Minulost a přítomnost v měření tepla aneb současné požadavky na měřiče tepla
V současnosti můžeme hovořit o 30 - 50% úsporách tepla ve vytápění proti spotřebám před 10 nebo 15 lety. Toto dramatické snížení potřeby tepla představuje ještě dramatičtější snížení průtoku topného média o 60 - 82 %. Co to znamená na straně dodavatelů tepla?
1. ÚVOD
Hydraulické vyregulovanie sústav ÚK, povinnosť inštalácie PRVN v bytoch obytných domov, hromadné zatepľovanie bytových domov, následné preregulovanie systémov ÚK po zateplení – to všetko zoptimalizovalo dodávku a spotrebu tepla na ÚK na maximum. V súčasnosti môžeme hovoriť o celkových 30-50% úsporách tepla na ÚK oproti spotrebám tepla spred desiatich, pätnástich rokov.
Toto dramatické zníženie potreby tepla na ÚK o 30 až 50% predstavuje ešte dramatickejšie zníženie prietoku média ÚK o 60 až 82% (1).
Čo to ale znamená na strane dodávateľov tepla? Pokiaľ neudržiavali krok s týmito trendami a nevymieňali staré potrubia za nové (predizolované vo väčšine prípadov nižších dimenzií), nebudovali odovzdávacie stanice tepla, či už v obytných domoch, alebo väčšie na sídliskách, čiže „neatomizovali“ svoje zdroje, s najväčšou pravdepodobnosťou postupom času zvyšujú svoje straty spôsobené nie len prevádzkou tepelných zariadení, ale k týmto stratám prispievajú aj straty z titulu nepresného meranie dodávky tepla na pätách objektov.
Cieľom tohto príspevku je pozrieť sa na presnosť merania pätových meračov z pohľadu metrologických požiadaviek a skutočných výsledkov metrologických overení meradiel, ktoré sú aktuálne nasadené a následne sa overujú.
Odporúčania v závere tohto príspevku sa opierajú o výsledky metrologických overení vykonaných v našom Autorizovanom metrologickom pracovisku.
2. LEGISLATÍVNE A TECHNICKÉ POŽIADAVKY NA MERAČE TEPLA
Na všetky určené meradlá sú kladené legislatívne a technické požiadavky, ktorých dodržiavaním zaručíme správne meranie tepla v bytových objektoch. Na obr. 1 sú uvedené komponenty mechanických a ultrazvukových meračov tepla, ktoré určujú princíp merania prietoku.
Mechanické merače pozostávajúce z väčšieho množstva komponentov (obr. 1a), sú schopné merať prietok s výslednou hodnotou 1 impulz na 10l (resp.100l) na výstupe. Oproti tomu ultrazvukové merače (obr. 1b) s oveľa menším počtom komponentov merajú prietok s výslednou hodnotou 250 impulzov (resp. 500 impulzov) na 100l.
Podľa §8 Vyhlášky 210/2000 Z.z. v znení neskorších predpisov je spôsob následného overenia nasledovný: pri následnom overení určeného meradla, ktorého platnosť rozhodnutia o schválení typu uplynula, sa zisťuje, či sa zhoduje so schváleným typom a či spĺňa požiadavku najväčšej dovolenej chyby na daný druh meradla platnej ku dňu následného overenia (3).
Čo to teda znamená v praxi?
Všetky meradlá, ktoré boli uvedené na trh v zmysle platných legislatívnych predpisov v tom čase (to znamená – mali platné certifikáty typu, boli prvotne overené), môžu byť ďalej overované, pokiaľ ich dovolené chyby neprekročia dovolené chyby platné ku dnešnému dňu. Ak sú ešte k dispozícii potrebné náhradné diely, môžu sa overovať „donekonečna“ ak vyhovejú.
Zamerali sme sa na meranie prietokov, čo v konečnej celkovej chybe merača tepla predstavuje viac ako polovicu.
Z histórie aj súčasnosti poznáme nasledovné typové schválenia:
- národné typové schválenie,
- európske typové schválenie – starý prístup podľa ISO,
- európske typové schválenie – nový prístup podľa MID (2004/22/ES Measuring Instruments Directive), modul B.
Väčšina mechanických prietokomerov ako členov meračov tepla, ktoré sú aktuálne v prevádzke, boli dodávané na náš trh v zmysle národnej legislatívy tzv. starého prístupu, to znamená, že podliehajú následnému overeniu v zmysle prílohy 53 vyhlášky 210/2000 Z.z. v znení neskorších predpisov. V druhej časti tejto prílohy oddiel I. definuje metrologické a technické požiadavky, metódy technických skúšok a metódy skúšania pri overení mechanických prietokomerov ako členom meračov tepla. Zamerali sme sa na metódy následného overovania dvoch veľkostí meračov s nominálnym prietokom Qn = 6m3/hod a 15 m3/hod.
