(62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: Układ pomiarowy do wyznaczania zużycia ciepła w lokalach budynków wielolokalowych

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01K 17/06 ( ) G01K 17/08 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: (54) Układ pomiarowy do wyznaczania zużycia ciepła w lokalach budynków wielolokalowych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/16 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/18 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL (72) Twórca(y) wynalazku: PAWEŁ MICHNIKOWSKI, Poznań, PL ADAM DESKA, Łódź, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Ewa Kaczur-Kaczyńska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ pomiarowy do wyznaczania zużycia ciepła w lokalach budynków wielolokalowych, umożliwiający pomiar zużycia ciepła niższego od zakresu pomiarowego ciepłomierzy. Dotychczas zużycie ciepła w lokalach zaopatrzonych w instalację cieplną rejestrowane jest, zgodnie z równaniem definicyjnym, jako iloczyn różnicy temperatur nośnika ciepła (wody) na wlocie i wylocie z instalacji odbiorczej oraz masowego natężenia przepływu. Pomiar zużycia ciepła jest więc pomiarem pośrednim, czyli efektem pomiarów bezpośrednich natężenia przepływu czynnika cieplnego oraz różnicy temperatur tego czynnika na wlocie i wylocie z odbiornika ciepła i następnie podstawienia tych wielkości do równania definicyjnego. Pomiar zużycia ciepła realizowany jest obecnie za pomocą urządzenia zwanego ciepłomierzem. Ciepłomierz składa się z przetwornika przepływu (wodomierza) nośnika ciepła, zamontowanego na przewodzie odprowadzającym ten czynnik z odbiornika ciepła oraz czujników temperatur, z których jeden jest zamocowany na przewodzie doprowadzającym czynnik cieplny, zaś drugi na przewodzie odprowadzającym ten czynnik. Po zarejestrowaniu przez przetwornik przepływu wielkości przepływu czynnika cieplnego i wyznaczeniu różnicy temperatur tego czujnika na wlocie i wylocie z odbiornika ciepła, oba te sygnały są przesyłane do tak zwanego integratora ciepłomierza, gdzie następuje wyznaczenie ilości zużytego ciepła z wzoru definicyjnego. Ograniczenie sposobu pomiaru zużycia ciepła za pomocą ciepłomierzy wynika z ich ograniczonego zakresu pomiarowego, definiowanego maksymalną i minimalną ilością rejestrowanego przez nie ciepła. Z punktu widzenia metrologicznego ważna jest minimalna wartość ciepła rejestrowana dla określonej wielkości ciepłomierza. Jest ona określona przez dwie wielkości: minimalny przepływ rejestrowany przez przetwornik przepływu, charakterystyczny dla danej wielkości ciepłomierza, oraz minimalną różnicę temperatur wynoszącą z reguły 3 C. Szczególnie ważne z punktu widzenia dokładności rejestrowanej ilości ciepła jest tzw. próg rozruchu przetwornika przepływu, od którego następuje zliczanie zużycia ciepła. Przetwornik przepływu posiada następujące zakresy przepływu, charakteryzujące jego własności metrologiczne: w zakresie pomiędzy progiem rozruchu i przepływem minimalnym przetwornik przepływu wskazuje przepływ z nieokreślonym błędem na minus w granicach -100% do -5%, w zakresie pomiędzy przepływem minimalnym i przepływem pośrednim błąd względny wskazywania mieści się w przedziale (-5%, +5%), w zakresie pomiędzy przepływem pośrednim i nominalnym, przy którym błąd względny wskazywania mieści się w przedziale (-3%, +3%). Dotychczas rejestracja małych ilości ciepła