С тех пор, как в 1956 году был выпущен первый механический теплосчетчик Kamstrup, технология измерения энергии совершила несколько революционных скачков. В 1974 году на рынке появился электронный вычислитель с электромеханическим счетным устройством, а в 1984 году его сменил полностью электронный вычислитель с ЖК-дисплеем, платиновыми термометрами сопротивления и литиевой батареей — но объем все еще измерялся механическим расходомером. После нескольких лет конструкторских работ Kamstrup выпускает первый ультразвуковой расходомер в 1991 году; сейчас четвертое поколение ультразвуковых расходомеров выпускается на полностью автоматизированном производстве в Скандерборге, Дания (рис. 1). Ультразвуковой метод измерения оказался очень надежной технологией и с 1991 года совершенствовался несколько раз.
Современный счетчик энергии
Основной принцип работы теплосчетчика остается неизменным со времени выпуска первого ультразвукового прибора, но в последнее десятилетие некоторые производители счетчиков тепла и охлаждения внесли в конструкции своих приборов значительные усовершенствования. Возросшие потребности в удаленном считывании показаний ускорили распространение ультразвуковых счетчиков и закрепили конкурентные преимущества этого типа счетчиков в сравнении с обычными; ультразвуковые счетчики имеют все регистры данных, которые необходимы для включения счетчиков в системы считывания.
С момента начала эксплуатации ультразвуковых счетчиков ни одна технология не показала себя лучше, но, тем не менее, поле для совершенствования еще остается, поэтому последнее поколение счетчиков доработано в нескольких направлениях. Для иллюстрации приведем примеры — во-первых, работа над повышением стабильности измерений постоянно продолжается, а во-вторых, в прошлые годы широко обсуждалось влияние возмущений потока на измерения, т.к. турбулентности в измерительном отрезке могут влиять на качество ультразвукового сигнала. В-третьих, потребляемая мощность снижена благодаря современной элементной базе и протоколам передачи данных.
Стабильность измерений
С тех пор, как ультразвуковой метод измерений стал использоваться повсеместно, многие исследовательскиех ресурсы были направлено на обеспечение стабильности измерений. Стабильности и точности измерений, которые являются основной особенностью ультразвуковых счетчиков, уделяется пристальное внимание органов стандартизации и команд разработчиков. Разработчиками постоянно прово¬дятся различные тесты, изменяются стандарты и производятся усовершенствования приборов. Для обеспечения стабильности измерений расходомеры проходят процедуру одобрения согласно стандарту EN 1434; с течением времени этот стандарт тоже изменяется.
Еще в 1997 году рабочая группа, ответственная за EN 1434, решила расширить тест на стабильность измерений расходомеров — ввести тест длительностью 2400 ч, соответствующий расширенным испытаниям, которые проводятся Рабочей группой центрального теплоснабжения Германии (AGFW). Первоначально тест на стабильность изме¬рений в EN 1434 заключался в тестировании расходомера в течение 300 ч при максимальном расходе qs (двойной номинальный расход) и максимальной допустимой температуре. Сейчас этот тест длительностью 300 ч — дополнительный тест, а основной тест длится 2400 ч. Будущая редакция EN 1434 будет иметь альтернативный тест на стабильность измерений длительностью 4000 ч с изменениями нагрузки, которые будут происходить значительно чаще. Однако в последнем тесте не учитывается фактор акселерации.
Фото 2. Ультразвуковой комбинированный счетчик тепла и охлаждения
Также недавно расширенный тест AGFW длительностью 4800 ч дополнен тестом на абразивную стойкость. Вода в теплосетях содержит различные частицы и ионные соединения, которые могут взаимодействовать с деталями датчика расхода. Минеральный магнетит наиболее критичен для счетчиков, так как может затруднить вращение крыльчатки механических счетчиков и осаждаться на стенках ультразвуковых приборов, мешая прохождению ультразвукового сигнала (см. интернет-ресурс www.wsg-essen.de).
В более ранних процедурах тестов AGFW использовалась обычная сетевая вода из Гамбургской теплосети, теперь в нее добавляется от 400 до 500 г/л магнетита. В результате некоторые типы датчиков расхода после теста имеют заметные следы износа, в то время как другие практически их не имеют. Это отображено в последнем тестовом отчете от AGFW в 2009 году.
В этом ключе ультразвуковая технология измерения, в которой качество акустического сигнала имеет большое значение, тоже не стоит на месте. В течении 1990-х годов Kamstrup проводил неоднократные испытания эксплуатируемых расходомеров по программе выборочного тестирования, которая является обязательной в Дании. В 1999 году после анализа результатов этих тестов измерительная трубка расходомеров стала изготавливаться из композитных материалов. Отражающие свойства поверхности из стали значительно меняются при постепенном возникновении на ней покрытия-пленки, оседающей из теплоносителя. Напротив, акустические свойства композитного материала не изменяются с течением эксплуатации счетчика. Таким образом, предотвращается дрейф.
Предотвращение влияния турбулентностей потока
Турбулентности потока также влияют на точность измерений. Они обычно возникают по¬сле двух или более изгибов трубопровода в разных плоскостях, предотвратить их появление практически невозможно. В версии EN 1434 от 2007 года появился тест на устойчивость к турбулентностям. Этот тест включен также в стандарт по водосчетчикам EN 14154-3. Точность устройства измерения объема сильно зависит от профиля потока внутри счетчика. Поэтому в течение длительного периода времени разработчики Kamstrup концентрировали усилия на моделировании и реальных опытах по этой теме. В 2005 году была подана патентная заявка на композитную измерительную трубу с формирователем потока.
