Дулааны тоолуур халаалтын системд дулаан хэрэглээг хэрхэн нарийвчлалтай тооцоолдог вэ?

Халаалтын системд дулаан хэрэглэхийн шинжлэх ухааны үндэс

Дулааны тоолуур нь усны урсгалын хурд (массын урсгалын хэмжээ гэж нэрлэдэг) болон гарч буй халуун ус, эргэн ирж буй хүйтэн усны температурын зөрүү гэсэн хоёр үндсэн зүйлийг судалж, хичнээн дулааны энерги ашиглагдаж байгааг тодорхойлдог. Энэ бүхний ардах шинжлэх ухаан термодинамикийн үндсэн зарчим юм. Ерөнхийдөө дулаан дамжуулалтыг тооцоолохдоо гурван хүчин зүйлсийг үржүүлдэг: массын урсгал, усны хувийн дулаан багтаамж (инженерийн тооцоонд ихэвчлэн 1.163 Вт·ц/кг·К-той ойролцоо авдаг), мөн мэдээж температурын зөрүү. Олон аж үйлдвэрийн үйл ажиллагаа болон дулааны түгээлтийн сүлжээнүүд энергийн хэрэглээг нарийвчлан тодорхойлох, хэн хэдий хэмжээний энергийг хэрэглэснийг олж, хэн нэгэнд хэт их төлбөр ноцуулахгүйн тулд яг л энэ аргачлалд тулгуурладаг.

Q = m × c × ΔT томъёог ойлгох ба дулааны энерги хэмжихэд эзлэх үүрэг

Томъёо Q = m × c × ΔT систем дотор дамждаг дулааны энерги (кВт·ц)-г илэрхийлнэ:

• м = Усны массын урсгалын хэмжээ (кг/ц)
• c = Усны хувийн дулаан багтаамж (тогтмол утга нь 1.163 Вт·цаг/(кг·К))
• δT = Систем дэх температурын бууралт (К)

2023 оны IEA-ийн тайлангийн мэдээллээр, дээрх томъёо нь дэлхийн 92% дулааны тархалтын системийг үндэслэл болгож ашигладаг бөгөөд сенсорууд MID стандартад нийцвэл хэмжилтийн алдаа ±2%-аас доош байдаг.

Урсгал ба температурын өгөгдлийг хэрхэн нэгтгэж нарийн дулааны хэрэглээг тодорхойлох вэ

Орчин үеийн дулааны тоолуур нь цахилгаан-долгионт урсгалын сенсор (±1% нарийвчлал) ба платины эсэргүүцлийн термометр (±0.1К нарийвчлал) -ийг нэгтгэсэн бөгөөд секунд тутамд өгөгдөл авдаг. Өдөрт 8,600-аас дээш хэмжилт хийж боловсруулснаар жилийн алдааны хязгаар 1.5%-аас бага болж, олон өрөөт барилгын цахилгаан эрчим хүчний ноогдуулгыг найдвартай хангана.

Дулааны энерги хэмжих зарчмын бодит практикт хэрэглээ

Жилдээ 4.5 ТВт-ц энерги түгээдэг Гамбургийн дулааны нийтийн сүлжээнд нарийвчлалтай дулаан хэмжих системийг нэвтрүүлснээр нэхэмжлэх маргааны тоо 73%-иар буурсан (Stadtwerke Hamburg 2022). Үйлчилгээ үзүүлэгчид хэмжилтийн мэдээллийг цаг агаарын нөхцөлд нийцүүлэн тохируулах алгоритмтай хослуулж, хүйтэн цаг үеийн дулаан алдагдлыг зохицуулж, үр ашгийг болон хэрэглэгчийн итгэлийг сайжруулдаг.

Дулааны тоолуурын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон тэдгээрийн хоорондын харилцаа

Орчин үеийн дулааны тоолуур гурван үндсэн бүрэлдэхүүнтэй ажилладаг: утасны сенсор , температур датчид , ба нэгтгэсэн калькулятор . Эдгээр хэсгүүд хамтран ажиллан дулаан хэрэглээний мэдээллийг нарийвчлалтайгаар боловсруулж, харуулдаг.

