QR-kód firmy
Odborné články a príspevky
Nové merače tepla – užívateľsky priateľskejšie a komunikatívnejšie
Ing. Gustáv Kebísek, Nobius Metering, s.r.o., Nitra
16. ročník konferencie s medzinárodnou účasťou, 10. a 11. november 2016, Senec
1. Úvod
Moderné ultrazvukové merače tepla v súčasnosti dosahujú vysokú úroveň dlhodobej presnosti a spoľahlivosti, čo sú základné požiadavky kladené na tieto určené meradlá. Zdalo by sa, že už nie je čo vylepšovať a nové merače sú len „kozmetickým“ vylepšením tých predchádzajúcich. Zdanie však klame. Vývoj v oblasti meračov tepla je v súčasnosti orientovaný najmä na zlepšenie technických parametrov, zjednodušenie ovládania a rozšírenie spektra komunikačných možností.
2. Technické parametre
2.1 Prietokomerná časť
Pri výbere prietokomernej časti merača tepla sú dôležité predovšetkým nasledovné parametre: tlaková strata, dynamický rozsah a životnosť.
Tlaková strata je definovaná ako rozdiel tlaku medzi dvomi bodmi potrubného systému na prepravu kvapalín. Tlaková strata sa zvyšuje v závislosti od výskytu prekážok v potrubí. Vysoká rýchlosť prúdenia má za následok väčší pokles tlaku.
Podľa EN 1434-1:2015, odst. 6.1.5: “Maximálna tlaková strata pri qp nesmie prekročiť 0,25 bar “.
Nasledujúca tabuľka ilustruje, že u „kritických“ dimenzií starších prietokomerov q p=1,5m3/h a q p=6m3/h boli tlakové straty na hranici súčasných požiadaviek. U nového merača bolo dosiahnuté výrazné zníženie tlakovej straty.
Podľa EN 1434-1:2007
qp ... menovitý prietok, je najväčší prietok, pri ktorom musí merač tepla fungovať nepretržite bez toho, aby boli prekročené maximálne povolené chyby
qi ... minimálny prietok, je najnižší prietok, nad ktorým musí merač tepla fungovať nepretržite bez toho, aby boli prekročené maximálne povolené chyby
qs ... maximálny prietok, je najvyšší prietok, pri ktorom musí merač tepla fungovať krátky čas (‹ 1h / deň; ‹ 200h / rok) bez toho, aby boli prekročené maximálne povolené chyby
Životnosť
Z definície maximálneho prietoku vyplýva, že prietokomery by mali byť navrhované tak, aby prevádzkový prietok nepresahoval menovitý prietok q p. Je to dôležité aj preto, lebo pri veľkom prietoku klesá statický tlak v merači. Nízky statický môže spôsobiť vznik kavitácie. Kavitácia je hydrodynamická dutina (kavita), vytvorená v kvapaline pri prudkom lokálnom poklese okolitého tlaku. Po zániku podtlaku, ktorý ju vytvoril kavita zaniká implóziou. Kavitácia môže zapríčiniť opotrebenie alebo poškodenie merača.
Obr. 1 Nebezpečenstvo vzniku kavitácie
Údaje o životnosti meračov v hore uvedenej tabuľke vychádzajú z „akcelerovaných“ testov, ktoré sú založené na rýchlych zmenách medzi extrémnymi úrovňami prevádzky spôsobujúcimi maximálne opotrebenie. Počet týchto zmien umožňuje kvantifikovať úroveň dlhodobej stability. Tieto fakty využíva aj nová metodika skúšania životnosti, ktorá bola implementovaná do EN 1434.
2.2 Kalorimetrické počítadlo
Kalorimetrické počítadlo je najdôležitejšou časťou merača tepla, pretože integruje údaje z prietokomera a snímačov teploty, vypočítava spotrebu energie, zobrazuje a komunikuje namerané a vypočítané údaje. Tak ako u prietokomera, aj u počítadla je dôležitá životnosť. Životnosť je podmienená použitím najkvalitnejších materiálov a súčastí, dokonalou ochranou elektronických komponentov ale aj rozumným hospodárením s energiou pri meraní a integrácii.
Životnosť batérie u najmodernejších meračov tepla je 16 rokov. Použitie diaľkového odčítania prostredníctvom M Bus alebo rádiového wireless M-Bus nemá vplyv na životnosť batérie.
