Особенности учета горячей воды при переходе на энергосберегающую эксплуатацию жилых зданий

В. Н. Исаев, проф. кафедры водоснабжения МГСУ

Фактически централизованная система ГВС России выполняет две функции:

1. Водоснабжения – удовлетворяет потребность человека (населения) в воде комфортной температуры для санитарно-гигиенических процедур и хозяйственных нужд;

2. Отопления – поддерживает комфортную температуру в ванных и душевых комнатах с помощью полотенцесушителей (СНиП 2.04.01–85¹ «Внутренний водопровод и канализация зданий»).

Использование горячей воды потребителем осуществляется путем смешения холодной и горячей воды в смесителях различной конструкции. При этом возникает непроизводительный расход воды, обусловленный конструкцией смесителя, технологией процедуры (принятие ванны или душа, мытье посуды и т. д.) и давлением перед смесителем, который может составлять от 20 до 80 % от объема потребляемой воды на процедуру.

При низкой температуре на подводке горячей воды потребитель начинает сливать воду до нужной температуры. Это вызывает потери воды и энергии и увеличивает потребление горячей воды в несколько раз (рис. 1), приводя к возрастанию нагрузки на подающие трубопроводы горячей воды.

Рисунок 1. Зависимость расхода 0,20 воды (сплошная линия) и теплопотребления (пунктирная линия) от температуры воды в подводке к смесителю

Потребность в горячей воде у бытового пользователя возникает в произвольные моменты времени, в основном днем (рис. 2а). Поэтому значения расхода теплоносителя в квартирных разводках горячей воды являются дискретными и случайными во времени.

Рисунок 2 (подробнее)   Суточные режимы водопотребления горячей воды для квартиры: а – режимы водопотребления холодной и горячей воды в течение суток; б – интегральный график водопотребления

В течение суток смесители многократно открываются / закрываются (десятки раз) (см. рис. 2а), но работают непродолжительный период – 0,35–0,5 ч/сут., остальное время находясь в закрытом состоянии. При этом градиент изменения расхода и температуры (импульсность процесса) при каждом открытии / закрытии смесителя значителен и составляет 0,1–0,2 л/с, что требует для снижения динамических погрешностей и обеспечения нормативной точности учета применения более быстродействующих (малоинерционных) измерительных приборов по сравнению с крыльчатыми приборами для учета горячей, холодной воды и теплоносителя.

Например, при открытии современных смесителей с одной рукояткой, вентильных головок с керамическими шайбами секундный расход воды возрастает от 0 до 0,2–0,4 л/с, что резко сдвигает крыльчатку счетчика воды. В результате магнитная муфта, передающая вращение счетному механизму, не успевает раскрутить инерционный счетный механизм, поэтому часть воды не учитывается: вносится отрицательная погрешность.

У крыльчатого счетчика воды время выхода на стационарный режим учета составляет 5 с, а у термометра сопротивления – 20 с. При открытии смесителя на 100 с (типичный случай) из-за инерционности данных средств измерения интегральное значение тепловой энергии (произведения расхода на разность удельных энтальпий) будет на 17 % меньше, чем истинное.

Динамические погрешности возникают также при дискретном во времени представлении измерительной информации, когда измеренная величина приписывается началу или концу цикла преобразования и действует до момента следующего измерения. Это особенно характерно для средств измерений, оборудованных устройствами выборки и хранения, или для дискретных устройств (рис. 3). Мгновенные значения расхода могут быть получены лишь за некоторый конечный интервал времени. Поэтому в промежутке времени от t₁ до t₃ в качестве значений расхода могут быть использованы либо усредненные – х¯ (рис. 3а), либо некоторые мгновенные – x(t₂), обладающие динамической погрешностью (рис. 3б). Это происходит поскольку результат измерений, полученный в момент времени t₂, приписывается моменту времени t₁, а используется в качестве мгновенного значения расхода в промежутке времени от t₁ до t₃.

Рисунок 3 (подробнее)   Динамические погрешности при дискретном измерении расхода: а – изменение фактических параметров (расходов) во времени; б – регистрируемые счетчиком показания параметра (расхода)

Температурные режимы квартирных счетчиков горячей воды очень нестабильны. При открытии смесителя сначала сливается остывшая вода (18–24 °С), находившаяся долгое время без движения в трубопроводах (подводке) и счетчике. Затем подводка и установленные на ней приборы учета прогреваются до температуры горячей воды (50–75 °С) (т. е. изменяется плотность и вязкость воды). В результате происходят температурные деформации измерительных и счетных элементов, что влияет на погрешность счетчика.