Гол бүрэлдэхүүн хэсгүүд: Урсгалын сенсор, температурын сенсорууд, болон нэгтгэсэн калькулятор

Цэврийн урсгалын мэдрэгч нь системийн дагуух усны хэмжээг хянаж, температурын мэдрэгч нь нэгдэж орж ирж байгаа болон гарч байгаа зүйлсийн ялгааг илрүүлнэ. Эдгээр нарийвчилсан хэрэгсэл нь 0.1 градус хүртэлх өөрчлөлтийг илрүүлж чаддаг. Энэ нь эрчим хүчний хэрэглээг нарийвчилсан тооцоолоход маш чухал ач холбогдолтой. Эдгээр системийн доторх тооцооч байдаг бөгөөд Q нь массыг давсан тодорхой дулааны хүчин чадал, температурын өөрчлөлтийг давсан тэгшлэлийг гүйцэтгэдэг (Q = m x c x ΔT). Энэ нь яг одоо болж байгаа бүх зүйлээс шууд мэдээлэл авч, дулааны түлшний хэмжээг зогсохгүй тогтоодог.

Товчтой мэдрэгчээр урсгалын хурд, температурын ялгааг хэмжих

Ультра авианы урсгал хэмжигч нь механик холболтгүйгээр хурдыг хэмждэг бөгөөд энгийн нөхцөлд ±1% нарийвчлалд хүрдэг. PT1000 платины эсэргүүцлийн термометрүүд температурын ялгааг хэвийн ажиллагааны мужид (40–90°C) 0.5%-аас бага алдаатайгаар хянах боломжийг олгодог. Энэхүү хоёр хэмжигчийн системийг ашигласнаар хуучин цэгийн хэмжилтийн загваруудтай харьцуулахад нийлмэл алдааг 34% хүртэл бууруулдаг байна.

Хэмжигчээс дэлгэц рүү мэдээллийн интеграци ба бодит цагт боловсруулалт

Тооцоолуур нь минутанд 120-оос дээш хэмжилтийн утгыг нэгтгэж, вискозитет ба даралтын хэлбэлзэлд зориулсан засварлалтыг хэрэглэдэг. Боловсруулсан мэдээлэл нь утасгүйгээр барилгын удирдлагын системд илгээгдэж, шууд хяналт тавих боломжийг олгодог. 2024 оны Smart Grid шинжилгээний дагуу, орчин үеийн тоолуурууд хэмжилтөөс эхлээд дэлгэцэнд харуулах хүртэлх мөчлөгийг 0.8 секундын дотор дуусгадаг бөгөөд энергийн үр ашигтай ашиглалтад хурдан шийдвэр гаргах боломжийг хангана.

Урсгалыг эвлэхгүйгээр хэмжих орчин үеийн дулааны тоолууруудад ультра авианы технологийг ашиглах

Ультра авианы дулааны тоолуурын ажиллах зарчим

Ультра авиан дууны дулааны тоолуурууд усанд дамжин өнгөрөх өндөр давтамжийн дууны долгионы хурдыг шинжилж, урсгалыг хэмждэг. Гадна талд суурилуулсан трансдьюсерууд хоолой дээр диагональ чиглэлд дохио цацна. Шингэнтэй шууд харилцахгүй тул энэ арга нь даралтын алдагдал болон элэгдлийг саатуулж, хугацаа хугацаагаар найдвартай ажиллах чадварыг сайжруулдаг.

Нарийвчлалтай урсгалыг илрүүлэхийн тулд дамжуулалтын хугацааны зөрүүний арга

Усны урсгалын хурдыг яаж тодорхойлох вэ гэвэл ультра авиан дохио хоолой дотор хоёр чиглэлд дамжих хугацааг судлах асуудал болно. Хэрэв ус сенсор руу урсаж байвал естөй муу дууны долгио ирэх хугацаа богиносоно. Харин эсрэгээр урсвал ижил дохио буцаж ирэхэд илүү их хугацаа зарцуулна. Энд харж буй зүйл бол үнэндээ маш энгийн математик томъёо юм: эдгээр хоёр хугацааны зөрүү их байх тусам жинхэнэ урсгалын хурд илүү их байх ёстой. Энэ арга нь систем доторх даралт хэзээ ч ихэд хэлбэлзэж байсан, эсвэл доод урсгалд ямар нэгэн саад учирч байсан ч гэсэн гайхалтай сайн ажилладаг.

