Nowoczesne systemy opomiarowania wody i energii cieplnej

Nowoczesne systemy opomiarowania wody i energii cieplnej Robert Link <robert.link@itron.com> Pomiar zużycia mediów w szczególności energii cieplnej i wody nie jest wbrew pozorom zagadnieniem łatwym. Aby umieć prawidłowo projektować bądź użytkować przyrządy pomiarowe konieczne jest posiadanie wiedzy teoretycznej i praktycznej z zakresu metrologii, mechaniki, elektroniki jak również znać przepisy prawne i normy regulujące te zagadnienia. W przeciwnym wypadku łatwo jest dać się zwieść z pozoru atrakcyjnym ofertom tanich urządzeń, które jednak w trakcie eksploatacji nie spełniają pokładanych w nich nadziei. Jak w wielu innych dziedzinach działa tutaj zasada: Tylko bardzo bogatych stać na kupowanie bardzo tanich (w domyśle kiepskich) produktów. Błędy pomiaru Warunkiem koniecznym prawidłowego pomiaru jest rozważenie następujących zagadnień: dobór, do profilu zużycia wody w danym obiekcie, klasy metrologicznej i rozmiaru wodomierza i ciepłomierza (w sensie przepływu nominalnego, a nie średnicy); wybór właściwego typu wodomierza i ciepłomierza adekwatnego do potrzeb ze szczególnym uwzględnieniem jego trwałości; zapewnienie właściwych warunków montażu i eksploatacji. Podstawy prawne Obecnie zasady obrotu i użytkowania wodomierzy i ciepłomierzy w Polsce regulują następujące przepisy: Ustawa Prawo o Miarach z 11 maja 2001 Dz.U. 63/2001 poz. 636 (z późn. zmianami, w szczególności Dz.U. 141/2004 poz.1493) Norma PN-ISO 4064 (1997) wodomierze Norma PN-EN 1434 (2009) ciepłomierze Dyrektywa 75/33/EWG (liczniki do wody zimnej) Dyrektywa 79/830/EWG (liczniki do wody ciepłej) Rozp. MG z 7 stycznia 2008 Dz. U. Nr 5/2008 poz. 29 w sprawie prawnej kontroli metrologicznej przyrządów pomiarowych ( z późn. zm. Dz.U. 110/2010 poz. 728) Rozp. MG z 27 grudnia 2007 Dz. U. Nr 3/2008 poz. 13 w sprawie rodzajów przyrządów pomiarowych podlegających prawnej kontroli metrologicznej oraz zakresu tej kontroli ( z późn. zm. Dz.U. 110/2010 poz. 727) Rozp. MG z 23 października 2007 Dz. U. 209/2007 poz. 1513 w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać wodomierze, oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów Rozp. MG z 21 grudnia 2007 Dz.U. 2/2008 poz.2 w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać ciepłomierze i ich podzespoły oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów pomiarowych Ustawa z 15 grudnia 2006 r. o zmianie ustawy o systemie zgodności oraz o zmianie niektórych innych ustaw - między innymi w art. 6 i 10 ustawy prawo o miarach przyp. autora - (Dz. U. 249/2006 poz. 1834), Rozp. MG z 18 grudnia 2006 r. Dz. U. 3/2007 poz. 27 w sprawie zasadniczych wymagań dla przyrządów pomiarowych ( z późn. zm. Dz.U. 163/2010 poz. 1103) Norma PN-EN 14154 (2011) wodomierze Patrz opracowanie Nowe przepisy metrologiczne dotyczące wodomierzy i ciepłomierzy

Ponadto z tym zagadnieniem związek mają następujące regulacje: Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 75/2002 poz. 690) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 7 kwietnia 2004 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. 109/2004 poz. 1156 wraz z późniejszymi zmianami) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. w sprawie określenia przeciętnych norm zużycia wody (Dz. U. 8/2002 poz. 70) Ustawa o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków z dnia 7 czerwca 2001 r. (Dz. U. 72/2001 poz. 747 wraz z późniejszymi zmianami) Wodomierze Zgodnie z wymienionymi wyżej dotychczasowymi przepisami wodomierz posiada zakres działania od przepływu minimalnego Qmin do przepływu pośredniego Qt z tolerancją błędu +/- 5% oraz między przepływem Qt, a przepływem maksymalnym Qmax z tolerancją błędu +/- 2 % ( dla wody zimnej ) i +/- 3 % ( dla wody ciepłej). Parametrem najbardziej charakterystycznym dla wodomierza jest jego przepływ nominalny Qn, który jest dwukrotnie mniejszy niż Qmax, oraz klasa metrologiczna mówiąca o zakresowości danego wodomierza ( rys.1 ). Rys. 1 Maksymalny dopuszczalny błąd licznika do wody zimnej w zależności od przepływu według dotychczasowych przepisów +5% Maksymalny dopuszczalny błąd w zakresie pomocniczym Maksymalny dopuszczalny błąd w zakresie podstawowym +2% Qmin Qt Qp Qn Qmax = 2xQn) -2% Przykładowa krzywa błędu -5% Zakres pomocniczy Zakres podstawowy

