QR-kód firmy
Odborné články a príspevky
Technické a legislatívne špecifiká merania chladu
Ing. Gustáv Kebísek, Nobius Metering, s.r.o., Nitra
15. ročník konferencie s medzinárodnou účasťou "Meranie a rozpočítanie tepla 2015", 12. a 13. 11. 2015, Senec
1. Úvod
Meniace sa klimatické podmienky a tiež rastúce požiadavky na komfort v obytných, obchodných a výrobných priestoroch prinášajú aj v Európe rastúci dopyt po chladiacej energii. Nakoľko je táto energia veľmi drahá, je samozrejmý rastúci dopyt po presných a spoľahlivých „meračoch energie pre chlad“. Úmyselne som použil toto slovné spojenie, aby som zdôraznil slovo energia. Pretože merače energie pre chlad a pre teplo sú fyzikálne rovnaké (až na niektoré detaily o ktorých sa zmienim neskôr). V kúrenárskych systémoch sa teplo do objektu dodáva, v chladiarenských systémoch sa teplo odoberá. Prečo teda jednoducho nepoužiť na meranie chladu merače tepla?
2. Princíp merania tepla a chladu
Meranie spotreby tepla a chladu sa uskutočňuje prostredníctvom meračov, ktoré sa skladajú z troch komponentov:
Obr. 1 Princíp merania tepla
E1 = (T1 – T2) x K x V
E1 - tepelná energia
T1 - teplota na vstupe do objektu
T2 - teplota na výstupe z objektu
V - objem horúcej vody pretečenej potrubím
K – konšt. pre korekciu hustoty a teplotného koeficientu
Obr. 2 Princíp merania chladu
E3 = (T2 – T1) x K x V
E3 - chladiaca energia
T1 - teplota na vstupe do objektu
T2 - teplota na výstupe z objektu
V - objem chladiacej vody pretečenej potrubím
K – konšt. pre korekciu hustoty a teplotného koeficientu
Kalorimetrické počítadlo integruje údaje z prietokomera o pretečenom objeme média (najčastejšie vo forme impulzov) a údaje o teplote média na vstupe a na výstupe z objektu z odporových snímačov teploty. Z týchto údajov počíta hodnotu spotrebovanej tepelnej, resp. chladiacej energie.
3. Technické špecifiká merania chladu
Ako je zrejmé z predchádzajúcej časti, jediný rozdiel medzi meraním tepla a chladu je v teplotách. Kým u meračov tepla je teplota na vstupe do objektu T1 vyššia ako výstupná teplota T2, u meračov chladu je to naopak. Algoritmus výpočtu rozdielu teplôt ΔT je takisto obrátený, aby výsledná hodnota energie bola pozitívna. Hardvérové komponenty meračov tepla a meračov chladu sú však v zásade rovnaké.
Teplota vody v chladiarenských inštaláciách sa pohybuje v rozsahu +2°C až + 50°C. Z toho vyplývajú niektoré odlišnosti v inštalácii meračov chladu. Nakoľko ΔT je obvykle nižšie ako pri meraní tepla, množstvo cirkulujúcej vody musí byť väčšie, na čo treba brať ohľad pri dimenzovaní prietokomernej časti merača. Veľký dôraz treba klásť na správnu voľbu materiálu a technológie izolácie. Vzdušná vlhkosť, ktorá kondenzuje na chladných stenách komponentov systému môže spôsobiť vážne problémy.
Ak je to možné, odporúča sa umiestnenie kalorimetrického počítadla na stenu vyššie ako prietokomerná časť. Aj keď sú dosky plošných spojov obvykle zaliate do silikónového gélu, je dôležité, aby stekajúca voda nemohla vniknúť do elektronických častí merača.
Niektoré merače môžu byť použité v jednom systéme súčasne ako merače tepla aj merače chladu. V tomto prípade sa pri kladnom rozdiele teplôt (T1˃T2) zaznamenáva vypočítaná tepelná energia do hlavného registra. Keď sa rozdiel teplôt zmení na záporný (T2˃T1), merač začína počítať chladiacu energiu a hodnoty zaznamenáva do samostatného registra chladu. Schválenie typu MID sa týka len merania tepla.
Obr. 4: Kombinované meranie tepla a chladu
4. Legislatívne špecifiká merania chladu
Na merania súvisiace s platbami musia byť použité určené meradlá. Sú to meradlá určené na metrologickú kontrolu alebo na posúdenie zhody podľa Zákona č. 264/1999 o posudzovaní zhody v znení neskorších predpisov a Nariadenia vlády č. 294/2005 o meradlách. Tieto meradlá umožňujú meranie spotreby studenej a teplej vody, plynu elektrickej energie, tepla a iných veličín vo fyzikálnych jednotkách (m3, kWh, MWh...) Definícia určených meradiel, spôsob metrologickej kontroly, metrologický dozor a ďalšie ustanovenia sú dané Zákonom č.142/2000 o metrológii v znení neskorších predpisov.
