Школа ТеплопунктаКласс для начинающих


АЗБУКА УЧЕТА

Д. Л. Анисимов

Все мы давно привыкли к такому прибору, как электросчетчик. Мы знаем, где он устанавливается, знаем, как снимать с него показания, понимаем, что сам по себе он электроэнергию не экономит, но стимулирует нас делать это, выключая ненужные в данный момент лампочки. А вот счетчики воды и (особенно) тепла пока распространены не столь широко, и потому все, что связано с их выбором, монтажом и эксплуатацией, вызывает многочисленные вопросы. Цель цикла наших лекций по основам организации учета воды и тепла как раз в том и состоит, чтобы хотя бы на часть этих вопросов ответить.



Лекция 2. Приборы учета: типы, характеристики, критерии выбора


Теперь поговорим о приборах учета — о том, какими они бывают, и какие критерии следует учитывать при их выборе.

Начнем с водосчетчиков. Для чего они предназначены, понятно уже из названия. У многих при слове «водосчетчик» возникают ассоциации исключительно с маленьким механическим приборчиком («вертушкой»), который устанавливается в квартире. На самом деле водосчетчики бывают различных типов, конструкций и размеров. Часто их называют еще расходомерами. Не вдаваясь в терминологические дебри, мы будем по ходу этой статьи использовать понятия «расходомер» и «водосчетчик» как синонимы.

SENSUS Residia

Квартирный крыльчатый водосчетчик

Одна из самых очевидных характеристик водосчетчика — это его размеры. Основные из них — это строительная длина и условный проход (Ду или DN), в разговорной речи чаще называемый «диаметром». Чем меньше Ду, тем более чувствителен счетчик к маленьким расходам; чем больше Ду, тем больший расход он способен измерить. Другими словами, диапазон измеряемых прибором расходов связан с его Ду. Поскольку в системах водо-, а особенно — теплоснабжения, скорости воды в трубопроводах малы, то почти всегда Ду применяемых расходомеров меньше, чем Ду трубопроводов.

Различаются расходомеры и по принципу действия: они бывают тахометрическими, вихревыми, ультравуковыми, электромагнитными и др. Тахометрические — это те самые «вертушки»: в потоке воды вращается крыльчатка или турбинка, связанная со счетным механизмом. Не стоит относиться к приборам этого типа пренебрежительно: наряду с простыми и дешевыми квартирными водосчетчиками существуют сложные и высокоточные лопастные и турбинные расходомеры; их Ду доходит до 800 и более, а диапазоны измеряемых расходов могут быть такими, что не снились приборам никаких других типов.

SENSUS WPD

Турбинный водосчетчик Ду800

SENSUS MeiTwin

Сверхширокодиапазонный комбинированный водосчетчик

Вихревой, ультразвуковой, электромагнитный счетчики не имеют в своей конструкции подвижных частей, а скорость потока измеряют за счет различных физических эффектов. Например, ультразвуковой расходомер сравнивает время прохождения ультразвука по направлению потока и против него и таким образом вычисляет скорость самого потока. Казалось бы, такой прибор совершенней и надежней любой «вертушки». Однако, сравнивать их — все равно что спорить о том, электронные часы лучше или механические. У тех и других есть свои достоинства, недостатки, сферы применения; наконец, есть дешевая и ненадежная электроника, и есть высокоточная сверхкачественная механика...

КАРАТ-РС

Ультразвуковой расходомер

Далее — расходомеры могут различаться по своим функциям. Понятно, что любой из них измеряет общий объем прошедшей через него воды, но есть и такие, которые способны также вести почасовые, посуточные, помесячные архивы измерений, что в ряде случаев удобно и полезно. Блок, обесечивающий архивирование и индикацию, может быть выполнен «заодно» с водосчетчиком, а может быть выносным: соединяться с расходомером кабелем и располагаться в удобном для работы месте — например, где-нибудь на освещенной стене в теплом сухом помещении. Большинство современных водосчетчиков снабжены интерфейсами передачи данных, поэтому их показания можно выводить на компьютер или «снимать» при помощи специализированных пультов.

Наконец, еще одно различие — по типу электропитания. Оно может быть автономным (от «батарейки») или сетевым («из розетки»). Ну, а тахометрические водосчетчики классической конструкции в электропитании не нуждаются вовсе.

Подытоживая сказанное о расходомерах, заметим, что для учета воды на вводах жилых домов чаще всего используются либо тахометрические водосчетчики, либо ультразвуковые расходомеры с автономным электропитанием.

