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热计量对可再生能源和高效供热系统的用户来说变得越来越重要。它提供了太阳能(或任何替代)加热系统正常工作的验证,证明传统燃料来源正在被抵消,并且预期的燃料节省是真实的。当太阳能热量节约被精确计量时,它可以允许将太阳能热量纳入可再生能源信贷,并且还可以量化碳排放的减少。
政府和太阳能行业主管部门都在制定标准,以使计量的太阳能热量能够得到适当的认可,以实现这些非常切实的效益。当然,由于系统的所有者每天都在观察仪表,性能的持续证明提供了对过去从未有过的技术的信心。
BTU计量是如何工作的
在太阳能循环组合系统中,热量通过热液体的流动传递给加热负载。当液体向负载释放热量时,温度下降,较冷的液体流回热源以恢复其温度。因此,为了测量传递的热量,我们必须测量三件事:液体的流速(例如,每分钟加仑- GPM);供热温度(如华氏温度- TH);和冷却器返回温度(如华氏温度- TC)
以室温下的水为例,其比热容为每磅1英热单位(BTU),温度每升高一度(F)。事实上,这就是英国热量单位(BTU)的定义。合适的BTU仪表从流量计和两种温度中获取数据,然后根据这些和其他因素计算热能,同时考虑到流体的实际热容量及其在测量温度下的密度和物理性质。
如今,BTU已经过时了,甚至英国人也不再使用它,转而使用瓦特或焦耳(例如1千瓦时= 3412 BTU)。但是,BTU的定义与水力加热原理是如此完全兼容,以至于在不愿使用公制的美国,人们很难放弃它
常用的太阳能BTU仪表
通常,当需要对多个热源和多个热负荷进行计量时,在每个加热回路的回管上切割一个BTU仪表。这包括在每个回路中串联安装一个流量计,在供应管道上安装一个TH,在回油管上安装一个TC。
图56-1展示了安装在SolarLogic加热实验室中的一个BTU仪表的照片示例。当我们第一次建造我们的加热实验室时,我们在我们的水力管道上安装了六个像这样的BTU仪表,这样我们就可以分别测量锅炉,太阳能,蓄热,DHW,辐射地板,踢脚板,冰融化和水疗。一个设备配一个仪表是测量热能最常用的方法。
一些太阳能温差(DT)控制器带有可选的流量计连接,因此当连接流量计时,可以在控制器内激活BTU仪表功能。这些已经在太阳能热水器DT控制器上可用多年了,用于显示来自集热器的可用热量。
例如,Caleffi Solar提供的iSolar Plus、BX和MX-LTE提供流量计连接,并具有显示热量测量值的能力。
测量有用的太阳热量
通过观察来自太阳能集热器的可用BTU输出,您可以确定太阳能集热器系统是否正常运行。但是,节约的太阳能与从集热器中获得的太阳能热量是不一样的。如果没有任何有用的用途,热量可能会被储存、损失,甚至作为多余的热量被排出。因此,测量进入的太阳能热量(来自集热器)并不能准确地代表太阳能的节省或每天实际的燃料抵消。
太阳能组合系统提供或消耗的有用热量最好在其从热源或热负荷的过程中进行测量。在SolarLogic实验室中,我们最初在每个电源和每个负载上放置了一个BTU仪表。但随着时间的推移,随着我们制定了一次/二次管道标准,我们找到了一种用单个流量计测量所有主要加热部件的方法。
“初级循环”优势
当涉及到计量多个热源和多个热负荷时,一个简单的主回路管道配置(使用紧密间隔的三通始终按顺序放置)提供了两个明显的优势:
1.每个二次回路提供的热量依次从一对二次三通沿着主管道流向另一对三通。
2.所有二次回路的热流都可以用一个位于主回路管中的流量计来测量。
图56-2中的管道图说明了这个概念,显示了一个太阳能组合系统与一个主回路相连,除了太阳能集热器回路外,还有四个次级回路。如果我们使用传统的BTU仪表来测量这五个回路的热流进出,它将需要五个流量计和10个温度传感器。但是在图56-2中,您可以看到我们现在如何仅使用一个流量计(F)和五个温度传感器来完成所有相同的热计量测量。
在这个主回路配置中,通过太阳能热交换器水侧的流体流动是由主泵驱动的。这种泵流量与每一对“紧密间隔三通”馈送二级回路的流量相同。因此,一个恒定的主泵流量只需要测量一次,并且通过观察每对三通的温差就可以确定向每个次级泵提供或从次级泵提供的BTU能量。
例如,从锅炉出来的热量是由温度从T3上升到T4来确定的。通过观察从T4到T5的温度下降,可以计算传递给DHW罐的热量。有了五个温度传感器,就可以进行五个单独的热流测量,这取决于你看的是哪对传感器。在一次泵流量不恒定的情况下,可以监测流量传感器(F),随着一次回路流量的变化,提供连续的热流测量。
BTU测量反过来工作
当温差为负时,得到的BTU计算结果也为负。这表明热量的流动方向颠倒了。这就是我们如何知道什么时候是冷却而不是加热完成的。所以,如果T2 - T1是正的,这意味着热量从太阳能收集器流入主回路。如果T2 - T1为负,这意味着热量从主回路中被抽出,并被拒绝到(较冷的)太阳能电池板。当热量在可控过热期间或在夏季夜空辐射冷却(NSRC)模式下从储罐中倾倒时,可能会发生这种情况。同时,这也是你如何分辨太阳热量是进入储热罐还是通过T3和T2排出。
SLIC系统数据来自单个流量计
当我们开发Solar Logic集成控制(SLIC)系统时,从一开始就内置了这种单流量计功能。在计量其控制下的所有热源和负荷时,它利用一次回路的优势。当单个流量计连接到SLIC时,它计算并显示流入和流出每个装有一对温度传感器的次级回路的热能。使用内置软件,位于主回路上的任何一对温度传感器都可以用作TC和TH测量,以计算主回路周围的BTU值。图56-3显示了在这种系统中单个流量计的典型主回路安装。格兰富涡流传感器在照片中可以看到,这是一个没有活动部件的固态设备。
现在,北半球有许多太阳能、可替代和可再生的水力加热(和冷却)系统,它们都是用这种方式测量热能的。我们发现,它的用途与电力系统的电能表类似,都是按小时、日、月或年显示收集、消耗和输送的热能。