Wyposażenie węzła ciepłowniczego w narzędzia pomiarowe

Składniki opłat za ciepło

W przypadku zasilania budynku w ciepło z zewnętrznej sieci ciepłowniczej opłaty pobierane od zarządcy budynku określane są przez dostawcę (przedsiębiorstwo ciepłownicze) zgodnie z rozporządzeniem [1], wydanym z mocy ustawy Prawo energetyczne [2]. Ustawa ta równocześnie ustala, że odbiorcą ciepła jest właśnie zarządca (ewentualnie właściciel) budynku i na nim spoczywa obowiązek zawarcia umowy z dostawcą, a następnie podział wynikających z tej umowy opłat pomiędzy użytkowników lokali. Rozporządzenie ustala następujące składniki opłaty za ciepło:

• opłata za zamówioną moc cieplną,
• opłata za ciepło, którego ilość ustalana jest na podstawie wskazań układu pomiarowo-rozliczeniowego,
• opłata za nośnik ciepła,
• opłata stała za usługę przesyłową zależna od mocy zamówionej,
• opłata zmienna za usługę przesyłową zależna od ilości dostarczonego ciepła.

Suma tych składników stanowi opłatę, którą zarządca budynku dzieli pomiędzy użytkowników lokali stosownie do metody przyjętej i podanej do wiadomości w wewnętrznym regulaminie. Ustawa Prawo energetyczne nakazuje odrębnie dzielić koszty ciepła zużytego do ogrzewania i do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Zarządca musi więc dysponować odpowiednim narzędziem pomiarowym i metodą rachunkową.

Rozdział kosztów ciepła na c.o. i c.w.u.

Węzły ciepłownicze stosowane w budynkach zasilanych w ciepło z sieci ciepłowniczej są projektowane i budowane według dwóch podstawowych schematów technologicznych: jako węzły równoległe oraz szeregowo-równoległe. Projektantom instalacji w budynkach nie trzeba wyjaśniać szczegółów konstrukcyjnych obu rozwiązań, przypomnijmy więc tylko zasadę ich działania, co pozwoli lepiej uzasadnić wybór sposobu opomiarowania węzła ciepłowniczego.

W węzłach równoległych strumień wody grzejnej z sieci ciepłowniczej kierowany jest do dwóch niezależnie pracujących wymienników ciepła. W jednym z nich ogrzewana jest woda krążąca w instalacji centralnego ogrzewania, w drugim natomiast podgrzewana jest woda wodociągowa, która trafia do odbiorców w lokalach jako ciepła woda użytkowa. Teoretycznie można wyposażyć w ciepłomierz każdą z gałęzi rurociągu prowadzącego czynnik grzejny (wodę sieciową) do odrębnego wymiennika.

Nie jest to jednak konieczne ani celowe, ponieważ przepisy Prawa energetycznego wymagają, aby na doprowadzeniu czynnika grzewczego do budynku zainstalowany był układ pomiarowo-rozliczeniowy, czyli ciepłomierz, według którego wskazań odbiorca ciepła (zarządca budynku) rozlicza się z dostawcą (przedsiębiorstwem energetycznym).

Wystarczy więc uzbroić w ciepłomierz tylko jedną gałąź, np. tę prowadzącą do wymiennika c.o. Wówczas ilość ciepła zużytego w okresie rozliczeniowym do przygotowania c.w.u. będzie stanowiła różnicę pomiędzy wskazaniem układu pomiarowo-rozliczeniowego na wejściu do budynku i wskazaniem ciepłomierza na gałęzi prowadzącej do wymiennika c.o., a poza sezonem ogrzewczym układ pomiarowo-rozliczeniowy będzie wskazywał bezpośrednio zużycie ciepła do przygotowania c.w.u. Jednak węzły równoległe  są raczej rzadko stosowane, stąd kwestia ich wyposażenia w mierniki ciepła ma znaczenie marginalne.