zużywanych na ogrzanie lokali o małym zapotrzebowaniu na ciepło do ogrzania polega na: zastosowaniu czułych ciepłomierzy zaopatrzonych w przetworniki przepływu ultradźwiękowe lub mechaniczne o specjalnie wyselekcjonowanej charakterystyce metrologicznej, obniżeniu parametrów nośnika ciepła w celu sztucznego podwyższenia przepływu w przetworniku przepływu, zwiększeniu przepływu wody przez wodomierz w drodze stałego połączenia przewodu zasilającego nośnikiem ciepła z przewodem powrotnym (spięcie), przed odbiornikiem ciepła za pomocą zaworu regulacyjnego lub upustowego. Zastosowanie czułych ciepłomierzy wiąże się z podniesieniem kosztów produkcji ciepłomierza, przy czym ciepłomierze takie są wrażliwe na zanieczyszczenia, zarastanie instalacji oraz w przypadku przetworników przepływu ultradźwiękowych także na obecność dużej ilości powietrza w instalacji. Obniżenie parametrów nośnika ciepła wiąże się z przewymiarowaniem instalacji odbiorczej (grzejników), aby w sytuacji niższych parametrów zasilania mogła zapewnić wystarczającą, z punktu widzenia przepisów i komfortu cieplnego, wydajność instalacji grzewczej. Zwiększenie przepływu wody przez przetwornik przepływu polega na tym, że zawór regulacyjny lub upustowy są ustawione na stały przepływ równy minimalnemu metrologicznemu przepływowi przetwornika przepływu zainstalowanego w ciepłomierzu. Dzięki przepływowi przez zastosowane spięcie (obejście), nawet w przypadku minimalnego poboru ciepła przez odbiornik (mały przepływ wody nie rejestrowany przez przetwornik przepływu), przetwornik przepływu pokazuje sumę przepływów: przez spięcie i odbiornik ciepła, z maksymalnym błędem -5%. W przypadku braku przepływu ciepła przez

3 PL B1 3 odbiornik, przez opisane powyżej spięcie ciągle przepływa woda o natężeniu równym minimalnemu przepływowi przetwornika przepływu ciepłomierzowego. Nie następuje jednak w tym czasie naliczanie zużycia ciepła, ponieważ na krótkim odcinku spięcia woda nie zdąży się wychłodzić i nie ma różnicy temperatur pomiędzy zasilaniem a powrotem (we wzorze definicyjnym na zużycie ciepła występuje bowiem iloczyn natężenia przepływu i różnicy temperatur). Przy zerowej różnicy temperatur zużycie ciepła także wynosi zero. Przy małym poborze ciepła przez odbiornik, który samodzielnie nie wywoła wystarczającego przepływu rejestrowanego przez przetwornik przepływu, przetwornik przepływu rejestruje sumę obu strumieni czynnika grzewczego, przepływających przez odbiornik i przez spięcie. Różnica temperatur na obu czujnikach jest tyle razy mniejsza od różnicy temperatur spowodowanej przepływem czynnika grzewczego przez odbiornik, ile razy suma strumieni ciepła jest większa od strumienia przepływającego przez odbiornik ciepła. Wskazanie ciepłomierza wywołane zwiększonym przepływem przez przetwornik przepływu i mniejszą różnicą temperatur, w efekcie sumarycznego przepływu czynnika przez odbiornik i spięcie, będzie takie samo jak wywołane tylko przepływem przez odbiornik. Jednak nawet najmniejszy pobór ciepła wywołujący mały przepływ nośnika przez przetwornik przepływu będzie rejestrowany przez ciepłomierz. Jedynym ograniczeniem pomiaru zużycia ciepła w takim układzie pomiarowym jest różnica temperatur, która nie może być mniejsza niż 3 C. Rozwiązanie to nadaje się przede wszystkim do układów o ciągłym przepływie czynnika i centralnego pomiaru dla dwóch odbiorców o zasadniczo różniącym się zużyciu