Существующая система учета тепла изначально содержит в себе системную ошибку, суть которой в недостаточной точности измерения разности масс теплоносителя на входе и выходе системы теплоснабжения. Для организации коммерческого учета наиболее острой и экономически значимой сегодня можно считать проблему измерения утечки теплоносителя и несанкционированного водоразбора за узлом учёта потребителя. В статье главного метролога ТГК-1 Лупея Александра Григорьевича приводятся данные о недопустимо низкой точности измерений расхода тепла в жилых домах и аргументы в пользу существенного повышения точности измерений.
Известно, что в настоящее время готовится новая редакция «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя». Всецело поддерживая решение о подготовке новых Правил, хотелось бы обратить внимание разработчиков документа на некоторые имеющиеся проблемы с организацией учёта теплопотребления, которые следовало бы решить в новых Правилах.
Наиболее острой и экономически значимой сегодня можно считать проблему измерения утечки теплоносителя и несанкционированного водоразбора за узлом учёта потребителя.
Видимо, никто не возьмётся утверждать то, что в отечественных системах теплоснабжения проблема утечки теплоносителя сегодня решена: утечка, конечно же, есть (дефекты трубопроводов, сварных швов, негерметичные сальники, прохудившиеся прокладки и т.д.), и несанкционированный отбор теплоносителя из систем отопления (например, на хоз. нужды) тоже есть. И здесь желание теплоснабжающих организаций (ТСО) измерять утечку вполне понятно и обоснованно: коль скоро отбор теплоносителя имеет место быть, то его (отбор) необходимо измерять и, соответственно, оплачивать.
Для решения этой задачи «Правила учёта тепловой энергии и теплоносителя» (Правила-95) содержат требование, в соответствии с которым в узле учёта потребителя необходимо «контролировать утечку» в соответствии с выражением
Mут = (М1-М2) - Мгвс (1)
и оплачивать суммарное теплопотребление в соответствии с известной формулой 3.1 из Правил-95:
Q = Qи + (Мут+Мгвс)·(h2-hхв). (2)
Нетрудно видеть, что в формуле (2) Qи=М1·(h1-h2), а Мут+Мгвс=М1-М2. Следовательно, Правила-95 предписывают потребителям вести коммерческий учёт суммарного теплопотребления по формуле
Q = М1·(h1-h2) + (М1-М2)·(h2-hхв), (3)
что в точности соответствует известной формуле «тепло пришедшее минус тепло ушедшее», т.е.
Q = Q1-Q2 = M1·(h1-hхв) - M2·(h2-hхв). (4)
Сегодня большинство теплосчётчиков российских потребителей по требованию Правил-95 и при поддержке ТСО (ведь действительно хочется, чтобы утечка была измерена и оплачена!) настроены на ведение коммерческого учёта суммарного теплопотребления именно по формуле (4).
К сожалению, эта формула принципиально не пригодна для применения у большинства потребителей, поскольку на практике она не обеспечивает измерение утечки и суммарного теплопотребления со сколь-нибудь приемлемой точностью. Более того, применение формулы (4) приводит к тому, что результаты измерений массы теплоносителя и энергии, отбираемых из системы теплопотребления, оказываются значительно заниженными, а измеренная таким образом «утечка» в большинстве случаев оказывается в той или иной степени отрицательной (измеренная в закрытой системе разность масс М1-М2<0). Следовательно, по результатам такого «учёта» потребитель превращается в поставщика теплоносителя и тепловой энергии (потребитель как бы подпитывает внешнюю теплосеть горячей водой и, сам того не желая, берёт на себя роль источника теплоты), что приводит к заметным финансовым убыткам ТСО и росту водных и тепловых небалансов в системе «источник-теплосеть-потребители».
В подтверждение сказанному обратим внимание на статистику, наглядно демонстрирующую безуспешность попыток измерять утечку (т.е. разность масс М1-М2) в узлах учёта потребителей.