При открытии / закрытии современных двухвентильных смесителей (рис. 4), оборудованных керамическими вентилями на горячую воду, или смесителей с одной рукояткой, оснащенных керамическими картриджами, могут образовываться гидравлические удары, при которых внутреннее давление в счетчике воды импульсно возрастает в 3–10 раз. Как результат создаются дополнительные напряжения в механизме счетчика, что в сочетании со значительными колебаниями температуры (32–51 °С) и при низком качестве воды увеличивает износ деталей, погрешность измерения и сокращает сроки службы приборов.

Рисунок 4. Современный двухвентильный смеситель

Сравнение диапазона изменений полезных (технологических) расходов в квартире, где проживает три человека, с допустимым диапазоном расходов ∆q при погрешности не более 2–5 % показывает, что счетчики воды класса А (∆q = 50 л/сут.), класса В (∆q = 100 л/сут.), класса С (∆q = 200 л/сут.) пригодны в качестве квартирных приборов учета. Для учета утечек воды диапазон расходов нужно значительно увеличивать до ∆q_ут. = 277–300 л/сут., а значит ни один из классов счетчиков воды не может обеспечить заданную точность учета в диапазоне ∆q_ут., что тоже увеличивает погрешность учета.

Указанные технологические особенности квартирного ГВС по сравнению с холодным водоснабжением и отоплением определяют дополнительные требования к квартирным узлам учета для получения достоверных данных о параметрах услуги ГВС в течение всего межповерочного срока.

Приборы измерения горячей воды должны:

■ быть устойчивы к многократному воздействию импульсных температурных и гидравлических воздействий (порядка 5 104 импульсов за межповерочный период эксплуатации);

■ иметь большой диапазон измерения расходов для учета дорогостоящих утечек горячей воды и высокую точность измерения;

■ определять не только расход, но и температуру, давление воды на вводе в квартиру.

Данные от приборов измерения должны сохраняться и обрабатываться в контроллерах через определенные промежутки времени, обеспечивающие возможность контроля качества услуги в соответствии с нормативами.

Контроллеры должны сравнивать фактическую температуру с нормативной и при ее нарушении не учитывать количество некачественной воды.

Желательно, чтобы контроллеры учитывали расход тепловой энергии потребленной горячей воды, чтобы можно было выделить круглогодичный расход тепловой энергии на отопление ванных и душевых комнат и включать его в оплату отопления, а не горячей воды, стоимость которой увеличивается быстрее, чем холодной.

Рисунок 5. Структура потребления тепла на ГВС

Поэтому для измерения расхода горячей воды в квартирах целесообразно использовать электромагнитные или ультразвуковые теплосчетчики или счетчики воды, которые не имеют подвижных деталей, размещенных в потоке воды, и оборудованы датчиками температуры, давления и контроллерами, позволяющими выполнять математические операции, необходимые для учета и оценки соответствия качества коммунальной услуги, получаемой потребителем, и требованиям нормативов.

Регистрация давления и температуры воды для оценки соответствия качества услуги ГВС требованиям правил [1] должна производиться аналогично регистрации расходов.

Для контроля бесперебойности оказания услуги регистрация всех параметров должна производиться постоянно с интервалом не более допустимых перерывов в подаче воды потребителю [1].

Данные, полученные от средств измерения расхода, температуры и давления должны обрабатываться в узлах учета, которые обеспечивают возможность:

■ измерений совокупности физических величин (а не каждой из них в отдельности) и длительного (до нескольких лет) хранения полученных результатов измерений, сопоставленных с моментами времени измерений;

■ использования (в качестве констант) результатов измерений некоторых величин (энтальпии холодной воды и др.), полученных при помощи других средств измерения, значения которых необходимы для реализации алгоритмов измерений энергетических ресурсов;

■ реализации логических операций по отработке нештатных ситуаций (таких как исключение «промахов», замена результатов измерений договорными значениями – в случае нахождения результатов измерений вне диапазона измерений и др.);

■ корректировки (разрешенной законом) некоторых результатов измерений с одного средства учета (например, когда результат измерений расхода в обратном трубопроводе превышает аналогичное значение в подающем трубопроводе), а также с нескольких средств учета, образующих узел учета в целом (для исключения небаланса);

■ внесения специфических особенностей, способствующих повышению надежности, контроле- и ремонтопригодности (включая организацию учета во время ремонта и восстановление учета после него), пломбированию, разграничению доступа к органам регулировки и хранимым данным (только при возможности их санкционированного изменения) и т. д.

Общедомовые приборы учета горячей воды по сравнению с квартирными приборами учета работают в более стационарных гидравлических и температурных режимах [2]. Это обусловлено большим количеством потребителей и постоянными циркуляционными расходами, необходимыми для компенсации теплопотерь и поддержания нормативной температуры во всех точках водоразбора. Требуется устанавливать приборы учета на подающем и циркуляционном трубопроводах для определения расхода горячей воды косвенным методом по разнице показаний этих приборов, что вносит дополнительные погрешности (табл. 1).