ciepła. Dobór ciepłomierza następuje na podstawie maksymalnego zużycia dużego odbiorcy. W przypadku braku odbioru ciepła przez dużego odbiorcę, przewymiarowany ciepłomierz nie rejestruje małego zużycia mniejszego odbiorcy. Rozwiązanie to nie ma zastosowania w przypadku podziału kosztów ogrzewania dla lokali budynku wielolokalowego. Wynika to z następujących przyczyn: braku ciągłego odbioru ciepła przez użytkowników, stałego podmieszania w układach pomiarowych wszystkich lokali, szczególnie w przypadku braku poboru ciepła, co wiąże się z dużymi stratami transportowymi ciepła oraz zwiększeniem wydajności pomp obiegowych. Układ pomiarowy do wyznaczania zużycia ciepła w lokalach budynków wielolokalowych, umożliwiający pomiar zużycia ciepła niższego od zakresu pomiarowego ciepłomierzy, zawierający ciepłomierz zamocowany na przewodzie do odprowadzania strumienia wychłodzonego nośnika ciepła z odbiornika ciepła, wyposażony w przetwornik przepływu czyli wodomierz oraz w integrator, z którym są połączone dwa czujniki temperatury, jeden zamocowany na przewodzie do doprowadzania strumienia nośnika ciepła do odbiornika ciepła, drugi na przewodzie do odprowadzania strumienia wychłodzonego nośnika ciepła z odbiornika ciepła, wyposażony nadto w przewód spinający z osadzonym na nim zaworem regulacyjnym, łączący przewód do doprowadzania i przewód do odprowadzania nośnika ciepła, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na przewodzie spinającym układu jest osadzony regulacyjny zawór termostatyczny o odwrotnym kierunku działania, którego głowica termostatyczna jest połączona z dodatkowym czujnikiem temperatury umieszczonym na przewodzie do doprowadzania nośnika ciepła, za przewodem spinającym, w takiej odległości od przewodu spinającego, dobranej doświadczalnie, aby przepływ czynnika grzewczego w przewodzie spinającym nie miał wpływu na temperaturę tego czujnika. Nadto w przewodzie spinającym układu jest umieszczona kryza do ustalenia natężenia przepływu strumienia w tym przewodzie, równego minimalnemu natężeniu przepływu wskazywanemu przez przetwornik przepływu ciepłomierza. Układ według wynalazku zwiększa zakres pomiarowy zużycia ciepła w lokalach budynków wielolokalowym poprzez podmieszanie strumienia nośnika ciepła (wody grzewczej) tylko w okresie poboru przez nie ciepła. Przyczynia się do minimalizacji strat transportowych i praktycznie nie powodują zwiększenia wydajności pomp obiegowych w instalacjach zaprojektowanych na maksymalny przepływ strumienia ciepła przez wszystkie lokale w warunkach obliczeniowych. Przepływ przez przewód spinający wzmacnia minimalny przepływ przez instalację odbiorczą ciepła powodując, iż przepływ całkowity jest większy od minimalnego przepływu rejestrowanego przez przetwornik przepływu o wartość bieżącego przepływu przez odbiornik ciepła. Przepływ strumienia nośnika ciepła jest rejestrowany z błędem maksymalnym równym -5%. W momencie, w którym kończy się pobór ciepła przez instalację grzewczą, sygnał sterujący zamyka przepływ strumienia przez przewód spinający i przepływ nośnika ciepła (wody) przez przetwornik przepływu jest równy zero. Wzmocnienie strumienia płynącego przez przetwornik przepływu, spowodowane podmieszaniem przez przewód spinający, nie powoduje rejestracji zwiększenia zużycia ciepła ponad wartość wywołaną przepływem użytecznego strumienia ciepła przez instalację odbiorczą i jej wychłodzeniem w odbiorniku.

