Aktuální vydání

celé číslo

05

2019

komunikace a software pro snímače a akční členy

tlakoměry

celé číslo

Přínosy měření spotřeby teplé vody patními měřiči

Jaroslav Šípal
 
Česká republika patří k zemím s velmi rozvinutým centralizovaným zásobováním obyva­tel teplem a teplou vodou. V této oblasti má proto moderní automatizace velký prostor pro nové přístupy, a to od výroby až po spotřebu tepla. Jednou z možných oblastí je mě­ření spotřeby teplé vody. Měřicí technika v poslední době nebývalým způsobem pokro­čila kupředu tak, že za rozumnou cenu jsou zvládnuty i komplikované měřicí úlohy, jako je např. měření množství teplé vody v otevřených okruzích. Tato nová měřicí technika může zajistit nejen spravedlivé platby od odběratelů, ale při správném vyhodnocování průběžných výsledků může být užitečná i dodavatelům při údržbě provozovaných zaří­zení a plánování oprav. Příspěvek, vycházející z výsledků experimentu na skutečné sou­stavě, seznamuje odběratele i dodavatele teplé vody s přínosy, které jim moderní způ­soby měření mohou poskytnout.
 

1. Úvod

 
Povinnosti pro podnikání v energetice sta­novil zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energe­tických odvětvích a o změně některých zá­konů (dále jen energetický zákon). V rámci právního systému Evropské unie byla schvá­lena Směrnice Evropského parla­mentu a Rady 2006/32/ES o ener­getické účinnosti konečného užití energie a energetických službách. Tato směrnice byla částečně zave­dena do českého právního systé­mu novelami energetického záko­na, které dodavatelům teplé vody stanovují povinnost měřit spo­třebu teplé vody patními měřiči od 1. září 2011. Výjimka je mož­ná v případě, když se dodavatel se všemi odběrateli dohodne jinak.
 

2. Obecně o měření spotřeby teplé vody

 
V systémech centralizovaného zásobování teplem (SCZT) se zá­sobuje teplou vodou tak, že tep­lá voda je připravována v předá­vací stanici, odkud je rozváděna do jednotlivých stavebních objektů a v nich k jednotlivým odběrným místům. Jde o zajištění služby, kterou odběratelé využívají v takové době a množství, které jim vyhovují a uspokojují jejich potřeby. Z tohoto pohledu jde o množinu náhodných veličin. Aby měl od­běratel teplou vodu kdykoliv k dispozici, je, co se technické realizace týče, využit cirkulační okruh. Nespotřebovaná teplá voda se vrací zpět do předávací stanice, kde je vrácené vodě do­plňována tepelná energie. Popsané uspořádání je schematicky znázorněno na obr. 1.
 
Způsoby měření spotřeby teplé vody pro­šly historickým vývojem ve třech stupních podle obr. 2. Jako první bylo měřidlem P měře­no množství studené vody dodané do ohříváku v předávací stanici (první stupeň). Později byly přidány podružné bytové vodoměry S_n_x mě­řící spotřebu teplé vody u jednotlivých odběrate­lů (třetí stupeň). V současné době jsou zaváděna měřidla O_n umístěná tzv. na patě jednotlivých objektů (druhý stupeň – požadavek novely ener­getického zákona). V současnosti je tedy sna­ha měřit spotřebu teplé vody ve třech stupních.
 
Způsob měření musí zajistit správné a spravedlivé rozděle­ní nákladů mezi jednotlivé od­běratele a zároveň musí splnit všechny technické a legislativní požadavky. První a třetí stupeň měření jsou v současnosti rea­lizovány bez problémů. Pomocí druhého stupně, který je požado­ván zmíněnou úpravou legislativy od 1. září 2011, se neměří všu­de. Měření spotřeby v otevřených systémech na patě objektu (dru­hý stupeň) je teoreticky snadno řešitelné. V praxi však jde o slo­žitý inženýrský problém, jenž je naznačen ve vloženém textu.
 
