О ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ. И НЕ ТОЛЬКО

Н. И. Гущин, главный инженер ООО «ПромСервис-У», г. Ульяновск

Учет тепла и теплоносителя в открытых системах отопления у потребителя. Вопрос, навязший на зубах у многих, от поставщика до потребителя, и у всех кто рядом с ними. И копий сломано немало, и предложений и мнений по «правильности» учета немеряно.

Проблема, как она мне видится.

Теоретический экскурс и определение терминов. Без «Правил-95» [1] никуда. Количество тепловой энергии (при зависимом присоединении) определяется в [1] по формуле:

(1)        Q = (G1×(h1-h2) + (Gут+Gгвс)×(h2-hхв))×10-3 + Qпот

Если принять, Gут=G1 –( G2+ Gгвс) то, (1) преобразуется в:

(2)        Q = (G1×(h1-h2) + (G1-G2)×(h2-hхв))×10-3 + Qпот —

все в рамках алгебры, причем школьной.

Посмотрим, что еще есть по этой теме. Нашел. Интересно. Всего лишь Рекомендация [2].

В [2] формула потребленного тепла (тепловой энергии) у потребителя определена как:

(3)        Q = G2Õ(h1-h2) + (G1-G2)×(h1-hk) + (G1-G2)×(hк-hхв),

где hk — промежуточная энтальпия холодной воды. Впрочем, если читатель прочитал все это и хочет читать дальше, то все остальные обозначения и сокращения ему знакомы и понятны. Отсутствие множителя 10-3 объясняется измерением энтальпии в Дж/кг. Условно назовем (только для внутреннего пользования, в рамках данной статьи) формулу (3) формулой энергии относительно М2, формулу (2) формулой относительно М1.

Забыта в формуле (3) составляющая по договорным потерям. Примем допущение, что формула (3) определяет измеренную величину тепловой энергии. Тогда внесение в данную формулу слагаемого рассчитываемого «вручную» не совсем логично. Хотя с наличием этого слагаемого я согласен. В дальнейших рассуждениях составляющую договорных потерь Qпот в (2) выведем за скобки. Они (потери) имеют место быть, и как их определять и учитывать оставим на рассмотрение «теоретикам».

Читаем [2] дальше. Интересное соотношение:

(4)        (G1-G2)/G1 >= 2%

При невыполнении этого соотношения систему теплоснабжения относят к закрытой. Назовем соотношение (4) критерием «закрытости» системы для двупоточного теплосчетчика. С остальными выводами в [2] согласимся и примем их.

Лирическое отступление. О критерии «закрытости» системы. Откуда 2%? Как я понимаю, из пункта № 5.2.4 «Правил-95». Но там говорится об относительной погрешности водосчетчика (расходомера), критерий допустимости применения конкретного типа водосчетчика (расходомера). Одного расходомера, а не двух и более. По моему мнению, критерий «закрытости» системы должен иметь следующий вид:

|2(G1-G2)/(G1+G2)| <= 2|δ|,

где δ — метрологический класс используемых расходомеров. Можно и больше и дальше, вспомнить о коэффициенте Стьюдента, о достоверности в 95% - 99%, и многом другом. Короче, это — «замануха» для господ «теоретиков». Как развеете наши сомнения, так и будет. Ясно, что критерий «закрытости» системы должен быть.

Немного физики, а то все алгебра, да алгебра (к арифметике придем чуть позже). Как мне кажется, что применение формулы (3) при расчете потребленной тепловой энергии в открытых системах более правильно. Составляющая, соответствующая закрытой системе, рассчитанная относительно G2 выглядит логичнее, чем расчет относительно G1. Предложения некоторых, считать тепловую энергию относительно G2, из-за того, что она «больше» отбросим, это «горе от ума», даже школьная физика говорит, более холодная вода тяжелее и т.д. и т. п.. Логичнее и правильнее при взгляде со стороны собственно физики процесса. Особенно при принятии следующего разложения G1 = G2 + Gгвс, (да…, и в физике без алгебры никуда). Составляющая G2 — это тот теплоноситель, который протекает по «полотенцесушителям» и собственно трубопроводам и несет составляющую «тепла», соответствующей закрытой системе (мне так видится). Составляющая Gгвс, это то что надо «догреть» на источнике энергии от холодной воды. К аналогичным выводам (о разложении на предложенные составляющие) пришли и авторы [3], причем рассматривая вопрос учета потребленной энергии открытых систем отопления совершенно с другой стороны.