4 4 PL B1 Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ zamontowany na instalacji grzewczej lokalu, w widoku schematycznym, zaś fig. 2 zawór układu, w częściowym przekroju wzdłużnym. Układ do wyznaczania zużycia ciepła zawiera ciepłomierz 7 zamocowany na przewodzie 10 do odprowadzania wychłodzonego nośnik ciepła z odbiornika ciepła 1, wyposażony w przetwornik przepływu czyli wodomierz oraz w integrator, z którym są połączone dwa czujniki temperatury, jeden 4a zamocowany na przewodzie 9 do doprowadzania nośnika ciepła do odbiornika ciepła 1, zaś drugi 4b na przewodzie 10 do odprowadzania wychłodzonego nośnika ciepła z odbiornika 1. Nadto układ zawiera przewód spinający 11 łączący przewód 9 do doprowadzania nośnika ciepła z przewodem 10 do odprowadzania tego nośnika. Na przewodzie spinającym 11 jest osadzony regulacyjny zawór termostatyczny 6 o odwrotnym kierunku działania. Zawór 6 zawiera głowicę termostatyczną 12, wewnątrz której jest umieszczony wypełniony gazem mieszek 13 wsparty na jednym końcu wrzeciona 14 usytuowanego w tej głowicy, otoczonego sprężyną 15 wspartą na dnie głowicy 12. Drugi koniec wrzeciona 14, zakończony grzybkiem 16, jest usytuowany w korpusie 17 tego zaworu. Głowica termostatyczna 12 zaworu 6 jest połączona rurką kapilarną 18 z dodatkowym czujnikiem temperatury 3 umieszczonym na przewodzie 9 do doprowadzania nośnika ciepła, za przewodem spinającym 11, w odległości od tego przewodu dobranej tak, aby przepływ nośnika ciepła w przewodzie 11 nie miał wpływu na wskazania czujnika temperatury 3. Nadto w przewodzie spinającym 11 układu jest umieszczona kryza do ustalenia natężenia przepływu strumienia w tym przewodzie, równego minimalnemu natężeniu przepływu wskazywanemu przez przetwornik przepływu ciepłomierza 7. Nośnik ciepła jest tłoczony do instalacji grzewczej ze źródła 8 tego czynnika za pomocą pompy obiegowej 5. Przy przepływie nośnika ciepła przez przewód 9 do doprowadzania tego nośnika do odbiornika 1, na skutek wzrostu temperatury następuje rozszerzenie się płynu zawartego w czujniku temperatury 3 złączonym z zaworem 6 na przewodzie spinającym 11. Płyn ten rurką kapilarną 18 dopływa do głowicy termostatycznej 12 powodując jej rozszerzenie się i otwarcie zaworu 6. W przypadku niekorzystania przez użytkownika lokalu z instalacji odbiorczej ciepła (przy zamkniętym dopływie strumienia nośnika ciepła do odbiornika 1), czujnik temperatury 4a umieszczony na przewodzie 9 doprowadzającym nośnik ciepła, czujnik temperatury 4b umieszczony na przewodzie 10 odprowadzającym wychłodzony nośnik ciepła z odbiornika 1 oraz dodatkowy czujnik temperatury 3 zamocowany na przewodzie doprowadzającym 9 wskazują tę samą temperaturę temperaturę otoczenia. Zawór 6 na przewodzie spinającym 11 jest zamknięty i ciepłomierz 7 wykazuje zerowe zużycie ciepła. Z chwilą uruchomienia przepływu nośnika ciepła przez odbiornik 1 po otwarciu przepływu przez zawór termostatyczny 2 instalacji grzewczej, nawet przy minimalnym poborze ciepła, czujnik temperatury 3 układu pomiarowego złączony rurką kapilarną 18 z głowicą termostatyczną 12 zaworu 6, nagrzany na skutek przepływu nośnika ciepła przez przewód 9 zasilający odbiornik ciepła 1, powoduje otwarcie zaworu 6 na przewodzie spinającym 11, przez który zaczyna płynąć strumień nośnika ciepła z przewodu zasilającego 9, powodujący podmieszanie strumienia wychłodzonego nośnika ciepła w przewodzie odprowadzającym 10. Za pomocą kryzy zamocowanej na przewodzie spinającym 11 ustalone zostaje natężenie przepływu strumienia