Významným posunom k zvýšeniu komfortu obsluhy meračov tepla je možnosť nastavovania niektorých parametrov prostredníctvom tlačidiel na prednom paneli merača. Okrem sekundárnych nastavení ako je aktuálny dátum a čas, číslo zákazníka, primárna M-bus adresa, impulzné číslo a stav vodomerov pripojených na impulzné vstupy, je teraz k dispozícii aj možnosť uskutočniť nastavenie legálnych parametrov merača bez použitia softvéru a nástrojov.
Kým u starších meračov nebolo možné zmeniť pozíciu prietokomera v prívodnom/vratnom potrubí, jednotku energie GJ/MWh a počet desatinných miest bez použitia autorizovaného softvéru a porušenia metrologickej plomby, nové merače to umožňujú. Takúto zmenu je možné uskutočniť len u merača, ktorý ešte nebol uvedený do činnosti. Po pretečení prvého litra vody cez merač je táto možnosť zablokovaná.
Z toho vyplýva aj nový spôsob značenia meračov. Statická (nemenná) časť je na paneli merača, kým dynamická časť je na displeji a pri zmene stavu sa mení.
Obr. 2 Značenie meračov
Moderné merače zaznamenávajú veľké množstvo chybových hlásení, ktoré signalizujú anomálne stavy v systéme alebo v samotnom merači. Na ich dešifrovanie bolo v minulosti potrebné poznať desiatky kódov a ich kombinácií. Teraz sa objaví chybové hlásenie INFO spolu s číslicou na relevantnej pozícii displeja, čo umožňuje jednoduchú a rýchlu identifikáciu anomálie a následné riešenie problému.
Obr. 3 Chybové hlásenia
Doplnkové funkcie
Doplnkové funkcie môžu v niektorých prípadoch zvýhodniť použitie niektorých typov meračov tepla. Jednou z takýchto funkcií je aj regulácia výkonu a prietoku (PQ Limiter), ktorá sa môže využiť na UP/DOWN ovládanie nízko rýchlostných trojbodových motoricky ovládaných ventilov prostredníctvom relé.
Ďalšou zaujímavou funkciou je výpočet CP (Coeficient of Performance) tepelného čerpadla.
tepelná energia [E1]
CP = —————————————
elektrická energia [vstup B]
Tepelná energia sa meria v merači tepla, ktorý má do impulzného vstupu B pripojený elektromer. Merač tepla na základe týchto údajov počíta a zobrazuje CP.
Obr. 4 Princíp tepelného čerpadla
Komunikácia
Variabilita komunikačných možností moderných meračov tepla je obrovská. Vychádza najmä z určenia merača a požiadavky praxe. Namiesto menovania všetkých dostupných možností komunikácie by som sa chcel sústrediť na dve najrozšírenejšie: klasický M-Bus a bezdrôtový (wireless) M-Bus.
M-Bus musí podľa nových požiadaviek vyplývajúcich z EN 13757:2013 a OMS TR02 ver.1.0.4:2015 spĺňať viacero prísnych kritérií. Jedným z nich je komunikačná rýchlosť 19200 baud (u starších meračov 9600 baud). Ďalšou požiadavkou je interval odčítania ≥10s bez zníženia životnosti batérie. U starších meračov to bolo až 86400 (1 deň). Odčítané hodnoty sú vždy čerstvé, rovnaké ako hodnoty na displeji. U starších meračov mohli byť hodnoty staré až 15 min.
Obr. 5 M-Bus modul
Wireless M-Bus moderných meračov zaznamenal tiež výrazné zmeny. Štruktúra dátového záznamu (tzv. datagram) je v obidvoch módoch C1 aj T1 konfigurovateľná. Konfigurovateľný je aj výstupný výkon až do 25 mW. Moduly sú veľmi dobre značené – typ, dátum výroby, QR kód s informáciami o parametroch modulu. Inteligentné balenie samostatne dodávaných modulov s priezorom vylučuje možnosť zámeny.
5. Záver
Tento stručný prierez naznačuje, aké sú nové trendy vo vývoji meračov tepla. Merače je možné jednoducho konfigurovať podľa individuálnych požiadaviek užívateľa, sú dlhodobo presné a spoľahlivé. Poskytujú širokú škálu komunikačných možností, ktoré umožňujú maximálne využiť ich potenciál.
Moderné ultrazvukové merače tepla v súčasnosti dosahujú vysokú úroveň dlhodobej presnosti a spoľahlivosti, čo sú základné požiadavky kladené na tieto určené meradlá. Zdalo by sa, že už nie je čo vylepšovať a nové merače sú len „kozmetickým“ vylepšením tých predchádzajúcich. Zdanie však klame. Vývoj v oblasti meračov tepla je v súčasnosti orientovaný najmä na zlepšenie technických parametrov, zjednodušenie ovládania a rozšírenie spektra komunikačných možností.