Najpowszechniej stosowane są węzły szeregowo-równoległe, ale problemy z ich opomiarowaniem są bardziej złożone. W węzłach tych strumień wody z sieci ciepłowniczej trafia do wymiennika c.o., skąd po oddaniu części ciepła i częściowym schłodzeniu trafia do wymiennika przygotowującego ciepłą wodę użytkową, zwanego wymiennikiem c.w.u. pierwszego stopnia, oddaje ciepło i obniża swoją temperaturę, a następnie wraca do przewodu powrotnego sieci ciepłowniczej.

Taki obieg wody sieciowej jest obiegiem szeregowym. Z powodu niejednakowego zapotrzebowania na c.w.u. w różnych okresach doby taki układ nie zapewnia osiągnięcia niezbędnej temperatury ciepłej wody w chwilach jej dużego poboru. Dlatego też woda wodociągowa po podgrzaniu wstępnym w wymienniku pierwszego stopnia przepływa następnie przez wymiennik c.w.u. drugiego stopnia.

Ten wymiennik z kolei ogrzewany jest wodą grzejną z sieci ciepłowniczej, pobieraną z przewodu zasilającego wymiennik c.o. przez odgałęzienie znajdujące się przed tym wymiennikiem. Zatem wymiennik c.w.u. drugiego stopnia jest zasilany równolegle z wymiennikiem c.o. z przewodu doprowadzającego wodę z sieci ciepłowniczej (stąd nazwa węzła szeregowo-równoległy).

Taki schemat przepływu wody grzejnej zapewnia wysoki stopień jej schłodzenia, co jest korzystne. Problem występuje jednak przy próbie zmierzenia oddzielnie ilości ciepła zużytego na ogrzewanie i na przygotowanie c.w.u., a w konse-kwencji rozliczenia kosztów ciepła przeznaczonego na te dwa cele.

Należy dodać, że obecnie węzły szeregowo-równoległe dostarczane są w postaci zwartych agregatów zamontowanych na wspólnej ramie, w pełni wyposażonych w armaturę odcinającą i regulacyjną, pompę (lub pompy) obiegową oraz panel automatycznego sterowania i nie ma możliwości dodatkowej ingerencji w układ rurociągów. Dlatego na załączonych rysunkach węzeł ciepłowniczy zaznaczono w dużym uproszczeniu jako blok.

Niejako na zewnątrz tego układu mierzyć można ilość ciepła doprowadzonego do węzła z sieci ciepłowniczej (układ pomiarowo -rozliczeniowy, pomimo że często montowany jest również do tej samej ramy, formalnie należy do dostawcy ciepła), ilość ciepła odprowadzanego do instalacji c.o. oraz ilość ciepła odprowadzonego z c.w.u. do punktów jej rozbioru, choć ten ostatni pomiar stwarza pewne trudności.

Poniżej przeanalizowano cztery możliwe warianty wyposażenia węzła ciepłowniczego szeregowo- równoległego w przyrządy pomiarowe i wynikający z tego sposób określenia kosztu ciepła zużytego na c.o. i c.w.u.

I Najprostszym sposobem opomiarowania węzła ciepłowniczego szeregowo-równoległego, pozwalającym na wydzielenie kosztu ciepła zużywanego do przygotowania c.w.u., jest wyposażenie go zgodnie z przepisami w układ pomiarowo-rozliczeniowy na przyłączu oraz wodomierz na doprowadzeniu wody zimnej do wymiennika c.w.u. pierwszego stopnia (rys. 1). Ilość ciepła zużytego do przygotowania ciepłej wody w okresie sezonu grzewczego, kiedy pobierane jest równocześnie ciepło na c.o., określamy rachunkiem według zależności:

Q_cwu = W_cwu × (t₂ - t₁)× C_w    (1)

gdzie:

Q_cwu – zużycie ciepła do przygotowania ciepłej wody [kJ],

W_cwu – ilość wody zimnej doprowadzonej do wymiennika [m³],

t₁ – temperatura wody wodociągowej na dopływie (przyjmowana zazwyczaj jako 10°C) [°C],

t₂ – temperatura wody ciepłej wymagana przepisami (przyjmowana jako 60°C) [°C],

C_w – ciepło właściwe wody, 4190 kJ/m³.

