Метрологія – наука чисто прикладна. Іншими словами, в метрології практично не буває великих наукових відкриттів, в метрології можуть бути геніальні технічні рішення. Вся історія розвитку метрології говорить про те, що метрологія вирішує тільки завдання, вже поставлені перед нею фахівцями в інших областях. Виглядало б дивним, якби метрологи розробляли державний первинний еталон ними вигаданої фізичної величини, або методику виконання вимірювань фізичної величини в вигаданих умовах. Таких прикладів історія метрології не знає. Таким чином, перш ніж метрологи вирішуватимуть проблему вимірювання тієї чи іншої величини або метрологічного забезпечення того чи іншого процесу, перед ними повинна бути сформульована задача і чітко поставлені умови зацікавленими фахівцями. Більш того, для успішного вирішення завдання фахівці з суміжних областей повинні добре уявляти собі який результат вони можуть отримати і що з цим результатом робити надалі.
В іншому випадку, результат вимірювань буде як би «зависає в повітрі», а завдання не буде вирішена. При всій повазі до фахівців в метрології слід зазначити, що метрологи не повинні самостійно шукати відповіді на питання, яку величину треба виміряти, і що робити з результатом? Це повинні робити ті, хто ставить завдання і хто зацікавлений в результаті. У тому випадку, якщо метрологи починають займатися проблемами постановки задачі та інтерпретації результату, відсуваючи в бік справжніх замовників, ситуація може заплутатися до крайності. Слід зазначити, що мова не йде про те, що метрологи взагалі не повинні і не здатні займатися проблемами постановки задачі і реалізацією результатів. Просто першу скрипку в цьому питанні повинні грати саме фахівці з тієї області, для якої вирішуються метрологічні проблеми, здатні бачити проблему далі вимірювань і похибок, які розуміють місце результатів вимірювань у всьому процесі. Іноді, втім, ситуація складається таким чином, що метрологи просто змушені вирішувати питання, які повинні вирішувати інші фахівці з тієї причини, що фахівці, ті хто ставить завдання, усунулися від проблеми.
Подібна ситуація склалася, як це не сумно, в області вимірювань теплової енергії для цілей обліку споживання теплової енергії і теплоносія. 12 років тому вступили в дію Правила обліку теплової енергії і теплоносія, в яких кількість теплової енергії у споживача пропонувалося розраховувати за такою формулою : Q = Qи + (G1 – G2)/ (H2 – hхв)· 10-3, де Qи – теплова енергія, витрачена споживачем, за показаннями лічильника теплової енергії; G1 – маса мережевої води, за показаннями водолічильника, встановленого на трубопроводі, що подає; G2 – маса мережевої води, за показаннями водолічильника, встановленого на зворотному трубопроводі; h2 – ентальпія мережної води на виведення зворотного трубопроводу джерела теплоти; hхв – ентальпія холодної води, використовуваної для підживлення систем теплопостачання на джерелі теплоти. Величини h2 і hхв визначаються по виміряним на вузлі обліку джерела теплоти середнім за розглянутий період значенням температур і тисків. (З формули навмисно виключена величина втрат теплової енергії на ділянці від кордонів балансової належності до вузла обліку, тому що дана величина є чисто розрахункової).
Отже, завдання поставлено таким чином: для визначення кількості спожитої теплової енергії повинна бути виміряна теплова енергія, витрачена споживачем, виміряні маси в що подає й зворотному трубопроводах. Теплопостачальна організація проводить розрахунок спожитої теплової енергії, підсумовуючи виміряну теплову енергію, витрачену споживачем і енергію, витрачену на джерелі тепла на підігрів втраченої мережної води (теплоносія).