Dobór rozmiaru wodomierza i klasy metrologicznej Rys. 2 Klasy metrologiczne dla Qn 15m 3 /h Błąd % Przykładowo wodomierz : Qn = 15m 3 /h Klasa C (stosunek Q max/q min = 333, Q max/q t = 133 ) Q min Q t Q n Q max Klasa B (stosunek Q max/q min = 67, Q max/q t = 10 ) Q min Q t Q n Q max Klasa A (stosunek Q max/q min = 25, Q max/q t =7 ) Q min Q t Q n Q max 0 0,09 0,225 0,45 1,2 3 4,3 15 30 Przepływ m 3 /h Rys 3. Typowy profil zużycia wody w budynku wielorodzinnym a klasy metrologiczne 10 % zużycia 8 6 4 : klasa C Flostar-M : - 3% klasa C : - 8% klasa B : - 60% pozaklasowy 2 8 6 Błąd (%) 4 2 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 -16-18 Przepływ (m³/h) -20 0,01 0,1 1 10 100

Dobór wodomierza do obiektu powinien zostać dokonany na podstawie jego profilu konsumpcji wody. Typowy dla budynków wielorodzinnych profil przedstawia rysunek 3. Należy zwrócić uwagę na fakt, że oś pozioma jest w skali logarytmicznej. Analiza tego rysunku prowadzi do wniosku, że stosowanie wodomierzy w gorszej klasie metrologicznej niż klasa C powoduje bardzo wysokie ujemne błędy pomiaru dochodzące do kilkudziesięciu procent. Nie jest dobrym rozwiązaniem przesuwanie w dół charakterystyki wodomierzy w klasie B poprzez redukcję średnicy. Konsekwencją takiego działania jest bowiem strata części zakresowości powyżej przepływu nominalnego. W wymiarze praktycznym oznacza to niebezpieczeństwo zerwania sprzęgła wodomierza (liczydło przestaje się kręcić) lub zwiększoną stratę ciśnienia blokującą możliwość konsumpcji wody i powodującą dyskomfort dla mieszkańców. Uznając, że interesują nas parametry przewyższające klasę B, niestety zderzamy się z szumem informacyjnym istniejącym na rynku. Parametry podawane w kartach katalogowych często nie są zgodne z zatwierdzeniami typu. Wymyślone zostały parametry nienormatywne takie jak na przykład próg rozruchu. Często żargonowo mówi się o czułości wodomierza. Jest to śmieszne do momentu, kiedy takie pojęcia pojawiają się jako oficjalne wymagania w specyfikacjach technicznych. Na koniec użytkownik jest zdziwiony, że mimo profesjonalnego zakupu wodomierzy straty wody są nadal znaczne. Dlatego należy pamiętać, że dokumentem bazowym jest zatwierdzenie typu, a nie karta katalogowa. Polegać można jedynie na parametrach normatywnych jak przepływ minimalny, pośredni, nominalny lub maksymalny sprawdzanych w każdym egzemplarzu wodomierza w trakcie legalizacji (progu rozruchu nikt nie sprawdza). Warto sobie uświadomić, że europejski znak typu ε na wodomierzu oznacza, że legalizacja została wykonana także dla przepływu maksymalnego (a nie tylko nominalnego). Ma to kluczowe znaczenie dla eliminacji wodomierzy, w których powyżej Qn występuje zjawisko zerwania sprzęgła. Optymistyczną informacją jest wprowadzenie do polskiego prawa od 7.01.2007. przepisów nowej dyrektywy europejskiej MID dotyczącej przyrządów pomiarowych w tym wodomierzy Umożliwia ona producentom, w znacznie szerszym zakresie niż dotychczas, indywidualne określenie wartości przepływów charakteryzujących dany typ wodomierza. Oczywiście dane te muszą być potwierdzone certyfikatem badania typu. Będzie możliwe większe, niż do tej pory, zróżnicowanie wodomierzy, które w chwili obecnej sprowadzało się w praktyce do dwóch klas: B lub C. Tym samym, do tego samego worka wrzucane były przyrządy ledwo spełniające wymagania oraz znacznie od nich lepsze, ale nie mieszczące się w wyższej kategorii. Oczywiście pojawia się pytanie opłacalności stosowania wodomierzy o większej zakresowości (lepszej klasy metrologicznej) biorąc pod uwagę wyższą cenę zakupu.