Aj keď sú merače chladu technicky takmer identické ako merače tepla, nie sú uvedené v Prílohe č.1 Vyhlášky č. 210/2000 a preto nie sú určenými meradlami a nemôžeme hovoriť ani o overovaní meračov chladu.
V súčasnosti sa u nás tento nedostatok supluje tak, že sa v laboratóriu výrobcu vykonáva kalibrácia podobne ako u meračov tepla a vystaví sa protokol o kalibrácii. Interval následnej kalibrácie si určuje užívateľ. Spôsob merania a interval kalibrácie by mal byť zakotvený v zmluve o dodávke chladu.
Takýto stav je pre všetky zúčastnené strany (výrobcovia, dodávatelia a odberatelia chladu, dodávatelia meračov...) nevyhovujúci. Nedostatočné, resp. žiadne zadefinovanie pravidiel vnáša do systému zmätok a neistotu. Z toho vyplývajú formálne i technické chyby pri návrhu, ale najmä pri inštalácii meračov chladu. Nehovoriac o komplikáciách v zmluvných vzťahoch.
Smernica Európskej únie MID 2004/22/EC sa snaží harmonizovať viaceré aspekty legálnej metrológie vo všetkých štátoch EÚ. Jej hlavným princípom je, aby všetky druhy meračov so schválením MID mohli byť použité vo všetkých krajinách v celej EÚ.
MID pokrýva nasledovné meracie prístroje:
5. Záver
Viaceré hore uvedené štáty ale aj ostatné štáty Európskej únie pracujú na implementovaní národných právnych predpisov týkajúcich sa merania chladu do nadchádzajúcej zmeny MID. Základom pre to je Smernica 2014/32/EU Európskeho parlamentu a Rady z 26.februára 2014 o harmonizácii zákonných predpisov členských štátov týkajúcich sa sprístupnenia trhu meracích prístrojov. Toto by malo umožniť akceptovanie národných predpisov za hranicami štátov v rámci EÚ. Implementácia merania chladu do MID sa očakáva v priebehu nasledujúcich dvoch až troch rokov.
Meniace sa klimatické podmienky a tiež rastúce požiadavky na komfort v obytných, obchodných a výrobných priestoroch prinášajú aj v Európe rastúci dopyt po chladiacej energii. Nakoľko je táto energia veľmi drahá, je samozrejmý rastúci dopyt po presných a spoľahlivých „meračoch energie pre chlad“. Úmyselne som použil toto slovné spojenie, aby som zdôraznil slovo energia. Pretože merače energie pre chlad a pre teplo sú fyzikálne rovnaké (až na niektoré detaily o ktorých sa zmienim neskôr). V kúrenárskych systémoch sa teplo do objektu dodáva, v chladiarenských systémoch sa teplo odoberá. Prečo teda jednoducho nepoužiť na meranie chladu merače tepla?
2. Princíp merania tepla a chladu
Meranie spotreby tepla a chladu sa uskutočňuje prostredníctvom meračov, ktoré sa skladajú z troch komponentov:
- prietokomer (mechanický, ultrazvukový, indukčný, fluidikový...)
- snímače teploty (Pt500, Pt100...)
- kalorimetrické počítadlo (split verzia, verzia kompakt)
Obr. 1 Princíp merania tepla
E1 = (T1 – T2) x K x V
E1 - tepelná energia
T1 - teplota na vstupe do objektu
T2 - teplota na výstupe z objektu
V - objem horúcej vody pretečenej potrubím
K – konšt. pre korekciu hustoty a teplotného koeficientu
Obr. 2 Princíp merania chladu
E3 = (T2 – T1) x K x V
E3 - chladiaca energia
T1 - teplota na vstupe do objektu
T2 - teplota na výstupe z objektu
V - objem chladiacej vody pretečenej potrubím
K – konšt. pre korekciu hustoty a teplotného koeficientu
Kalorimetrické počítadlo integruje údaje z prietokomera o pretečenom objeme média (najčastejšie vo forme impulzov) a údaje o teplote média na vstupe a na výstupe z objektu z odporových snímačov teploty. Z týchto údajov počíta hodnotu spotrebovanej tepelnej, resp. chladiacej energie.
3. Technické špecifiká merania chladu
Ako je zrejmé z predchádzajúcej časti, jediný rozdiel medzi meraním tepla a chladu je v teplotách. Kým u meračov tepla je teplota na vstupe do objektu T1 vyššia ako výstupná teplota T2, u meračov chladu je to naopak. Algoritmus výpočtu rozdielu teplôt ΔT je takisto obrátený, aby výsledná hodnota energie bola pozitívna. Hardvérové komponenty meračov tepla a meračov chladu sú však v zásade rovnaké.
