О метрологическом обеспечении учета тепловой энергии

В соответствии с требованиями федерального закона №261 от 2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» установлены сроки оснащения приборами учета всех потребителей энергоресурсов и всех энергоснабжающих организаций независимо от форм собственности. Решение, безусловно, правильное позволяющее получить объективную оценку эффективности энергосберегающих мероприятий, проводимых как потребителями, так и энергоснабжающими предприятиями. На сегодняшний день отсутствует метрологическое обеспечение данного закона в полном объеме, что исключает возможность получения желаемого результата от исполнения требований закона. В данном случае под метрологическим обеспечением понимается утверждение и применение метрологических норм, правил и методик выполнения измерений, а также разработка, изготовление и применение технических средств для обеспечения единства и требуемой точности измерений. К вопросу метрологического обеспечения закона еще вернемся, но сначала определимся с терминологией.

Интуитивно-понятное словосочетание широко распространенное в нормативных документах: «тепловая энергия» по-моему, правильно отражает суть предмета, но из-за отсутствия корректного определения возникает неопределенность, недопустимая в ситуации, когда за это понятие платятся реальные деньги. Так «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя» (далее Правила) рассматривают понятия тепловой энергии и теплоты как синонимы. По тексту Правил везде используется термин «тепловая энергия» при этом: теплосчетчик и тепловычислитель определяют и рассчитывают количество теплоты, а узел учета и приборы учета учитывают и измеряют тепловую энергию. Кроме того, в приложении 1 Правил установлено соотношение единиц измерения энергии и количества теплоты, но не установлено их соотношение с единицей измерения тепловой энергии, что необходимо исправить для обеспечения единства измерений. Такая путаница в терминологии наблюдается и в других нормативных документах, для иллюстрации привожу определения теплоты и тепловой энергии из различных источников:

Теплота - особая форма перехода энергии от одного тела к другому, не связанная с переносом вещества и совершением работы.

Теплота (количество теплоты) - внутренняя энергия, которая самопроизвольно (без внешнего воздействия) переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым путем теплопроводности или лучеиспускания.

Теплота (количество теплоты) - энергетическая характеристика процесса теплообмена, определяется количеством энергии, которое получает (отдает) тело (физическая система) в процессе теплообмена. Теплота - функция процесса: количество сообщенной телу теплоты зависит не только от того, каковы начальное и конечное состояния тела, но также от вида процесса.

Количество теплоты (тепловая энергия) - изменение внутренней энергии теплоносителя, происходящее при теплопередаче в теплообменных контурах (без массопереноса и совершения работы).

Тепловая энергия - энергетический ресурс, при потреблении которого изменяются термодинамические параметры теплоносителей (температура, давление)

Тепловая энергия теплоносителя - энергия теплоносителя, представляющая собой его энтальпию, связанную с температурой, давлением и массой теплоносителя.

Как видно из приведенных примеров понятие «теплота», корректно используемое в физике, непригодно для применения в теплоснабжении, так как в реальных системах теплоснабжения теплоноситель совершает работу, а в открытых системах теплоснабжения еще и осуществляется отбор теплоносителя из системы теплоснабжения. Следовательно, необходимо применять другой термин, например, «тепловая энергия», который, по-моему, имеет неудачное определение. В открытых системах теплоснабжения не происходит изменение термодинамических параметров теплоносителя, используемого на нужды горячего водоснабжения, а используется сам теплоноситель вместе с энергетическим ресурсом этого теплоносителя. Предлагаю под понятием «тепловая энергия» понимать энергетический ресурс, учитывающий передачу теплоты, в том числе и связанной с переносом вещества, и работой, совершенной этим теплоносителем. Количество тепловой энергии равно сумме переданной теплоты, в том числе и связанной с массопереносом, и работой, совершенной этим теплоносителем, соответственно, тепловая энергия измеряется в тех же единицах что и энергия (работа).