2. Technické parametre
2.1 Prietokomerná časť
Pri výbere prietokomernej časti merača tepla sú dôležité predovšetkým nasledovné parametre: tlaková strata, dynamický rozsah a životnosť.
Tlaková strata je definovaná ako rozdiel tlaku medzi dvomi bodmi potrubného systému na prepravu kvapalín. Tlaková strata sa zvyšuje v závislosti od výskytu prekážok v potrubí. Vysoká rýchlosť prúdenia má za následok väčší pokles tlaku.
Podľa EN 1434-1:2015, odst. 6.1.5: “Maximálna tlaková strata pri qp nesmie prekročiť 0,25 bar “.
Nasledujúca tabuľka ilustruje, že u „kritických“ dimenzií starších prietokomerov q p=1,5m3/h a q p=6m3/h boli tlakové straty na hranici súčasných požiadaviek. U nového merača bolo dosiahnuté výrazné zníženie tlakovej straty.
| q p [m 3 /h] | Starší merač | Nový merač | ||||||
|
Mer. trubica
|
Δp pri q p [bar]
|
Max dynam. rozsah
q p :q i |
Životnosť [roky]
|
Mer. trubica
|
Δp pri q p
[bar] |
Max dynam. rozsah
q p :q i |
Životnosť [roky]
|
|
| 0,6 | 0,6/1,5 | 0,04 | 100:1 | 5 | 0,6 | 0,03 | 100:1 | 10 |
| 1,5 | 0,6/1,5 | 0,22 | 250:1 | 5 | 1,5 | 0,09 | 250:1 | 10 |
| 2,5 | 2,5 | 0,03 | 100:1 | 5 | 2,5 | 0,09 | 250:1 | 10 |
| 3,5 | 3,5/6 | 0,07 | 100:1 | 5 | 3,5/6 | 0,07 | 250:1 | 10 |
| 6 | 3,5/6 | 0,2 | 250:1 | 5 | 6 | 0,06 | 250:1 | 10 |
| 10 | 10/15 | 0,06 | 100:1 | 5 | 10 | 0,06 | 250:1 | 10 |
| 15 | 10/15 | 0,14 | 250:1 | 5 | 10/15 | 0,14 | 250:1 | 10 |
Podľa EN 1434-1:2007
qp ... menovitý prietok, je najväčší prietok, pri ktorom musí merač tepla fungovať nepretržite bez toho, aby boli prekročené maximálne povolené chyby
qi ... minimálny prietok, je najnižší prietok, nad ktorým musí merač tepla fungovať nepretržite bez toho, aby boli prekročené maximálne povolené chyby
qs ... maximálny prietok, je najvyšší prietok, pri ktorom musí merač tepla fungovať krátky čas (‹ 1h / deň; ‹ 200h / rok) bez toho, aby boli prekročené maximálne povolené chyby
Životnosť
Z definície maximálneho prietoku vyplýva, že prietokomery by mali byť navrhované tak, aby prevádzkový prietok nepresahoval menovitý prietok q p. Je to dôležité aj preto, lebo pri veľkom prietoku klesá statický tlak v merači. Nízky statický môže spôsobiť vznik kavitácie. Kavitácia je hydrodynamická dutina (kavita), vytvorená v kvapaline pri prudkom lokálnom poklese okolitého tlaku. Po zániku podtlaku, ktorý ju vytvoril kavita zaniká implóziou. Kavitácia môže zapríčiniť opotrebenie alebo poškodenie merača.
Údaje o životnosti meračov v hore uvedenej tabuľke vychádzajú z „akcelerovaných“ testov, ktoré sú založené na rýchlych zmenách medzi extrémnymi úrovňami prevádzky spôsobujúcimi maximálne opotrebenie. Počet týchto zmien umožňuje kvantifikovať úroveň dlhodobej stability. Tieto fakty využíva aj nová metodika skúšania životnosti, ktorá bola implementovaná do EN 1434.
2.2 Kalorimetrické počítadlo
Kalorimetrické počítadlo je najdôležitejšou časťou merača tepla, pretože integruje údaje z prietokomera a snímačov teploty, vypočítava spotrebu energie, zobrazuje a komunikuje namerané a vypočítané údaje. Tak ako u prietokomera, aj u počítadla je dôležitá životnosť. Životnosť je podmienená použitím najkvalitnejších materiálov a súčastí, dokonalou ochranou elektronických komponentov ale aj rozumným hospodárením s energiou pri meraní a integrácii.
