Теплосчетчики: назад, к простым приборам?

Европейский стандарт EN 1434–97 и рекомендация МОЗМ R75 установили основные требования к теплосчетчикам и правила контроля при испытаниях образцов и поверке, в т.ч. единственный алгоритм теплосчетчика — прибора для измерения количества теплоты, переданного (полученного) теплоносителем в системе теплоснабжения, закрытой — по нашей терминологии.

На наш взгляд, удобно было бы рассматривать две его модификации — для закрытой системы — тип 1 и для тупиковой открытой, без возврата теплоносителя — тип 2. Такое рассмотрение не является оригинальным, однако мы рассмотрим некоторые, на наш взгляд, существенные аспекты этого подхода. ГОСТ Р 51649–2000 учел особенности российской практики — системы теплопотребления могут быть открытыми и для них нужен двухканальный (двухпоточный) прибор, хотя задача измерения в таких системах может быть решена применением двух теплосчетчиков типа 2 (об этом — ниже).

Разработчики пошли дальше: появились многоканальные приборы, позволяющие в одном корпусе объединить счетчики для нескольких систем теплопотребления, сильно развить объем и возможности архива, предварительных настроек и обработки результатов измерений, поставляемых каналами теплосчетчика.

Обычный аргумент в пользу такого подхода: один электронный блок может обслуживать узел учета теплоты и теплоносителя в ЦТП, РТС или здании, в нем единая временная сетка и единый интерфейс. Конечно, это путь экономии электронных и некоторых других элементов вычислительного блока, но вместе с тем и возможность ухода от принципов строгого следования обязательным нормам.

Для начала рассмотрим одноканальный теплосчетчик типа 1. Поставим вопрос: как должен быть организован программный компонент вычислителя такого теплосчетчика? Предлагается разделить программную область на две зоны. Первая отвечает обязательным требованиям нормативных документов и подлежит государственному метрологическому контролю (подтверждению соответствия обязательным требованиям).

В этой области производится вычисление и суммирование нарастающими итогами количеств теплоты и теплоносителя. Алгоритмы этойчасти строго соответствуют стандарту. В частности, для закрытой системы следует принять норму евростандарта — вычислять плотности и удельные энтальпии воды при одинаковых давлениях в подающем и возвратном трубопроводах (р = 1,6 МПа).

В этой части программного компонента обеспечивается вывод на дисплей, по крайней мере, в режиме поверки, значений температур по входу и выходу, разности температур, количества теплоносителя, количества теплоты, немногочисленных настраиваемых параметров. Если у тепловычислителя импульсный вход по расходу и предусмотрено применение разных типов термопреобразователей, то перестройка цены импульса и типа термопреобразователя допускается только после вскрытия пломбы поверителя с последующей ее установкой.

Другие настройки исключаются. Несанкционированный доступ в этой части должен стать невозможным. В архиве этой части должны сохраняться данные об ошибках установленных типов с метками календарного времени начала и конца событий. Требования к точности привязки по времени и измерений интервалов времени должна быть установлена в нормативном документе (или устанавливаться в ТУ) и должна контролироваться при испытаниях образцов (испытаниях типа СИ).

Вторая зона программного компонента предназначается для создания и хранения архива результатов и архива дополнительных характеристик и событий и может содержать алгоритмы обработки результатов измерения, установленные в добровольныхセ стандартах, то есть в стандартах добровольной системы сертификации.

Такие стандарты могут предусматривать, по согласию между заинтересованными сторонами процесса продажи-купли теплоты и теплоносителя, пользователей и изготовителей теплосчетчиков специальные способы обработки и представления в архиве этой зоны (и/или на дисплее вычислителя в режиме контроля) некоторых параметров теплоносителя (например, температур и давлений теплоносителя), выхода их или их комбинаций за установленные границы, условные вычисления количеcтв теплоты и теплоносителя в периоды неработыセ теплосчетчика, в том числе в периоды нахождения его в состояниях выхода за границы установленных для него диапазонов измерения расхода теплоносителя, температуры, разности температур теплоносителя.

В этих же стандартах должна быть предусмотрена процедура доступа, а также контроля наличия и качества защиты этой зоны программного компонента от несанкционированного доступа. Контроль соответствия этой зоны программного компонента требованиям добровольных стандартов на стадии испытания образцов может быть предметом добровольной сертификации в соответствии с Законом О техническом регулировании в РФ .

На предварительных этапах перехода к такой практике роль добровольных стандартов могут выполнять технические условия изготовителя, а контроль при испытаниях образцов могут проводить аккредитованные центры испытаний средств измерений. В программы испытаний следует вносить соответствующие разделы и пункты.

Интерфейс такого тепловычислителя, конечно, должен обеспечивать возможность чтения данных из обеих зон. Следует подчеркнуть одно очевидное положение: если теплосчетчик включается в сеть средств измерения, которые образуют измерительную систему, то зона добровольного программного компонента может стать частью системного программного компонента и физически будет содержаться в центральном вычислительном компоненте системы.