Еще один регламентирующий документ [4]. Документ, определяющий «количество тепловой энергии в горячей воде, ..., определяется как произведение весового количества воды на ее теплоемкость и разность температур горячей — подающей и исходной воды, температура последней принимается среднемесячная». С учетом процитированных [2] и [4] формула (3) выглядит предпочтительней и правильней. Хотя по не проверенной информации [4] отменеы и на его замену «новомодного» регламента не пока не вышло. Надеюсь, что в новом регламенте все хорошее из [4] будет сохранено, и новый регламент не будет просто идентичен чему-то из «единой Европы».

Лирическое отступление – 2. «Догрев» на источнике от температуры холодной воды это очень дебатируемый «теоретиками» вопрос, и как мне кажется, эти дебаты проходят в режиме: «вагонные споры — последнее дело, и каши из них не сварить» [5]. Да и все дебаты по новым «Правилам…» (или РЕГЛАМЕНТУ) идут в этом же режиме. «Спорить» нужно не о том, что «плохо» в «Правилах-95», а как привести эти, постоянно ругаемые за рюмкой «чая», «Правила…» в хорошо работающий документ по УЧЕТУ.

Скажите господину Чубайсу, что «догрев» от холодной воды надо убрать из учета. Порадуйте Анатолия Борисовича, что ему «дарится» природная энергия.

Вернемся. Продолжим. Теперь к арифметике. Обещали вам арифметику, получите.

Имеем много жилых домов с четырех трубной системой отопления. Две трубы это Т1 и Т2, две других Т3 и Т4. (это не температуры, это технологическое обозначения трубопроводов). Закрытая схема отопления и ГВС с циркуляцией. Закрытую систему отопления забываем, на время. Далее разговор только о системе ГВС (открытая водяная система теплоснабжения). Состав теплосчетчиков этих узлов учета одинаков. Вычислитель ВКТ-07 (ЗАО «Теплоком»), расходомеры ЭМИР-ПРАМЕР 550 (ЗАО «ПромСервис») на каждом трубопроводе и, конечно же, термосопротивления, на некоторых домах есть еще и датчики давления. «Калибр» расходомеров на конкретном узле учета на Т3 и Т4 разный. Разница «калибров» в один, а то и в два Dy.

«Боевое» программирование теплосчетчика. Рассматриваем только ввод на учет ГВС. Запрограммирована следующая формула расчета тепловой энергии:

(5)        Qот = М1×(h1-h2) + Mг×(h2-hх).

Отдельным столбцом в архивы «пишется» Qгвс = Mг×(h2-hх), второе слагаемое (5), входящее в Qот, здесь Mг = М1-М2. Все в строгом соответствии с «Правилами-95», «и скажите, что это не мальчик». Договорная температура холодной воды = 0°С, запрограммировано как раз для удобства расчета работниками теплоснабжающей организации третьего слагаемого формулы (3). В примечаниях ТО ВКТ-7 [6] написано, при условии равенства М1 и М2, формула (5) тождественна М2×(h1-h2) + Mг×(h1-hх), да где взять-то равенство М1 и М2 в открытой системе. Все обозначения в этом абзаце даны в редакции ТО ВКТ-7.

Наговорил, написал много, сумбурно, и как мне кажется, немного не понятно. Ответим на вопрос «Для чего и зачем?». Да просто любопытство заело. Как будут различаться показания Qот рассчитанные по (5) и по (3) без третьего слагаемого? Они должны различаться, но насколько? Алгебра алгеброй, а «реалии» жизни многообразней.

Определим алгоритм перевода «боевых» показаний теплосчетчика из (5) в (3). Попробуем так.

  1. Разделим «боевые» показания теплосчетчика на две составляющих.
    Qотопления М1 — составляющая отопления, рассчитанное по данным теплосчетчика,
    Qотопления М1 = Qпотребленное - QгвсТС,
    где Qпотребленное = Qот, рассчитанное теплосчетчиком (общее или полное), QгвсТС, рассчитанное теплосчетчиком, здесь Qотопления М1 получается рассчитанным относительно М1 в соответствии с программой теплосчетчика.
  2. Пересчитаем Qотопления М2 относительно М2 по следующему алгоритму:
    Qотопления М2 = М2×(Qотопления М1 / М1).
    Это показания уже «виртуального» теплосчетчика.
  3. Определим Qгвс = QгвсТС + (М1-М2)×Δt. Это показания тоже «виртуального» теплосчетчика. В данном расчете участвует именно разность температур, а не энтальпий, просто мне так удобно. Теплоемкость и плотность, в соответствующих размерностях, близки к единице.
  4. Затем просто наложим на показания теплосчетчика критерий «закрытости» (4) и при «условно закрытой» системе Qгвс «виртуального» теплосчетчика приравняем к нулю.

