностей определения площади отопи тельного прибора и его номинального теплового по тока. Как было показано выше, погрешность опреде ления площади отопительного прибора составляет 0,0Ь* дня секции 1шащ-адыо 0,244 м* Таким образом

= \/0.05' + 5' «=5%.

(9)

В итого значение погрешности распределенной величины индивидуального теплопотребления будет вычислено Следующим образом:

6а - ^6' + &:лт + б}’ - \0,052 И7 + 5г =5,1% (10)

Очевидно, что погрешность распределения тепло-потребления, в первую очередь, определяет ся погреш-

Значение погрешности распределения величины общедомового теплопотребления при однократном измерении будет вычислено следующим образом:

6и = 7оЛ8Ч1Ч5Г * 5,1 %.

Если мы возьм('м занижение номинального теплового потока па Л %, тогда пофешность значения распределенного теплопотребления составит 4,1 %.

Таким образом, даже в самом худшем варианте построения системы погрешностъ значения распределенного теплопотребления не превыси т5.2 %.

Реальная же величина погрешности будет еще меньше ввиду ряда факторов При расчетах с поставщиком тепловой энергии расчетный период составляет 1 месяц, что соответствует2880 измерениям температур каждого радиатора. Э то приведет к нивелирован ию температурной погрешности до ничтожно малых значений. И основным составляющим элементом суммарной погрешности распределения останется погрешность определен« я значения величины номинального теплового потока. Погрешност и значений поминального теплового потока для каждой секции

*

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ИОНИК » 3 Л» 200» МАШИИОСГЮ1ИИ1 И МЛШИИ01ЩНШ

реального отопительного прибора будут отличаться друг от друга (вплоть до диаметрально противоположных). Соответственно, реальная погрешность номинального потока отопительного прибора (и, следовательно, коэффициента тепловой эффектив-ности) будет меньше 5 %. Чем точнее будет определено значение поминального теплового потока отопительного прибора, тем корректнее будет распределено общедомовое теплопотреблен ие между отдельными квартирами

Решение задачи энергосбережения не может заключаться в каком-либо одном действии. Организация учетатеплопотребления — это первый шаг к его экономии. Организация индивидуального учета теп-лопотребления - это мотивация к экономии для каждого конкретного потребителя

Рассматриваемая методика позволяет организовал, индивидуальный учет в многоквартирных домах с любой конфигурацией отопительной сис темы. Проведенные исследования показали, что погрешность распределения системы вполне сопоставима с погрешностью измерения 1еплоиотребления общедомовым узлом учета (погрешностьузла учета составляет 4 -5%). Т е. она не вносит в алгоритм расчета индивидуального теплопотребления недопустимых ошибок, по справедливо распределяет расходы тепла пепо средствеш юна отопление жилых помещений, отопление мест общего пользования (подъезды), технических помещений (чердаки и подвалы), атакже потери тепла в доме.

Ещё одним важным следствием является то, что погрешнееш распределения не вносят значительных искажений в распределенное значение потребления тепла отдельной квартирой. При таком значении погрешности распределения можно оценивать размер экономии энергии каждым жильцом. Ото приведет к сокращению теплопотребления в от дельно взятой квартире и к сокращению затрат на ее отопление. Проведенные экспериментальные исследования |1) показали, что ввод в эксплуатацию системы индивидуального учета и распределения потребления тепла в многоквартирных домах позволяет ие только уменьшить величину затрат на отопление (по сравне-

пию с нормативным способом учета), но и снизить само теплопотребление за счет его экономного использования.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод о технической целесообразности внедрения таких сис тем в практику теплоучета.

Библиографический список

I Казачкой U,С. Уровень оплоты за топлопотробление » миогикиартирнмх ДОМАХ U JdilltCIIMOCTM от способе его учет / B.C. Казачкой, В.В. Шалан. С.А. Когут. Л.А. Попов // Омский научный пестик. - 2008. — No 1 (G-1)/ - С 90—94

2. Ппт 2138029 Российская Федерация, МПК 6 С. 01 К 17/08, Способ определения расхода тепла докладными потребителями, «ходящими п объединенную систему потребителей тепла [Тексг|/ B.C. Казачком; Заявитель и патентообладатель Казачков Владимир Семенович No 98110982/28; заявл. 09.06.1998, опубл. 20.09.1999. Бюл. N9 26, — -4 с ■ I ил,

3 ГОСТ 31311 2005а Приборы отопительные Общиетехнн ческнеусловиям; Введ 01 01.2007.- 8с.

•1. ГОСТ 26045-85 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размерои. массы и припуски па механическую обработку; Ввод 01.07.1987. -36 с.

КАЗАЧКОВ Владимир Семёнович, кандидат техни-ческнх паук« доцент кафедры «Теоретическая электротехника» Омского государственногоуниверситчгга путей сообщения.

Адрес для переписки: с mail: v.8.ka/.achkov@gmail. com

ШАЛАЙ Виктор Владимирович, дрктортехнических наук, профессор, заведующий кафедрой «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертифи нация», ректор Омского государственноготехнического университета (ОмГТУ).

Адрес для переписки: e-mail: proreclor#omgtu.ru ПОПОВ Алексей Анатольевич, аспиран т кафедры «Стандартизация и управление качеством» ОмПГУ. Адрес для переписки; 644050, г. Омск. пр. Мира, 11.

Статья поступила п ргдякцню 30.09.2000 г.

© В. С. Казачков, В. В. ПІалай, А. Л. Понов

Книжная полка

Ентов, В. М. Механика сплошной среды и ее применение в газопефтедобыче. Введение в механику сплошной среды [Текст|: учеб. пособие для вузов по направлению нодгот. дипломир. специалистов 130500 «Нефтегазовое дело», 230400 «Прикладная математика» / В. М. Ентов, П. В. Гливенко; РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. — М.: Недра, 2000. — 203, [1] с.: рис. — Библиогр.: с. 203-204. — 1SBN 978-5-8365-0327-7.

Приведен учебный материал по механике сплошной среды, снабженный большим количеством задач и примеров компьютерного моделирования, связанного с газонефтедобычей.

Еленева, Ю. Л. Экономика машиностроительного производства (Текст): учеб. для вузов по техн. специальностям / Ю. А. Еленева. — 2-е изд., стер. — М.: Академия, 2007. — 254, [ 1 ] с.: рис., табл. — (Высшее профессиональное образование). — Библиогр.: с. 251-252. — 1500 экз. — ISBN 978-5-7695 4529-0.

Рассмотрены экономические основы производства, вопросы формирования и использования материальных, трудовых и финансовых ресурсов, планирования и управления затратами, финансовые отношении предприятия. управление денежными средствами, бюджетирование и налогообложение предприятия, внешнеэкономическая деятельность. Раскры т юридические основы деятельности предприятия. Особое внимание уделено технико экономическому анализу инженерных решений, методам оценки экономической эффективности инвестиций, инновациошюй деятельности предприятия.