В таком тепловычислителе достаточно оставить только зону 1, что, по меньшей мере, упрощает его испытания и порядок его поверки. Здесь же отметим, что программный компонент такой системы, в свою очередь, также следует поделить на две зоны, аналогичные приведенным на рис. 1. Зона 1 в этом случае будет ответствен на за поддержание единого времени в системе, выстраиваниеセ результатов, получаемых из зон теплосчетчиков по каналам системы, на эту единую сетку времени, синхронизируемого с календарным временем, хранение этих результатов в архиве.

Именно эта часть программного компонента будет подлежать контролю при поверке системы. В зоне 2 могут выполняться операции суммирования, сравнения, подсчета балансов теплоты и теплоносителя, вычисление количеств теплоты и теплоносителя в периоды не работы каналов и системы в целом и т.д. Такие однозонныеセ теплосчетчики могут, конечно, применяться и без включения в измерительную систему, если продавец и покупатель согласятся на такой способ измерения. Еще не забыты времена, когда все теплосчетчики были именно такими.

Обратимся к некоторым вопросам, возникающим в связи с рассмотрением теплосчетчиков двух типов — 1 и 2. Алгоритм измерения количества теплоты для них одинаков (используем общепринятые обозначения входящих величин):

Однако для них различен способ определения величины разности (температур или удельных энтальпий) в подинтегральном выражении, как различна и комплектность. В приборе типа 1 разность температур измеряется комплектом из двух термопреобразователей, подобранных в пару и размещаемых в подающем и возвратном трубопроводах.

В приборе типа 2 в принципе тоже возможна такая конфигурация, но, как правило, в первую очередь в системе учета у потребителя, температура t2 — температура холодной воды у производителя — не может быть измерена и задается в памяти тепловычислителя в виде константы, так что используется только один термопреобразователь, измеряющий температуру теплоносителя в подающем трубопроводе.

Это отличие далеко немаловажно с точки зрения нормирования и контроля характеристик погрешности измерения количества теплоты. Во-первых, как нормировать и контролировать характеристики погрешности вычислителя по количеству теплоты? Воспользуемся нормой для предела допускаемой погрешности вычислителя, установленной в R75 и EN 1434 (относительная погрешность в процентах): δотн = 0,5 + ∆tmin∆t.

В теплосчетчике типа 1 согласно указанным рекомендациям проверку проводят при трех значениях разности температур, два из них вблизи верхней и нижней границ ∆t, третье лежит между 10 и 20С , при значении обратной температуры потока —между 40 и 70С . Температуры теплоносителя при поверке мы имитируем, подключая два магазина сопротивления ко входам измерения температуры.

В современных вычислителях обычно ∆tmin ≤򖅃캜. В случае типа 2 используем тот факт, что температура холодной воды изменяется в узких пределах — от 0 до 20С , в среднем примем ее равной 10С , а температура воды на подаче вряд ли может быть ниже 30С . При поверке такого вычислителя мы должны применить только один магазин сопротивления, имитирующий температуру подаваемой нагретой воды, и задавать ее значения от примерно 30 до 90С . Предел допускаемой погрешности для вычислителя запишется в виде: δотн = 0,5 + ∆tmint – 10.

Нетрудно заметить, что можно положить ∆tmin = 20С , сохранив вклад этой составляющей на прежнем уровне. По крайней мере, при сохранении ∆tmin = 3С у нас есть некий запас по точности, не менее 0,7 %. В то же время, учитывая суммирование пределов погрешностей элементов для теплосчетчика, мы должны будем применить термопреобразователь класса допуска А по ГОСТ 6651 или, еще лучше, класса допуска B/3 по рекомендации МОЗМ R84.

Платиновые , медные и никелевые термометры сопротивления (для промышленного и коммерческого применения) , чтобы остаться в рамках предела допускаемой суммарной погрешности этих двух элементов. Второй важный момент — как задавать температуру холодной воды и какую вероятную дополнительную погрешность этот прием может внести в результат измерения.

Мы поддерживаем мнение, которое неоднократно высказывалось ранее — публиковать официальную статистику температуры холодной воды по крупным производителям тепловой энергии и в целом по населенным пунктам с указанием рекомендуемых периодов осреднения и характеристик рассеяния. Приведем для примера статистику значений температуры холодной воды по двум ТЭЦ г. Новосибирска за 2000 и 2001 гг. (рис. 2 и табл. 1).

Все данные в таблице и на графике приведены в градусах Цельсия. Если принять нормальное распределение вероятностей, то расширенная неопределенность значений температуры холодной воды составит 2/3 от размаха (границыセ), что в среднем составляет не более 0,5С .

Даже для разности температур теплоносителя в 40С дополнительная вероятная погрешность определения разности температур составит порядка 1% на фоне 4,5 %, допускаемых по этому параметру при минимальной разности температур. Конечно, можно использовать и апостериорную корректировку значений количества теплоты в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 8.592–2002.