Таблица 1 Оценка погрешности измерения расходов воды в водопроводе ГВС

Схема Расход на водораз- бор горячей воды Расход на циркуляцию Показания счетчика Абсолютная погрешность показаний счетчика (2 %) Погрешность измерения расхода на водоразбор, % м3/мес. м3/сут. л/с м3/мес. м3/сут. л/с горя- чей воды цирку- ляции горя- чей воды цирку- ляции м3/мес. % Одно здание с циркуля- ционными насосами 1200 40 2,7 2592 86,4 1,0 3792 2592 75,8 51,8 127,6 10,6 Три здания с циркуля- ционными насосами 3600 120 6,0 7776 259,2 3,0 11376 7776 227,5 155,5 383 10,6 Три здания с циркуля- ционно- повыси- тельными насосами 3600 120 6,0 15552 518,4 6,0 11952 15552 239 311 550 15,2

Для снижения данных погрешностей разработаны рекомендации МИ 2640–2001, позволяющие рассчитывать пределы допускаемой относительной погрешности измеренной массы (объема) воды по разности показаний счетчиков в зависимости от их погрешности [3].

При подаче горячей воды от ЦТП в дома, оборудованные приборами учета, возникают дополнительные погрешности, обусловленные неправильным выбором данных приборов и их погрешностью [4].

Квартирные и домовые узлы учета являются наиболее многочисленными в системах водоснабжения. Они связаны единым неразрывным водным потоком, поэтому при обработке и анализе результатов измерений должен соблюдаться водный баланс: сумма показаний квартирных приборов учета должна равняться показаниям общедомовых приборов. На практике эксплуатации это равенство не соблюдается из-за погрешностей измерения.

Исследования, проведенные Мосводоканалом, показывают, что разница в объемах между квартирными и общедомовыми счетчиками холодной воды составляет 16,06 % в пользу общедомовых, а по горячей воде она возрастает до 29,46 % (табл. 2).

Таблица 2 Водопотребление в жилом доме*, где зарегистрировано 160 чел., за период с 1 по 28 февраля 2007 года

Показатель Потребление холодной воды горячей воды суммарное Суммарные показания квартирных счетчиков, м3/мес. 409,63 518,47 928,10 Показания домовых счетчиков, м3/мес. 488,0 735,0 1 223,0 Относительный небаланс, % 16,06 29,46 24,11 Удельное потребление**, л/чел.•сут. 91,44 115,73 207,17 Среднее удельное потребление, % от норматива 52,97 99,97 71,77 Соотношение потребления холодной и горячей воды по суммарным даннымквартирных счетчиков, % 44,14 55,86 100 Соотношение потребления холодной и горячей воды по данным общедомовыхприборов, % 39,90 60,10 –

* Результаты получены на основании отчетов по работе квартирных и общедомовых приборов учета воды. ** По суммарным показаниям квартирных счетчиков воды.

Погрешность водного баланса здания значительно превышает нормируемую погрешность приборов измерения, что можно объяснить погрешностями, описанными выше, а также:

■ наличием квартир, не оборудованных счетчиками;

■ суммированием погрешности составляющих компонентов системы, которые при усложнении системы возрастают;

■ погрешностями при преобразованиях, передаче, хранении и обработке данных от приборов измерения;

■ низкой точностью данных о фактическом количестве потребителей;

■ инерционностью счетчиков. Общедомовой счетчик работает практически постоянно в устоявшемся стационарном режиме, а квартирные счетчики – в импульсном, когда время выхода на постоянный режим соизмеримо с периодом работы прибора;

■ ошибками в монтаже узлов учета;

■ искажением показаний приборов учета потребителями.

Погрешности квартирных и общедомовых приборов учета приводят к нарушению водного и теплового балансов при расчетах между потребителями и поставщиками коммунальных услуг, что искажает информацию, необходимую для управления системой, вызывает напряженность в отношениях между производителем и потребителем услуг.

По данным зарубежных источников, подобные отклонения в показаниях квартирных и общедомовых приборов учета (до 30 %) отмечаются во многих крупных городах промышленно развитых стран, например в Париже или Риге.

Как видно из табл. 2, соотношение потребления холодной и горячей воды примерно одинаково: по данным общедомового счетчика – 60,1 / 39,9; по суммарным показателям квартирных – 55,86 / 44,14. Это подтверждает исправность квартирных водосчетчиков в массе, но заставляет задуматься о более подробном исследовании факторов, влияющих на точность показаний квартирных счетчиков не только на стендах, но и в условиях реальной эксплуатации с учетом их монтажа и человеческого фактора.