В таблице 1 приведены показания 87-и трёхканальных теплосчётчиков, отобранных случайным образом из более крупной выборки и содержащих результаты измерений массы теплоносителя на тепловом вводе (М1 и М2), а также показания счётчика Мгвс, установленного на трубопроводе горячего водоснабжения (ГВС).
Из таблицы 1 видно, что только у 16-и потребителей из 87-и утечка Мут=(М1-М2)-Мгвс>0; всего у этих потребителей измерено Мут=+303 т. У оставшихся 71 потребителей измеренная утечка оказалась отрицательной и в сумме составила -2671 т.
Из таблицы 1 находим, что большинство теплосчётчиков (82% от общего объёма выборки) зафиксировали утечку отрицательную, и этаотрицательная утечка оказалась в 8,8 раза больше утечки положительной. Более того, у пяти потребителей сумма Мут+Мгвс также измерена как отрицательная, не смотря на наличие тех или иных объёмов потребления горячей воды в системе ГВС.
Таким образом, ТСО, исполняя требования Правил-95 по «контролю утечки» и желая получить законные деньги за эту утечку, оказалась финансово наказана трижды:
- никакой положительной утечки Мут=(М1-М2)-Мгвс эти теплосчётчики в целом не измерили и, потребители, соответственно, ничего не заплатили ни за нормативную утечку, ни за утечку фактическую (если таковая, конечно, имела место);
- количество отобранного в системах ГВС теплоносителя и, соответственно, тепловой энергии, израсходованной в системах ГВС потребителей,оказалось занижено на 14% (в системах ГВС израсходовано 16906 т горячей воды, а оплачено по разности масс dM=М1-М2 только 14541 т);
- теплосчетчики, выполняя измерения по формуле (4), уменьшили измеренную тепловую энергию отопления на величину, равную тепловому эквиваленту 2368 тонн измеренной отрицательной утечки.
Наблюдения за работой множества коммерческих узлов учёта, установленных в С.-Петербурге, Москве и других российских городах, дают все основания утверждать, что никогда измерения разности масс dM=M1-M2 не могут быть выполнены с точностью, сколь-нибудь приемлемой для коммерческих расчётов. И даже в тех редких случаях, когда расходомеры М1 и М2 действительно обладают высокой фактической точностью, результаты измерения разности масс М1-М2 всегда оказываются настолько не точны, что говорить о выполнении «коммерческих» измерений просто не приходится.
Учитывая особую значимость для будущих Правил проблемы измерения разности масс на выводах тепломагистралей и коммерческих сечениях в точках перепродажи теплоэнергии и теплоносителя, приведём пример тому, как при наличии в узле учёта высокоточных расходомеров М1 и М2 результаты измерений dM=M1-M2=Мгвс+Мут оказываются крайне неудовлетворительными.
Таблица 1.
Окончание таблицы 1.
Рис. 1. Изменение во времени измеренных часовых масс М1 и М2
и их разности dM=M1-M2 на тепловом вводе потребителя
На рис. 1 показано, каким образом изменялись во времени часовые массы М1 и М2 и их разности dM=M1-M2 на вводе Бизнес-центра, в котором осуществляется отбор теплоносителя в систему ГВС. Здесь видно, что фактическое теплопотребление в Бизнес-центре невелико: в систему отопления подаётся теплоноситель с расходом 1,5-2 т/ч, а в систему ГВС по рабочим дням в отдельные часы отбирается несколько десятков килограмм горячей воды (в некоторые дневные часы – до 70-100 кг за час).
Данные часового архива этого теплосчетчика свидетельствуют о том, что здесь для подсчёта суммарного теплопотребления (отопление, плюс ГВС, плюс утечки) применяется формула (4), т.е. Q=Q1-Q2=M1·(h1-hхв) - M2·(h2-hхв).
Из рис. 1 также следует, что по выходным дням и в ночные часы у данного потребителя Мгвс=0, следовательно, в эти периоды времени измеряемая разность масс M1-M2=Мут, и эта «утечка» стабильно составляет минус 4-6 кг за час (выполняется условие М1<М2.