Druhý stupeň měření spotřeby teplé vody je zdrojem diskusí [2]. Názory na měření spotře­by teplé vody patními měřiči jsou různé. Od­půrci této metody upozorňují, že nainstalová­ní patních měřičů vede k nárůstu investičních a provozních nákladů, které budou započítá­vány do ceny odebrané vody, extrémní názory volají až po vyškrtnutí požadavků Evropského parlamentu z naší legislativy. Příznivci využití uvedené metody namítají, že odběratel získá nástroj ke kontrole stavu rozvodů dané sousta­vy a ke zprůhlednění kalkulace.
 
K ověření předpokládaných přínosů mě­ření spotřeby teplé vody při použití patních měřičů, a to na straně jak dodavatele, tak i odběratele, byl uskutečněn popsaný expe­riment spočívající v měření spotřeby teplé vody v sekundárním okruhu předávací stani­ce na skutečné soustavě během určitého ča­sového období s následným vyhodnocením naměřených hodnot.
 

3. Metoda měření a vyhodnocování

 
Údaje o spotřebě teplé vody, použité jako podklad pro analýzu a vyhodnocení, byly zjišťovány na třech okruzích. Každý měřený okruh se skládal z přípravy teplé vody v pře­dávací stanici (dodavatel) a z pěti až sedmi bytových domů (odběratelé). Z důvodu ob­jektivity byly k vyhodnocení úmyslně vy­brány okruhy s odlišnými naměřenými úda­ji. Na základě jejich analýzy byly vyvozeny závěry podporující předpoklad o výhodnos­ti měření spotřeby teplé vody patními měřiči pro dodavatele i odběratele.
 
Spotřeba teplé vody ve všech třech okru­zích byla měřena metodou B podle [1] a [4]. Jde o metodu založenou na měření rozdílu mezi údaji dvou měřidel proteklého množ­ství teplé vody, z nichž jedno je umístěno ve vstupním a druhé ve výstupním potrubí s teplou vodou na patě objektu (obr. 3).
 
Údaje ke zpracování byly získány z měři­del umístěných na sledovaných okruzích podle obr. 4. Množství vody doplňované do okruhu měří měřidlo P, jímž je obvykle rychlostní nebo objemový vodoměr [3]. Měřidla pro jednotli­vé stavební objekty jsou označena „O_1“ až „O_n“, kde n je pořadové číslo objektu. Pro­tože jde o měřidla složená ze dvou vodomě­rů, pro rozlišení jsou dále jednotlivé vodomě­ry označovány ještě dalšími indexy, a to 1 pro vodoměr na vstupu do objektu a 2 pro vodoměr na výstupu z objektu (např. O_1.1, O_1.2 atd.).
 
V praxi je měřidlo P použito jako hlav­ní a měřidla O jako poměrová. Z pohledu na obr. 4 je zřejmé, že při vyhodnocování údajů z měřidel za určité období mohou na­stat tři případy, k jejichž rozlišení určeme vel­mi malé reálné kladné číslo ε. Matematický popis těchto případů je následující
 
Rovnice (1)
 
Rovnice (2)
 
Rovnice (3)
 
kde
P je množství vody naměřené měřidlem P,
Oi.1, Oi.2 množství vody naměřené měřidlem Oi.1, popř. Oi.2.
 
Případ (1) reprezentuje normální provozní stav, kdy existuje malá tolerance mezi oběma naměřenými množstvími vody.
 
Případ (2) ukazuje na větší naměřené množství doplňované studené vody do systé­mu než odebrané teplé vody. Příčinou může být netěsnost rozvodu teplé vody mezi zdro­jem a patními měřiči, popř. porucha některé­ho z patních měřičů.
 
Případ podle vztahu (3) by mohl být pova­žován za realizaci perpetua mobile – na vstu­pu do soustavy je menší množství média nežli na výstupu. Ale i tento stav má reálné vysvět­lení. Jeho pravděpodobnou příčinou, jestli­že nejde o poruchu měřidla P, je netěsnost v teplosměnné ploše ohříváku teplé vody, kte­rou se médium z primárního okruhu dostává do okruhu sekundárního.
 