Вернемся к метрологическому обеспечению тепловых измерений. Несмотря на кажущуюся простоту, измерения тепловой энергии являются далеко не простой метрологической задачей. Действительно, измерения тепловой энергии относятся к разностным, косвенным измерениям по вторичным параметрам с интегрированием результатов. Неудивительно, что такой набор относительно сложных методов измерений по совокупности приводит к низкой достоверности результатов измерений, получаемых на практике. На сегодняшний день отсутствуют официально-принятые методические указания по оценке погрешности измерений тепловой энергии и массы теплоносителя, подтвержденные на практике. Существующие оценки погрешности содержат методические ошибки, вследствие чего дезориентируют разработчиков средств измерений, проектировщиков и персонал фирм, осуществляющих монтаж и эксплуатацию узлов учета. ГОСТ Р 8.642-2008 «ГСИ Метрологическое обеспечение измерительных систем узлов учета тепловой энергии. Основные положения» в п.4.2. однозначно устанавливает, что метрологическое обеспечение измерительных систем, к которым относятся и теплосчетчики и узлы учета тепловой энергии, включает в себя нормирование и расчет метрологических характеристик измерительных каналов, и разработку и аттестацию методик выполнения измерений (МВИ) тепловой энергии. На практике расчет метрологических характеристик измерительных каналов не производится, а упорное отрицание специалистами Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии необходимости разработки и аттестации МВИ, предусмотренных Федеральным законом №102 от 2008 года «Об обеспечении единства измерений» еще больше усугубляет проблему достоверности измерений тепловой энергии и массы теплоносителя. Отсутствие достоверных измерений тепловой энергии не только привносит неоднозначность во взаимоотношения энергоснабжающих организаций со своими абонентами, но исключает возможность объективной оценки результатов энергосберегающих мероприятий, что ставит под угрозу срыва исполнение Федерального закона №261 от 2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Наиболее остро проблема погрешности измерений проявляется в так называемых «транзитных узлах учета тепловой энергии», установленных в зданиях, в которых измерение теплопотребления осуществляется по показаниям двух узлов учета тепловой энергии, установленным на входе в здание и на выходе из здания тепловой сети. Предельно-допустимая инструментальная погрешность измерения теплопотребления по разности показаний двух теплосчетчиков в этом случае составляет порядка 50 - 75%, а зачастую и больше. Такой способ измерения противоречит здравому смыслу. Действительно, пусть потребление абонента составляет 1 Гкал, а стоимость одной Гкал составляет 1000 рублей тогда оплата теплопотребления, по показаниям приборов учета, может составлять от 250 до 1750 рублей. Подчеркиваю, что речь идет о полностью исправном комплекте поверенных приборов, допущенных в установленном порядке к применению на территории России. Можно только догадываться о масштабах последствий такой «объективной» оценки результатов внедрения энергосберегающих мероприятий в соответствии с Законом об энергосбережении.

Отсутствует официально-принятая оценка инструментальной погрешности измерения тепловой энергии и массы теплоносителя в условиях эксплуатации приборов учета. В существующих проектах узлов учета тепловой энергии раздел оценки погрешности измерений попросту отсутствует. Предположение о том, что сертифицированный теплосчетчик обеспечит установленную Правилами точность измерений очень далеко от истины, что и подтверждает практика использования теплосчетчиков. Отличительной особенностью косвенных измерений является тот факт, что погрешность результата таких измерений в равной степени зависит от инструментальной погрешности применяемых средств измерений, сочетания величин измеряемых параметров и погрешности метода измерения. С учетом того, что измерения параметров теплоносителя (расхода, температуры и давления), строго говоря, сами являются косвенными измерениями, фактически измерения тепловой энергии и массы теплоносителя являются косвенными измерениями на основании косвенных измерений параметров теплоносителя. Попытки объявить измерения тепловой энергии прямыми измерениями, мягко говоря, ошибочны. Во-первых, метрологи несколько иначе понимают значение термина «прямые измерения» в чем можно убедиться, например, в РМГ 29-99 «Метрология. Основные термины и определения». Лично я и представить не могу «прямых измерений тепловой энергии на основании результатов косвенных измерений параметров теплоносителя».