Саме для вимірювання теплової енергії, витраченої споживачем, і встановлені вимоги до похибки (4% при різниці температур понад 20 градусів Цельсія, і 5% – при різниці температур більше 10 але менше 20 градусів Цельсія). Найпростіший аналіз формули показує, що ніхто не ставить задачу вимірювання повної спожитої теплової енергії. Визначення повної спожитої теплової енергії – розрахункова операція, методика якої повинна бути узгоджена з методикою тарифоутворення. Зокрема з тим, яким чином у вартості одиниці теплової енергії враховуються втрати при транспортуванні. Вимірювання теплової енергії проводяться не для цілей лабораторних досліджень, не для визначення абсолютного значення теплової енергії, відібраної з системи теплопостачання на об’єкті, а для цілей комерційного обліку.
На жаль, в Правилах немає чіткого визначення що таке «теплова енергія, витрачена споживачем», так само як і немає вказівок, яким чином теплосчетчик повинен вимірювати цю величину. Є лише натяк на те, що дана величина повинна визначатися відповідно до міжнародних рекомендацій МОЗМ R75 і відповідно до Європейського стандарту EN 1434 (формула 3.2 в Правилах обліку): Qи = G1? (H’1 – h’2)? 10-3, де h’1, h’2 – ентальпії мережної води в подавальному і зворотному трубопроводах у споживача. Таким чином, питання про методику виконання вимірювань теплової енергії, витраченої споживачем, залишений на розсуд фахівців-метрологів. Як же вирішили проблему метрологи? Відповідь ми знаходимо в МІ 2412-1997. Для вимірювань теплової енергії у споживача пропонується використовувати наступне співвідношення: Q ‘= G1? (H’1 – h’2)? 10-3 + (G1 – G2)? (H’2 – hхв)? 10-3. Неозброєним поглядом видно, що теплолічильник повинен виконувати вимірювання повної теплової енергії. Метрологи кілька перевиконали план, якщо можна так висловитися. Строго кажучи, нічого поганого в тому, що теплолічильник буде здатний вимірювати кількість повної енергії, з урахуванням енергії втраченого теплоносія у відкритих системах, прямо на місці, немає. Споживач побачить результат відразу, менше можливостей для помилок в подальших розрахунках, і, відповідно, менше приводів для конфліктів, з’являється можливість скористатися ось таким красивим виразом, надзвичайно зручним для застосування в теплолічильниках: Q ‘= G1? (H’1 – hхв)? 10-3 – G2? (H’2 – hхв)? 10-3. Є невеликий нюанс, можливо непомітний відразу, але приводить до серйозних проблем в області теплообліку, невирішеним досі.
Суть полягає в тому, що метрологи, змінивши підхід, викладений в Правилах обліку, і встановивши методику вимірювань повної спожитої енергії, залишили в недоторканості вимоги до засобів вимірювань. У термінах метрологів величина Q ‘, по суті справи, тотожна величині «теплової енергії, витраченої споживачем, за показаннями лічильника теплової енергії», тобто Qи з Правил обліку. Відповідно і вимоги до похибки вимірювання величини Qи автоматично поширюються на величину Q ‘: теплолічильник повинен вимірювати вже Q’ з похибкою 4% при різниці температур понад 20 градусів і 5% – при різниці температур більше 10, але менше 20 градусів Цельсія, але вже в відкритих системах, з урахуванням енергії втраченого теплоносія. Якщо в Правилах обліку передбачалося просте віднімання двох чисел (мас в що подає й зворотному трубопроводах), то вимірювання величини витоку теплоносія різницевим методом має відому похибка, яка, виражена у відносних одиницях, досягає десятків відсотків, в разі незначного витоку.
Більш того, вимір ентальпії холодної води проводиться не в місці установки лічильника теплової енергії, завдання передачі інформації з джерела тепла в теплосчетчик в режимі реального часу практично не вирішується, що змушує використовувати при вимірах якесь заздалегідь встановлене значення, що збільшує похибку вимірювань. Нарешті, термометри, встановлені в зворотному трубопроводі у споживача і трубопроводі підживлення на джерелі не можуть бути узгоджені в пару, що також різко збільшує похибку вимірювань повної спожитої теплової енергії. І ось з усім цим теплолічильники зобов’язані вписуватися в норми похибки, встановлені в Правилах обліку. Цей перехід від розрахункових операцій до вимірювань настільки непомітний для оточуючих, що навіть ті фахівці, які безпосередньо займаються виробництвом і продажем теплової енергії, увірували в непогрішність метрологічного підходу до вимірювань спожитої теплової енергії, що разом з усіма шукають рішення проблем, викладених вище, більше десяти років.
