Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Rozúčtování nákladů za teplo: Trocha historie nikoho nezabije, 1. část

Od termočlánkových THERMONů po elektronické RTN s radiovým odečtem

3.6.2014

Ing. Petr Holyszewski, ENBRA, a.s.

Myšlenka spravedlivého rozdělování nákladů na vytápění objektu mezi konečné spotřebitele není zdaleka nová. K její realizaci je však nezbytné mít k dispozici technické zařízení – měřič nebo indikátor – kterým by bylo možno stanovit s dostatečnou přesností množství dodané tepelné energie (měřič) nebo alespoň podíl dodané energie na celkové spotřebě (tzv. poměrové měřiče, indikátor).

Pro praktické použití většinou nelze použít měřičů pracujících na kalorimetrickém principu (MT) z důvodu relativně vysoké pořizovací ceny a provozních nákladů (servis a metrologické ověřování) vůči ceně protečené energie. Z tohoto důvodu se již od prvopočátků rozdělování nákladů na vytápění používají indikátory pracující na různých fyzikálních principech.

a – měrný pásek, b – závaží, c – stupnice, d – pouzdro indikátoru, e – rám, f – ukazatel, g – přední stěna, h – okénko

Zajímavý fyzikální princip byl použit ve švýcarských indikátorech CALDIV, které byly založeny na skutečnosti, že určité kovové slitiny (např. Z 100 = Zn + Cu + Al) se namáháním unaví a deformují, přičemž deformace má trvalý charakter a je funkcí teploty, času a namáhání. Konstrukce indikátoru je patrná z obrázku.

Mezi další používané principy patří kapilární a trubičkové odpařovací indikátory, indikátory s odporovými teploměry nebo termistory a indikátory, které využívají změny optické hustoty vlivem tepelné expozice.

Poměrně rozšířené byly indikátory, pracující na termočlánkovém principu, které vyráběly například firmy WÄRMEMESSER, KAMP, LAURITZEN a THERMON.

Indikátory od firmy THERMON byly používány v ČR od roku 1937 v domech v okolí pražského Veletržního paláce, vytápěných Holešovickou elektrárnou. Později byly osazeny také v Brně na Marhautgasse (dnes Merhautova) a na d'Elvertstrasse (dnes Staňkova). Jednalo se o nájemní domy s vysokým nadstandardem bydlení.

K indikaci množství tepla dodávaného otopným tělesem bylo použito měření rozdílu teplot mezi střední povrchovou teplotou otopného tělesa a teplotou vzduchu v místnosti pomocí termočlánků, jejichž měřící spoje (v malém pouzdru) byly upevněny stahovacím páskem na radiátor a srovnávací spoje v krabičce umístěné v odvětrané krabičce na stěně místnosti. Počet jednotlivých termočlánků na každém radiátoru v bytě odpovídal výkonu tělesa. Termočlánky byly vzájemně sériově propojeny a připojeny na rtuťové elektrolytické počítadlo. To vylučuje na své katodě rtuť podle Faradayova zákona a množství vyloučené rtuti je úměrné časovému integrálu protečeného proudu. Vyloučená rtuť se hromadila v kapiláře a výškou jejího sloupce se indikovala dodávka tepla do bytu. Množství vyloučené rtuti se na konci topného období odečetlo na stupnici a poté se počítadlo vynulovalo překlopením horní části indikátoru o 180°. Tím byl indikátor připraven pro další použití. Stupnice indikátoru byla cejchována v násobcích kalorií. Počítadlo bylo umístěno zpravidla na chodbě, ve společné skříňce s elektroměrem. Z dnešního pohledu se tedy jednalo o indikátory s centrálním odečtem, bez nutnosti vstupovat z důvodu odečtu do bytu.

Čtěte také: Trocha historie - mechanické měřiče tepla

Podle vzpomínek pamětníků byly zaznamenány časté pokusy o ovlivnění indikace dočasným přerušením vedení k elektrolytickému počítadlu nebo přemostěním některých termočlánků.

Pohled na dvě provedení přístroje THERMON – krátká a prodloužená verze

Bez horního krytu

Nulování přístroje překlopením kapiláry

Elektrolytické počítadlo

Počet termočlánků ve snímači na radiátoru odpovídá jeho výkonu

Stupnice indikátoru cejchovaná v násobcích kalorií

Z indikátorů THERMON konstrukčně vycházely indikátory CALOM, vyvinuté 60. letech minulého století v pražském Výzkumném ústavu energetickém. CALOMy pracovaly na stejném principu, avšak svou koncepcí se více blížily dnešnímu kompaktnímu pojetí RTN. Byly montovány na každé otopné těleso, čímž odpadla nutnost instalace propojovacího vedení, ale současně také výhoda centrálního odečtu a při odečtu bylo nutno vstupovat do bytu a odečítat údaj z každého radiátoru zvlášť. Dobře bylo vyřešeno nulování, prováděné jednoduchým překlopením celého skleněného elektrolytického počítadla. Několik sériově zapojených termočlánků, zalitých v měřicí vložce, bylo umístěno v indikátoru tak, že jejich „teplé konce“ snímaly teplotu otopného tělesa z hliníkového tepelného převaděče a „studené konce“ teplotu místnosti na víku indikátoru.