Rys. 4 Wyniki analizy ekonomicznej opłacalności stosowania wodomierzy w różnych klasach w budynku o profilu określonym na rys. 3 Założenia : zużycie wody 10 000 m 3 /rok, cena wody wraz z kosztem odprowadzenia ścieków 6 zł / m 3, koszt wodomierza FLOSTAR M DN50 lepszego niż klasa C: 1 490 zł. Typ wodomierza Wartość wody Dodatkowy efekt ekonomiczny i ścieków wartościowo procentowo wod. 1 ( Flostar M) 60 000 zł /rok wod. 2 ( klasa C) 58 200 zł /rok 1 800 zł /rok 3% wod. 3 ( klasa B) 55 200 zł /rok 4 800 zł /rok 8% wod. 4 ( pozaklasowy) 24 000 zł /rok 36 000zł /rok 60% Praktyka pokazuje, że można się spodziewać wzrostu wskazania wodomierza średnio około 8% przy zmianie klasy z B na C, czyli zmniejszenie o taką wartość pozornej straty wody. Znane są przypadki, że efekt jest rzędu nawet 25%. Wartość wody, przepływającej rocznie przez wodomierz, wraz z odpowiadającą tej ilości wody opłatą za odprowadzenie ścieków, jest wielokrotnie wyższa od wartości wodomierza. Z tego wynika wyjątkowo krótki, jak na inwestycję, czas zwrotu rzędu kilku miesięcy. Co ciekawe, wszyscy znani autorowi dostawcy wody, którzy zaczęli stosować wiarygodną klasę C w trwałej konstrukcji ekstra suchobieżnej, konsekwentnie kontynuują taką politykę. Z drugiej strony przeciwnikami wodomierzy w wyższych klasach są użytkownicy, którzy na większą skalę z tą technologią nie mieli do czynienia. Bilans wody w ramach budynku Z punktu widzenia zarządcy nieruchomości bardzo istotny jest sposób opomiarowania mieszkań i zapewnienie bilansowania sumy wskazań wodomierzy indywidualnych z wodomierzem na przyłączu do budynku. Definicja klas dla wodomierzy mniejszych od DN40 różni się od tej zaprezentowanej dla wodomierzy powyżej DN40. Szczegóły przedstawia rysunek 5. Klasyczny profil konsumpcji wody w mieszkaniu przedstawia rys. 6. Analiza tych rysunków wykazuje, że stosowanie wodomierzy jednostrumieniowych w klasie B zwłaszcza jeżeli są zamontowane w pozycji pionowej nie pozwala dokonać prawidłowego pomiaru. Podobnie, stosowanie wodomierzy o przepływie nominalnym Qn=1 m 3 /h niewiele daje. Jedynym rozwiązaniem zapewniającym bilansowanie się wody jest zastosowanie wodomierzy w klasie C, w każdej pozycji montażu. W przeciwnym przypadku, zwłaszcza gdy przedsiębiorstwo wodociągowe zamontowało wcześniej na przyłączu wodomierz w klasie C (z powodów przedstawionych wcześniej), niezrównoważenie bilansu może wynosić ponad 30 %. Przy stale rosnącej cenie wody, dopłacanie z innych funduszy może okazać się bardzo kłopotliwe i nieakceptowalne społecznie.

Rys. 5 Klasy metrologiczne dla Qn < 15m 3 /h Błąd % Przykładowo wodomierz : Qn = 1500 l/h Klasa C (stosunek Q max/q min = 200) PN-ISO 4064 Q min Q t Q n Q max Klasa B (stosunek Q max/q min = 100) Q min Q t Q n Q max Klasa A (stosunek Q max/q min = 50) Q min Q t Q n Q max 0 15 22,5 30 60 120 150 1500 3000 Przepływ l/h Rys. 6 Konsumpcja wody w typowym mieszkaniu % Konsumpcji 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Wodomierz objętościowy typ Aquadis 1 Średni profil konsumpcji wody w mieszkaniu Qmin 3 3 3 3 5 3 6 11 23 40 80 150 300 700 1350 2400 3000 10 25 33 10 Qmax 3 1 Wodomierz Qn = 1 m 3 /h klasa B Przepływ (l/h) Wodomierz Qn = 1,5 m 3 /h Qmin MID 6 l/h Qmin C 15 l/h Qmin B 30 l/h Qmin A 60 l/h Qn ABC Qmax ABC

Dobór typu Kolejną decyzją jaką należy podjąć jest wybór technologii w jakiej wykonany jest wodomierz. Ograniczając zakres rozważań do konstrukcji mechanicznych, dominujących obecnie na rynku, przyjrzyjmy się istniejącym rozwiązaniom części hydraulicznej i liczydła. Rys 7. Rodzaje liczydeł 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 suche ee ekstra suche 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 mokre wypełnione cieczą Rys 8. Rozwiązania części hydraulicznej Objętościowy (tłokowy) Jednostrumieniowy Wielostrumieniowy Śrubowy pionowa oś Śrubowy pozioma oś Sprzężony

