Управление водопотреблением и точность учета воды в жилом фонде

Описание:

Управление – это движение к заданной цели. Оно включает неразрывную цепь следующих действий: определение цели и ее параметров; контроль параметров; воздействие на систему; регистрацию результатов воздействия; сравнение результатов с параметрами цели; принятие решения и определение нового воздействия; повторение цикла до тех пор, пока цель не будет достигнута.

Ключевые слова: водопотребление

Управление водопотреблением и точность учета воды в жилом фонде

В. Н. Исаев, проф. кафедры водоснабжения МГСУ

М. В. Пупков, аспирант кафедры водоснабжения МГСУ

Управление – это движение к заданной цели. Оно включает неразрывную цепь следующих действий:

определение цели и ее параметров;
контроль параметров;
воздействие на систему;
регистрацию результатов воздействия;
сравнение результатов с параметрами цели;
принятие решения и определение нового воздействия;
повторение цикла до тех пор, пока цель не будет достигнута.

Выпадение любого этапа из этой цепи, так же как отдельные этапы, реализуемые изолированно от нее (например, контроль параметров), исключают достижение цели, так же как исключение колес или двигателя из автомобиля лишает его возможности самостоятельно двигаться.

В период перехода к рыночной экономике многие политики и руководители, руководствуясь зарубежным опытом, считали, что установка квартирных счетчиков решит проблему рационального использования воды и позволит значительно снизить потери воды [1].

Но в России складывается ситуация, когда социально-экономические отношения между многочисленными собственниками в системе управления водопотреблением приводят к неэффективному вложению средств в установку квартирных счетчиков, возникновению конфликтных ситуаций между организациями, подающими холодную и горячую воду, потребителями. Поэтому перед созданием системы учета необходимо создать систему управления водопотреблением. Требования системы управления водопотреблением должны быть четко сформированы как в информационном (структурное и програмное обеспечение и т. д.), так и в экономическом (собственники приборов учета, порядок расчета и т. д.) и техническом плане (метрологические требования к системе учета воды, места размещения приборов и т. д.).

Метрологические параметры системы учета водопотребления определяет физический процесс, в данном случае процесс водо-теплопотребления. Если исходить из метрологических параметров измерительных приборов, имеющихся на рынке, то значительно возрастает риск получить в результате систему учета воды и тепловой энергии (для горячего водоснабжения), значительно искажающую реальную физическую и, следовательно, социально-экономическую картину, т. к. метрологические параметры измерительных приборов определяются на лабораторных или заводских стендах, где условия резко отличаются от условий эксплуатации.

Для предварительного метрологического анализа использованы результаты исследований [1] и данные о среднем водопотреблении [2], т. к. действующие нормативы [3] и проектные методики [2, 3] не позволяют выполнять такие расчеты.

Режим водопотребления в системе холодного водоснабжения формируется случайными технологическими водоразборами qт отдельных потребителей [4] и потерями воды, которые можно разделить на непроизводительные расходы q^нр и утечки воды q^ут.

В водопроводе горячей воды дополнительно появляются потери воды в виде сливов qсл. Потери в основном формируются во внутреннем водопроводе зданий. При этом непроизводительные расходы и сливы воды синхронны с водопотреблением, а утечки воды не зависят от него и достаточно стабильны в течение суток [5].

Водопотребление в квартире при наличии централизованного горячего водоснабжения разделяется на водопотребление холодной и горячей воды.

Анализ режима водопотребления холодной воды в квартире со средней заселенностью 3 человека показывает, что оно дискретно и при среднем секундном расходе холодной воды 0,2 л/с суточный технологический расход q^т поступает к потребителям в течение 0,5 часа Т^т, а остальные 23,5 часа присутствует только утечка воды Т^ут. Относительная продолжительность технологической работы:

К^т = Т^т/Т = 0,5/24 = 0,02 = 2 %.

Относительная продолжительность утечки:

К^ут = Т^ут / Т = 23,5 /24 = 0,98 = 98 %.

В результате даже небольшой секундный расход утечки в сутки (q^ут = 0,0045 л/с) приводит к большим потерям воды – 390 л/сут, превосходящим технологическое водопотребление холодной воды (85 • 3 = 255 л/сут).

Секундные технологические расходы холодной воды изменяются в диапазоне от 0,03 до 0,3 л/с, т. е.

Dq^T = 0,3/0,03=10,0.

При необходимости учитывать нормируемые утечки воды диапазон должен изменяться от 0,3 до 0,0045, т. е. Dq^ут = 0,3/0,0045 = 66,6.

Анализ режима водопотребления горячей воды показывает, что оно дискретно и при среднем секундном расходе 0,2 л/с суточный технологический расход q^т поступает к потребителю в течении 0,35 часа (Т^т), а остальные 23,65 часа присутствует только утечка воды (Т^ут). Относительная продолжительность технологической работы:

К^т = 0,35 /24 = 0,015 = 1,5 %.

Относительная продолжительность утечки:

К^ут = 23,65 / 24 = 0,99 = 99 %.

В результате даже небольшой секундный расход утечки в сутки (q^{ут.СНиП} = 0,001л/с) приводит к потерям воды 90 л/сут. Секундные технологические расходы горячей воды изменяются в диапазоне от 0,03 до 0,3 л/с, т. е.:

Dq^T = 0,3 / 0,03 = 10,0.

При необходимости учитывать нормируемые утечки воды диапазон должен изменяться от 0,3 до 0,001, т. е.:

Dq^ут = 0,3 / 0,001 = 300.

Водопотребление в среднем доме (100 квартир, 300 жителей) при наличии централизованного горячего водоснабжения разделяется на водопотребление холодной и горячей воды, при этом в водопроводе горячей воды появляется циркуляция.