Na obr. 2 je znázornená charakteristická prietoková krivka mechanického prietokomera a zvýraznené pole znázorňuje rozsah, v ktorom sa dané prietokomery skúšajú. Je vidieť, že nie je povinnosť skúmať s akou dovolenou chybou tieto meradlá pracujú v rozsahu prietokov Qmin až Qt (týka sa prietokomerov nominálnej veľkosti Qn > 3 m3/hod).
Napríklad typické mechanické prietokomery triedy presnosti B sa skúšajú v nasledovných prietokoch podľa tab. 1:
Tabuľka 1.: Tabuľka skúšobných prietokov
Prietokomery triedy presnosti B s Qn = 6 m3/hod | |
---|---|
Qn (m3/hod) | 5,4 ÷ 6,0 |
Q1 (m3/hod) | 3,0 ÷ 3,6 |
Qt (m3/hod) | 0,48 ÷ 0,53 |
Prietokomery triedy presnosti B s Qn = 15 m3/hod | |
Qn (m3/hod) | 13,5 ÷ 15 |
Q1 (m3/hod) | 7,5 ÷ 9,0 |
Qt (m3/hod) | 2,25 ÷ 2,47 |
Ako ukazujú reálne podmienky pri ktorých fungujú merače, popísané v úvode, je zrejmé, že v reálnych podmienkach sú prietoky podstatne menšie, ako prietoky pri ktorých máme povinnosť ich skúšať.
3. OVEROVANIE MERAČOV TEPLA V SKÚŠOBNI
Pre ilustráciu týchto skutočností sme v našej spoločnosti ENBRA SLOVAKIA s.r.o. v Banskej Bystrici v autorizovanom metrologickom pracovisku vykonali sériu porovnávacích meraní, pri ktorých sme štandardný mechanický prietokomer podrobili skúškam, ktoré zodpovedajú jeho triede presnosti a následne sme ho podrobili skúškam, ktorými sa skúšajú ultrazvukové prietokomery, ktoré sú aktuálne dodávané na trh v zmysle smernice MID. Výsledky skúšok sú uvedené na obr. 3 a 4.
Obr. 3.: Namerané chyby mechanického prietokomera podľa ISO a podľa prílohy 53 vyhlášky 210/2000 Z.z.
Mechanický prietokomer Qn = 6m3/hod sme podrobili štandardnej skúške v rozsahu následného overenia pre triedu presnosti B, to je pri prechodovom prietoku 480 l/hod. Následne sme prechodový prietok znížili na polovicu t.j. 240 l/hod. Toto meranie prebiehalo pri siedmich opakovaniach. Z obr. 3 vyplýva, že tento prietokomer by vyhovel aj v triede presnosti vyššej ako C. V rozsahu skúšky pre ultrazvukové prietokomery, v zmysle požiadaviek STN EN 1434 a legislatívy nového prístupu, je však jeho priemerná relatívna chyba -43,5% v Qmin = 60 l/hod. Je vidieť veľmi veľký nárast relatívnej chyby v malom rozsahu prietokov. Keďže sa prietokomery s prietokom Qn > 3m3/hod neskúšajú v rozsahu prietokov Qmin až Qt,, zjavne to znevýhodňuje používateľov mechanických MT v aktuálnych reálnych prevádzkových podmienkach. Nová legislatíva pre merače tepla uvádzané na trh v zmysle MID určuje skúšku pre všetky veľkosti meradiel aj pre minimálny prietok (4).
Ako ukážku uvádzame na obr. 5 výsledky meraní niekoľkých ultrazvukových prietokomerov k meračom tepla Qn = 6m3/hod v rozsahu následného overenia podľa MID.
Relatívna chyby prietokomera ako člena merača tepla sa stanovuje meraním skutočného objemu minimálne v rozsahu nasledovných troch prietokov (2):
q = qi ÷ 1,1qi
q = 0,1 ÷ 0,11 qp
q = 0,9 ÷ 1,0 qp,
kde:
qi – minimálny prietok prietokomera, ktorý deklaruje výrobca
qp – nominálny prietok prietokomera, ktorý deklaruje výrobca
Obr. 6.: Porovnanie minimálnych prietokov definovaných výrobcom mechanických a ultrazvukových prietokomerov
Napriek tomu, že pre všetkých výrobcov vzniká povinnosť skúšať meradlá na minimálny prietok, stále existujú dvojnásobné rozdiely medzi mechanickými meradlami a ultrazvukovými meradlami prietoku.
4. POROVNANIE FINANČNÝCH NÁKLADOV
V tabuľke 2 sa uvádza porovnanie obstarávacích nákladov mechanických a ultrazvukových meračov tepla s cenovým rozdielom medzi meračmi.