nośnika ciepła przez przewód bocznikujący 11 równe minimalnemu natężeniu przepływu wskazywanemu przez wodomierz ciepłomierza 7. Dzięki temu, strumień wychłodzonego nośnika ciepła (którego przepływ nie powodował dotychczas wskazania przez ciepłomierz 7 zużycia ciepła) zostaje wzmocniony strumieniem nośnika ciepła doprowadzanym przewodem spinającym 11, przy czym strumień nośnika ciepła płynącego przez przewód bocznikujący 11, izolowany od wpływów temperatury zewnętrznej, nie powoduje różnicy temperatur rejestrowanych przez czujniki temperatur 4a i 4b. Powiększenie strumienia wychłodzonego nośnika ciepła płynącego przewodem 10 (wychłodzonego przez odbiór ciepła) o strumień o stałej temperaturze płynący przewodem spinającym 11 powoduje zmniejszenie w takim samym stopniu różnicy temperatur między wskazaniami czujników 4a i 4b. Dzięki temu, mimo dodatkowego strumienia wprowadzonego przewodem spinającym 11 do przewodu 10 odprowadzającego wychłodzony nośnik ciepła, iloczyn różnicy temperatur wskazywanej przez czujniki 4a i 4b oraz masowego natężenia przepływu wychłodzonego nośnika ciepła domieszkowanego strumieniem z przewodu spinającego 11, wskazanego przez przetwornik przepływu ciepłomierza 7, stanowiący definicyjną ilość zużytego ciepła, wyznaczony w integratorze ciepłomierza 7, wskazuje tylko ilość ciepła straconą w odbiorniku ciepła 1.

5 PL B1 5 Po zakończeniu poboru ciepła przez odbiornik 1 (zamknięcie przepływu przez zawór termostatyczny 2), następuje wychłodzenie przewodu zasilającego 9 w miejscu lokalizacji czujnika temperatury 3 złączonego z głowicą termostatyczną 12 zaworu 6 i następuje zamknięcie tego zaworu. Zamknięcie zaworu 6 następuje z pewnym opóźnieniem na skutek bezwładności głowicy termostatycznej 12 zaworu 6, co nie ma negatywnego wpływu na działanie układu pomiarowego, ponieważ przy braku różnicy temperatur na czujnikach 4 nie jest rejestrowane zużycie ciepła. Zastrzeżenie patentowe 1. Układ pomiarowy do wyznaczania zużycia ciepła w lokalach budynków wielolokalowych, umożliwiający pomiar zużycia ciepła niższego od zakresu pomiarowego ciepłomierzy, zawierający ciepłomierz zamocowany na przewodzie do odprowadzania strumienia wychłodzonego nośnika ciepła z odbiornika ciepła, wyposażony w przetwornik przepływu czyli wodomierz oraz w integrator, z którym są połączone dwa czujniki temperatury, jeden zamocowany na przewodzie do doprowadzania strumienia nośnika ciepła do odbiornika ciepła, drugi na przewodzie do odprowadzania strumienia wychłodzonego nośnika ciepła z odbiornika ciepła, wyposażony nadto w przewód spinający z osadzonym na nim zaworem regulacyjnym, łączący przewód do doprowadzania i przewód do odprowadzania nośnika ciepła, znamienny tym, że na przewodzie spinającym (11) układu jest osadzony regulacyjny zawór termostatyczny (6) o odwrotnym kierunku działania, którego głowica termostatyczna (12) jest połączona z dodatkowym czujnikiem temperatury (3) umieszczonym na przewodzie (9) do doprowadzania nośnika ciepła, za przewodem spinającym (11), w takiej odległości od przewodu spinającego (11), dobranej doświadczalnie, aby przepływ czynnika grzewczego w przewodzie spinającym (11) nie miał wpływu na temperaturę wskazywaną przez czujnik (3), nadto w przewodzie spinającym (11) układu jest umieszczona kryza do ustalenia natężenia przepływu strumienia w tym przewodzie, równego minimalnemu natężeniu przepływu wskazywanemu przez przetwornik przepływu ciepłomierza (7).

6 6 PL B1 Rysunki Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)