Dla wielu osób posługujących się do tej pory wyłącznie terminologią JS (jednostrumieniowe), WS(wielostrumieniowe), śrubowe, sprzężone, ostatnio również mokre, różnorodność rozwiązań pokazanych na rysunkach 7 i 8 może stanowić zaskoczenie. Brak fundamentalnej wiedzy na temat istniejących na świecie konstrukcji dotyczy bowiem nie tylko użytkowników wodomierzy, ale również środowisk naukowych, które tę wiedzę powinny popularyzować. Zaniedbania w tym zakresie owocują swoistą nowomową polegającą na wymyślaniu nowych nazw na znane od lat konstrukcje. Sztandarowym przykładem jest stosowanie określenia hybrydowy w odniesieniu do wodomierza z liczydłem wypełnionym cieczą. Celowe jest zatem omówienie najważniejszych wad i zalet poszczególnych konstrukcji. Chronologicznie, najstarszymi konstrukcjami były wodomierze z mokrymi liczydłami posiadające sprzęg mechaniczny. Występowały przede wszystkim z częścią hydrauliczną w wersji wielostrumieniowej, jednostrumieniowej ewentualnie objętościowej zwanej również tłokową lub puszkową. Ostatnie takie rozwiązania powstały w latach 70-tych ubiegłego stulecia czego dowodem numery zatwierdzeń typu zawierające w sobie rok wydania decyzji. Zaletą takich wodomierzy była prosta konstrukcja i niski koszt produkcji. Wadą, mała odporność na zanieczyszczenia w wodzie i związana z tym obniżona trwałość i stabilność charakterystyki metrologicznej. Ulepszoną odmianą tych liczników były wodomierze z liczydłem wypełnionym cieczą inną niż woda sieciowa. Powstały w związku z faktem, że po kilku latach eksploatacji wiele wodomierzy mokrych nie można było odczytać z powodu zarośniętego osadem liczydła. Nie zmieniło to faktu, że przekładnia nadal była zanurzona w wodzie. Kolejnym udoskonaleniem związanym z pojawieniem się sprzęgu magnetycznego była konstrukcja sucha (liczydło suche, ale przekładnia zanurzona częściowo w wodzie). Przełomem, eliminującym zasadnicze problemy z trwałością, było wprowadzenie nowoczesnej przekładni magnetycznej ograniczającej kontakt z wodą sieciową wyłącznie do elementu ruchomego w części hydraulicznej, którym jest turbinka, śruba lub tłok. Równolegle były doskonalone metody zdalnego odczytu. Najbardziej popularna kiedyś, z powodu ceny lecz nie jakości, metoda impulsatora kontaktronowego została zastąpiona nowszymi rozwiązaniami odpornymi na pola elektromagnetyczne oraz błędy związane ze zjawiskiem wstecznego przepływu. Było to jednak możliwe dlatego, że liczydło przestało być mokre. Celowo użyłem czasu przeszłego w tym akapicie, gdyż na całym świecie następuje wygaszanie produkcji przestarzałych konstrukcji. Obecnie dominującym rozwiązaniem, za wyjątkiem kilku niszowych segmentów rynkowych, jest liczydło ekstrasuche. Warunki montażu i eksploatacji Trzecim warunkiem prawidłowego pomiaru jest zapewnienie właściwych warunków montażu i eksploatacji. Należy pamiętać, że istotna jest pozycja montażu: preferowana pozioma liczydłem do góry, gdyż dla wielu konstrukcji pionowy montaż - o ile w ogóle jest dopuszczalny - powoduje pogorszenie deklarowanej zakresowości, czyli klasy metrologicznej. Następną sprawą jest zachowanie odcinków prostych przed i za wodomierzem (jeżeli są wymagane przez producenta). W końcu należy pamiętać o stosowaniu normatywnych długości i przyłączy wodomierzy wynikających z obowiązujących przepisów, gdyż ułatwi to w przyszłości wymianę. Niestety obecna praktyka jest taka, że preferuje się gabaryty pasujące do istniejących instalacji. Jest to działanie doraźne, nie rozwiązujące problem, a jedynie odkładające go na później.

Kradzież wody Od roku 2004 powszechnie znany jest fakt dostępności na rynku bardzo silnych magnesów neodymowych opartych na odkrytym stosunkowo niedawno, bo w 1984 roku związku neodymu, żelaza i boru: Nd 2 Fe 14 B. Wcześniej, także znane były mniej lub bardziej wyrafinowane metody zaniżania wskazań wodomierzy. Proceder ten był jednak do opanowania, gdyż metody te uszkadzały w widoczny sposób wodomierz. W przypadku magnesu neodymowego uszkodzenia nie ma, natomiast wodomierz, w wyniku oddziaływania na niego tak silnym polem magnetycznym, zatrzymuje się lub zaniża pomiar. Jako wynik bezradności wielu producentów pojawiły się w różnych postaciach wskaźniki użycia magnesu. Nie zabezpieczają one wodomierzy, a jedynie informują, że być może ktoś używał w sąsiedztwie wodomierza magnes neodymowy. Niestety wskaźnik taki jest nieskuteczny prawnie. Podobnie, aktualnie obowiązujące przepisy wymagają, aby wodomierz był odporny na pole o wartości 100 ka/m, podczas, gdy magnes neodymowy jest w stanie wytworzyć nawet kilkunastokrotnie silniejsze natężenie pola magnetycznego. Obawa przed potencjalną kradzieżą wody okazała się na tyle silna, że przysłoniła wieloletnie doświadczenia związane z konstruowaniem i eksploatacją wodomierzy. Odkryty został na nowo wodomierz mokry, nie posiadający sprzęgła magnetycznego. Nie bez znaczenia był fakt, że w Polsce doświadczenia związane z taką konstrukcją prawie nie istniały. Tym samym nie było również negatywnych informacji na ten temat. Producenci wodomierzy pod presją rynku, rozpoczęli działania dwutorowo. Oprócz wprowadzenia do swojej oferty wodomierzy mokrobieżnych, zwiększyli zabezpieczenia wodomierzy prędkościowych (czyli jednostrumieniowych, wielostrumieniowych, śrubowych) poprzez wzmocnienie ekranów zabezpieczających sprzęgło magnetyczne, jak również wzmocnienie siły samego sprzęgła przez zastąpienie magnesów dwupolowych magnesami cztero- a nawet sześciopolowymi. Trzeba w tym miejscu podkreślić, że wodomierze prędkościowe charakteryzujące się dużą prędkością obrotową elementu ruchomego stwarzają ekstremalnie trudne warunki pracy dla sprzęgu magnetycznego. Z kolei zwiększanie siły sprzęgu oznacza zmniejszenie zakresowości poprzez obniżenie wartości przepływu, przy którym następuje zerwanie sprzęgła. W rezultacie, żaden wodomierz prędkościowy nie jest obecnie zabezpieczony przed oddziaływaniem magnesem neodymowym o średniej wielkości. Jeśli nie wskaźniki użycia magnesu (bo nieskutecznie prawne), nie wodomierze mokre (z uwagi na niską trwałość) i nie wodomierze prędkościowe (bo zabezpieczenia są mało skuteczne), to co pozostaje? Otóż drugą kategorią wodomierzy poza prędkościowymi są wodomierze objętościowe, charakteryzujące się znacznie mniejszą prędkością kątową elementu ruchomego czyli tłoka. Okazało się, że niektóre z nich, gdyż wymagane jest spełnienie również innych warunków, stanowiących tajemnicę producentów, charakteryzują się całkowitą odpornością nawet na największe magnesy neodymowe obecne na rynku. Przykładem jest wodomierz Aquadis, którego charakterystyka nie pogarsza się w przypadku oddziaływania na niego silnym magnesem neodymowym. Fakt ten został potwierdzony badaniami na wielu stanowiskach służących do legalizacji.

