Теплосчетчики. Критерии выбора

Учет тепла.

Как показывает практика, потребители тепловой энергии считают установку узла учета средством, позволяющим экономить энергоресурсы, но это мнение ошибочно.

Так для чего нужны узлы учета? При организации учета тепла преследуется ряд целей и решается ряд практических задач, наиболее важными и очевидными из которых являются [1]:

1. обеспечение точного и справедливого порядка расчетов между потребителем тепла и энергоснабжающей организацией за счет точного измерения реальных параметров теплопотребления (для потребителей энергии главным стимулятором внедрения средств учета как раз является данный пункт, обеспечивающий возможность финансовых расчетов с поставщиком только за действительно использованные ресурсы по их реальному качеству);
2. обеспечение работоспособности оборудования систем теплоснабжения и теплопотребления и своевременного обнаружения и устранения его неисправностей путем предоставления потребителю и поставщику тепловой энергии оперативной и статистической информации о режимах работы данных систем;
3. стимулирование потребителя и поставщика энергии к проведению энергосберегающих мероприятий и внедрению технологий энергоресурсосбережения.

Другими словами можно сказать, что учет приводит к правильной эксплуатации теплотехнического оборудования и использованию тепла и теплоносителя, как у поставщика, так и у потребителя, стимулируя как того, так и другого к проведению энергосберегающих мероприятий и внедрению энергосберегающего оборудования и технологий.

Приборы учета тепла (теплосчетчики).

Основными приборами учета тепловой энергии являются теплосчетчики. Теплосчетчик - это комплект приборов, которые учитывают потребленную тепловую энергию и теплоноситель в системах водяного и парового теплоснабжения, а также их параметры.

Теплосчетчики бывают единые и комбинированные. Единые теплосчетчики состоят из блоков, которые не сертифицированы как отдельные средства измерения, поэтому они поверяются как единое целое. Комбинированный теплосчетчик состоит из блоков, каждый из которых является сертифицированным средством измерения со своей методикой поверки.

Теплосчетчики могут быть одноканальными - с одним преобразователем расхода и многоканальными - с двумя и более преобразователями расхода. Первые применяются в закрытых системах теплоснабжения, а вторые - в открытых системах теплоснабжения и на источникахтеплоты.

В состав теплосчетчика, входит:

* вычислитель количества теплоты;
* первичные преобразователи расхода;
* термопреобразователи сопротивления;
* преобразователи давления.

Типы теплосчетчиков их достоинства и недостатки.

Электромагнитные теплосчетчики. Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на способности измеряемой жидкости возбуждать электрический ток при ее движении в магнитном поле, т.е. в электромагнитных теплосчетчиках используется явление электромагнитной индукции, позволяющее связать среднюю скорость, а следовательно и объемный расход электропроводной жидкости с напряженностью поля в нём и разностью потенциалов, возникающих на диаметрально расположенных электродах.

Электромагнитные теплосчетчики производят вычисление тепловой мощности и тепловой энергии на основе данных об объемном расходе и объеме теплоносителя, температур на прямом и обратном трубопроводе с учетом изменения теплоемкости теплоносителя при изменении разности температур на входе и выходе. Поскольку при этом возникают малые величины тока, то электромагнитные теплосчетчики очень чувствительны к качеству монтажа, условиям эксплуатации. Недостаточно качественное соединение проводов, появление дополнительных сопротивлений в соединениях, наличие примесей в воде, особенно соединений железа, резко увеличивают погрешности показаний приборов. Тем не менее, можно сказать, что электромагнитные теплосчетчики имеют достаточную метрологическую стабильность и могут успешно применяться, как в одноканальных, так и в двухканальных измерениях.

Ультразвуковые теплосчетчики работают на принципе изменения времени прохождения ультразвукового сигнала от источника до приемника сигналов, которое зависит от скорости потока жидкости. Существует множество модификаций ультразвуковых теплосчетчиков (временные и частотные; корреляционные; доплеровские), но основной принцип работы любого из них заключается примерно в следующем: на трубе друг напротив друга устанавливаются излучатель и приемник ультразвукового сигнала. Излучатель посылает сигнал сквозь поток жидкости, а приемник через некоторое время получает его. Время задержки сигнала между моментами его излучения и приема прямо пропорционально скорости потока жидкости в трубе: оно измеряется и по его величине вычисляется расход жидкости в трубопроводе.