4. Naměřené údaje a jejich analýza

 

4.1 Naměřené údaje vs. hypotéza o příno­sech patních měřičů

K posouzení možnosti detekovat poruchy v soustavě zásobování teplou vodou byly po­rovnány údaje o spotřebě naměřené ve třech různých okruzích soustavy. V jednotlivých objektech byla instalována měřidla typu Ska­lár s indukčními průtokoměry. Všechna byla uvedena do provozu během roku 2008, tak­že jimi naměřené hodnoty lze pokládat za na­vzájem srovnatelné.
 
Naměřené údaje spotřeby teplé vody v jednotlivých okruzích z období leden 2009 až duben 2010 (po měsících) jsou zobrazeny v grafech na obr. 5, obr. 6 obr. 7. Pro vět­ší názornost jsou zobrazeny dvě agregované závisle proměnné, a to:
  • množství doplněné vody s tolerančními mezemi (P ± ε),
  • suma spotřeby vody podle údajů patních měřičů
 
Rovnice (4)
 
Červená čára v obrázcích spojuje údaje o množství studené vody doplněné do okru­hu (údaje z měřidla P umístěného na vstu­pu studené vody do ohříváku – viz obr. 4). Šedivý pás znázorňuje povolené toleranční pole ověřeného měřidla ε (zde ±5 %). Černé tečky zobrazují součty údajů o spotřebě tep­lé vody v jednotlivých objektech získaných z patních měřičů.
 
Následující analýzy tří skutečných situ­ací potvrzují platnost již vyslovené hypoté­zy o přínosu použití patních měřičů spotřeby teplé vody z pohledu jak jejích dodavatelů, tak i odběratelů.
 

4.2 Analýza: skupina objektů A

Hodnoty spotřeby vody namě­řené u skupiny stavebních objek­tů A na obr. 5 reprezentují stav odpovídající vztahu (1) v kap. 3. Součty naměřených hodnot se po­hybují v tolerančním pásmu mě­řidla množství vody doplňova­né do okruhu. V lednu až březnu 2009 se naměřené součty nachá­zejí těsně u mezí tolerančního pásma. Možnou příčinou je po­čáteční časový nesoulad při ode­čtech údajů jednotlivých přístrojů. Jinak naměřené hodnoty dokládají správný chod okruhu zásobování teplou vodou.
 

4.3 Analýza: skupina objektů B

Graf na obr. 6 je typickou ukázkou stavu odpovídajícího vztahu (2). Do okruhu je sys­tematicky doplňováno více vody, než kolik se jí, podle údajů ze všech patních měřičů, spo­třebuje. A to i při započítání tolerančního pás­ma měřiče P. Okruh zásobování teplou vodou vykazuje netěsnost potrubí propojujícího pře­dávací stanici s jednotlivými stavebními ob­jekty. V tomto případě by měla následovat re­vizní prohlídka tras potrubí.
 

4.4 Analýza: skupina objektů C

Situaci odpovídající vztahu (3) ilustrují výsledky měření na skupině objektů C v gra­fu na obr. 7, kde množství vody doplňované do okruhu je menší než součet údajů všech pat­ních měřičů. Zjištěný stav lze vysvětlit jako dů­sledek netěsnosti teplosměnné plochy v ohří­váku při přípravě teplé vody. Do sekundárního okruhu se dostává teplonosné médium z primárního okruhu, jehož množství není zahrnuto do bilance. V tomto případě nezbývá než provést zkoušku těsnosti nebo tlakovou zkoušku ohřívá­ku a netěsnost opravit. Z obr. 7 je patrné, že ne­těsnost byla odhalena a v únoru 2010 opravena.
 