Tabuľka 2.: Obstarávacie náklady na nákup nových meračov
Typ | Dimenzia DN (mm) | Nominálny prietok Qp (m3/h) | Cena (€) | Typ | Dimenzia DN (mm) | Nominálny prietok Qp (m3/h) | Cena (€) | Cenový rozdiel (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Mechanický merač tepla | 25 | 3,5 | 263,01 | Ultrazvukový merač tepla SHARKY 775 | 25 | 3,5 | 373,00 | 29,49 |
25 | 6 | 263,01 | 25 | 6 | 373,00 | 29,49 | ||
40 | 10 | 313,77 | 40 | 10 | 513,00 | 38,84 | ||
50 | 15 | 590,23 | 50 | 15 | 580,00 | -1,76 | ||
65 | 25 | 624,23 | 65 | 25 | 607,00 | -2,83 | ||
80 | 40 | 624,23 | 80 | 40 | 636,00 | 1,85 | ||
100 | 60 | 826,23 | 100 | 60 | 768,00 | -7,58 |
Z uvedeného vyplýva, že v priebehu niekoľkých posledných rokov sa rozdiel medzi obstarávacími nákladmi na mechanické a ultrazvukové meradlá tepla znížil až na hodnotu 30%, a pri väčších dimenziách je cena ultrazvukových meračov porovnateľná s mechanickými. Tabuľka 3 zobrazuje celkové náklady na servis a metrologické služby pri následnom overení týchto prietokomerných členov meradiel.
Tabuľka 3.: Cenový rozdiel v celkových nákladoch na servis a metrologické služby medzi mechanickými a ultrazvukovými prietokomernými členmi meradiel
Typ | Dimenzia DN (mm) | Nominálny prietok Qp (m3/h) | Cena (€) | Typ | Dimenzia DN (mm) | Nominálny prietok Qp (m3/h) | Cena (€) | Cenový rozdiel (%) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Mechanický merač tepla | 25 | 3,5 | 32,25 | Ultrazvukový merač tepla SHARKY 775 | 25 | 3,5 | 11,06 | -65,70 |
25 | 6 | 36,65 | 25 | 6 | 12,54 | -65,50 | ||
40 | 10 | 42,53 | 40 | 10 | 15,02 | -64,68 | ||
50 | 15 | 58,99 | 50 | 15 | 24,86 | -57,85 | ||
65 | 25 | 70,46 | 65 | 25 | 27,83 | -60,50 | ||
80 | 40 | 80,56 | 80 | 40 | 35,12 | -56,40 | ||
100 | 60 | 91,77 | 100 | 60 | 47,14 | -48,63 |
Servis mechanického prietokomeru je fyzicky aj časovo náročnejší a výrobcovia pre zabezpečenie stability metrologických parametrov počas nasledujúceho 4 ročného obdobia prevádzky MT predpisujú povinnú výmenu niektorých náhradných dielov. Práve z tohto dôvodu je výsledok absolútne jednoznačný a to priemerná 60% úspora nákladov pri overovaní ultrazvukových meradiel oproti tým mechanickým.
5. ZÁVER
Cieľom tohto príspevku bolo poukázať na skutočnosť, že ak výrobca tepla nepristúpi k optimalizačným opatreniam a naďalej používa pôvodné mechanické merače tepla, relatívna chyba týchto meračov tepla v reálne prevádzkovaných nízkych prietokoch môže byť v priemere až 43,3% v ich neprospech. Ďalej bolo poukázané aj na to, že obstarávacie ceny mechanických a ultrazvukových MT sa výrazne priblížili alebo dorovnali a aj následné náklady na overenie ultrazvukových MT sú výrazne nižšie ako tých mechanických. Z vyššie uvedeného vyplýva, že z pohľadu presnosti merania a celkového ekonomického posúdenia, ďalšie prevádzkovanie mechanických meračov tepla na pätách objektov si žiada individuálne posúdenie a prípadnú výmenu za ultrazvukové MT.
Literatúra
- Slobodník, D. 2013. Optimalizácia sústav a zefektívnenie prevádzky tepelných zariadení (ÚK, TV) BD po zateplení, Vykurovanie 2013, zborník prednášok, vydavateľ SSTP Bratislava.
- STN EN 1434-5 Merače tepla. Časť 5: Skúšky pri prvotnom overení, 2016
- Vyhláška 210/2000 Z.z. Vyhláška Úradu pre normalizáciu, metrológiu a skúšobníctvo Slovenskej republiky o meradlách a metrologickej kontrole, schválené: 16.06.2000, účinnosť: 01.07.2000
- Nariadenie vlády Slovenskej republiky č. 294 z 15. júna 2005 o meradlách v znení nariadenia vlády Slovenskej republiky č. 445/2010 Z. z. z 12. novembra 2010