Okazuje się ponadto, że wodomierze objętościowe charakteryzują się największą dokładnością metrologiczną ze wszystkich istniejących konstrukcji na rynku i to niezależnie od poziomej czy też pionowej pozycji montażu. Nie wymagają również stosowania odcinków prostych. Ich parametry przewyższają znacznie klasę C i zgodnie z nową dyrektywą MID uzyskają potwierdzenie swoich walorów stosownym zatwierdzeniem typu. Stosowane są masowo w takich krajach jak Francja, Anglia, Stany Zjednoczone, a w naszym regionie na przykład w Czechach. Rys.9 Wodomierz jednostrumieniowy a objętościowy Błąd % + 5% + 2% Przepływ l/h - 2% - 5% Tolerancja dla klasy C Wodomierz skrzydełkowy Wodomierz objętościowy Polskę ominęły negatywne doświadczenia związane z użytkowaniem wodomierzy mokrobieżnych. Po prostu polscy producenci uruchamiając produkcję sięgnęli od razu po bardziej nowoczesne rozwiązania. Obecny powrót do przestarzałej technologii przez niektóre przedsiębiorstwa wodociągowe i spółdzielnie mieszkaniowe nie znajduje żadnego uzasadnienia w sytuacji, gdy istnieje inne wiarygodne rozwiązanie. Polska nie jest aż tak bogatym krajem, aby inwestować w przestarzałą technologię tylko dlatego, że jest tańsza. Ciepłomierze Pomiar zużycia energii cieplnej wydaje się zagadnieniem analogicznym do pomiaru zużycia energii elektrycznej, gazu czy też wody. Tak jednak do końca nie jest i poniższy tekst to wykaże. Najczęściej źródłem ciepła jest kocioł węglowy, gazowy, elektryczny lub olejowy. Może się znajdować w elektrociepłowni, kotłowni, wydzielonym pomieszczeniu gospodarczym, albo w naszym mieszkaniu. W przypadku: kotła węglowego nośnikiem energii jest węgiel, a miarą rozliczeniową jego waga, kotła gazowego gaz, a miarą rozliczeniową objętość podobnie jak kotła olejowego, tylko kocioł elektryczny ewentualnie grzejnik elektryczny zasilany jest wprost energią elektryczną mierzoną licznikiem energii elektrycznej. Pomijając jednak przypadki, gdy w każdym lokalu mamy zainstalowany indywidualny kocioł bądź stosujemy ogrzewanie elektryczne nie mówiąc już o kominkach, najczęściej występującym sposobem ogrzewania jest centralne ogrzewanie, gdzie nośnikiem

energii jest gorąca woda, a jedynym wiarygodnym przyrządem pomiarowym ciepłomierz (licznik energii cieplnej) do wody. Dlaczego jednak ciepłomierz nie jest urządzeniem stosowanym tak powszechnie jak licznik energii elektrycznej, gazomierz czy wodomierz? Otóż okazuje się, że sposób prowadzenia instalacji centralnego ogrzewania często nie pozwala na podłączenie licznika energii cieplnej. Jest oczywiste dla każdego, że przewody instalacji elektrycznej są doprowadzone indywidualnie do każdego mieszkania. Nikt nie wpadł na genialny pomysł zaoszczędzenia na kablu elektrycznym i połączenia przez ścianę dwóch gniazdek elektrycznych z różnych lokali. Wtedy też mielibyśmy problem jak rozliczać energię elektryczną na poszczególnych odbiorców. Niestety w instalacjach c.o. powszechnie stosowana była w Polsce instalacja pionami co oznacza, że można łatwo rozliczać energię cieplną na piony, ale nie na mieszkanie. Problem ten nie dotyczy na szczęście instalacji w węzłach cieplnych w budynkach jak również domków jednorodzinnych, gdzie nie ma przeciwwskazań do montowania liczników energii cieplnej. Co więcej, Urząd Regulacji Energetyki w wydawanych na podstawie prawa energetycznego koncesjach dla dostawców energii cieplnej (głównie przedsiębiorstw energetyki cieplnej) wprowadził obowiązek zainstalowania liczników do 30 września 1999. Została zatem przywrócona w tej dziedzinie zasada, że obowiązkiem dostawcy towaru jest określenie jego ilości. Niestety z punkty widzenia użytkownika lokalu w starym budynku sytuacja jest wręcz patowa. Praktycznie rozwiązania są następujące: stary system od metra czyli podział w zależności od powierzchni, stosowanie tak zwanych podzielników kosztów, bądź wymiana instalacji przy okazji najbliższego remontu. Pierwszą możliwość pozostawię bez komentarza, druga wydaje się jedynym rozwiązaniem, ale posiada szereg wad. Otóż konia z rzędem temu, kto określi maksymalny dopuszczalny błąd takiego systemu, ponadto określi zasady zabezpieczenia wiarygodności (czyli niezależnego nadzoru) nad konkretnym podzielnikiem zainstalowanym u pana czy pani X jak również rozliczeniem dokonanym dla konkretnego budynku. Oprócz tego jest to system, który wymaga ponoszenia rocznych opłat za jego użytkowanie. Pozostaje rozwiązanie trzecie, czyli jednak ciepłomierz nawet jeśli instalację trzeba będzie wymienić (trwałość instalacji c.o. zwłaszcza stalowych jest ograniczona). Na szczęście problem ten nie dotyczy nowych budynków mieszkalnych, w których powszechnie stosuje się poziome rozprowadzenie instalacji c.o. od jednego głównego pionu. Tym samym, każdy lokal ma indywidualne przyłączenie do tego rodzaju instalacji. Jaka jest zatem zasad działania ciepłomierza do wody? Oblicza on energię cieplną według wzoru: E = k * V * t gdzie V - objętość wody, t różnica temperatury zasilania i temperatury powrotu, k - współczynnik korygujący zależny od tego czy pomiar objętości wykonywany jest na zasilaniu czy na powrocie. Musimy zatem mierzyć: objętość - do czego służy przetwornik przepływu, różnicę temperatur do czego służy para czujników temperatury (nie mylić z pojęciem termopara).