Ультразвуковые теплосчетчики хорошо работают при измерении расхода чистой, однородной жидкости по чистым трубам. Однако, при протекании жидкостей, имеющих посторонние включения - окалина, частицы накипи, песок, воздушные пузыри и при неустойчивом расходе, они дают существенные неточности показаний.

Кроме стандартных функций по измерению расхода, объема теплоносителя, его температуры и давления, вычисления потребленного или произведенного тепла, ультразвуковые теплосчетчики также могут иметь функцию регулирования подачи теплоносителя по двум независимым каналам.

Механические теплосчетчики (крыльчатые, турбинные, винтовые) наиболее простые приборы. Эти теплосчетчики в значительной степени лишены дефектов, присущих электромагнитным и ультразвуковым расходомерам. Принцип действия механических теплосчетчиков основан на преобразовании поступательного движения потока жидкости во вращательное движение измерительной части.

Механические теплосчетчики состоят из тепловычислителя и механических роторных или крыльчатых водосчетчиков. Это пока наиболее дешевые теплосчетчики, но к их стоимости надо обязательно добавлять стоимость специальных фильтров, которые устанавливаются перед каждым механическим теплосчетчиком.

К недостаткам механических теплосчетчиков относится невозможность их использования при повышенной жесткости воды, присутствии в ней мелких частиц окалины, ржавчины и накипи, которые забивают фильтры и механические расходомеры. По этим причинам практически по всей России установка механических расходомеров разрешена только в квартирах, небольших частных домах. Кроме того, механические расходомеры создают наибольшие потери давления воды по сравнению с расходомерами других типов.

Вихревые теплосчетчики работают на принципе широко известного природного явления - образование вихрей за препятствием, стоящим на пути потока. Конструктивно вихревые теплосчетчики состоят из треугольной призмы, вертикально установленной в трубе, измерительного электрода, вставленного в трубу далее по течению жидкости, и установленного снаружи трубы постоянного магнита. При скоростях среды выше определенного предела вихри образуют регулярную дорожку, называемую "дорожкой Кармана". Срывное обтекание жидкости протекающей в трубопроводе вызывает пульсации давления в потоке, замер которых и позволяет определить объемы протекающей через трубопровод жидкости. Частота образования вихрей при этом прямо пропорциональна скорости потока.

Вихревые теплосчетчики чувствительны к резким изменениям в потоке жидкости, к наличию крупных примесей, но безразличен к отложениям в трубах и магнитным примесям (железо в воде). Также вихревые теплосчетчики могут быть установлены на горизонтальных и вертикальных участках трубопроводов, менее требовательны к длине прямых участков до и после расходомера.

Требования, применяемые к теплосчетчикам.

На основании [2] на каждом узле учета тепловой энергии источника теплоты с помощью приборов должны определяться следующие величины в водяных системах теплоснабжения:

* время работы приборов узла учета;
* отпущенная тепловая энергия;
* масса (или объем) теплоносителя, отпущенного и полученного источником теплоты соответственно по подающему и обратному трубопроводам;
* масса (или объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения;
* тепловая энергия, отпущенная за каждый час;
* масса (или объем) теплоносителя, отпущенного по подающему трубопроводу и полученного по обратному трубопроводу за каждый час;
* масса (или объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения за каждый час;
* среднечасовые и среднесуточные значения температур теплоносителя в подающем, обратном и трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки;
* среднечасовые значения давлений теплоносителя в подающем, обратном и трубопроводе холодной воды, используемой для подпитки;

в паровых системах теплоснабжения:

* время работы приборов узла учета;
* отпущенная тепловая энергия;
* масса (или объем) отпущенного пара и возвращенного источнику теплоты конденсата;
* тепловая энергия, отпущенная за каждый час;
* масса (или объем) отпущенного пара и возвращенного источнику теплоты конденсата за каждый час;
* среднечасовые значения температуры пара, конденсата и холодной воды, используемой для подпитки;
* среднечасовые значения давления пара, конденсата и холодной воды, используемой для подпитки.

