О новых правилах учета тепловой энергии.

А. Г. Лупей, зам. гл. метролога филиала «Невский» ОАО «ТГК-1»

Известно, что в настоящее время Некоммерческое Партнерство «Российское Теплоснабжение» разрабатывает новую редакцию «Правил учета тепловой энергии». Всецело поддерживая такое решение, хотелось бы обратить внимание разработчиков новых Правил на некоторые имеющиеся проблемы с организацией учета теплопотребления, которые следовало бы решить в новых Правилах. Наиболее острой и экономически значимой сегодня можно считать проблему измерения утечки теплоносителя и несанкционированного водоразбора за узлом учета потребителя.

Видимо, никто не возьмется утверждать то, что в отечественных системах теплоснабжения проблема утечки теплоносителя сегодня решена: утечка, конечно же, есть (дефекты трубопроводов, сварных швов, негерметичные сальники, прохудившиеся прокладки и т.д.), и несанкционированный отбор теплоносителя из систем отопления (например, на хоз. нужды) тоже есть. И здесь желание теплоснабжающих организаций (ТСО) измерять утечку вполне понятно и обоснованно: коль скоро отбор теплоносителя имеет место быть, то его (отбор) необходимо измерять и, соответственно, оплачивать.

Для решения этой задачи «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя» (Правила-95) содержат требование, в соответствии с которым в узле учета потребителя необходимо «контролировать утечку» в соответствии с выражением (1)

Mут = (М1 – М2) – Мгвс

и оплачивать суммарное теплопотребление в соответствии с известной формулой 3.1 из Правил-95:

Q = Qи + (Мут+Мгвс) × (h2-hхв).

Нетрудно видеть, что в формуле (2)

Qи = М1 × (h1 – h2), а Мут + Мгвс = М1 – М2.

Следовательно, Правила-95 предписывают потребителям вести коммерческий учет суммарного теплопотребления по формуле(3)

Q = М1 × (h1 – h2) + (М1 – М2) × (h2 – hхв),

что в точности соответствует известной формуле (4) тепло пришедшее минус тепло ушедшее, т.е.

Q = Q1 – Q2 = M1 × (h1 – hхв) – M2 × (h2 – hхв).

Сегодня большинство теплосчетчиков российских потребителей по требованию Правил-95 и при поддержке ТСО (ведь действительно хочется, чтобы утечка была измерена и оплачена!) настроены на ведение коммерческого учета суммарного теплопотребления именно по формуле (4).

К сожалению, эта формула принципиально не пригодна для применения у большинства потребителей, поскольку на практике она не обеспечивает измерение утечки и суммарного теплопотребления со сколь-нибудь приемлемой точностью. Более того, применение формулы (4) приводит к тому, что результаты измерений массы теплоносителя и энергии, отбираемых из системы теплопотребления, оказываются значительно заниженными, а измеренная таким образом «утечка» в большинстве случаев оказывается в той или иной степени отрицательной (измеренная в закрытой системе разность масс М1 – М2 < 0). Следовательно, по результатам такого «учета» потребитель превращается в поставщика теплоносителя и тепловой энергии (потребитель как бы подпитывает внешнюю теплосеть горячей водой и, сам того не желая, берет на себя роль источника теплоты), что приводит к заметным финансовым убыткам ТСО и росту водных и тепловых небалансов в системе «источник-теплосеть-потребители».

В подтверждение сказанному обратим внимание на статистику, наглядно демонстрирующую безуспешность попыток измерять утечку (т.е. разность масс М1 – М2) в узлах учета потребителей.

В таблице 1 приведены показания 87-и трехканальных теплосчетчиков, отобранных случайным образом из более крупной выборки и содержащих результаты измерений массы теплоносителя на тепловом вводе (М1 и М2), а также показания счетчика Мгвс, установленного на трубопроводе горячего водоснабжения (ГВС). Из таблицы 1 видно, что только у 16-и потребителей из 87-и утечка Мут = (М1 – М2) – Мгвс > 0; всего у этих потребителей измерено Мут = + 303 т. У оставшихся 71 потребителей измеренная утечка оказалась отрицательной и в сумме составила - 2671 т.

Из таблицы 1 находим, что большинство теплосчетчиков (82% от общего объема выборки) зафиксировали утечку отрицательную, и эта отрицательная утечка оказалась в 8,8 раза больше утечки положительной. Более того, у пяти потребителей сумма Мут + Мгвс также измерена как отрицательная, несмотря на наличие тех или иных объемов потребления горячей воды в системе ГВС.

Таким образом, ТСО, исполняя требования Правил-95 по контролю утечки и желая получить законные деньги за эту утечку, оказалась финансово наказана трижды:

• * никакой положительной утечки Мут = (М1 – М2) – Мгвс эти теплосчетчики в целом не измерили и, потребители, соответственно, ничего не заплатили ни за нормативную утечку, ни за утечку фактическую (если таковая, конечно, имела место);
• * количество отобранного в системах ГВС теплоносителя и, соответственно, тепловой энергии, израсходованной в системах ГВС потребителей, оказалось занижено на 14% (в системах ГВС израсходовано 16 906 т горячей воды, а оплачено по разности масс dM = М1 – М2 только 14 541 т);
• * теплосчетчики, выполняя измерения по формуле (4), уменьшили измеренную тепловую энергию отопления на величину, равную тепловому эквиваленту 2 368 тонн измеренной отрицательной утечки.