Перейдем к приборам учета тепла — теплосчетчикам. Для того, чтобы измерить потребленную зданием тепловую энергию, нужно знать, сколько теплоносителя прошло через систему теплоснабжения, и насколько он остыл, пройдя через эту систему. Поэтому в состав теплосчетчика обязательно входит хотя бы один расходомер (преобразоваетль расхода) и два датчика (преобразователя) температуры. На практике расходомеров обычно используют два — один в подающем, другой — в обратном трубопроводе. Не вдаваясь в теорию, отметим, что такая схема позволяет контролировать утечки и несанкционированный отбор теплоносителя из системы. Также в состав теплосчетчика могут входить датчики давления: действующие «Правила учета тепловой энергии» предписывают в обязательном порядке использовать их на объектах с тепловой нагрузкой свыше 0,5 Гкал/час, на менее «крупных» объектах — по желанию абонента.

Термопреобразователи теплосчетчика — это вовсе не привычные нам «стеклянные градусники». Термопреобразователь представляет из себя металлический стержень с разъемом или клеммной головкой на одной стороне. Стержень — полый, на его конце, противоположном разъему или головке, внутри расположен чувствительный элемент, электрическое сопротивление которого меняется пропорционально температуре окружающей среды. Таким образом, чтобы измерить температуру, нужно измерить сопротивление на контактах термопреобразователя.

Термопреобразователи

Датчики давления тоже имеют в своем составе элементы с изменяющимся сопротивлением — тензорезисторы. Давление среды (воды в трубопроводе) воздействует на мембрану, размещенные на мембране тензорезисторы деформируются, а изменение их сопротивления пропорционально степени деформации, а значит — давлению.

Датчики давления

Что касается расходомера, то для работы в составе теплосчетчика он обязательно должен «уметь» выдавать наружу какой-либо сигнал, пропорциональный измеряемому расходу или объему теплоносителя. Простейший пример — импульсный сигнал, когда через каждые N литров (1, 10, 100...) формируется электрический импульс.

Все датчики теплосчетчика подключаются к общему блоку — тепловычислителю. Тепловычислитель оборудован дисплеем и клавиатурой; на дисплей выводятся показания всех датчиков (их еще называют измерительными преобразователями), архивы измерений, служебная информация. А вот расходомеры, используемые в составе теплосчетчиков, зачастую лишены устройств индикации, поскольку такое дублирование функций (значения расходов можно посмотреть на дисплее вычислителя) ни к чему.

Тепловычислитель

У большинства теплосчетчиков измерительные преобразователи подключаются к вычислителю кабелями. Это удобно, т.к. позволяет разместить вычислитель там, где он доступен, освещен и защищен от влаги, пыли и пр. Но существуют и компактные «моноблочные» конструкции: как правило, это теплосчетчики, предназначенные для квартирного или коттеджного учета.

SENSUS PolluCom

Компактный тахометрический теплосчетчик

Точно так же, как и расходомеры, теплосчетчики различают по Ду. Когда говорят «теплосчетчик такого-то Ду», то имеют в виду то, что в его состав входят преобразователи расхода соответствующего «размера». И тип теплосчетчика определяется типом его расходомеров, т.е. теплосчетчик может быть тахометрическим, ультразвуковым, вихревым и т.д.

Еще один критерий классификации — это количество «каналов» измерений расходов, температур, давлений или, по-другому, количество «систем», обслуживаемых теплосчетчиком. Как мы уже сказали выше, «минимальный» теплосчетчик имеет один канал измерений расхода и два канала измерений температуры. Про такой теплосчетчик можно сказать также, что он предназначен для работы в одной закрытой системе теплоснабжения (см. лекцию 1). Добавим еще один канал измерений расхода — получим прибор для одной открытой системы. Но распространены также «многоканальные» теплосчетчики, где к вычислителю можно подключить, например, четыре (шесть, восемь) расходомеров и столько же термометров: такой прибор будет обслуживать сразу две (три, четыре) системы теплоснабжения. Это может оказаться удобным там, где, например, одно здание оборудовано несколькими тепловыми вводами. С другой стороны, сложность и дороговизна прокладки многочисленных кабелей от датчиков к вычислителю может свести преимущества такого счетчика на нет. Возможно, целесообразней будет использовать на каждом вводе отдельный «простой» теплосчетчик, а затем подключить все эти счетчики к общему «диспетчерскому» компьютеру (см. лекцию 5).

Как видим, выбор приборов учета воды и тепла весьма богат. Поэтому логично было бы поговорить о критериях этого выбора.

