Издательский Центр Аква-Терм

Приборы учета тепловой энергии

Опубликовано: 13 апреля 2009 г.

635

Соответствие размера оплаты за потребленное тепло действительному количеству его потребления – важнейшее условие снижения его затрат. Только возможность реальной экономии способна стимулировать население и предпринимателей применять у себя современной оборудование и регулировать потребление энергии. При этом и теплоснабжающие и эксплуатационные предприятия теряют возможность компенсировать за счет пользователей свои недоработки и потери. В условиях, когда стоимость потребленной тепловой энергии составляет весомую долю в стоимости услуг (в первую очередь – коммунальных) и продукции, организация коммерческого учета тепла приобретает важнейшую роль.
Н. Егоров
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Современный рынок инженерного оборудования предлагает полный спектр оборудования для учета потребления тепловой энергии в квартирах, коттеджах, офисах, на производственных предприятиях, объектах сферы услуг и т.д. Прежде всего речь идет о теплосчетчиках.

Теплосчетчик представляет собой комплекс приборов, состоящий из тепловычислителя, первичного преобразователя расхода (расходомер) и датчиков температуры (рис. 1).

Тепловычислитель – компактное микропроцессорное устройство. На основании данных о расходе теплоносителя и значениях температуры на входе и выходе отопительного контура он определяет количество потребленной тепловой (а в некоторых моделях и расходуемой на охлаждение) энергии.

Прибор осуществляет вычисления с той или иной периодичностью, суммируя полученные значения. Результат этих расчетов выводится на дисплей. Как правило, пользователь имеет возможность получить их выраженными в удобных для него единицах измерения – ГДж, кВт•ч, МВт•ч. Данные накапливаются в течение расчетного срока (календарный месяц). В заданное время дня платежа текущее значение регистрируется как количество тепловой энергии, потребленной за месяц, и переносится в архив. В зависимости от функциональных возможностей вычислителя, срок хранения в его памяти помесячных значений затрат тепла может составлять 12–36 мес. Обычно регистрируется и сохраняется также суммарное значение потребленного тепла за год и за время работы теплосчетчика. Набор функций некоторых вычислителей включает выдачу конечной информации в денежном исчислении, а также ведение расчетов по многоставочным тарифам. 

Учет количества потребленного тепла – главная, но далеко не единственная функция вычислителя. Прибор визуально отображает и при необходимости сохраняет в памяти основные эксплуатационные характеристики системы отопления – текущие значения тепловой мощности, расхода и объема теплоносителя, температуры в прямом и обратном трубопроводах и др.

Отображаемые на дисплее данные распределяются по разным уровням индикации (пользовательский, сервисный и т.д.). Переход с уровня на уровень и смена параметров достигаются нажатием кнопки управления (обычно достаточно одной кнопки).

Распространенная функция микропроцессорных вычислительных модулей – мониторинг состояния теплосчетчика с выводом на дисплей кода обнаруженной неисправности и даты ее регистрации. Тестирование может включать диагностику загрязненности измерительного канала преобразователя расхода и самого теплоносителя (наличие в нем механических примесей и воздуха приводит, например, к некорректной работе ультразвуковых расходомеров).

Сегодня большинство теплосчетчиков (но не все) оснащаются энергонезависимой памятью. Накопленные значения измеряемых величин будут сохранены в ней даже при продолжительном отсутствии электрического питания прибора. Распространенный вариант используемого перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) – EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory). В памяти такого типа замена данных может производиться несколько десятков тысяч раз. Одна из ее разновидностей – флеш-память.

Нередко вычислительный модуль теплосчетчика используется для мониторинга, накопления, обработки, хранения и передачи внешним устройствам информации, поступающей от других приборов учета. Классический вариант – совмещенный учет потребления тепла, горячей и холодной воды; но возможно и подключение газовых, электрических счетчиков, контрольно-измерительных приборов.  Для реализации этого необходимо, чтобы у вычислителя теплосчетчика имелись дополнительные импульсные входы, а у подключаемых устройств – выходы. В одних случаях теплосчетчики оснащаются такими портами стандартно, в других – опционально.

Зачастую электропитание вычислительных блоков теплосчетчиков осуществляется от встроенной батареи со сроком службы несколько лет; иногда предусматривается возможность питания от сети. Применение внешнего источника питания может потребоваться для расходомеров некоторых типов.

Отдельные счетчики можно программировать на работу в системе, где теплоносителем является водогликолевая смесь.

Кроме снятия показаний непосредственно с дисплея теплосчетчика, предусматривается их автоматическое считывание с помощью специальных переносных терминалов или компьютеров. Включение приборов в автоматизированную систему сбора данных производится по проводным или радиоканалам.