Наблюдения за работой множества коммерческих узлов учета, установленных в С.-Петербурге, Москве и других российских городах, дают все основания утверждать, что никогда измерения разности масс dM = M1 – M2 не могут быть выполнены с точностью, сколь-нибудь приемлемой для коммерческих расчетов. И даже в тех редких случаях, когда расходомеры М1 и М2 действительно обладают высокой фактической точностью, результаты измерения разности масс М1 – М2 всегда оказываются настолько не точны, что говорить о выполнении «коммерческих» измерений просто не приходится.

Учитывая особую значимость для будущих Правил проблемы измерения разности масс на выводах тепломагистралей и коммерческих сечениях в точках перепродажи теплоэнергии и теплоносителя, приведем пример тому, как при наличии в узле учета высокоточных расходомеров М1 и М2 результаты измерений dM = M1 – M2 = Мгвс + Мут оказываются крайне неудовлетворительными.

Рис. 1. Изменение во времени измеренных часовых масс М1 и М2 и их разности dM = M1 – M2 на тепловом вводе потребителя

На рис. 1 показано, каким образом изменялись во времени часовые массы М1 и М2 и их разности dM = M1 – M2 на вводе Бизнес-центра, в котором осуществляется отбор теплоносителя в систему ГВС. Здесь видно, что фактическое теплопотребление в Бизнес-центре невелико: в систему отопления подается теплоноситель с расходом 1,5 – 2 т/ч, а в систему ГВС по рабочим дням в отдельные часы отбирается несколько десятков килограмм горячей воды (в некоторые дневные часы — до 70 – 100 кг за час).

Данные часового архива этого теплосчетчика свидетельствуют о том, что здесь для подсчета суммарного теплопотребления (отопление, плюс ГВС, плюс утечки) применяется формула (4), т.е. Q = Q1 – Q2 = M1 × (h1 – hхв) – M2 × (h2 – hхв).

Из рис. 1 также следует, что по выходным дням и в ночные часы у данного потребителя Мгвс = 0, следовательно, в эти периоды времени измеряемая разность масс M1 – M2 = Мут, и эта «утечка» стабильно составляет минус 4 – 6 кг за час (выполняется условие М1 < М2).

Возникает вопрос: а много это или мало с метрологической точки зрения — иметь на данном объекте по результатам измерений отрицательную утечку на уровне минус 4 – 6 кг за час?

Рис. 2. Изменение во времени относительного расхождения каналов измерений часовых масс М1 и М2 в закрытой системе

Рис. 2 свидетельствует о том, что при отсутствии потребления горячей воды в системе ГВС (т.е. в закрытой системе, когда технологически М1 = М2) измеренные часовые массы М1 отстают от М2 всего на 0,2 – 0,3% при допускаемом расхождении ± 1,56% (у данного потребителя применяются расходомеры М1 и М2 с допускаемой погрешностью ± 1%. С вероятностью Р = 0,95 при М1 = М2 (в закрытой системе) допускаемое расхождение каналов измерений М1 и М2 определяется по формуле M1 = 1,1 × (12 + 12) × 0,5 = ± 1,56% (ГОСТ 8.591-2002)). Следует признать, что здесь мы имеем дело с чрезвычайно высоким согласованием каналов измерений М1 и М2, ибо даже для т.н. согласованной пары расходомеров допускается рассогласование показаний на уровне ± 0,5%.

Вместе с тем, весьма незначительное и вполне допустимое отрицательное рассогласование пары расходомеров М1 и М2 привело к тому, что измеряемая здесь разность масс dM = M1 – M2 оказалась заниженной в среднем на 0,0046 т за каждый из 835-и часов работы узла учета, а общее занижение разности масс за рассматриваемые 835 часов работы теплосчетчика составило 835 × 0,0046 = 3,841 т.

Всего же по показаниям теплосчетчика измерено и оплачено dM = 0,235 т теплоносителя. Следовательно, результат учета теплоносителя и тепловой энергии, отбираемых в систему ГВС, оказался занижен в 3,841/0,235 = 16 раз! И это при том, что здесь мы имеем дело со сверхвысокой степенью согласования каналов измерений М1 и М2, которая в действующих узлах учета встречается чрезвычайно редко!

Причина столь крупного неуспеха в измерении разности масс высокоточными расходомерами очевидна: это требование Правил-95 «контролировать утечку» и естественное желание ТСО получить плату за возможную утечку и несанкционированный водоразбор вне системы ГВС.

Конечно же, всех этих финансовых неприятностей ТСО могла бы избежать, если бы договорилась с потребителем «немножко» отойти от требований Правил-95 «контролировать утечку» и переключила этот теплосчетчик с формулы (4), шестнадцатикратно занизившей результаты коммерческого учета, на совершенно необходимую в данном случае формулу (5)

Q = Qот + Qгвс = М2 × (h1 – h2) + Мгвс × (h1 – hхв).