Наибольшее число споров о том, какой прибор лучше, связано с его типом. Выше мы уже касались этого вопроса, приводя пример с часами. Вероятно, однозначные утверждения о том, будто бы «ультразвуковой лучше вихревого» или «электромагнитный лучше всех» права на жизнь не имеют. Во-первых, у каждого типа — своя сфера применения и свои особенности. Во-вторых, рассуждая о типах, мы рассуждаем о неких теоретических — типовых же — достоинствах и недостатках, которые в конкретных моделях от конкретных производителей могут проявляться в совершенно разной степени. Простой пример: мы можем рассуждать о том, что передний привод для автомобиля лучше заднего, но потом вспомнить о том, что заднеприводный БМВ едет лучше переднеприводной «Лады». Т.е. тип типом, но есть конкретные производители и конкретные марки, и может оказаться, что тахометрический счетчик от одного производителя в определенных условиях будет работать стабильней и надежней, чем счетчик разрекламированного электромагнитного типа. Поэтому далее о типе прибора мы говорить не будем: обратим внимание на конкретные характеристики.

Итак, вот эти характеристики, и вот критерии выбора.

1.    Погрешности и диапазоны измерений. Согласно действующим «Правилам учета тепловой энергии и теплоносителя» относительная погрешность измерений тепловой энергии не должна превышать 4% (5 — при малых разностях температур), а погрешность измерений расхода теплоносителя — 2%. Очевидно, что все сертифицированные и допущенные к применению в коммерческом учете приборы такие погрешности обеспечивают, что называется, «как минимум». Но также очевидно, что чем выше точность измерений, тем лучше: как мы уже писали, чем больше диаметр трубы, чем выше тепловая нагрузка — тем выше цена каждой доли процента погрешности. Вывод понятен — нужно стремиться выбирать более точные приборы, но выбор должен быть разумным, ведь более точный прибор — это и более дорогой прибор.

Также следует помнить о том, что свои паспортные характеристики прибор подтверждает в «стерильных» условиях метрологической лаборатории, а при реальной эксплуатации они, как правило, не столь хороши. Казалось бы, выбирая прибор с меньшей погрешностью, мы обеспечиваем некий «эксплуатационный запас», однако данный тезис не всегда подтверждается на практике.

Такая грязь «убьет» метрологию любого прибора

Следующее, о чем нужно помнить: погрешность измерений всегда нормирована только в определенном диапазоне значений измеряемой величины. Ни один расходомер не может измерять с одинаковой (одинаково низкой) погрешностью расходы от нуля до бесконечности. Типичный динамический (отношение минимума к максимуму) диапазон измерений вихревого расходомера — 1:30 или 1:50, ультразвукового — 1:100, для электромагнитных часто указывают более впечатляющие значения. При этом если в рекламных материалах производителей приборов встречается информация типа «погрешность 1%, диапазон 1:100», то в технической документации на те же приборы можем иногда обнаружить, что на самом деле погрешность в 1% обеспечивается не во всем диапазоне, а только в средней и верхней его части. В области же малых расходов эта погрешность выше, но производители широкодиапазонных расходомеров предпочитают не акцентировать внимание потребителя на этом факте.

Почему? — да просто одним из кажущихся конкурентных преимуществ широкодиапазонного прибора является возможность применять его без заужения трубопровода (об этом мы упоминали выше), а значит — без дополнительных потерь давления (об этом — ниже). Но прибор с большим Ду на трубопроводе с большим Ду, но с малым расходом, будет работать в нижней части своего диапазона — вот тут-то и нужно уточнить, какова же погрешность именно в этой части.

2.    Потери давления. Преобразователи расхода теплосчетчиков обладают определенным гидравлическим сопротивлением, что ведет к потере давления на них. Напор, т.е. разница давлений в подающем и обратном трубопроводах, в наших системах теплоснабжения обычно мал. Поэтому величина потерь давления на расходомере — важный параметр, особенно с учетом того, что расходомеры, как мы уже писали выше, подбираются обычно меньшего диаметра, чем исходный трубопровод. Известно, что наибольшим сопротивлением обладают (и здесь мы все же вынуждены упомянуть типы приборов) тахометрические водосчетчики, наименьшим — полнопроходные ультразвуковые и электромагнитные преобразователи. Однако зачастую потеря давления на расходомерах может быть компенсирована грамотным расчетом (и реконструкцией) системы теплоснабжения объекта, на котором эти расходомеры применяются. В рамках данной лекции рассмотреть эту тему не представляется возможным, поэтому ограничимся тезисом о том, что лучше, когда потери меньше, но если уменьшение потерь (например, применение расходомера большего Ду) ведет и к уменьшению точности измерений — выбор следует сделать в пользу точности, а потери попытаться компенсировать, что называется, внешними средствами. Сделать это могут грамотные проектировщики — недаром в предыдущей лекции мы говорили о том, что узел учета нужно заказывать профессионалам.