Teplota vody v chladiarenských inštaláciách sa pohybuje v rozsahu +2°C až + 50°C. Z toho vyplývajú niektoré odlišnosti v inštalácii meračov chladu. Nakoľko ΔT je obvykle nižšie ako pri meraní tepla, množstvo cirkulujúcej vody musí byť väčšie, na čo treba brať ohľad pri dimenzovaní prietokomernej časti merača. Veľký dôraz treba klásť na správnu voľbu materiálu a technológie izolácie. Vzdušná vlhkosť, ktorá kondenzuje na chladných stenách komponentov systému môže spôsobiť vážne problémy.
Ak je to možné, odporúča sa umiestnenie kalorimetrického počítadla na stenu vyššie ako prietokomerná časť. Aj keď sú dosky plošných spojov obvykle zaliate do silikónového gélu, je dôležité, aby stekajúca voda nemohla vniknúť do elektronických častí merača.
Obr. 3: Príklad inštalácie kalorimetrického počítadla merača chladu
Niektoré merače môžu byť použité v jednom systéme súčasne ako merače tepla aj merače chladu. V tomto prípade sa pri kladnom rozdiele teplôt (T1˃T2) zaznamenáva vypočítaná tepelná energia do hlavného registra. Keď sa rozdiel teplôt zmení na záporný (T2˃T1), merač začína počítať chladiacu energiu a hodnoty zaznamenáva do samostatného registra chladu. Schválenie typu MID sa týka len merania tepla.
Obr. 4: Kombinované meranie tepla a chladu
4. Legislatívne špecifiká merania chladu
Na merania súvisiace s platbami musia byť použité určené meradlá. Sú to meradlá určené na metrologickú kontrolu alebo na posúdenie zhody podľa Zákona č. 264/1999 o posudzovaní zhody v znení neskorších predpisov a Nariadenia vlády č. 294/2005 o meradlách. Tieto meradlá umožňujú meranie spotreby studenej a teplej vody, plynu elektrickej energie, tepla a iných veličín vo fyzikálnych jednotkách (m3, kWh, MWh...) Definícia určených meradiel, spôsob metrologickej kontroly, metrologický dozor a ďalšie ustanovenia sú dané Zákonom č.142/2000 o metrológii v znení neskorších predpisov.
Aj keď sú merače chladu technicky takmer identické ako merače tepla, nie sú uvedené v Prílohe č.1 Vyhlášky č. 210/2000 a preto nie sú určenými meradlami a nemôžeme hovoriť ani o overovaní meračov chladu.
V súčasnosti sa u nás tento nedostatok supluje tak, že sa v laboratóriu výrobcu vykonáva kalibrácia podobne ako u meračov tepla a vystaví sa protokol o kalibrácii. Interval následnej kalibrácie si určuje užívateľ. Spôsob merania a interval kalibrácie by mal byť zakotvený v zmluve o dodávke chladu.
Takýto stav je pre všetky zúčastnené strany (výrobcovia, dodávatelia a odberatelia chladu, dodávatelia meračov...) nevyhovujúci. Nedostatočné, resp. žiadne zadefinovanie pravidiel vnáša do systému zmätok a neistotu. Z toho vyplývajú formálne i technické chyby pri návrhu, ale najmä pri inštalácii meračov chladu. Nehovoriac o komplikáciách v zmluvných vzťahoch.
Smernica Európskej únie MID 2004/22/EC sa snaží harmonizovať viaceré aspekty legálnej metrológie vo všetkých štátoch EÚ. Jej hlavným princípom je, aby všetky druhy meračov so schválením MID mohli byť použité vo všetkých krajinách v celej EÚ.
MID pokrýva nasledovné meracie prístroje:
- Vodomery (MI-001)
- Plynomery a prepočítavače objemu (MI-002)
- Elektromery (MI-003)
- Merače tepla (MI004)
- Meracie zostavy pre kontinuálne a dynamické meranie kvapalín iných ako voda (MI-005)
- Váhy s automatickou činnosťou (MI-006)
- Taxametre (MI-007)
- Materializované miery (MI-008)
- Meradlá rozmerov (MI-009)
- Analyzátory výfukových plynov (MI010)
- Nemecko (1998, aktualizácie 2006 a 2010 – PTB K7.2)
- Rakúsko (2014)
- Francúzsko
- Švajčiarsko (2015)
- Dánsko (2015)
5. Záver
Viaceré hore uvedené štáty ale aj ostatné štáty Európskej únie pracujú na implementovaní národných právnych predpisov týkajúcich sa merania chladu do nadchádzajúcej zmeny MID. Základom pre to je Smernica 2014/32/EU Európskeho parlamentu a Rady z 26.februára 2014 o harmonizácii zákonných predpisov členských štátov týkajúcich sa sprístupnenia trhu meracích prístrojov. Toto by malo umožniť akceptovanie národných predpisov za hranicami štátov v rámci EÚ. Implementácia merania chladu do MID sa očakáva v priebehu nasledujúcich dvoch až troch rokov.