Действительно, если бы учет здесь осуществлялся по формуле (5), то ТСО вполне законным образом выиграла бы (вернее, не потеряла) трижды:

* во-первых, тепло отопления было бы рассчитано не по формуле Правил-95 [Qот1 = М1 × (h1 – h2)], а по формуле Qот2 = М2 × (h1 – h2); здесь нужно вспомнить, что во многих (если не во всех) странах расходомеры теплосчетчиков всегда устанавливаются именно в обратный трубопровод, а не в подающий, т.е. подсчет теплопотребления ведется по формуле Q = M2 × (h1 – h2), но никак не по формуле Правил-95 Qи = M1 × (h1 – h2);и, коль скоро в большинстве случаев на практике М2 > M1, то и Qот2 > Qот1, что должно быть выгодным любой ТСО;

* во-вторых, простейший крыльчатый счетчик Ду15, установленный в трубопроводе ГВС и подключенный к тепловычислителю, показал бы потребление горячей воды Мгвс = 4,076 тонн с погрешностью ± 2%, а не сегодняшние dM = M1 – M2 = 0,235 тонн с грандиозной ошибкой в – 1600%;

* в-третьих, по ныне применяемой формуле (4) поставщик заплатил потребителю деньги за 3 841 кг отрицательной утечки, а мог бы получить деньги с потребителя за нормативную утечку, поскольку по формуле (5) утечка вообще не измеряется.

Представляется целесообразным при отсутствии измерений Мут оплачивать величину нормативной утечки МутН, указываемую в договоре теплоснабжения и рассчитываемую в соответствии со СНиП 2.04.07-86. Указанные СНиП (см. изменение №1) устанавливают размер МутН на уровне 7,5 л/ч на каждый м3 объема сетей и внутренних систем, принадлежащих потребителю.

В этой связи представляется чрезвычайно важным и необходимым, чтобы новые Правила содержали указания на практическое применение формулы (5) в узлах коммерческого учета с обязательной оплатой потребителями нормативной утечки.

Известно, что в открытых системах теплоснабжения наибольшее количество горячей воды потребляют жилые дома — по статистике в жилых домах С.-Петербурга из каждых 100 т теплоносителя, поступившего в дом по подающему трубопроводу, в системах ГВС расходуется 10 – 20 т теплоносителя, т.е. относительный водоразбор составляет 10 – 20% от М1.

Рис. 3. Изменение во времени измеренных часовых масс М1 и М2 и их разности dM = M1 – M2 на тепловом вводе жилого дом

Этот полезный (предусмотренный договором теплоснабжения) водоразбор можно измерить двояко: непосредственно счетчиком горячей воды Мгвс с погрешностью ± (1 – 2)% и косвенным образом, как разность масс dM = M1 – M2. С какой точностью будет измеряться разность масс dM, если для измерения масс М1 и М2 применить счетчики с допускаемой погрешностью, равной, например, ± 2%?

На рис. 3 показано, каким образом изменялись измеренные часовые массы (среднечасовые расходы) М1 и М2 и их разности dM = M1 – M2 на тепловом вводе ЖСК-283 в марте-апреле 2005 г., а на рис. 4 приведена зависимость допускаемой относительной погрешности измерения разности масс М1 – М2 от времени суток.

Рис. 4. Изменение допускаемой погрешности измерения разности часовых масс М1 и М2 от величины dM = M1 – M2

Рис. 4 убедительно свидетельствует о том, что даже при наличии в жилом доме сравнительно большого отбора теплоносителя в систему ГВС точность измерений разности масс М1 – М2 весьма невысока: максимальные (вечерние) часовые объемы потребления горячей воды здесь измерены с погрешностью 12 – 40%, утренние и дневные разности масс измеряются с погрешностью 12 – 50%, а допускаемая погрешность незначительных (ночных) величин dM = M1 – M2 составляет сотни процентов (см. также рис. 5 и 6).

Расчеты показывают, что в данном случае даже при наличии довольно значительного среднего относительного водоразбора (11,6% от М1) средневзвешенная допускаемая погрешность измерения разности масс (dM = M1 – M2 = 2 054 т) составила ± 33%. Конечно же, погрешность коммерческого учета в ± 33% не может считаться приемлемой ни для потребителя, ни для поставщика.

Рис. 5. Изменение допускаемой погрешности измерения разности часовых масс dM = M1 – M2 с течением времени

Рис. 6. Зависимость допускаемой погрешности измерения разности часовых масс от dM = M1 – M2

Эту погрешность можно без труда уменьшить в 16,5-33 раза (с 33% до 1 – 2%), применив в данном узле учета для подсчета теплопотребления формулу (5) вместо формулы (4) и отказавшись от попытки измерять возможную утечку теплоносителя.

Поэтому очень важно, чтобы новые «Правила учета тепловой энергии» обратили внимание на проблему крайне низкой точности измерения разности масс на тепловых вводах потребителей и «узаконили» формулу (5) для коммерческих узлов учета теплопотребления.