5. Poznatky z analýzy výsledků měření

 
V úvodu příspěvku bylo uvedeno, že pokud jde o instalaci patních měřičů, lze po vzájem­né dohodě dodavatele a odběratelů získat vý­jimku z energetického zákona. Výsledky měře­ní však ukazují, že pro odběratele není taková dohoda nejlepším řešením. Instalovaná měřid­la jsou sice brána v úvahu jen jako poměrová, ale přesto každý takto měřený stavební objekt zaplatí spravedlivější díl spotřeby, a to pouze poměrnou část z celku odpovídající naměřené spotřebě teplé vody v tomto objektu. Přínosem pro obyvatele stavebního objektu vybaveného patními měřidly jsou tyto skutečnosti:
  • jednotliví odběratelé (obyvatelé objektu) jsou schopni spotřebu teplé vody ovlivnit, protože údaj měřidla na vstupu do objek­tu je poměrově rozpočítán mezi jednotli­vé bytové jednotky na základě údajů by­tových vodoměrů,
  • snížení spotřeby teplé vody mohou odbě­ratelé dosáhnout nejen jejím hospodárným využitím, ale, což je velmi důležité, také včasnou údržbou těsnicích prvků v rozvo­du v objektu.
Obě skutečnosti se projeví bez ohledu na to, že jde o podružná měřidla.
 
Dodavatel teplé vody, který provozuje pře­dávací stanici, má zákonnou povinnost instalo­vat měřidla, čímž mu vzrůstají investičních ná­klady. V současné době jsou na našem trhu již vyhovující měřiče domácí výroby, jejichž cena i s montáží se pohybuje v řádech desítek tisíc korun. Z dlouhodobého hlediska je možnost pře­účtovávat všechny výrobní náklady na odběrate­le, bez ohledu na efektivnost vlastního provozu, neudržitelná. Analýza naměřených hodnot v del­ším časovém výhledu poskytne dodavateli mno­ho nových informací o provozovaném zařízení. Přínosem pro dodavatele jsou tyto skutečnosti:
  • porovnáváním údajů patního měřiče v okruhu s údajem měřiče na vstupu do se­kundárního obvodu ohříváku možnost sle­dovat ekonomiku svého provozu (např. množství energie potřebné k přípravě jed­noho krychlového metru teplé vody); při netěsnosti v ohříváku dodavatel rozúčto­vává menší množství teplé vody, než jaké skutečně dodává do okruhu (viz odstavec 4.4), čímž mu vzniká ekonomická ztrá­ta (která, pomine-li časem možnost ji bez problémů přeúčovávat dalším subjektům, bude dopadat na jeho podnikání),
  • možnost sledovat stav zařízení, tj. těsnost ohříváků, úniky média na trase a stav izo­lace potrubních rozvodů (viz odstavec 4.3) a při zjištění nedostatků předem naplánovat údržbu; plánovaná údržba je vždy levnější než okamžité řešení poruchových stavů.
Při měření metodou B [1] je nutné si uvě­domit, že jsou porovnávány údaje naměřené přístroji různé konstrukce, a tudíž s rozdílnou přesností. Bude-li dodavatel teplé vody (provo­zovatel předávací stanice) chtít naměřené úda­je podrobněji analyzovat, je vhodné instalovat v místě připojení okruhu (na výstup z ohřívá­ku a do vratného potrubí teplé vody) měřidla shodného typu. Potom bude možné lépe určit ztráty teplé vody v okruhu i popř. rychleji rea­govat na vzniklé netěsnosti v ohříváku.
 

6. Závěr

 
Příspěvek se zabývá problematikou mě­ření spotřeby teplé vody s použitím patních měřičů ve snaze posoudit přínos dané meto­dy, vyžadující určité investiční náklady, pro obě strany, dodavatele i odběratele. Vychází přitom z měření uskutečněných na reálných provozovaných soustavách SCZT.
 
Po teoretickém rozboru problematiky jsou předloženy skutečně naměřené údaje odpoví­dající jednotlivým případům teoretického rozboru. Závěrem jsou shrnuty poznatky získané analý­zou výsledků měření.
 
Experimentem doložené závě­ry mluví jasně ve prospěch měření spotřeby teplé vody ve třech stup­ních uvedených v příspěvku, tj. včetně použití patních měřičů, kte­ré přinášejí výhody odběratelům i dodavatelům a činí jejich vzá­jemné porovnání transparentněj­ším než při použití jiných postupů.
 