Получим две «распечатки». Имеющуюся «боевую», с разделением на составляющие QотТС и QгвсТС реального теплосчетчика, и «условную» «виртуального» теплосчетчика, пересчитанную по вышеописанному алгоритму. Затем их сравним.

«Перерасчет» произведем по данным часовых архивов теплосчетчиков, установленных на следующих жилых домах г. Ульяновска (см. таблицу 1) за период с 17.12.2007 по 24.12.2007, с понедельника по следующий понедельник включительно.

Таблица 1

Адрес Проектные значения по ГВС Кол-во проживающих Примечание
Гкал/час Цирк.расход, т/час Ду расходомеров Т3/Т4
ул.Заречная, 2 2,833 9,44 100/80 2205 Кустовой узел учета на 5 жилых домов
пр.Заводской, 29 1,077 3,59 50/32 1020 9 этажей, 10 подъездов
ул.Краснопро­летар­ская, 13а 0,503 1,68 40/25 380 9 этажей, 4 подъезда
ул.Металлистов, 21 0,338 1,12 32/25 191 5 этажей, 4 подъезда

Примечание. Циркуляционный расход по трубопроводу Т4 рассчитан, как 20% от максимального разрешенного значения водоразбора ГВС.

Да, арифметики оказалось много, очень много. Но личное любопытство и не такие «горы сворачивало», люди на Эверест лазят. Выберем «ночку потемнее, да подождливее». Термос заряжен кофе, в «ушах» глубокоуважаемые Ritchie Blackmore и Jimmi Page, да и EXCEL в помощники подтянут. Попрыгали!!! Вперед, на расчеты!

Посчитал. Сложил, отнял, разделил и опять сложил, что-то получилось. Напомним, Qтеплосчетчик — показания «боевого» теплосчетчика, Qрасчет — показания «виртуального» теплосчетчика.

Результаты расчетов сведены в таблицы 2. Колонка % получена по следующей формуле % =100×(Qрасчет - Qтеплосчетчик) / Qтеплосчетчик. Почему % рассчитан относительно Qтеплосчетчик? — хотелось увидеть возможный «обвес поневоле».

Таблица 2.1 — ул.Заречная, 2

  Теплосчетчик Расчет Отклонение, %
Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп
17.12.07 14,737 9,978 4,760 14,733 11,502 3,231 -0,030 15,270 -32,120
18.12.07 14,968 10,317 4,651 14,962 11,849 3,113 -0,040 14,850 -33,070
19.12.07 14,719 10,010 4,709 14,715 11,548 3,167 -0,027 15,360 -32,750
20.12.07 14,813 10,131 4,682 14,809 11,687 3,112 -0,027 15,360 -33,320
21.12.07 14,121 9,590 4,531 14,113 11,043 3,070 -0,058 15,150 -32,260
22.12.07 16,911 11,954 4,957 16,906 13,728 3,178 -0,022 14,500 -36,900
23.12.07 18,267 13,105 5,162 18,263 15,005 3,258 -0,022 14,498 -36,890
24.12.07 14,737 10,255 4,482 14,730 11,805 2,925 -0,048 15,115 -34,740
Итого 123,270 85,340 37,934 123,230 98,167 25,064 -0,036 15,056 -33,880

Таблица 2.2 — пр.Заводской, 29

  Теплосчетчик Расчет Отклонение, %
Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп
17.12.07 8,457 6,129 2,328 8,455 7,113 1,342 -0,024 16,055 -42,354
18.12.07 8,352 5,812 2,540 8,348 6,721 1,627 -0,048 15,640 -35,945
19.12.07 7,952 5,391 2,561 7,949 6,256 1,694 -0,038 16,045 -33,854
20.12.07 7,869 5,382 2,487 7,866 6,273 1,593 -0,038 16,555 -35,947
21.12.07 7,724 5,491 2,233 7,720 6,374 1,346 -0,052 16,081 -39,722
22.12.07 9,283 6,703 2,580 9,279 7,705 1,574 -0,043 14,949 -38,992
23.12.07 9,041 6,755 2,650 9,408 7,767 1,640 0,032 14,981 -38,113
24.12.07 8,067 5,503 2,564 8,062 6,351 1,711 -0,062 15,410 -33,268
Итого 67,109 47,166 19,943 67,087 54,560 12,527 -0,034 15,714 -37,274