Dodatkowo trzeba posiadać urządzenie elektroniczne obecnie mikroprocesorowe, które oblicza współczynnik k, energię w GJ, MWh lub kwh oraz szereg dodatkowych parametrów istotnych z eksploatacyjnego punktu widzenia czyli przelicznik. Należy zwrócić uwagę na fakt, że energia zależy od objętości i od różnicy temperatur. Wydaje się to oczywiste dla każdego kto skończył szkołę podstawową, jednak autorzy prawa energetycznego wspominając o możliwości rozliczania zużycia energii jedynie według przepływomierzy, zapomnieli o tej zasadzie. Otworzyli w tym momencie puszkę Pandory, gdyż po pierwsze, dla wielu osób przepływomierz, a wodomierz to jedno i to samo, a po drugie, odbiorcy na tak zwanej końcówce, czyli najbardziej oddaleni od źródła ciepła, do których dociera woda o niższej temperaturze, potrzebując takiej samej ilości energii muszą zwiększyć przepływ. Rezultat? Za taką samą ilość energii płacą więcej. Dodatkowo z powodów eksploatacyjnych stosowanie wodomierza jest w tym wypadku patologią. Otóż nawet wodomierz na wodę ciepłą do 90 C nie jest dostosowany do pracy ciągłej charakterystycznej dla instalacji c.o. Ponadto woda w instalacji c.o. różni się swoim składem chemicznym od wody w instalacji ciepłej wody użytkowej c.w.u. Reasumując, konstrukcja przetwornika przepływu różni się od wodomierza, gdyż jest dostosowana do innych trudniejszych warunków eksploatacyjnych. Konsekwencją tego jest inny program badań na zatwierdzenie typu. Nie wchodząc w szczegóły, w przypadku wodomierzy sprawdza się między innymi tak zwane cykle czyli odporność na zmianę przepływu od wartości 0 do przepływu nominalnego, natomiast w przetwornikach przepływu istotniejsza jest odporność na długotrwały stały przepływ. Jeśli ktoś jeszcze ma wątpliwości to dodam, że producenci wodomierzy określają w warunkach gwarancji maksymalny czas pracy licznika w ciągu na przykład miesiąca. Ponieważ instalacja c.o. pracuje w sezonie grzewczym praktycznie cały czas, wodomierz jest stosowany niezgodnie z przeznaczeniem co powoduje utratę gwarancji. Oszczędność przy zakupie jest zatem pozorna, bo i tak trzeba potem kupić przetwornik przepływu, gdy wodomierz najczęściej po jednym sezonie nie nadaje się do użytku. Ciepłomierze mogą występować jako składane, wówczas następujące autonomiczne przyrządy pomiarowe posiadające odrębne zatwierdzenia typu wchodzą w skład licznika energii cieplnej: - przelicznik, - przetwornik przepływu, - para czujników temperatury. Mogą również być produkowane jako zespolone lub hybrydowe (zwane potocznie kompaktowymi). Są to liczniki energii cieplnej posiadające jedno zatwierdzenie typu na cały zestaw. W pierwszym przypadku legalizację wykonuje się odrębnie dla każdej części składowej na odrębnych stanowiskach legalizacyjnych. W przypadku ciepłomierza kompaktowego sprawdzanie wykonuje się na specjalnym stanowisku do sprawdzania ciepłomierzy zespolonych, chyba że zatwierdzenie typu dopuszcza demontaż i sprawdzanie rozdzielne. Przy braku takiej opcji możliwość wykonania legalizacji jest bardzo ograniczona i należy spodziewać się kilkakrotnie wyższej ceny za taką usługę. Ma to swoje uzasadnienie ekonomiczne i Polska nie jest tutaj wyjątkiem. Ciepłomierze kompaktowe bez możliwości rozdzielnej legalizacji traktowane są w Europie (zwłaszcza w Niemczech, gdzie jest największy rynek na te urządzenia) jako urządzenia jednorazowe, wymieniane na nowe