Щоб переконатися в цьому, досить переглянути збірники праць конференції «Комерційний облік енергоносіїв», звертаючи особливу увагу на місце роботи авторів. Проблеми дійсно серйозні, особливо в частині вимірювань різниці мас і нормування похибки вимірювання теплової енергії у відкритих системах багатоканальними теплолічильниками. Цілком зрозуміло, що без нормування режимів споживання в Теплосистема рішення метрологічних проблем неможливо. Забезпечення необхідної точності можливо тільки при певному співвідношенні мас в що подає й зворотному трубопроводах, на тлі відповідного ставлення температур в цих же трубопроводах.
Це означає, що досить велика кількість об’єктів (особливо в ті часові проміжки, коли мало споживання мережної води на тлі малих витрат на опалення) не можуть обслуговуватися теплолічильниками стандартної точності (що відповідає вимогам Правил обліку), для таких об’єктів необхідно використовувати теплолічильники підвищеної точності, встановлювати витратоміри, підібрані в пару і т.д. Більш того, навіть вузли обліку, заставлені на об’єктах з таким номінальним режимом споживання, який не викликає порушень вимог по похибки, в певні години можуть виконувати вимірювання з неприпустимо низьким рівнем точності. І зовсім гнітючою виглядає ситуація в міжопалювальний сезон, коли витрати на опалення відсутні. Рішення вищезазначених проблем шукається протягом дванадцяти років, з моменту появи перших теплолічильників, які відповідають вимогам Правил обліку, вірніше, відповідних інтерпретації вимог Правил обліку. Можна довго перераховувати варіанти вирішення цих проблем, починаючи від зміни алгоритмів вимірювань (із заміною різниці мас на пряме вимірювання витрати теплоносія на гаряче водопостачання, з введенням розрахункової витоку) і закінчуючи екзотичними розробками, на кшталт диференціальних витратомірів.
Суть справи принципово не змінюється: який би підхід не використовувався, забезпечити вимір витоку з необхідною точністю неможливо. Іде різниця мас, з’являється неврахована витік і т.д. Це особливо яскраво показує ГОСТ 8.591. Сенс розробки та введення в дію даного документа, який вийшов в парі з ГОСТ 8.592, декларувався розробниками як панацея від проблем з додатковими методичними похибками (різниця мас і ентальпія холодної води). Вийшов же документ, в якому проблема просто фіксується.
Наведено формулу розрахунку похибки вимірювання повної спожитої теплової енергії у відкритих системах теплопостачання, по якій будь-який бажаючий може розрахувати ті режими споживання, коли теплолічильник виконує вимірювання з порушенням вимог Правил обліку. Більш того, розробники стандарту настільки були захоплені проблемою різниці мас, що допустили серйозну помилку, прийнявши пару термометрів «зворотний трубопровід споживача» / «трубопровід підживлення на джерелі» як узгоджену, що неможливо через кількість споживачів, підключених до систем. В результаті достатню кількість абсолютно справних вузлів обліку були виведені з експлуатації як не відповідають вимогам Правил обліку.