Предоставляя заказчику возможность оптимизировать набор функций и, соответственно, стоимость  приобретаемого теплосчетчика, ведущие производители реализуют модульную систему их комплектации. Процесс дополнения стандартного прибора блоком радиосвязи, M-Bus или импульсного выхода напоминает занятия с конструктором «Лего». Программное обеспечение вычислителя при этом остается без изменений, а узел учета не нуждается в поверке даже в случае установки коммуникационного модуля на месте включения прибора.

В качестве преобразователей расхода в составе теплосчетчиков, используемых в ЖКХ, на коммерческих и производственных объектах, как правило, применяются тахометрические, электромагнитные и ультразвуковые расходомеры.

Принцип действия тахометрических расходомеров основан на измерении количества оборотов крыльчатки или турбины (число оборотов зависит от скорости потока воды). Главная проблема при эксплуатации тахометрических теплосчетчиков – качество воды. Так, накопление на магнитной полумуфте крыльчатки ферромагнитных частичек приводит к возрастанию трения между крыльчаткой и крышкой измерительной камеры и потере точности измерений. Установка механического фильтра или «грязевика» в данном случае обязательна. Обычно приборы этого типа используют для поквартирного учета тепла, а также на небольших объектах.

Работа теплосчетчиков с электромагнитным расходомером основана на явлении электромагнитной индукции (при движении измеряемой жидкости в магнитном поле возбуждается электрический ток). Преимущество электромагнитных расходомеров состоит в том, что они не создают дополнительного гидравлического сопротивления в сети. Недостатками электромагнитных расходомеров являются: снижение точности измерения при налипании осадков на рабочие поверхности; дестабилизация показаний счетчика (смещение нуля, появление систематических погрешностей и др.) из-за блуждающих токов на трубопроводах (требуется надежное заземление прибора); невозможность работы от автономного источника питания. Электромагнитные счетчики применяют для поквартирного и домового учета тепла.

Ультразвуковой расходомер имеет несколько чувствительных элементов, излучающих и принимающих ультразвуковые колебания. Один звуковой луч направляется вдоль потока измеряемой жидкости, а другой – в противоположном направлении. Скорость прохождения ультразвуковых сигналов пропорциональна скорости потока жидкости. Таким образом, скорость потока определяется разностью времени прохождения лучей. Помимо высокой точности измерения, к достоинствам ультразвуковых счетчиков можно отнести высокую надежность (она объясняется отсутствием механических элементов).

Недостатком ультразвуковых расходомеров называют необходимость наличия длинных прямых участков до и после приборов для выравнивания однородности потока теплоносителя. Впрочем, данное ограничение снимается отдельными производителями, предлагающими приборы, для использования которых прямых участков не требуется. Налипание осадков на внутреннюю поверхность измерительного участка, присутствие примесей в теплоносителе и в этом случае не способствуют точности измерений.

Часто (но не всегда) ультразвуковые счетчики нуждаются во внешнем электропитании; подключать их к сети рекомендуется через источник бесперебойного питания. В большинстве случаев ультразвуковые теплосчетчики находят применение на крупных объектах (производственные предприятия, торговые центры и т.п.), но они достаточно широко используются также для поквартирного и подомового учета тепла.

Говоря о современных тенденциях в производстве преобразователей расхода, следует упомянуть использование пластика в качестве конструкционного материала (это, в частности, снижает интенсивность отложения осадков на внутренней поверхности расходомера). В тахометрических расходомерах, по крайней мере, входящих в состав моноблочных теплосчетчиков, отказываются от применения магнитных муфт, организуя непосредственный подсчет числа оборотов крыльчатки или турбинки датчиками электронного модуля.

Передовой технологией является также разделение расходомера на два элемента – так называемое однотрубное присоединение EAS (по сути – корпус, монтируемый в рассечку трубопровода) и съемную измерительную капсулу. Это позволяет производить поверку, ремонт, замену измерительной части расходомера без его демонтажа. При этом измерительная капсула может быть установлена уже после завершения работ по монтажу и наладке системы отопления. На время ее отсутствия EAS закрывается сверху технологической заглушкой.

В качестве датчиков температуры, входящих в комплект теплосчетчика, применяются термопреобразователи сопротивления с платиновым чувствительным элементом. В основном, используются три модификации, которые отличает друг от друга номинальное значение сопротивления чувствительного элемента: Pt 100, Pt 500, Pt 1000 (100, 500 и 1000 Ом при 0 оС соответственно). Чем больше сопротивление, тем ниже ток питания датчика.

Датчики устанавливаются в прямой и обратной линиях отопительного контура способом прямого погружения или в защитных гильзах. В комплект аксессуаров для монтажа теплосчетчиков входят втулки и прокладки (с помощью которых датчик может быть вмонтирован в отвод тройника), штуцер на трубопроводе, грязевик, кран-фильтр и т.д. Предлагается также специальная арматура (например, шаровые краны) со штатным местом для установки термодатчика. В некоторых моделях теплосчетчиков один из термопреобразователей – встроенный, что упрощает монтаж комплекта.

Температурные датчики должны быть подобранными в пары, испытанными и сертифицированными. Согласно действующим нормативам,  они нуждаются в периодических поверках.