3.    Длины прямых участков трубопровода. Любой расходомер для корректной работы требует наличия прямых участков трубопровода определенной длины до и после места его установки. Это нужно для того, чтобы через расходомер проходил «успокоенный», «равномерный» поток. Обычно узлы учета оборудуются в существующих, ранее построенных помещениях, и «вписать» в них эти прямые участки бывает непросто. В результате приборы с наименьшими требуемыми длинами прямых участков имеют некоторое конкурентное преимущество, но и здесь есть свои «но». Производитель в документации (и, главное, в рекламе) указывает минимально возможные длины, подтвержденные на проливной установке, где поток стабилен и предварительно успокоен. В реальных же условиях на трубопроводе до и после преобразователя расхода смонтировано множество устройств (арматура, термопреобразователи, отводы, переходы), которые дополнительно искажают поток, и влияние которых на точность измерений не учитывается при указании тех самых «минимальных длин». Поэтому для любого расходомера в реальных условиях желательно обеспечить как можно более протяженные прямые участки. При выборе прибора необходимо тщательней изучать документацию: многие производители отдельными пунктами (либо в отдельных инструкциях по монтажу) указывают, на сколько нужно увеличивать длины этих участков после гибов, отводов, сужений, фильтров и т.п. Кроме того, средства формирования (успокоения) потока могут быть предусмотрены и в самой конструкции прибора. Короче говоря, сравнивая предписанные для различных приборов длины прямых участков, следует выяснить, для каких условий они указаны.

4.    Количество измеряемых параметров. Современные теплосчетчики — это, по сути, измерительные системы, контролирующие целый ряд параметров теплоснабжения (расход и температуру теплоносителя, давление в трубопроводах и т.п.). Как мы уже отмечали, есть приборы, которые могут обеспечивать учет одновременно по двум и более тепловым вводам (две или более пар «подающий — обратный трубопроводы»). Многие теплосчетчики позволяют подключить к себе помимо расходомеров теплоносителя счетчики горячей и холодной воды. Разумеется, чем прибор многофункциональней, тем он дороже, поэтому при выборе стоит руководствоваться принципом разумной достаточности и не стремиться оборудовать коттедж теплосчетчиком, рассчитанным на работу в крупной котельной. Также следует иметь в виду (и об этом мы тоже уже говорили), что иногда проще на два тепловых ввода поставить именно два «маленьких» теплосчетчика, а не один «двухсистемный» — вероятно, сократятся длины кабелей, упростится диагностика в случае неисправностей, более гибко можно будет решать вопросы ремонта и поверки.


5.    Наличие и глубина архива. Практически все современные теплосчетчики осуществляют архивирование измерительной информации с возможностью последующего считывания архивных данных с табло прибора, либо передачи их через интерфейс на внешние устройства (компьютер, накопительный пульт и пр.). Глубина архивов, как правило, такова: 45 суток — почасовые, 2-6 месяцев — посуточные и 4-5 лет — помесячные, хотя с развитием схемотехники и удешевлением микросхем памяти эти величины растут. Опять же, многие компактные («квартрные») теплосчетчики архивов не ведут или же ведут только помесячный архив. Наличие архива важно в основном с т.з. анализа режимов работы системы теплоснабжения, а также для разрешения спорных ситуаций, которые могут возникнуть между поставщиком и потребителем тепла. Вероятно, на малых объектах (квартиры, коттеджи), где применяются «компакты», и где владелец вряд ли когда-нибудь захочет проанализировать почасовые данные, функция архивирования является избыточной. Выбирая же теплосчетчик для объекта, где архивирование необходимо, следует обращать внимание на удобство вывода архивных данных на табло (впрочем, если предполагается считывать данные автоматически, на пульт или удаленный компьютер, то этот параметр уже не столь важен, и об этом еще будет сказано ниже), а также на номенклатуру архивируемых данных: она должна обеспечивать возможность формирования журналов учета и отчетов для теплоснабжающей организации. Содержимое архивов, разумеется, должно сохраняться при отключении электропитания теплосчетчика. Впрочем, по этому пункту мы вряд ли найдем у существующих приборов большие различия.