Є трохи фахівців, які розуміють, що в ГОСТ 8.591 і в Правилах обліку мова йде про вимірювання різних величин, і що висока похибка вимірювань величини Q ‘не означає, що з такою ж похибкою буде вимірюватися величина Qи. Ще більш запеклі суперечки точаться навколо застосування стандарту ГОСТ 51649 і його старшого брата EN 1434, прийнятого в Росії як ГОСТ Р ЕН 1434. Основною привід для суперечок: зазначені стандарти поширюються тільки на закриті системи, в відкритих системах їх використовувати не можна. Наприклад, в рішенні останньої конференції в місті Пензі «Метрологічне забезпечення вимірювальних систем» сказано: «2.1. Запропонувати ВАТ «НДІ Теплоприбор» спільно з ФГУП «ВНИИМ ім. Д. І. Менделєєва »і Метрологічній службою ГУП« ПЕК СПб »переглянути ГОСТ Р 51649-2000« Теплолічильники для водяних систем теплопостачання », усунути наявні суперечності в розділах 3-8 і привести у відповідність до вимог чинних нормативних документів.» У тому, що Європейський стандарт для застосування в Росії вимагає адаптації, сумнівів ніяких немає. Це стосується і термінології, і використання алгоритмів обчислень щільності та ентальпії мережної води. У Росії давно успішно використовується алгоритм обчислення щільності та ентальпії мережної води в залежності від температури і тиску, на відміну від алгоритму Штюк. Сенсу в перебудові, особливо з урахуванням того, що тиск все одно залишається найважливішим технологічним параметром, немає. Але головне: зазначені стандарти дуже добре регламентують вимірювання кількості теплової енергії, витраченої споживачем Qи. А більшого ніхто і ніколи не вимагав і не замовляв. Вимірювання в відкритих системах вигадані після опублікування головного керівного документа: Правил обліку теплової енергії. Що ми маємо на даний момент: теплолічильники вимірюють якусь теплову енергію, яка не збігається з вимогами Правил обліку, і по методикам, яких в Правилах обліку немає.
При цьому теплолічильники за своїми метрологічними характеристиками повинні відповідати вимогам Правил обліку. Через це парадоксу практично будь-який теплолічильник, встановлений на вузлі обліку, знаходиться «на гачку» – досить погасити ГОСТ 8.591 і все, теплолічильник на законних підставах виводиться з експлуатації. Виробники, в свою чергу, розробляють складні алгоритми для обліку позаштатних ситуацій, теплолічильники все більш і більш ускладнюються. Точно також і розростається число приладів на вузлі обліку: вже мало пари витратомірів на подавальному та зворотному трубопроводах, потрібно «контрольний» на трубопроводі ГВП, або пара, якщо ГВС циркуляційна. Але ні ускладнення алгоритмів, ні збільшення числа оброблюваних позаштатних ситуацій, ні установка додаткових засобів вимірювальної техніки не вирішують головної проблеми: теплолічильники виконують вимірювання з неприпустимою помилкою. І будуть виконувати! Так може «в консерваторії щось підправити»?
Настав час припинити шукати рішення неіснуючих проблем і повернутися до витоків: до завдання, поставленого в Правилах обліку. Теплолічильник повинен вимірювати дві величини: Qи – теплову енергію, витрачену споживачем, відповідно до ГОСТ 51649 і ГОСТ Р ЕН 1434; (G1 – G2) – масу втраченого теплоносія. До речі, остання величина необхідна для обліку стічних вод. Все інше: вимір ентальпій в зворотному трубопроводі і в трубопроводі підживлення, розрахунок повної спожитої теплової енергії, і т.д. – завдання обліку, і не підпадає під дію метрологічних нормативів. Це завдання може реалізовувати теплосчетчик, але тільки в рамках додаткових сервісних функцій, поза дією метрологічного контролю.
У цьому випадку не буде ніяких проблем з десятками відсотків похибки, з необхідністю вимірювань ентальпії холодної води, автоматично виключаються вимоги розробки та атестації методик виконання вимірювань для кожного вузла обліку – вузол обліку втратить свою індивідуальність з точки зору метрології та використаних алгоритмів. Це не означає заміну існуючого парку приладів обліку: практично 100% використовуваних приладів вміють окремо розраховувати теплову енергію, витрачену споживачем, тільки назви різні. Також більшість вміють визначати і накопичувати масу витоку. Справа тільки в законодавстві.