Do budoucna lze očekávat dal­ší snižování cen indukčních prů­tokoměrů vyznačujících se vel­kou přesností. Tím se prostředky k přesnému měření spotřeby teplé vody stanou ještě dostupnějšími.
 
Poznatky a závěry uvedené v článku nelze bohužel porovnat se zahraničními zkušenostmi, proto­že zajišťování centrálního vytápě­ní a dodávky teplé vody z jednoho zdroje je specifikem České repub­liky a Slovenska. Bývalé Česko­slovensko v 70. a 80. letech minu­lého století zažilo nebývalý rozvoj panelové sídlištní výstavby s velmi komfortním zajištěním všech služeb obyvatelstvu. V okolních státech, zejména v Německu a Rakousku, ale i např. v Dánsku a ve Švédsku, se teplá voda pro obyvatele při­pravuje v jednotlivých objektech a tepelná energie je distribuována především vedením horké vody dvoutrubko­vým systémem. Teplá voda je tam rovněž při­pravována na místě ve spotřebitelském objektu.
 
Závěrem se sluší poděkovat pracovníkům firmy Ulitep s. r. o. za vstřícnou spolupráci a za poskytnuté údaje. Zabývat se problema­tikou měření spotřeby teplé vody bylo mož­né především díky těsné součinnosti této fir­my s pracovištěm autora.
 
Literatura a odkazy na internet:
[1] ŠÍPAL, J.: Problematika měření teplé vody patními měřiči. Topenářství instalace, 2010, roč. 44, č. 4 (pořadové č. 251), Technické vy­davatelství, Praha.
[2] –: Měření TUV na patě objektu – Novelizace zákona 458 – podmínky pro podnikání s ener­gií... Diskusní fórum. TZB-Info, 2005. http://fo­rum.tzb-info.cz/t.py?t=11&i=101775; cit. 21. 7.2010.
[3] FANTIŠ, J. – VALENTA, V.: Ohřívání užitkové vody. CTI – cech topenářů a instalatérů ČR; Brno, 1998.
[4] Ulitep: Skalár III OS. Sestava patního měření teplé vody. Datum neuvedeno. http://www.ulitep.cz/Dokumenty/SKALAR-III-OS–%20Prospekt.pdf; cit. 6. 8. 2010.
doc. Ing. Jaroslav Šípal, Ph.D.,
Fakulta výrobních technologií
a managementu,
Univerzita Jana Evengelisty Purkyně,
Ústí nad Labem
 
Obr. 1. Schéma rozvodu teplé vody do objektů
Obr. 2. Tři historické stupně měření spotřeby teplé vody
Obr. 3. Princip měření spotřeby teplé vody v objektu metodou B
Obr. 4. Schéma umístění měřidel při expe­rimentu
Obr. 5. Údaje ze skupiny objektů A – žádoucí vyvážený stav
Obr. 6. Údaje ze skupiny objektů B – pravděpodobná netěsnost v rozvodu
Obr. 7. Údaje ze skupiny objektů C – pravděpodobná netěsnost teplosměnné plochy v ohříváku
 

Měření spotřeby teplé vody v otevřených systémech na patě objektu (druhý stupeň) jako inženýrský problém

 

K objasnění složitosti měření spotřeby teplé vody v otevřených systémech na patě objek­tu je možné použít následující jednoduchý příklad. K měření proteklého množství vody se používá ověřený vodoměr, který může mít chybu při jmenovitém průtoku až 3 % z naměře­ného množství. Pokud budou takovéto vodoměry instalovány na vstupní i cirkulační potru­bí, dojde ke skládání chyby. V případě použití dvou vodoměrů nelze vyloučit součet chyb, což znamená, že při naměřeném množství 100 m3 může být chyba až 6 m3 uvedeného vyplývá, že kdyby byly použity běžné vodoměry, byť i schválené jako stanovená měřidla.