Анализ режима водопотребления холодной воды в доме с заселенностью 300 чел. показывает, что оно непрерывно и суточный технологический расход q^т = 85•300 = 25500 л/сут с учетом непроизводительных расходов q^нр = 30•300 = 9000 л/сут поступает со средним секундным расходом холодной воды 0,4 л/с. Относительная продолжительность технологической работы К^т= 1,0. Максимальный расход холодной воды в доме равен 1,9 л/с. В ночные часы полезный расход составляет 2 л/чел•ч или q^{т ноч.} = 2•300 = 600 л/ч = 0,17 л/с. Величина нормативной утечки равна: q^ут = (245•300) – 34500 = 39000 л/сут = 0,45 л/с.

Относительная продолжительность утечки, которая происходит в различных квартирах и поэтому накладывается на полезный расход К^ут= 1,0.

Секундные технологические расходы холодной воды изменяются в диапазоне от 0,17 до 1,9 л/с, т. е. Dq^T = 11,2.

Нормируемые утечки воды (0,45 л/с) превосходят ночной (минимальный) технологический расход (0,17 л/с) поэтому диапазон расходов получается уже Dq ^ут = 1,9 / (0,17+0,45) = 3,1.

Анализ режима водопотребления горячей воды в доме показывает, что оно непрерывно и суточный технологический расход q^т = 16500 л/сут с учетом непроизводительных расходов q^нр = 9000 л/сут поступает со средним секундным расходом горячей воды 0,3 л/с. Относительная продолжительность технологической работы К^т = 1,0. Максимальный расход воды в доме равен 2,8 л/с. В ночные часы полезный расход составляет 0,5 л/чел.•ч или q^{т.
ноч.} = 0,5 • 300 = 150 л/ч = 0,04 л/с.

Величина нормативной утечки равна q^{ут.СНиП} = 0,1 л/с. Относительная продолжительность утечки, которая происходит в различных квартирах и поэтому накладывается на полезный расход, равна К^ут = 1,0.

Рисунок 1 (подробнее)

Режимы водопотребления в водопроводе холодной, горячей воды и гидрометрические характеристики счетчиков воды

В отличие от водопровода холодной воды, в водопроводе горячей воды в технологическом режиме имеется постоянная циркуляция, необходимая для компенсации теплопотерь и поддержания расчетной температуры во всех точках водоразбора.

Учитывая, что в эксплуатируемых водопроводах горячей воды износ составляет более 60 %, что увеличивает теплопотери, можно принять величину циркуляционного расхода равную 1,0 л/с = 86,400 л/сут. Секундные технологические расходы горячей воды изменяются в диапазоне от 0,04 до 2,8 л/с, т. е. Dq^T = 70. Нормируемые утечки воды (0,1 л/с) превосходят ночной (минимальный) технологический расход (0,04 л/с). Расход на циркуляцию (1,0 л/с) поэтому диапазон расходов получается уже Dq^ут = 2,8/(0,04 + 0,1+1,0) = 2,5.

Расход горячей воды, отобранный потребителями в доме, определяется двумя измерительными приборами, один из которых установлен на подающем трубопроводе (Т3), второй на циркуляционном (Т4). Поданный потребителям расход определяется вычитанием из показаний счетчика, установленного на подающем трубопроводе, показаний счетчика на циркуляционном трубопроводе.

Такой «косвенный» метод определения расхода резко снижает точность измерений. Поэтому точность измерения расхода воды используемыми счетчиками должна быть выше, чем на холодной воде.

Анализ режима водопотребления во внутренних водопроводах зданий показывает, что требования к метрологическим характеристикам измерителей расхода значительно изменяются в зависимости от количества потребителей и требований к учету потерь воды.

Сравнение диапазона изменений полезных (технологических) расходов в квартире, где проживает три человека (Dq^T = 10,0) с допустимым диапазоном расходов при погрешности не более 2–5 % показывает ,что счетчики воды класса А (диапазон Dq = 50), класса В (диапазон Dq = 100), класса С (диапазон Dq = 200) пригодны в качестве квартирных приборов учета. При необходимости учитывать утечки воды диапазон расходов значительно увеличивается (Dq^ут = 277...300) и ни один из классов счетчиков воды не обеспечивает заданную точность учета в этом диапазоне. Это может стать причиной несоответствия водного баланса квартирных и домовых счетчиков воды. Кроме этого возрастает социальная напряженность, т. к. с жильцов, установивших квартирные счетчики, кроме основной оплаты по счетчику могут требовать доплату для компенсации этой разницы в показаниях. Эту проблему можно решить социально – административным путем, возложив ответственность за утечки воды на организацию эксплуатирующую здание.

Приведенные расчеты выполнены на средние условия, т. к. на каждом объекте конкретные условия водопользования (количество потребителей, условия монтажа,срок эксплуатации системы, степень износа, давление на вводе и т.д. ) отличаются от средних необходимо создать методики метрологической оценки системы учета водопотребления в целом и по отдельным элементам.

Изложенное выше является первым этапом метрологических расчетов, которые в полном объеме должны учитывать влияние всех погрешностей на измерение расхода.

Выводы

1. Структура системы учета воды в водоснабжении должна обеспечивать метрологические характеристики, обеспечивающие достоверность получения, обработки информации, необходимой для принятия эффективных решений на всех уровнях управления (от потребителя до Правительства).

2. Метрологические характеристики системы учета определяются режимами потребления воды.

3. Оценка и выбор приборов учета холодной, горячей воды, тепловой энергии должны производиться с учетом социальных, системных, метрологических и эксплуатационных требований.