CALOM s uzavřeným krytem

Pohled na počítadlo, sérii termočlánků a justovací odpor

Nulování překlopením elektrolytického počítadla

V období 50. až 70. let minulého století nebylo poměrového měření tepla příliš rozšířeno. V největší míře byly používány odpařovací indikátory, vynalezené kolem roku 1921 inženýrem Max Gehre z Weyebuschu ve Westerwaldu a to pro především pro svoji konstrukční jednoduchost a tím i velmi nízkou cenu. Z hlediska technického to byl však jasný krok zpět, protože tento typ indikátorů má velké množství nedostatků:

neumožňuje centrální odečet
odečtený náměr je zatížen chybou vlivem tzv. letního odparu
paralaxy při odečtu
deprese hladiny kapaliny
závislosti odečítané hodnoty na teplotě otopného tělesa v okamžiku odečtu z důvodu značné tepelné roztažnosti používaných kapalin

Některé nedostatky odpařovacích indikátorů se podařilo konstrukčně odstranit. Příkladem může být například indikátor METRONA OPTRONIC, který je vybaven dlouhou ampulkou o malém průměru (kapilárou), hladina kapaliny je opticky zvýrazněna a po boku stupnice indikátoru je natištěn bodový polohovací kód. Tento typ indikátoru umožňuje dokonce automatizaci odečtu s pomocí speciálního zařízení.

Indikátor METRONA OPTRONIC

Opticky zvýrazněná hladina

Chyba odečtu vlivem kapilární deprese

K většímu rozšíření indikátorů došlo v období po energetické krizi roku 1973. Na začátku 80. let se začaly objevovat elektronické indikátory první generace. Jedním z nich byl například RTN firmy ISTA, typ EUS-HKV 1 s ručkovým ukazatelem. Indikátory první generace se však příliš nerozšířily pro vysokou cenu a relativně špatné technické vlastnosti.

Elektronický indikátor ISTA EUS-HKV 1 osazený na radiátoru a rozložený

Indikátor TECHEM EHKV 90

Koncem 80. let se dostala na trh druhá generace elektronických RTN, které technicky vycházely z použití jednočipových mikroprocesorů postavených na technologii CMOS, tedy mikroprocesorů s velmi nízkou spotřebou. Typické pro tyto RTN bylo „okouzlení technikou“ – značná technologická a funkční složitost. Typickým představitelem je například indikátor TECHEM, typ EHKV 90.

Tyto indikátory byly nejdříve odečítány vizuálně z displeje, později byly některé výrobky vybaveny možností:

optoodečtu dat pomocí IrDA portu do ručního terminálu nebo přenosného PC
přenosu dat na paměťové kartě
přenosu dat po kabelu
pomocí radiového přenosu

Indikátor SONTEX 501 odečítaný optoelektronicky ručním terminálem PSION Workabout

Indikátor SONTEX SX 499 odečítaný po kabelu (protokol M-Bus)

Optoodečet představuje velký pokrok, protože odstraňuje možnost chybného odečtu vlivem špatné identifikace indikátoru nebo špatně (záměrně či nezáměrně) přečteného nebo zapsaného údaje a navíc se podstatně zkrátil čas potřebný k odečtu indikátoru.

Zvyšující se mzdové náklady pracovníků provádějících odečty indikátorů a problematické zajišťování vstupu do bytů vedlo k vývoji indikátorů odečítaných po kabelu. Tyto indikátory se však v praxi příliš nerozšířily, protože náklady na položení kabelů byly neúměrně vysoké, docházelo k jejich častému mechanickému přerušení a dodatečné pokládání kabelů v interiéru bytu bylo přijímáno nájemníky obvykle velmi negativně.

Chronologie vývoje – změna funkce i počtu součástek

Další generace RTN se vyznačuje použitím nejmodernějších mikroelektronických součástek, střídmostí implementovaných funkcí, rozšířením komunikačních možností (radio) a především technologickou jednoduchostí – snižováním počtu součástek. To všechno s jediným cílem – dosáhnout velmi nízké výrobní ceny. Prakticky všichni hlavní dodavatelé mají ve svém sortimentu radiové indikátory s pochůzkovým (Walk-by) nebo uzlovým (AMR) systémem odečtu. Standardem pro radiový odečet je v dnešní době jednoznačně Wireless M-Bus/OMS, režim S1 a T1.