Rozúčtování nákladů za teplo: Trocha historie nikoho nezabije, 2. Mechanické měřiče tepla
Měření tepla na patách objektů zaznamenalo v ČR a SR v posledních 25 letech nebývalý rozmach. Skutečnost, že se před 40 roky celkem běžně používaly k měření tepla měřiče pracující na čistě mechanickém principu - bez jediné elektronické součásti, se zdá nyní stěží uvěřitelná. A přesto je tomu tak. Historické, čistě mechanické měřiče tepla zvládaly nejen měřit teplotu přívodu i zpátečky a průtok topného média, ale také počítat teplotní diferenci a hodnoty navzájem násobit podle kalorimetrické rovnice.
Principiálně všechny mechanické měřiče tepla pracovaly na obdobném principu a byly tvořeny těmito částmi:
- mechanický rychlostní (obvykle vícevtokový nebo Woltmann) nebo objemový průtokoměr
- Kapalinová teplotní čidla s kapilárním vedením, šneková bourdonova trubice
- vahadlový systém pro „výpočet“ ΔT u některých typů
- Mechanická násobička
Čtěte také 1. díl:
Od termočlánkových THERMONů po elektronické RTN s radiovým odečtem
Průtokoměry se konstrukčně nelišily v ničem od dosud používaných mechanických průtokoměrů. Vzhledem k dřívějším technologickým možnostem nebyly jejich vnitřní díly plastové. Vlastní kalorimetrické počítadlo bylo z průtokoměru vždy odnímatelné a bylo opatřeno mechanickou spojkou. Spojka mohla být provedena jako jednosměrná, což zamezovalo odečítání hodnoty kumulované energie při zpětném průtoku. Kalorimetrické počítadlo (stejně jako průtokoměr) mohlo i nemuselo být opatřeno počítadlem kumulované hodnoty protečeného množství teplonosného média.
Počítadlo průtokoměrné části
Příklad provedení mechanické spojky
Další podstatnou částí kalorimetrického počítadla byla dvě kapalinová teplotní čidla s kapilárním vedením na straně kalorimetrického počítadla opatřená šnekovou bourdonovou trubicí. Ta převáděla teplotu na úhel natočení. Obě trubice byly často spojeny vahadlovým systémem, jehož posuv nebo natočení odpovídalo ΔT = Tpřívodu - Tzpátečky. Vahadlo bylo spojeno s ukazatelem ΔT. Alternativně se používalo provedení, kdy výpočet ΔT byl součástí násobičky. V takovém případě měřič neobsahoval ukazatel ΔT.
Různá provedení bourdonových trubic a vahadlového systému
Srdcem kalorimetrického počítadla byla mechanická násobička. Princip byl vcelku jednoduchý, ale mechanické provedení bylo poměrně složité. Základní princip spočíval v tom, že mezi hřídelí průtokoměru a počítadlem kumulované energie byla vsazena spojka, která zabírala pouze po dobu části otáčky hřídele. Poměr úhlu, po který byla spojka v záběru a jeho doplňku do 360°, byl závislý na ΔT. Zatímco počítadlo kumulované hodnoty protečeného množství teplonosného média načítalo kontinuálně, počítadlo kumulované hodnoty energie načítalo přerušovaně - v části otáčky hřídele průtokoměru, kdy byla spojka sepnuta. Měřiče byly cejchovány obvykle v kWh, MWh, kcal nebo Gcal. Principiální funkční schéma měřiče je patrné z obrázku.
Schéma činnosti
Ukazatel ΔT a kumulované energie
Vlastní provedení spojky bývalo rozmanité. Nejčastěji šlo o kulisy natáčené v závislosti na ΔT a po obvodu pojížděné válečkem, který spojku zapínal (viz. schéma činnosti). Detail tohoto provedení je vidět na obrázku.
Natáčené kulisy pojížděné válečkem
Detail zubové spojky
Další používané obdobné provedení vystavovalo palce v závislosti na ΔT, které pak zabíraly o ozubené kolo nekruhového tvaru. Třetí systém využíval ozubeného klínového kola, které bylo vertikálně posouváno v závislosti na ΔT a tím se dostávalo do záběru pouze v části každé otáčky.
Kolo nekruhového tvaru
Klínový kruhový segment
Někdy byla konstrukce taková, že vertikální posuv konalo jak klínové kolo (v závislosti na jedné z teplot), tak i pastorek, do které zabíralo (v závislosti na druhé teplotě). Pokud se měnily obě teploty souhlasně (ΔT byl konstantní), pak se kolo i pastorek pohybovaly souhlasně a násobící koeficient tak zůstával neměnný. Celkové provedení měřičů je patrné z následujících obrázků.
Další příklady schéma činnosti a konstrukčního uspořádání měřidel
Mechanické měřiče tepla se používaly od šedesátých do osmdesátých let minulého století a plnily jedinou funkci - měření tepla. Postupem času, s rozvojem elektroniky (používání tranzistorů a následně integrovaných obvodů a mikroprocesorů) se měřiče tepla stávají přesnějšími, při zachování výborných metrologických parametrů, stále zlevňují a jsou vybavovány mnoha přídavnými funkcemi, především možností dálkového odečtu.
Ale to je už úplně jiná kapitola…
Zdroje:
Archiv a firemní muzeum společností ENBRA, a.s., a Pražská teplárenská a.s, Sontex SA
F. Adunka: Wärmemengenmessung
Autor článku děkuje panu Karlovi Fiedlerovi ze společnosti Pražská teplárenská a.s. a panu Mathiasovi Sieberovi ze společnosti Sontex SA za vstřícný přístup při získávání podkladů pro tento článek.