Возникает вопрос: а «много» это или «мало» с метрологической точки зрения – иметь на данном объекте по результатам измерений отрицательную утечку на уровне -(4¸6) кг за час?
Рис. 2 свидетельствует о том, что при отсутствии потребления горячей воды в системе ГВС (т.е. в закрытой системе, когда технологически М1=М2) измеренные часовые массы М1 отстают от М2 всего на 0,2-0,3% при допускаемом расхождении ±1,56%. ( Примечание: У данного потребителя применяются расходомеры М1 и М2 с допускаемой погрешностью ±1%. С вероятностью Р=0,95 при М1=М2 (в закрытой системе) допускаемое расхождение каналов измерений М1 и М2 определяется по формуле dM1 = 1,1·(12+12)0,5 = ±1,56%.)
Следует признать, что здесь мы имеем дело с чрезвычайно высоким согласованием каналов измерений М1 и М2, ибо даже для т.н. согласованной пары расходомеров допускается рассогласование показаний на уровне ±0,5%.
Вместе с тем, весьма незначительное и вполне допустимое отрицательное рассогласование пары расходомеров М1 и М2 привело к тому, что измеряемая здесь разность масс dM=M1-M2 оказалась заниженной в среднем на 0,0046 т за каждый из 835-и часов работы узла учёта, а общее занижение разности масс за рассматриваемые 835 часов работы теплосчётчика составило 835·0,0046=3,841 т.
Рис. 2. Изменение во времени относительного расхождения
каналов измерений часовых масс М1 и М2 в закрытой системе
Всего же по показаниям теплосчётчика измерено и оплачено dM=0,235 т теплоносителя. Следовательно, результат учета теплоносителя и тепловой энергии, отбираемых в систему ГВС, оказался занижен в 3,841/0,235=16 раз! И это при том, что здесь мы имеем дело со сверхвысокой степенью согласования каналов измерений М1 и М2, которая в действующих узлах учёта встречается чрезвычайно редко!
Причина столь крупного неуспеха в измерении разности масс высокоточными расходомерами очевидна: это требование Правил-95 «контролировать утечку» и естественное желание ТСО получить плату за возможную утечку и несанкционированный водоразбор вне системы ГВС.
Конечно же, всех этих финансовых неприятностей ТСО могла бы избежать, если бы договорилась с потребителем «немножко» отойти от требований Правил-95 «контролировать утечку» и переключила этот теплосчётчик с формулы (4), шестнадцатикратно занизившей результаты коммерческого учёта, на совершенно необходимую в данном случае формулу
Q = Qот + Qгвс = М2·(h1-h2) + Мгвс·(h1-hхв). (5)
Действительно, если бы здесь учёт осуществлялся по формуле (5), то ТСО вполне законным образом выиграла бы (вернее, не потеряла) трижды:
- во-первых, тепло отопления было бы рассчитано не по формуле Правил-95 [Qот1=М1·(h1-h2)], а по формуле Qот2=М2·(h1-h2); и, коль скоро в большинстве случаев на практике М2>M1, то и Qот2>Qот1, что должно быть выгодно любой ТСО;
- во-вторых, простейший крыльчатый счётчик Ду15, установленный в трубопроводе ГВС и подключённый к тепловычислителю, показал бы потребление горячей воды Мгвс=4,076 тонн с погрешностью ±2%, а не сегодняшние dM=M1-M2=0,235 тонн с фактической ошибкой в -1600%;
- в-третьих, по ныне применяемой формуле (4) поставщик заплатил потребителю деньги за 3841 кг отрицательной утечки, а мог бы получить деньги с потребителя за нормативную утечку, поскольку по формуле (5) утечка вообще не измеряется.