Таблица 2.3 — ул.Краснопролетарская, 13а

  Теплосчетчик Расчет Отклонение, %
Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп
17.12.07 3,744 2,019 1,725 3,742 2,494 1,248 -0,053 23,530 -27,650
18.12.07 3,325 1,829 1,496 3,325 2,303 1,022 0 25,920 -31,680
19.12.07 3,382 1,878 1,504 3,383 2,392 0,099 0,029 27,370 -34,109
20.12.07 3,526 1,880 1,646 3,524 2,387 1,137 -0,060 26,970 -30,920
21.12.07 3,446 1,829 1,617 3,446 2,436 1,010 0,000 33,190 -37,540
22.12.07 3,723 2,137 1,586 3,723 2,843 0,880 0,000 33,040 -44,520
23.12.07 3,815 2,122 1,693 3,814 2,860 0,954 -0,030 34,780 -43,650
24.12.07 3,738 1,844 1,894 3,736 2,578 1,158 -0,053 39,810 -38,860
Итого 28,699 15,538 13,161 28,693 20,293 8,400 -0,020 30,570 -36,120

Таблица 2.4 — ул.Металлистов, 21

  Теплосчетчик Расчет Отклонение, %
Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп
17.12.07 1,602 0,950 0,652 1,600 1,114 0,485 -0,125 17,263 -25,460
18.12.07 1,836 1,061 0,775 1,832 1,239 0,593 -0,218 16,770 -23,484
19.12.07 1,592 0,844 0,748 1,588 0,984 0,603 -0,251 16,580 -19,380
20.12.07 1,608 0,855 0,753 1,603 0,997 0,607 -0,311 16,608 -19,380
21.12.07 1,474 0,846 0,628 1,476 0,993 0,483 0,136 17,376 -23,080
22.12.07 1,980 1,220 0,760 1,973 1,410 0,563 -0,354 15,574 -25,920
23.12.07 2,083 1,304 0,779 2,085 1,515 0,570 0,096 16,181 -26,830
24.12.07 1,674 0,927 0,747 1,705 1,114 0,591 1,852 20,173 -20,880
Итого 13,849 8,007 5,842 13,862 9,366 4,496 0,100 17,067 -23,060

А вот итоговые результаты расчетов сведем в таблицу 3 и попробуем их проанализировать.

Таблица 3

  Теплосчетчик Расчет Отклонение, %
Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп Qпотр Qгвс Qотоп
ул.Заречная, 2 123,27 85,340 37,934 123,230 98,000 3,231 -0,036 15,056 -33,880
пр.Заводской, 29 67,109 47,166 19,943 67,087 54,560 12,527 -0,034 15,714 -37,274
ул.Краснопро­летарская, 13а 28,699 15,538 13,161 28,693 20,293 8,400 -0,020 30,570 -36,120
ул.Металлистов, 21 13,849 8,007 5,842 13,862 9,366 4,496 0,100 17,067 -23,060

Да…!? Результаты ожидались несколько другие. Да и вывод был заранее приготовлен: «Слов, что поставщик тепла опять «обвешивает» за счет своего монополизма, не дождетесь. «Не стреляйте в пианиста, он играет…» строго в рамках действующего правового поля». Правового поля, которое разорвано на «несшитые» кусочки.

Но неожидаемый результат еще интереснее, тем и интересен, что заставляет задуматься, а почему же именно так?

Дальше размышления и выводы.

Критерий «закрытости» не помог сэкономить. Жизнь в жилых домах протекает круглосуточно. Как он может повлиять на учет на объектах «бюджетной» сферы проверим в другом месте.

Промежуточный вывод. Тождественность формул (3) и (5) будем считать доказанной, даже для открытой системы. Незначительные расхождения в значениях общей потребленной энергии (таблица 3), спишем на ошибки числовых методов и округлений. Следовательно вычислители в открытых тепловых системах можно «программировать» на расчет потребленной энергии относительно М2, при условии принятия разложения G1 = G2 + Gгвс.

Теперь попробуем обосновать необходимость учета потребленной тепловой энергии в открытых тепловых системах относительно М2.

Лирическое отступление – 3. Для чего ставят УЧЕТ? Чтобы считать. Умные люди идут дальше. Они пытаются еще и оптимизировать свое теплопотребление и, следовательно свои финансовые затраты, не уменьшить, а именно ОПТИМИЗИРОВАТЬ. С такими заказчиками приятно работать, да сложнее, но действительно приятно. Твой труд им нужен. Деловые взаимоотношения переходят в товарищеские, «спокойная мужская дружба возникает после драки».

Разложение общей потребленной тепловой энергии на две составляющие Qотопления и Qгвс при расчете по формуле (3), по моему мнению, (с физикой трудно спорить, да еще подкрепленной арифметикой) именно поможет оптимизировать теплопотребление.

