Minulost a přítomnost v měření tepla aneb současné požadavky na měřiče 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.

Obr. 1.: Komponenty meračov tepla
a) pre mechanický merač tepla, b) pre ultrazvukový merač tepla

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 Q_n = 6m³/hod a 15 m³/hod.

Obr. 2.: Charakteristická prietoková krivka mechanického prietokomera

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 Q_min až Q_t (týka sa prietokomerov nominálnej veľkosti Q_n > 3 m₃/hod).

Napríklad typické mechanické prietokomery triedy presnosti B sa skúšajú v nasledovných prietokoch podľa tab. 1:

Tabuľka 1.: Tabuľka skúšobných prietokov

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.

Obr. 4.: Namerané chyby mechanického prietokomera podľa ISO a MID

Mechanický prietokomer Q_n = 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 Q_min = 60 l/hod. Je vidieť veľmi veľký nárast relatívnej chyby v malom rozsahu prietokov. Keďže sa prietokomery s prietokom Q_n > 3m³/hod neskúšajú v rozsahu prietokov Q_min až Q_t,, 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 Q_n = 6m³/hod v rozsahu následného overenia podľa MID.

Obr. 5.: Namerané chyby ultrazvukových prietokomerov podľa MID

Relatívna chyby prietokomera ako člena merača tepla sa stanovuje meraním skutočného objemu minimálne v rozsahu nasledovných troch prietokov (2):

q = q_i ÷ 1,1q_i
q = 0,1 ÷ 0,11 q_p
q = 0,9 ÷ 1,0 q_p,
kde:
q_i – minimálny prietok prietokomera, ktorý deklaruje výrobca
q_p – 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

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

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

1. Slobodník, D. 2013. Optimalizácia sústav a zefektívnenie prevádzky tepelných zariadení (ÚK, TV) BD po zateplení, Vykurovanie 2013, zborník prednášok, vydavateľ SSTP Bratislava.
2. STN EN 1434-5 Merače tepla. Časť 5: Skúšky pri prvotnom overení, 2016
3. 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
4. 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