Ультразвукын дохионы цагийн зөрүүгээс урсгалын хурдыг тооцоолох

Урсгалын хурд (Q) дараах томъёогоор тодорхойлогдоно:
Q = (ΔT × Хоолойн хөндлөн огтлолын талбай) / (2 × Трансдьюсерийн зай)
энд ΔT нь дамжуулалтын цагийн зөрүү юм. Энэ утга температурын ялгаатай хослуулан кВт·ц эсвэл ГЖ-аар дулааны энергийг нарийвчлан бодож гаргана.

Удаан хугацааны найдвартай ажиллагаанд шаардагдах хиймэл мэдрэгчийн давуу тал

Хөдөлгөөнтэй хэсэггүй, хоолойд нэвтрэхгүй тул ультразвукын тоолуурууд механик загваруудтай харьцуулахад 72% -иар засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг (2023 оны салбар судалгаа). Тэдгээрийн шахагч загвар нь хоолойн бүтэн байдлыг хадгалж, системийг зогсохгүйгээр дахин суурилуулах боломжийг олгодог. Нарийвчлал тогтвортой байдаг бөгөөд стандарт ажиллагааны нөхцөлд жилд 0.5%-аас доош хазайх хандлагатай байдаг.

Бага урсгалын нөхцөлд нарийвчлалд анхаарах зүйлс

Хоёр замын трансдьюсерийн байршил болон дэвшилтэт дохионы боловсруулалт нь 0.1 м/с-ийн урсгалын хурднаас бага үед ч ±2% нарийвчлалыг хадгалж чаддаг. Зөөлөн ашиглагдаж буй халаалтын бүсүүдэд тэгш хуваарилалттай нэхэмжлэхийг хангахын тулд адаптив шуугианы шүүлтүүрүүд хамгийн бага ачааллын үеийн үйл ажиллагааг хадгалж үлдэхэд тусалдаг.

Дулааны тоолуурт бодит цагийн өгөгдлийн боловсруулалт ба энергийн тооцоо

Дулааны хэмжилтийн нарийвчлал нь урсгалын хурд ба дулааны ялгаа орох болон буцаж ирэх температурын сенсорууд, мөн урсгалын илрүүлэлттэй хамт ашигладаг бөгөөд орчин үеийн системүүд Q = m × c × ΔT шингэний шинж чанарын өөрчлөлтөнд динамик байдлаар тохируулан бодит цагт

Агшин зуурх дулааны энерги тооцоолж бодох үйлдэлд тоон бодовчийн үүрэг

Нэгдсэн микропроцессорууд 2–5 секунд тутамд сенсорын өгөгдлийг шинжилж, анхдагч оролтыг үйл ажиллагаанд ашиглаж болох энергийн хэмжигдэхүүн болгон хувиргадаг. Эдгээр нь температураас хамааран дулаан багтаамж болон усны нягтралд гарах өөрчлөлтүүдийг тооцож, Q = m × c × ΔT 10 мс-аас бага хугацаатай, OIML R75 (2023) стандартад нийцсэнээр эдгээр тоолуурт тогтвортой ±1% нарийвчлалыг баталгаажуулна.

Тасралтгүй хяналт болон өгөгдлийн бүхэл бүтэн байдлыг хангах

Өгөгдлийн бүхэл бүтэн байдлыг хамгаалахын тулд дэвшилтэт тоолуурууд бүх сенсорын дамжуулалтанд эргэцүүлэн шалгах код (CRC) ашиглан цахилгаан саатлыг сааруулдаг. Хоёр замын санах ой нь цахилгааны алдагдал үеийн өмнөх хэрэглээний өгөгдлийг хадгалж чаддаг бөгөөд автоматаар хазайлтыг засварлах систем нь сенсорын нас баралтаас үүсэх хазайлтыг засдаг. MID 2014/32/EU шаардлагад нийцсэнээр багажны амьдралын мөчлөгийн турш улсын стандартын дагуу хяналт тавих боломжийг бүрдүүлнэ.

Ялгаатай халаалтын системүүд дэх дулааны тоолуурын нарийвчлалд нөлөөлөх хүчин зүйлс

Нарийвчлал нь усны чанар, суурилуулалтын чанар болон ажиллах хүрээнд хамаарна. Хатуу усны системд минералын туузлаг буй үед урсгал хэмжигчийн нарийвчлал 15%-иар буурдаг (Ponemon 2023), харин хоолойн байрлалын алдаа нь тал дээр тайлагдсан алдааны 23%-ийг эзэлдэг. Өндөр температуртай (130°C-с дээш) сүлжээнд хэмжигчийн тогтвортой байдал маш чухал бөгөөд ±2% нарийвчлал хадгалахын тулд тусгай материал шаардлагатай.