Životnosť batérie u najmodernejších meračov tepla je 16 rokov. Použitie diaľkového odčítania prostredníctvom M Bus alebo rádiového wireless M-Bus nemá vplyv na životnosť batérie.
Významným posunom k zvýšeniu komfortu obsluhy meračov tepla je možnosť nastavovania niektorých parametrov prostredníctvom tlačidiel na prednom paneli merača. Okrem sekundárnych nastavení ako je aktuálny dátum a čas, číslo zákazníka, primárna M-bus adresa, impulzné číslo a stav vodomerov pripojených na impulzné vstupy, je teraz k dispozícii aj možnosť uskutočniť nastavenie legálnych parametrov merača bez použitia softvéru a nástrojov.
Kým u starších meračov nebolo možné zmeniť pozíciu prietokomera v prívodnom/vratnom potrubí, jednotku energie GJ/MWh a počet desatinných miest bez použitia autorizovaného softvéru a porušenia metrologickej plomby, nové merače to umožňujú. Takúto zmenu je možné uskutočniť len u merača, ktorý ešte nebol uvedený do činnosti. Po pretečení prvého litra vody cez merač je táto možnosť zablokovaná.
Z toho vyplýva aj nový spôsob značenia meračov. Statická (nemenná) časť je na paneli merača, kým dynamická časť je na displeji a pri zmene stavu sa mení.
Moderné merače zaznamenávajú veľké množstvo chybových hlásení, ktoré signalizujú anomálne stavy v systéme alebo v samotnom merači. Na ich dešifrovanie bolo v minulosti potrebné poznať desiatky kódov a ich kombinácií. Teraz sa objaví chybové hlásenie INFO spolu s číslicou na relevantnej pozícii displeja, čo umožňuje jednoduchú a rýchlu identifikáciu anomálie a následné riešenie problému.
Doplnkové funkcie
Doplnkové funkcie môžu v niektorých prípadoch zvýhodniť použitie niektorých typov meračov tepla. Jednou z takýchto funkcií je aj regulácia výkonu a prietoku (PQ Limiter), ktorá sa môže využiť na UP/DOWN ovládanie nízko rýchlostných trojbodových motoricky ovládaných ventilov prostredníctvom relé.
Ďalšou zaujímavou funkciou je výpočet CP (Coeficient of Performance) tepelného čerpadla.
tepelná energia [E1]
CP = —————————————
elektrická energia [vstup B]
Tepelná energia sa meria v merači tepla, ktorý má do impulzného vstupu B pripojený elektromer. Merač tepla na základe týchto údajov počíta a zobrazuje CP.
Obr. 4 Princíp tepelného čerpadla
Komunikácia
Variabilita komunikačných možností moderných meračov tepla je obrovská. Vychádza najmä z určenia merača a požiadavky praxe. Namiesto menovania všetkých dostupných možností komunikácie by som sa chcel sústrediť na dve najrozšírenejšie: klasický M-Bus a bezdrôtový (wireless) M-Bus.
M-Bus musí podľa nových požiadaviek vyplývajúcich z EN 13757:2013 a OMS TR02 ver.1.0.4:2015 spĺňať viacero prísnych kritérií. Jedným z nich je komunikačná rýchlosť 19200 baud (u starších meračov 9600 baud). Ďalšou požiadavkou je interval odčítania ≥10s bez zníženia životnosti batérie. U starších meračov to bolo až 86400 (1 deň). Odčítané hodnoty sú vždy čerstvé, rovnaké ako hodnoty na displeji. U starších meračov mohli byť hodnoty staré až 15 min.
Obr. 5 M-Bus modul
Wireless M-Bus moderných meračov zaznamenal tiež výrazné zmeny. Štruktúra dátového záznamu (tzv. datagram) je v obidvoch módoch C1 aj T1 konfigurovateľná. Konfigurovateľný je aj výstupný výkon až do 25 mW. Moduly sú veľmi dobre značené – typ, dátum výroby, QR kód s informáciami o parametroch modulu. Inteligentné balenie samostatne dodávaných modulov s priezorom vylučuje možnosť zámeny.
5. Záver
Tento stručný prierez naznačuje, aké sú nové trendy vo vývoji meračov tepla. Merače je možné jednoducho konfigurovať podľa individuálnych požiadaviek užívateľa, sú dlhodobo presné a spoľahlivé. Poskytujú širokú škálu komunikačných možností, ktoré umožňujú maximálne využiť ich potenciál.