6.    Наличие функций самодиагностики. Большинство современных теплосчетчиков снабжено системой самодиагностики, которая обеспечивает периодическую автоматическую проверку состояния прибора, фиксацию в архивах обнаруженных нештатных ситуаций и сигнализацию о таких ситуациях. К нештатным ситуациям могут быть отнесены, например, выход текущего значения расхода за пределы установленного для прибора диапазона, отключение сетевого питания, небаланс масс в трубопроводах и др. Наличие таких систем заметно облегчает работу обслуживающего персонала, но беда в том, что в настоящее время нет стандартов на то, какие именно ситуации теплосчетчик должен диагностировать и как он должен на них реагировать. Разработчики приборов прорабатывают эти вопросы на свое усмотрение, поэтому, честно говоря, необходимость и полезность тех или иных диагностических функций не всегда очевидна. Более того, они могут стать причиной недоразумений и даже конфликтов между потребителем и энергоснабжающей организацией. Вообще, это тема для целой отдельной статьи; здесь же мы бы посоветовали при выборе теплосчетчика уточнять, заданы ли его диагностические функции жестко, или же потребитель может по своему усмотрению (или по указанию энергоснабжающей организации) отключить их либо перенастроить.

7.    Периферийные устройства и программное обеспечение. Очевидно, что современный теплосчетчик немыслим вне связи с внешними (удаленными) средствами обработки данных. Переписывать показания прибора в блокнотик, а потом «перебивать» их в Excel и долго, и несовременно, и чревато ошибками. Гораздо удобней вывести данные (готовый отчет за некоторый период времени) на принтер, в специальный пульт или передать их на удаленный диспетчерский компьютер по выделенной или коммутируемой линии связи, по радио- или GSM-каналу. Для обеспечения такой возможности теплосчетчик должен быть оборудован прежде всего неким интерфейсом передачи данных. Весьма полезно наличие оптического порта и возможность приобрести и использовать накопительный пульт, различные интерфейсные адаптеры и, разумеется, программное обеспечение для обработки данных (подготовка отчетов, анализ работы и т.п.). Как правило, каждый производитель приборов предлагает свое собственное ПО и свои собственные периферийные устройства, несовместимые с приборами других производителей. Встречаются, однако, и исключения. Кроме того, некоторые производители открывают используемые ими протоколы для сторонних разработчиков периферии, некоторые — нет. Эти моменты необходимо уточнять, если сразу или в дальнейшем вы планируете интегрировать теплосчетчик(и) в некую существующую или проектируемую информационную систему (автоматизированную систему коммерческого учета энергоресурсов).


8.    Энергонезависимость. Здесь есть некоторые противоречия. С одной стороны, теплосчетчик, питающийся от встроенных батарей, прост в монтаже, безопасен при эксплуатации и не зависит от перебоев в питающей сети. С другой стороны, энергонезависимость требует жертв: «батарейные» приборы производят измерения с большой периодичностью, что несущественно в закрытых системах теплоснабжения, но может привести к неточному учету в открытых. Кроме того, если теплосчетчик включен в некую информационную систему, то ресурс его «батарейки» будет уменьшаться тем сильнее, чем чаще с него считывают данные. Очевидно, теплосчетчики с «батарейным» электропитанием стоит применять именно в закрытых системах, при локальном использовании или там, где подвести сетевое электропитание просто невозможно. На крупных же объектах, в открытых системах теплоснабжения и в составе автоматизированных систем учета предпочтение следует отдавать все же приборам с сетевым питанием, оборудуя их на случай отключений электричества источниками бесперебойного питания с аккумуляторами.

9.    Срок гарантии и межповерочный интервал. Типичный срок гарантии на современный теплосчетчик — 1-2 года, при этом типичный межповерочный интервал — 4 года. Поверка прибора стоит денег, поэтому очевидно, что чем межповерочный интервал больше, тем лучше. Однако странно, на наш взгляд, выглядит гарантийный срок, меньший, чем межповерочный интервал. Ведь в таком случае производитель теплосчетчика «как бы» уверен в его метрологической надежности, но не уверен в надежности в целом! Отрадно, что существуют приборы с 4-5-летним гарантийным интервалом при 4-летнем — межповерочном. Не беремся оценивать надежность счетчиков только лишь по величинам этих интервалов, но все же если производитель дает «длинную» гарантию, то доверие к этому производителю и к его приборам возрастает.


10.    Цена. Данный критерий применим к любому оборудованию, однако с точки зрения корректности учета применять его следует в последнюю очередь — когда уже проанализированы критерии 1-9. Вполне возможно, что дорогой, но заведомо более точный, надежный и ремонтопригодный прибор предпочтительней гораздо более дешевого, но имеющего худшие характеристики, меньший срок гарантии и т.п.