Калибрын стандартууд ба Олон улсын метрологийн дүрмийн шаардлагад нийцэх (жишээ нь: MID, OIML)

Олон үйлдвэрлэгчид глобал метрологийн стандартыг хангасан ISO/IEC 17025 баталгаажсан калибрлах аргачлалд держихийг хичээн зүтгэдэг. Европын холбоонд үйл ажиллагаа явуулдаг компаниудад 2014 оны MID заавар (дугаар 2014/32/EU) хоёр жил тутам тоног төхөөрөмжийг дахин калибрлах шаардлагыг тавьдаг. Харин OIML R75 стандарт нь мөн л энэ үед 10,000 цагийн турш үргэлжлэх үйл ажиллагааны үеэр дээр доороо 0.1 Кельвин нарийцтай байх эрхэм шаардлагыг тавьдаг. Өнөө үед сонирхолтой зүйл бол автомжуулсан системүүд калибрлалтыг хэрхэн хийдэг вэ гэдэг юм. Эдгээр орчин үеийн протоколууд нөхцөл байдлын хэлбэлзэлтэй байх үеийн хэвийн үйл ажиллагааны үед шингэний зууралтанд үе шат бүрт тохируулга хийснээр хуучин гар арга замаас ойролцоогоор 38 хувиар хэмжилтийн хазайлтыг бууруулдаг.

Туршилтын судалгаа: Дулааны нүүрсний сүлжээнд дулааны тоолуурын үзүүлэлтийг харьцуулах

2023 оны 12 европын дулааны тархалтын системийн шинжилгээ нь ультрасоник тоолуур 5 жилийн турш 98.2% нарийвчлал хадгалж байгааг, механик тоолуур (95.4%) -аас илүү сайн ажиллаж байгааг харуулсан. Үр дүн нь ажиллагаанд орчин үеийн нөлөөллийг онцолсон:

Ажиллагааны үзүүлэлт	Хотын сүлжээ (120°C)	Багхадын сүлжээ (80°C)
Жилийн нарийвчлалын хазайлт	0.3%	0.7%
Сэргээх хугацаа	60 сар	42 сар

Судалгаа нь стандартжуулсан суурилуулалт болон урьдчилан таамаглаж буй алгоритмын шинэчлэлт нь өндөр температуртай орчинд калибрын интервалыг хамгийн ихдээ 14 сараар уртасгадаг бөгөөд үүнийг дээр өртөг-эффектив болгох, системийн найдвартай байдлыг сайжруулдаг гэж дүгнэсэн.

Түгээмэл асуулт

Дулааны тоолуурын үндсэн зориулалт юу вэ?

Дулааны тоолуур нь халаалтын сүлжээнд нарийвчлалтай нэхэмжлэхийг хангахын тулд системд ашиглагдсан дулааны энергийг хэмждэг.

Дулааны тоолуур энерги хэрэглээг хэрхэн тооцоолдог вэ?

Усны урсгалын хурд, температурын ялгаврыг хэмжих, мөн Q = m × c × ΔT томъёог ашиглах замаар дулааны тоолуур ашиглаж буй энергийг тооцоолдог.

Дулааны тоолуурын үндсэн бүрдэл хэсгүүд юу вэ?

Үндсэн бүрдэл хэсгүүд бол урсгалын мэдрэгч, температурын мэдрэгч, интеграл калькулятор юм.

Хэт авиан дулааны тоолуур гэж юу вэ?

Эдгээр нь урсгалын хурдыг хэмжихийн тулд дууны долгион ашигладаг эвлүүлэх шаардлагагүй тоолуур бөгөөд даралтын алдагдлыг саатуулж, найдвартай байдлыг сайжруулдаг.

Дулааны тоолуурыг калибрандаж шалгах нь яагаад чухал вэ?

Калибрлалт нь ашиглалтын нөхцөл ба мэдрэгчийн хазайлтыг тооцож, хугацаа өнгөрөх тутам тоолуурын нарийвчлалыг хангана.