po okresie ważności legalizacji pierwotnej (najczęściej 5 lat). Stąd cena tych urządzeń jest atrakcyjna, ale ich amortyzację należy dzielić tylko na 5 lat. Ważność cechy legalizacji w naszym kraju wynosi 5 lat (licząc od 1 stycznia roku następnego). Ciepłomierze podlegają legalizacji w Polsce dopiero od 1.07.2000. W związku z tym powstała stosunkowo nieliczna baza stanowisk legalizacyjnych. Mimo, że czynność legalizacji wykonuje oficjalnie Obwodowy lub Okręgowy Urząd Miar punkty legalizacyjne są prowadzone najczęściej przez firmy prywatne. Barierą są bardzo wysokie wymagania techniczne stawiane stanowiskom do sprawdzania oraz konieczność częstego, kosztownego wzorcowania najbardziej kluczowych elementów wchodzących w ich skład. Najbardziej trudna, a co za tym idzie kosztochłonna jest legalizacja przetworników przepływu. Profesjonalne stanowiska, które do tego służą posiadają dwupoziomowy system wzorców. Etalonem wyższego rzędu jest waga lub zespół wag natomiast wzorcami niższego rzędu przepływomierze kontrolne. Poprzeczkę wyznacza wymagana dokładność wzorca wagowego, który musi być w takim systemie 20-krotnie dokładniejszy od sprawdzanego przyrządu. Drugim bardzo poważnym ograniczeniem jest konstrukcja gwarantująca stabilizację temperatury przy sprawdzaniu wodą ciepłą. Ponadto ultradźwiękowe przetworniki przepływu wymagają stosowania metody ruchomego startu-stopu zamiast tradycyjnej metody zatrzymanego startu-stopu. Oczywiście są to tylko przykładowe problemy organizacyjnotechniczne, które jednak pozwalają wyobrazić sobie skalę przedsięwzięcia. Co z tego wszystkiego wynika dla użytkownika ciepłomierza lub potencjalnego inwestora? Przede wszystkim konieczne jest ponowne zastanowienie się nad swoimi preferencjami przy zakupie nowych przyrządów ewentualnie przy wymianie starych na nowe. Wracamy wszyscy do podstaw czyli przypomnienia, że podstawowym zadaniem ciepłomierza jest pomiar energii cieplnej (wszystkie pozostałe parametry są jednak drugorzędne). Pomiar ten musi być wiarygodny, dlatego konieczne jest zabezpieczenie możliwości legalizacji w Polsce. W związku z pojawieniem się magnesów neodymowych należy raczej zrezygnować z przetworników przepływu posiadających sprzęg magnetyczny. Oczywiście można brać pod uwagę takie parametry jak konstrukcyjne dostosowanie do naprawy i jej koszt, czy możliwość łatwej rozbudowy o karty komunikacyjne pozwalające tworzyć systemy zdalnego odczytu. Konstrukcje ciepłomierzy Para czujników temperatury występuje w wersji Pt100 lub Pt500 (rzadziej Pt1000). Sercem każdego czujnika jest platynowy rezystor reagujący zmianą oporu elektrycznego na zmianę temperatury. 100, 500 lub 1000 oznacza wartość oporu w Ohmach w temperaturze 0 C. O jakości czujnika decyduje więc jakość platyny użytej do produkcji, a nie liczba 100 czy 500. Bardzo mocno należy podkreślić, że częścią składową ciepłomierza jest para czujników, a nie dwa pojedyncze czujniki co wynika z tego, że mierzymy różnicę temperatur. Czujniki są dobierane w procesie produkcyjnym w pary celem zminimalizowania błędów i dlatego wymiana pojedynczych czujników absolutnie nie jest dopuszczalna. Czujniki mogą być kablowe wówczas należy je podłączyć bezpośrednio do przelicznika. Z przyczyn opisanych powyżej nie wolno skracać tych przewodów. Nieoficjalnie wiadomo, że skrócenie kabli z zachowaniem jednakowych długości kabli technicznie nie powoduje błędu metrologicznego.

Czujniki mogą być również głowicowe i wówczas do kostki zaciskowej w głowicy we własnym zakresie instalator podłącza kable oczywiście o jednakowej długości. Rozróżniamy 2 lub 4 ro przewodowy pomiar temperatury. Pomiar temperatury 4 ro przewodowy jest wówczas przydatny, gdy odległość przelicznika od czujnika temperatury przekracza 5 metrów. Zastosowanie tej metody eliminuje wpływ oporu przewodów podłączeniowych na pomiar. Przetwornik przepływu jest częścią składową ciepłomierza odpowiedzialną za pomiar objętości wody. Bardzo istotnym parametrem charakteryzującym przetwornik jest jego zakres metrologiczny, a więc zdolność do prawidłowego pomiaru z gwarantowanym błędem maksymalnym zarówno dla małych jak i dużych wartości przepływu. Stosunek przepływu maksymalnego do minimalnego w niektórych rozwiązaniach wynosi 250 podczas gdy w innych tylko 25. Podział ze względu na zasadę działania rozróżnia między innymi przetworniki mechaniczne, ultradźwiękowe czy elektromagnetyczne. Obecnie najbardziej popularne, z uwagi na trwałość i lepsze parametry metrologiczne, są konstrukcje ultradźwiękowe mimo zdecydowanie wyższej ceny. W przedsiębiorstwach energetyki cieplnej w praktyce nie stosuje się już rozwiązań mechanicznych. Naturalną konsekwencją jest wypieranie tej konstrukcji także z zastosowań mieszkaniowych. Należy podkreślić, że okres legalizacji (5 lat) jest taki sam bez względu na zastosowaną metodę pomiaru. Jednak przetwornik ultradźwiękowy dobrego producenta jest w stanie pracować nawet 15 lat. Przetwornik może być montowany na zasilaniu lub na powrocie jednak przelicznik musi być wówczas zaprogramowany na konkretną wersję. Montaż przetwornika niezgodnie z zaprogramowaniem przelicznika powoduje poważne błędy metrologiczne. Wynika to ze sposobu obliczania współczynnika k (patrz wzór na obliczanie energii) zależnego od temperatury bądź zasilania bądź powrotu. Przelicznik jest obecnie małym mikrokomputerem (wcześniejsze modele występowały także w wersji elektromechanicznej) i w pierwszej kolejności odczytuje informacje o zmierzonych temperaturach z czujników temperatury (analogowo) i informację o objętości wody z przetwornika przepływu. Następnie oblicza współczynnik k oraz energię. Nowoczesne przeliczniki posiadają najczęściej następujące możliwości: - zabezpieczenie przed utratą zawartości pamięci w przypadku zaniku zasilania tak zwaną pamięć nieulotną, - automatyczne wykrywanie usterek pracy przyrządu i instalacji - automatyczną wewnętrzną kontrolę poprawności pomiarów - pomiar i obliczanie następujących wielkości poza energią: objętość, przepływ, różnica temperatur, temperatura na powrocie, temperatura na zasilaniu, moc, czas pracy, czas błędu. Ponadto przeliczniki mogą być zasilane bateriami lub siecią. Bardzo istotna jest możliwość zdalnego odczytu przelicznika przy czym pamiętać należy, że obowiązującym standardem w Unii Europejskiej jest system M-Bus zgodny z normą PN-EN1434-3.