Попробуем объяснить. Составляющая Qгвс, ее величина определяется потреблением объема воды, и на ее величину можно «влиять» качеством и исправностью запорной арматуры и трубопроводов. При расчете потребленной тепловой энергии относительно М2 она наиболее весомое слагаемое. При надлежащей температуре ГВС (не менее 55°С в точке разбора) объем потребленной воды будет также меньше.

Составляющая Qотопления, ее величина определяется режимными мероприятиями, определенными в соответствующих параграфах [4], по нему все-таки пытаются работать. Оптимизировать эту составляющую можно снижением циркуляционного расхода, соблюдением температурного графика со стороны поставщика и наладкой внутренней системы ГВС потребителем. Теперь о колонке «циркуляционный расход» в таблице 1, это теоретический минимум, а может быть и максимум расхода по трубопроводу Т4, в «боевых» распечатках реальный расход по Т4 в полтора, два раза превышает расчетный. Есть что снижать.

Вывод 1. Учет по формулам относительно и М1 и М2 в денежном выражении получается одинаков. Распечатки вычислителя при расчете потребленной энергии по формуле относительно М2, просто дадут эксплуатации возможность контролировать и оптимизировать свое теплопотребление по соответствующим составляющим. По распечаткам относительно М1 составляющие потребленной энергии по отоплению и ГВС «размыты» между собой, и для анализа потребления требуют дополнительных «ручных» расчетов.

Теперь о «реалиях» жизни. Со слов представителей эксплуатации теплосчетчика (в терминах [1] — абонент), они оптимизируют циркуляционный расход по Т4, но снижать его дальше они не могут, качество «услуги» (это о температуре ГВС в точке разбора) должно быть обеспечено, а температура по Т3 на границе раздела, немного не достигает требуемых 60°С. За качество товара отвечают «энергетики», за качество услуги «управленцы ЖКХ».

«Энергетики» не могут, а «жкховцы» не хотят? Или наоборот? «Революционная ситуация»!? Можно сказать, в соответствии с [7], показания теплосчетчика могут использоваться для контроля качества тепловой энергии и режимов теплоснабжения и теплопотребления. Повод пойти в суд (незапрещенный, цивилизованный способ разрешения споров)? А стоит ли? В любой войне потери несут обе стороны.

Вывод 2 (и, наверное, он главный). «Революционную ситуацию» надо «разруливать». Нужно «разруливать» созданием «сшитого» правового поля. Поля, на котором все участники выполняют все взаимные обязанности, включая режимно-технологические. Переводя «революционную ситуацию» в конструктивный антагонизм и плодотворный симбиоз. Об антагонизме и симбиозе подробнее в [8].

А как все хорошо начиналось…, просто формулы и арифметика.


P.S.  А вот выводы–то писались под Хворостовского.
Если чье-то любопытство выйдет за рамки вышеизложенного, обращайтесь по e-mail: psu@simbir.ru. «Исходники» пришлю, на вопросы попробую ответить.

P.S.-2. Отдельное спасибо за моральную и консультационную поддержку в написании этой «эпистолы» уважаемым автором женщинам:
Ермаковой Любови Алексеевне — Гос.поверитель УЦСиМ.
Сидоровой Людмиле Юрьевне — начальник режимно-наладочной службы УМУП «Городской теплосервис».


ЛИТЕРАТУРА

  1. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. Главгосэнергонадзор, М.: Издательство МЭИ, 1995 г.
  2. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Тепловая энергия открытых водяных систем теплоснабжения, полученная потребителем. Методика выполнения измерений. МИ 2537-2000
  3. М. Н. Бурдунин, А. А. Варгин. Оценка пределов допускаемой погрешности канала тепловой энергии теплосчетчиков для открытых водяных систем теплоснабжения. Материалы 26й международной научно-практической конференции. г. Санкт-Петербург. 2007 г.
  4. Правила пользования тепловой энергией. Приложение №2 к Приказу Министерства энергетики и электрификации СССР от 6 декабря 1981 г. №310
  5. А. Макаревич. Разговор в поезде. CD Машина времени «Реки и мосты» 1998 г.
  6. ВЫЧИСЛИТЕЛЬ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ ВКТ-7. Руководство по эксплуатации РБЯК. 400880.036 РЭ
  7. РЕКОМЕНДАЦИИ по организации учета тепловой энергии и теплоносителей на предприятиях, в учреждениях и организациях жилищно-комунального хозяйства и бюджетной сферы. МДС 41-5.2000. Утверждены приказом Госстроя России от 11.10.99 №73
  8. Н. И. Гущин. Взгляд из окопа. www.teplopunkt.ru
Яндекс цитирования