Для реализации требований Федерального закона № 261-ФЗ в системах ГВС, которые потребляют более 45 % тепловой энергии в современных жилых зданиях, необходимо учитывать не только расход воды, но и количество тепла в потребленной горячей воде, что может обеспечить значительное снижение теплопотребления. Поэтому желательно использовать квартирные и домовые теплосчетчики для учета горячей воды, аналогичные применяемым в отоплении. Эффективность квартирных приборов учета горячей воды подтверждена практикой российских [5] и зарубежных городов, в которых они позволили уменьшить водотеплопотребление на 20–50 %.

В сочетании с прогрессивной тарифной политикой [6, 7], учитывающей качество поставляемых услуг, учет потребления горячей воды может активно стимулировать применение потребителями мероприятий по эффективному использованию тепловой энергии:

1. Уменьшения количества потребляемой горячей воды и, следовательно, тепла путем:

■ изменения социального отношения к горячей воде как жизненно важной услуге, стоимость которой в связи с экологическим и энергетическим дефицитом постоянно будет возрастать и требовать все больших экономических затрат;

■ применения водосберегающей арматуры (автоматической, термостатической полуавтоматической и т. д.);

■ нормализации давления перед смесительной арматурой (установка регуляторов давления, расхода, диафрагмирование и т. д.);

2. Снижение теплопотребления на обогрев ванных и душевых комнат путем регулировки режима работы полотенцесушителей в теплое время года;

3. Снижение теплопотерь в системе ГВС путем:

■ применения эффективной теплоизоляции;

■ применения пластмассовых труб с малой теплопроводностью;

■ использования локальных систем ГВС с электрическими и газовыми водонагревателями, значительно снижающими теплопотери в системе;

4. Стабилизация температурного режима перед смесителями путем:

■ обеспечения постоянной равномерной циркуляции по всем стоякам системы ГВС с помощью терморегуляторов, установленных у основания циркуляционных стояков;

■ установки полотенцесушителей на циркуляционных стояках;

■ применения эффективных (пластинчатых) водонагревателей и автоматизации тепловых пунктов, обеспечивающих стабильную температуру на входе в систему;

■ использования греющих кабелей для поддержания расчетной температуры в точках водоразбора.

Выводы

1. Учет горячей воды для контроля количества и качества коммунальной услуги должен включать измерение расхода, температуры, давления с хранением и обработкой этих данных в контроллере.

2. При выборе счетчиков необходимо учитывать особенности гидравлических и тепловых режимов в местах их установки на системе ГВС.

3. Приборы учета горячей воды являются необходимым и наиболее эффективным мероприятием при реализации политики ресурсосбережения в системе ГВС, поскольку показания счетчиков ориентируют потребителей:

■ на рациональное использование горячей воды;

■ на поддержание заданной энергоэффективности системы путем воздействия на поставщика горячей воды при нарушении им качества данной услуги.

4. Для снижения стоимости горячей воды при ее учете желательно выделить из баланса теплопотребления расход тепла на обогрев ванных и душевых помещений и перенести его оплату в оплату услуг отопления.

Литература

1. Порядок предоставления коммунальных услуг гражданам: постановление Правительства РФ от 23.05.2006 года № 307.

2. Пупков М. В. Управление водопотреблением и точность учета воды в жилом фонде / М. В. Пупков, В. Н. Исаев // Сантехника. – 2006. – № 6.

3. Поквартирный учет коммунальных ресурсов на основе показаний приборов. Вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации. Жилищный кодекс РФ. Правила предоставления коммунальных услуг гражданам: материалы 7 науч.-практич. конф., Москва, 23–24 марта 2010 г. / НП ОППУ «Метрология энергосбережения».

4. Свинцов А. П. Приборный учет количества использованной водопроводно-канализационной продукции в жилых зданиях / А. П. Свинцов // Сантехника. – 2006. – № 4.

5. Реутов Б. Ф. Национальный доклад «Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода из кризиса». В 7 кн. Кн. 6: Состояние и перспективы реформирования системы учета потребления и оплаты тепловой энергии в ЖКХ г. Владимира / [Б. Ф. Реутов]. – М., 2005.

6. Халед М. Г. Водопотребление и водосбережение в жилищном фонде / М. Г. Халед // Сантехника. – 2006. – № 2.

7. Свинцов А. П. Повышение экономической эффективности ценовой политики водопроводно-канализационных предприятий / А. П. Свинцов, А. Н. Малов // Сантехника. – 2007. – № 3.

 

¹ На основании положений СНиП 41-02–2003 «Тепловые сети».