С внедрением этого изобретения счетчики даже при отсутствии прямых участков на входе проходят тест на устойчивость к турбулентностям из EN 1434. Дополнительно выяснилось, что различие графиков погрешностей, которые могут возникнуть из-за различных позиций при установке приборов на тестовый стенд, сводятся к минимуму благодаря формирователю потока. Если при тесте несколько счетчиков устанавливаются в ряд на один трубопровод, на показания последних приборов обычно сильно влияют турбулентности, создаваемые первыми приборами. Эту проблему решает использование формирователя потока.
Снижение потребляемой мощности
Другим серьезным усовершенствованием является снижение потребляемой приборами электроэнергии, достигнутое оптимизацией ультразвуковой и микропроцессорной технологии. Для счетчиков с батарейным питанием снижение энергопотребления означает соответствующее увеличение срока службы батареи. Также снижение энергопотребления достигается оптимизацией передачи данных. В 2009 году Kamstrup подал патентную заявку на новый метод беспроводной передачи данных, который использует специальный энергосберегающий алгоритм, дающий возможность передавать данные, используя очень мало энергии. Этот метод стал позднее свободно доступен всем заинтересованным сто¬ронам и сейчас описан как Mode C1 в предварительной версии стандарта prEN 13757-4 от января 2011 года.
Сейчас, благодаря усовершенствованиям в различных областях, срок службы батареи может достигать 16 лет для комплектного теплосчетчика, осуществляющего передачу данных и ультразвуковые измерения.
Новые рынки
Так как ультразвуковая технология измерения за последние 20 лет получила общее признание в качестве наиболее надежного метода измерений расхода в теплоучете, логично было опробовать эту технологию в смежных областях — учете охлаждения и воды. В последние 10 лет ультразвуковые счетчики активно используются для учета охлаждения. Технология позволяет использовать один и тот же прибор для учета тепла и охлаждения, работающий в водяных системах с температурами от 2 до 130 °C. При этом счетчики охлаждения необходимо защитить от конденсата, например, залив силиконовый гель в корпус расходомера. В зданиях, где трубопроводная система зимой используется для отопления, а летом для охлаждения, для комбинированного учета тепла и охлаждения достаточно одного счетчика (фото 2).
Благодаря счетчикам охлаждения Kamstrup вышел на новые рынки. Во всем мире сейчас энергоэффективность актуальна в связи с ростом потребностей в энергии. На среднем Востоке и юго-востоке Азии центральное охлаждение является очень эффективной формой распределения энергии. И тут применим опыт стран Северной Европы в области центрального теплоснабжения.
:: На фото: Комплекс «Марина Бэй Сандс» в Сингапуре оснащен системой M-Bus для считывания показаний электросчетчиков, счетчиков охлаждения и воды.
Примером амбициозной политики энергоэффективности на государственном уровне служат Сингапур, Малайзия и Индия, которые на законодательном уровне решили осуществлять влять дружественное природе строительство по программе «Зеленого Дома». Среди прочего, эта программа предусматривает обязательный учет энергии во всех вновь построенных негосударственных зданиях. Рынки Юго-восточной Азии также представляют интерес, поскольку финансовый кризис не особо сильно на них повлиял и сейчас эти рынки показывают стремительный рост с соответствующим ростом уровня жизни и цен на недвижимость. Такое развитие влечет за собой потребность в интеллектуальном управлении энергопотреблением. Поэтому логичным шагом для Kamstrup было открытие офисов в Сингапуре, Китае и Индии. Интересный образцовый проект, отражающий возможности растущих экономик — «Марина Бэй Сандс». Новый комплекс в Сингапуре (торговый центр, казино и отель под одной крышей) оснащен тысячью счетчиков Kamstrup, измеряющих электроэнергию, водопотребление и охлаждение (фото 3). Все счетчики объединены в единую сеть считывания показаний M-Bus
Еще в 2006 году Kamstrup открыл офис в Дубае, который служит мостом ко всему Среднему Востоку, насчитывающему более 50 образцовых проектов в основном по учету охлаждения. В этом регионе Kamstrup часто выступает консультантом благодаря многолетнему опыту компании, так как на новых рынках стандарты для измерительных систем просто отсутствуют. Поэтому счетчики Kamstrup, имеющие документально подтвержденную репутацию, служат эталоном. Отметим, что даже в северных странах, таких как Финляндия и Швеция, системы охлаждения становятся популярными в качестве эффективного средства передачи энергии в тор¬говых центрах, офисных зданиях и музеях.
Измерение водопотребления
Еще более важной областью для внедрения ультразвуковых счетчиков является измерение потребления питьевой воды. Потребность в долговременно стабильных и точных счетчиках воды увеличивается с ростом цен на воду, заинтересованности потребителей в точных расчетах и спросом на удаленное считывание показаний. В странах вроде Дании годовой счет семейного дома за воду сравним по сумме со счетом за отопление. В Германии текущие дебаты показывают растущую заинтересованность потребителей в точном измерении водопотребления. В глобальном масштабе рост населения ведет к истощению водных ресурсов. Просматривается тенденция: почти везде вода становится редким ресурсом; и в комбинации с часто неэффективными системами распределения, поставщики воды сталкиваются с проблемами, которые хотя бы частично могут быть решены с помощью интеллектуальных ультразвуковых счетчиков.
Стабильность и точность измерений, определение утечек, удаленное считывание показаний и точная диагностика с помощью обширных архивов — наиболее важные средства, предоставляемые новыми водосчетчиками поставщикам воды. Поставщики воды стремятся наладить эффективное обслуживание потребителей и предотвратить потери в сетях, и потребность в достоверной информации растет — вместе с интересом к ультразвуковой технологии. Будущее однозначно ассоциируется именно с ней.
______________________________________________________________________________________________
Авторы: Сорен ЛАНГ, менеджер группы продукции, Герт СКРИВЕР, корпоративный редактор, Kamstrup
