Tehnologija
Ultrazvučna mjerna tehnika za vodu i toplotu
Šta se dešava u mjernoj cijevi brojila H2O i DELTA III, zašto se pritom ništa ne troši i kako iz protoka i temperatura nastaje energija.
Mjerenje protoka
Kako ultrazvuk mjeri protok?
U mjernoj cijevi nalaze se dva ultrazvučna pretvarača. Oni naizmjenično šalju kratke zvučne impulse, jednom u smjeru protoka, jednom suprotno. Preko reflektora zvuk prolazi definisanu putanju kroz vodu. Helvatron koristi samočisteće reflektore kako bi putanja zvuka ostala slobodna.
U smjeru protoka impuls stiže nešto ranije nego suprotno protoku. Razlika dva vremena prolaza proporcionalna je srednjoj brzini protoka. Pomnožena s poprečnim presjekom mjerne cijevi daje zapreminski protok, a sabrana kroz vrijeme zapreminu.
Razlike vremena prolaza su reda nanosekundi. Zato su odlučujući stabilna mjerna dionica i precizno mjerenje vremena u elektronici.
Više mjernih kanala kod velikih promjera
Kod velikih nazivnih promjera profil protoka je manje ujednačen. DELTA III zato od DN50 mjeri s dva, a od DN350 s četiri ultrazvučna kanala.
Toplotna energija
Kako iz protoka i temperatura nastaje toplotna energija?
Mjerač toplote sastoji se od senzora protoka, para temperaturnih senzora i računske jedinice. Senzori mjere temperaturu u polazu i u povratu. Računska jedinica izračunava razliku Δθ i množi je sa zapreminom i koeficijentom toplote k.
Koeficijent toplote uzima u obzir da gustina i specifični toplotni kapacitet vode zavise od temperature. Vrijednosti za to definiše standard EN 1434. Zato računska jedinica mora znati da li je senzor protoka ugrađen u polaz ili u povrat.
Grijanje i hlađenje
Ako je polaz topliji od povrata, sistem predaje toplotu. U rashladnom sistemu je obrnuto. DELTA III prepoznaje predznak temperaturne razlike i broji toplotu i hlađenje u odvojenim registrima. Tako se ispravno mogu obračunati i sistemi koji ljeti hlade, a zimi griju.
Zašto su senzori toliko važni
Kod malih temperaturnih razlika, tipičnih za hlađenje, greška od nekoliko stotinki kelvina snažno utiče na energiju. Mjerači toplote prema EN 1434 zato rade s uparenim senzorima čije karakteristike odgovaraju jedna drugoj. DELTA III radi s Pt500, Pt1000 ili Pt100; preporučujemo Pt1000.
Q = ∫ V̇ · k(θP, θR) · (θP − θR) dt
- Q
- Energija grijanja ili hlađenja, npr. u kWh, MWh, GJ
- V̇
- Zapreminski protok iz ultrazvučnog mjerenja
- k
- Koeficijent toplote prema EN 1434, ovisan o temperaturama
- θP, θR
- Temperatura polaza i povrata, Δθ njihova razlika
Primjer izračuna prikazan je u animaciji za DELTA III.
Prednosti
Šta donosi ultrazvuk u odnosu na mehanička brojila?
Bez pokretnih dijelova
U senzoru protoka ništa se ne okreće. Nema propelera koji se troši ili zastaje pri malim protocima.
Širok mjerni opseg
H2O u izvedbama s prirubnicom dostiže Q3/Q1 do R800, DELTA III qp/qi do R250. Bilježe se i vrlo male količine.
Ugradnja bez ravnih dionica
H2O i DELTA III od DN15 do DN40.
Dijagnostika u uređaju
Zrak u cijevi, curenje, pogrešan smjer protoka, greške senzora: brojilo ih javlja preko interfejsa.
Samočisteći reflektori
H2O i DELTA III rade sa samočistećim reflektorima. Kod DELTA III su metalni.
Digitalne vrijednosti
Interna memorija, kodovi grešaka i komunikacijski interfejs čine brojilo podatkovnom tačkom tehničke opreme zgrade.
Interfejsi
Fizički interfejs, protokol, radio tehnologija
Tri pojma koja se često miješaju. Za planiranje se isplati razlikovati ih.
- M-Bus
- Sabirnički sistem prema EN 13757 s vlastitim fizičkim slojem (dvožilni vod, napajanje od mastera) i vlastitim protokolom.
- RS-485
- Samo fizički interfejs: diferencijalni prijenos preko upredenog para žica. Koji podaci teku, određuje protokol.
- Modbus RTU
- Protokol kojim Helvatron brojila komuniciraju preko RS-485: master pita, slave odgovara.
- LoRa
- Radio u opsegu 868 MHz, s uređajima, gatewayima, network serverom i aplikacijom.
- NB-IoT
- Standard mobilne mreže u licenciranom opsegu. Brojila šalju preko mreže operatera, bez vlastitih gatewaya.