Кроме того нигде не проведена оценка погрешности дискретизации измеряемых параметров теплоносителя и расчета тепловой энергии. Погрешности измерений, обусловленные шагом квантования и периодом дискретизации измеряемых величин, вообще не рассматриваются ни в нормативных документах, ни при испытаниях с целью утверждения типа средств измерений, ни в проектах узлов учета тепловой энергии, и это несмотря на рекомендации, приведенные в МИ 1967-89 «ГСИ Выбор методов и средств измерений при разработке методик выполнения измерений. Общие положения». Например, в ГОСТ Р 1434-4-2006 «Теплосчетчики. Испытания с целью утверждения типа» нет даже упоминания о погрешности дискретизации аналоговых сигналов. Кроме того, полностью отсутствует оценка корреляции погрешности измерения параметров теплоносителя, на основании которых производится расчет тепловой энергии. В существующих нормативных документах принято считать, что погрешности не коррелированны и случайны, а систематические погрешности названы неисключенными, объявлены случайными, потому тоже не учитываются или учитываются, но как случайные, что еще больше усугубляет проблему оценки погрешности измерения тепловой энергии и массы теплоносителя.

Тем не менее, не все так безнадежно. На основании многолетнего опыта исследования достоверности результатов измерений тепловой энергии, получаемых в реальных условиях, и оценки предельно-допустимой инструментальной погрешности этих измерений, должен отметить, что современные средства измерений, при правильном их использовании, позволяют измерять тепловую энергию как у потребителей, так и в теплоснабжающих организациях с погрешностью ±5% и менее. К сожалению, существенная часть изготовленных и работающих узлов учета не обеспечивает требуемой точности измерений. Причин много: ошибки проектирования, нарушения условий эксплуатации средств измерений, нарушения технологии изготовления средств измерений, вследствие чего не обеспечивается заявленная в описании типа средств измерений точность результатов измерений на интервале времени между поверками и т.п. Для полноты картины необходимо упомянуть еще и ошибки программного обеспечения, в том числе и сбора измерительной информации и представления ее (информации) в энергоснабжающую организацию. Решение проблемы очевидно, энергоснабжающие организации должны и уже проводят анализ данных измерений и учета, в том числе в автоматическом режиме.

Для наведения порядка в метрологическом обеспечении теплоснабжения вообще и ФЗ №261 от 2009 года в частности необходимо, чтобы законодательная метрология признала необходимость разработки и аттестации методик выполнения измерений тепловой энергии и массы теплоносителя, как того требует Закон (ФЗ №102 от 2008 года), и реализовала требование Закона (ФЗ №102 от 2008 года) на практике.

В целях реализации этого же Закона (ФЗ №102 от 2008 года) считаю целесообразным откорректировать определение тепловой энергии. В этом случае не понадобится вводить соотношение единиц измерения тепловой энергии и теплоты, а Правила и многие другие нормативные документы примут однозначное толкование, т.е. в подавляющем большинстве случаев не потребуется внесения изменений в редакцию существующих нормативных документов. Лично мне нравятся следующие формулировки определений:

Теплота - форма перехода энергии от одного тела к другому, не связанная с переносом вещества и совершением работы.

Тепловая энергия – энергетический ресурс, учитывающий передачу теплоты, в том числе и связанной с переносом вещества, и работой, совершенной этим теплоносителем..

Количество тепловой энергии равно сумме переданной теплоты, в том числе и связанной с массопереносом, и работой, совершенной этим теплоносителем.

Примечание: тепловая энергия измеряется в тех же единицах что и энергия (работа).



С.И.Черноморченко, Ноябрь 2010 г.

Вернуться на главную страницу Открыть сайт Вернуться в раздел

Счетчик посещений Counter.CO.KZ