Отметим также: теплосчетчики подразделяют на единые и комбинированные.

В первом случае комплект сертифицируется и поверяется как один прибор, во втором – каждый его элемент рассматривается как самостоятельное средство измерения, то есть сертифицируется и поверяется отдельно.

Применяемые в нашей стране теплосчетчики должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51649-2000 «Теплосчетчики для водяных систем отопления. Общие технические условия», устанавливающего для данных приборов три класса точности: C, B, A (в порядке увеличения допускаемой относительной погрешности измерений). Стандарт гармонизирован с общеевропейским EN 1434, который разделяет теплосчетчики на приборы 3-го, 2-го и 1-го классов точности.

Добавим: в 2006 г. Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии был утвержден и введен в действие ГОСТ Р ЕН 1434-2006, подготовленный ЗАО «ИВК-Саяны» на основании аутентичного перевода EN 1434. 

К другим важным характеристикам теплосчетчиков относятся предельные (наименьшее и наибольшее) значения температуры и расхода теплоносителя, максимально допустимое рабочее давление. Кроме того, при выборе прибора необходимо учитывать, на работу в системе какого типа он рассчитан: открытой или закрытой. Маркировка должна содержать сведения о месте установки преобразователя расхода (в прямом или обратном трубопроводе) и указатель направления течения теплоносителя.

Говорить о реальной заинтересованности в сбережении тепловой энергии конечных пользователей в ЖКХ и обслуживающих их предприятий можно лишь при наличии поквартирного учета. При горизонтальной разводке труб отопительной системы (теплоноситель поочередно обходит все отопительные приборы в квартире, а затем возвращается в магистраль) организовать его несложно: достаточно установить комплект теплосчетчика. Однако большинство (около 70 %) российских домов обогревают системы с вертикальной разводкой труб, и на одну квартиру может приходиться от двух до шести стояков (каждый обслуживает один или два отопительных прибора). Чтобы осуществить учет тепла, необходимо установить на каждый радиатор отдельный теплосчетчик. Таким образом, для двухкомнатной квартиры потребуется четыре или пять приборов учета тепла.

В мировой практике решение вышеуказанной проблемы было найдено в использовании распределителей затрат тепловой энергии. В этом случае теплосчетчик монтируется только на вводе системы теплоснабжения в здание, а на каждый радиатор в квартире устанавливается небольшой энергонезависимый прибор – распределитель затрат тепла. 

Существуют капиллярные и электронные распределители затрат тепла. В первом случае используется эффект испарения специальной жидкости из закрепленной на корпусе прибора и открытой с одного конца сменной ампулы при нагревании от радиатора. Количество испарившейся жидкости пропорционально количеству отданного отопительным прибором тепла. Благодаря дешевизне и точности этого способа измерений капиллярные распределители тепла остаются востребованными даже после появления своих электронных «собратьев». 

Измерительная жидкость безвредна для людей и животных, не имеет запаха и начинает испаряться только при включении радиатора. Согласно стандарту EN 834, регламентирующему производство распределителей затрат тепла, ее количества должно хватать не менее чем на 120 дней работы. А такая современная модель, как RMK87 Kapillar фирмы Brunata (Дания), рассчитана на полный годовой цикл. Данные прибор может монтироваться вертикально и горизонтально, использоваться в современных низкотемпературных системах отопления. Ампула с жидкостью защищена от тепловых воздействий внешней среды.

Главный недостаток капиллярных распределителей затрат тепла – невозможность автоматического и дистанционного считывания показаний, значительная доля «ручного» труда при осуществлении дальнейших расчетов.

Действие электронных распределителей основано на измерении разности температуры поверхности отопительного прибора и воздуха в помещении. Результаты измерений суммируются прибором с определенной периодичностью. Значения, накопленные за расчетный период, применяют затем для определения доли каждого пользователя в количестве тепла, потребленного домом. В расчетах используются оценочные коэффициенты, которые присваиваются отопительным приборам в соответствии с их конструктивными и теплофизическими особенностями, размерами, способом монтажа.

Значения оценочных коэффициентов и другая информация (даты кодирования и снятия показаний, номер прибора) вводятся в память прибора с внешнего устройства (программатора) через инфракрасный порт. Таким же образом по окончании расчетного периода производится съем данных (помимо их визуального считывания на ЖК-дисплее). Некоторые модели распределителей оснащают встроенным радиопередатчиком или интерфейсом проводной связи, что позволяет включить их в автоматизированную систему считывания показаний и мониторинга потребления тепловой энергии. Питание приборов осуществляется от встроенных литиевых батарей с продолжительным сроком службы.

В мире распространена следующая практика расчетов по показаниям распределителей затрат тепла: каждый потребитель ежемесячно вносит на счет поставщика услуг фиксированную сумму в качестве предоплаты, а окончательный расчет производится в конце года.



Поделиться:

вернуться назад