Podsumowanie Parametry wodomierzy i ciepłomierzy określane przez producentów, bardzo często nie mają nic wspólnego z obowiązującymi w Polsce i w Unii Europejskiej regulacjami. Weryfikować te dane musi użytkownik w swoim dobrze pojętym interesie. W przeciwnym razie może się okazać, że wodomierze o deklarowanych parametrach lepszych niż klasa C, pracują gorzej niż stara, poczciwa klasa B. Jak to robić? Przede wszystkim konieczne jest sprawdzanie decyzji zatwierdzeń typu. Mniejsza o to, czy są to decyzje GUM, czy jego europejskich odpowiedników. Bazowanie na kartach katalogowych, czy dobrej woli oferenta, od którego wymaga się wypełnienia szczegółowych tabelek - przy równoczesnym braku wymogu załączenia decyzji zatwierdzenia typu - jest po prostu naiwnością. Zapoznać się z obowiązującymi przepisami. Należy na przykład wiedzieć, że wodomierz na wodę ciepłą ma inne, gorsze parametry metrologiczne niż wodomierz wody zimnej zarówno, jeśli chodzi o zakresowość jak i maksymalny dopuszczalny błąd. Następnie należy przyglądać się cechom legalizacyjnym i opisom na dostarczanych wodomierzach i ciepłomierzach. Często decyzja ZT określa, że producent może sprzedawać ten sam wodomierz w różnych klasach metrologicznych. Z opisu, potwierdzonego cechą legalizacyjną wiadomo, w jakiej klasie wyprodukowano dany wodomierz. Wybiórczo sprawdzać w niezależnych punktach legalizacyjnych parametry dostarczanych przyrządów. Doświadczenia praktyczne pokazują bowiem, że polskie cechy legalizacyjne nie gwarantują w 100% prawidłowej pracy wodomierza w deklarowanej klasie. Ponadto należy sobie uświadomić, że wodomierze nie posiadające europejskiego zatwierdzenia typu, nie są sprawdzane w przepływach wyższych niż Qn. Może się zdarzyć, że wodomierz pracuje nieprawidłowo powyżej Qn (na przykład zatrzymuje się z powodu zerwania sprzęgu magnetycznego). Dyrektywa europejska wymaga wykonywania legalizacji w Qmax. Okresowo sprawdzać parametry eksploatowanych wodomierzy. Niektóre konstrukcje, zwłaszcza wodomierze mokrobieżne i suchobieżne, ale z mokrą przekładnią, są szczególnie narażone na pogorszenie parametrów w trakcie użytkowania. Wymagany przepisami okres 5 lat może być w takiej sytuacji zbyt długi. Dlatego warto rozważyć częstsze sprawdzanie (niekoniecznie u producenta) wybranych reprezentantów danego typu. Ostatnia uwaga na temat punktów legalizacyjnych. Zgodnie z obowiązującymi przepisami są to miejsca, gdzie Urząd Miar wykonuje legalizację pierwotną lub ponowną przyrządów pomiarowych. Przestrzegam przed postrzeganiem punktu legalizacyjnego jako usługodawcy, którego głównym celem jest regeneracja wodomierzy, w tym zerowanie liczydła (do czego uprawnienia posiada wyłącznie producent zgodnie z zatwierdzeniem typu). Niestety wiarygodność wodomierza po takich działaniach jest co najmniej wątpliwa. Po wyzerowaniu liczydła tracimy informację jak intensywnie przyrząd był dotychczas eksploatowany. Nie wiadomo również, kto bierze odpowiedzialność za zgodność z zatwierdzeniem typu. Chyba nie wymieniony w nim producent, który nie miał wpływu na taką usługę. Możemy się uspokajać, że formalnie wszystko jest w porządku, bo wodomierz posiada ważną cechę legalizacyjną. Niestety trzeba sobie uświadomić, że urządzenie to przede wszystkim liczy nasze pieniądze i dlatego najważniejsza jest pewność, że robi to równie dokładnie zarówno w pierwszym jak i w piątym roku eksploatacji.