Примечания:
1. Следует иметь ввиду, что в большинстве западных стран расходомеры теплосчётчиков всегда устанавливаются именно в обратный трубопровод, а не в подающий, т.е. подсчёт теплопотребления ведётся по формуле Q=M2·(h1-h2), но никак не по формуле Qи=M1·(h1-h2), предписанной Правилами-95.
2. Представляется целесообразным при отсутствии измерений Мут оплачивать величину нормативной утечки МутН, указываемую в договоре теплоснабжения и рассчитываемую в соответствии со СНиП 2.04.07-86. Указанные СНиП (см. изменение №1) устанавливают размер МутН на уровне 7,5 л/ч на каждый м3 объёма сетей и внутренних теплопотребляющих систем.
В этой связи представляется чрезвычайно важным и необходимым, чтобы новые Правила содержали указания на практическое применение формулы (5) в узлах коммерческого учёта с обязательной оплатой потребителями нормативной утечки.
Известно, что в открытых системах теплоснабжения наибольшее количество горячей воды потребляют жилые дома – по статистике в жилых домах С.-Петербурга из каждых 100 т теплоносителя, поступившего в дом по подающему трубопроводу, в системах ГВС расходуется 10-20 т теплоносителя, т.е. относительный водоразбор составляет 10-20% от М1.
Этот полезный (предусмотренный договором теплоснабжения) водоразбор можно измерить двояко: непосредственно счётчиком горячей воды Мгвс с погрешностью ±(1-2)% и косвенным образом, как разность масс dM=M1-M2. С какой точностью будет измеряться разность масс dM, если для измерения масс М1 и М2 применить счётчики с допускаемой погрешностью, равной, например, ±2%?
Рис. 3. Изменение во времени измеренных часовых масс М1 и М2
и их разности dM=M1-M2 на тепловом вводе жилого дома
На рис. 3 показано, каким образом изменялись измеренные часовые массы (среднечасовые расходы) М1 и М2 и их разности dM=M1-M2 на тепловом вводе ЖСК-283 в марте-апреле, а на рис. 4 приведена зависимость допускаемой относительной погрешности измерения разности масс М1-М2 от времени суток.
Рис. 4. Изменение допускаемой погрешности измерения
разности часовых масс М1 и М2 от времени суток
Рис. 5. Изменение допускаемой погрешности измерения
разности часовых масс dM=M1-M2 с течением времени
Рис. 4 убедительно свидетельствует о том, что даже при наличии в жилом доме сравнительно большого отбора теплоносителя в систему ГВС точность измерений разности масс М1-М2 весьма невысока: максимальные (вечерние) часовые объёмы потребления горячей воды здесь измерены с погрешностью 12-40%, утренние и дневные разности масс измеряются с погрешностью 12-50%, а допускаемая погрешность незначительных (ночных) величин dM=M1-M2 составляет сотни процентов (см. также рис. 5 и 6).
Рис. 6. Зависимость допускаемой погрешности
измерения разности часовых масс от dM=M1-M2
Расчёты показывают, что в данном случае даже при наличии довольно значительного среднего относительного водоразбора (Мгвссред=11,6% от М1) средневзвешенная допускаемая погрешность измерения разности масс (dM=M1-M2=2054 т) в данном ЖСК составила ±33%, т.е. результат измерений следует записать как dM=2054 ± 678 т.
Конечно же, погрешность результатов коммерческого учёта в ±33% не может считаться приемлемой ни для потребителя, ни для поставщика.
Однако эту погрешность можно уменьшить без труда в 16-33 раза (с 33% до 1-2%), применив в данном узле учёта для подсчёта теплопотребления формулу (5) вместо формулы (4) и отказавшись от попытки измерять возможную утечку теплоносителя.
Поэтому крайне важно, чтобы новые «Правила учёта тепловой энергии» обратили внимание на проблему крайне низкой точности измерения разности масс на тепловых вводах потребителей и «узаконили» формулу (5) для ведения коммерческого учёта тепловой энергии и теплоносителя.
17.03.2011 |