Среднечасовые и среднесуточные значения параметров теплоносителя должны определяться на основании показаний приборов, регистрирующих параметры теплоносителя.

На основании [2] узлы коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя оборудуются средствами измерения, зарегистрированными в Государственном реестре средств измерений и получившими положительное экспертное заключение Госэнергонадзора Минтопэнерго РФ.

В соответствии с [2] теплосчетчики должны обеспечивать измерение тепловой энергии горячей воды с относительной погрешностью не более:

* 5%, при разности температур между подающим и обратным трубопроводами от 10 до 200С;
* 4%, при разности температур между подающим и обратным трубопроводами более 200С.

Теплосчетчики должны обеспечивать измерение тепловой энергии пара с относительной погрешностью не более:

* 5% в диапазоне расхода пара от 10 до 30%;
* 4% в диапазоне расхода пара от 30 до 100%.

Водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема теплоносителя) с относительной погрешностью не более:

* 2% в диапазоне расхода воды и конденсата от 4 до 100%.

Счетчики пара должны обеспечивать измерение массы теплоносителя с относительной погрешностью не более:

* 3% в диапазоне расхода пара от 10 до 100%.

Приборы учета, регистрирующие давление теплоносителя, должны обеспечивать измерение давления с относительной погрешностью не более 2%.

Приборы учета, регистрирующие время, должны обеспечивать измерение текущего времени с относительной погрешностью не более 0,1%.

Критерии выбора теплосчетчиков.

Исходя, из перечисленных требований и учитывая [3] можно сформировать критерии, по которым можно выбирать теплосчетчик:

* сертификация - приборы в обязательном порядке должны быть зарегистрированы в Госреестре средств измерений и сертифицированы на класс точности;
* погрешность измерений теплоты - относительная погрешность измерений теплоты не должна быть более ±4% при разности температур в трубопроводах более 20°С;
* погрешность измерений массы - эта величина для соответствия установленной норме должна быть ±2%; существенной в этом случае является способность прибора измерять разность масс, причем, чем меньше значение этой величины, тем актуальнее необходимость повышения точности ее измерений;
* диапазон измерений расхода - нормативно установлен диапазон по расходу не менее 1:25; однако у большинства из них наибольший расход соответствует скорости потока воды 10 м/с и более, так что наименьший расход, который возможно корректно измерять, соответствует скорости не более 0,4 м/с; на практике, ввиду малых располагаемых напоров в системе теплоснабжения потребителя, наибольшая скорость потока воды колеблется от 0,1 до 0,5 м/с; следовательно, далеко не все теплосчетчики обладают необходимым наименьшим измеряемым расходом;
* диапазон измерений температур - нормативно установлена наибольшая измеряемая температура 200 ºС; формально практически все теплосчетчики удовлетворяют этому требованию;
* диапазон измерений разности температур - до недавнего времени этот диапазон ограничивался снизу значением 10 ºС; как показывает практика, для реальных условий эксплуатации систем теплопотребления характерны меньшие разности температур, поэтому у современных теплосчетчиков нижний предел разности температур опустился до значений 3 ºС;
* потери давления - преобразователи расхода (объема) воды теплосчетчиков, устанавливаемые в трубопроводах, обладают гидравлическим сопротивлением, что создает потери давления на них; ввиду малых располагаемых напоров в системе теплоснабжения этом параметр часто весьма критичен; пожалуй, только полнопроходные (без занижения диаметра трубопровода с целью увеличения скорости потока воды) электромагнитные и ультразвуковые составляют исключение и не создают существенных потерь давления;
* длины прямых участков трубопровода - многие типы преобразователей расхода (объема) воды теплосчетчиков для корректных измерений требуют наличия существенных длин (до 10 диаметров трубопровода и более) прямых участков до и после места их установки;
* регистрация температур и давлений - нормами предусмотрена регистрация среднечасовых температур и, для абонентов средней и большой мощности, давлений в трубопроводах системы; практически все теплосчетчики обеспечивают эти требования по температуре и только некоторые - по давлению;
* каналы измерений - современные теплосчетчики превратились в комплексные измерительные системы, позволяющие осуществлять весь набор функций, предусмотренный нормами для узлов учета: измерения теплоты и массы теплоносителя, температуры и давления, а также продолжительности нормального функционирования;
* наличие и глубина архива - практически все современные теплосчетчики осуществляют архивирование измерительной информации с возможностью последующего извлечения архивных данных либо непосредственно с прибора, либо с помощью дополнительных устройств; при этом важнейшим фактором является возможность вывода с датированием архивных данных на табло прибора; глубина архивов, как правило, имеется не менее: 45 суток - часовые, 6 месяцев - суточные и 4-5 лет - месячные;
* наличие системы диагностики - большинство теплосчетчиков снабжено системой самодиагностики, которая обеспечивает периодическую автоматическую проверку состояния прибора и выдачу, как на дисплей прибора, так и занесение в его архив сведений о характере возникших отказов (НС) и календарном времени их возникновения; одновременно приборы могут регистрировать и ситуации (ДС), возникающие в системе теплоснабжения, такие как выход текущего значения расхода за пределы установленного для прибора диапазона либо за пределы введенной в память прибора уставки, отключение сетевого питания, небаланс масс в трубопроводах и др. и выдавать, как на дисплей прибора, так и заносить в его архив сведений о возникших ДС и календарном времени их возникновения;
* наличие интерфейса для связи с компьютером, принтером или модемом - многие современные теплосчетчики снабжены стандартными интерфейсами (RS232, RS485, CENTRONICS и др.), позволяющими передавать как текущую измерительную информацию, так и архивные данные за любой заданный промежуток времени на внешнее оборудование;
* энергонезависимость - для полной энергонезависимости теплосчетчиков имеются две предпосылки: перерывы электропитания сети 220 В и безопасность эксплуатации; с перерывами можно бороться применением блоков бесперебойного питания, но это возможно только на крупных объектах; безопасность важна у таких абонентов, как школы, садики и другие объекты бюджетной сферы;
* межповерочный интервал - поскольку межповерочный интервал является экономической категорией (затраты на проведение поверки составляют до 10% стоимости теплосчетчика), то понятно стремление его увеличить; на сегодня он, как правило, составляет 4 года;
* простота эксплуатации - не все теплосчетчики обладают несложными процедурами вывода информации на табло, рассчитанными для специально не подготовленного человека;
* комплектность поставки - получение комплекта теплосчетчика от одного поставщика гарантирует совместимость его элементов и работоспособность их в совокупности; в противном случае возможны недоразумения, связанные с адаптацией теплосчетчика к конкретным условиям применения и проявляющиеся в процессе эксплуатации;
* срок гарантии - типичный срок гарантии - 2 года; повышенный срок гарантии привлекателен для покупателя и характеризует уверенность изготовителя в надежности своей продукции;
* цена - стоимость комплекта различных теплосчетчиков колеблется в широком диапазоне и зависит, прежде всего, от цены преобразователей расхода, количества каналов измерений теплоты, необходимости измерений давления, наличия внешнего оборудования (принтер, модем), поставщика (отечественный, зарубежный) и других факторов; стоимость преобразователей в свою очередь зависит, прежде всего, от метода измерений расхода и диаметра условного прохода;

Выводы:

1. Теплосчетчик производит учет реально потребленной тепловой энергии с регистрацией параметров теплоносителя.
2. Учет позволяет снизить расходы на оплату за потребленную тепловую энергию (в среднем до 30%) относительно расчетных нагрузок.
3. Наиболее оптимальными по соотношению цена/надежность являются теплосчетчики с электромагнитным и ультразвуковым принципом действия.

Литература

1. Анисимов Д.Л. «Введение в общую теорию учета энергоносителей»
2. «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя», 1995г.
3. ЛачковВ.И. «Основные критерии выбора теплосчетчика»
4. ГОСТ Р 51649-2000. Теплосчетчики для водяных систем теплоснабжения. Общие технические требования.
5. Виды теплосчетчиков.