Ilość ciepła zużytego na c.o. w czasie trwania sezonu ogrzewczego stanowi w takim przypadku różnicę pomiędzy wskazaniem układu pomiarowo-rozliczeniowego a obliczonym zużyciem ciepła do przygotowania c.w.u. Poza sezonem grzewczym ilość ciepła pobierana do przygotowania c.w.u. wynika wprost ze wskazań układu pomiarowo-rozliczeniowego zainstalowanego na doprowadzeniu czynnika grzejnego z sieci ciepłowniczej do węzła. Jednak takie rozdzielenie ilości ciepła zużywanego na ogrzewanie i przygotowanie c.w.u. obarczone jest pewnymi błędami:

1. obliczenie według wzoru (1) daje wynik poprawny tylko wtedy, gdy temperatura wody zimnej na dopływie jest równa założonej (a jak wiadomo, ulega ona wahaniom) oraz regulator temperatury wody ciepłej utrzymuje tę temperaturę na zadanym poziomie;
2. ilość ciepła określona wzorem obejmuje tylko ciepło „użyteczne” odprowadzane wraz ze strumieniem ciepłej wody pobieranej w punktach czerpania, pomija natomiast straty ciepła w obiegu cyrkulacyjnym ciepłej wody. Te straty zaliczane są na poczet ciepła przeznaczonego na ogrzewanie, choć nie dotyczą ogrzewania;
3. straty ciepła w samym węźle, które występują zawsze, niezależnie od tego, jak staranna jest izolacja rurociągów i wymienników, w trakcie sezonu ogrzewczego zaliczane są również na poczet ogrzewania;
4. poza sezonem ogrzewczym wymienione w dwóch pierwszych punktach straty ciepła obciążają w całości zapotrzebowanie ciepła do przygotowania c.w.u., gdyż układ pomiarowo-rozliczeniowy zlicza całe ciepło dostarczone do budynku. Powoduje to, że jednostka ilości ciepła [GJ] zużywana do przygotowania ciepłej wody jest dla lokatora w sezonie ogrzewczym tańsza, a poza nim droższa, przy stałej cenie ciepła wynikającej z taryfy dostawcy. Na szczęście zarządcy, rozliczając koszty w okresach rocznych, uśredniają te koszty i nie uwidaczniają takich niuansów w rachunku przedstawianym lokatorom.

II Węzeł ciepłowniczy szeregowo-równoległy wyposażony zgodnie z przepisami w układ pomiarowo-rozliczeniowy na dopływie czynnika grzejnego z sieci jest dodatkowo uzbrojony w ciepłomierz zabudowany na instalacji c.o., po stronie odbioru ciepła, czyli za wymiennikiem c.o. (rys. 2). W tej sytuacji ilość ciepła pobranego do przygotowania ciepłej wody w sezonie ogrzewczym jest różnicą wskazań układu pomiarowo- rozliczeniowego na wejściu do budynku i ciepłomierza na instalacji c.o., a poza tym sezonem jest równa wskazaniom układu pomiarowo- rozliczeniowego.

Takie określenie kosztów ciepła zużytego na różne cele pozwala na jednorazowe dokonywanie odczytów w okresie rozliczeniowym (roku). Zazwyczaj odczyty dokonywane są również na koniec roku kalendarzowego, jednak wynika to z potrzeb formalnych rocznego bilansowania przychodów i kosztów, zarówno u dostawcy ciepła, jak i u jego odbiorców, a nie z przesłanek technicznej poprawności rozliczeń.

Przy tym sposobie określania zużycia ciepła do przygotowania c.w.u. również popełniane są błędy. Mianowicie wszystkie straty ciepła powstające w węźle ciepłowniczym i w przewodach cyrkulacyjnych cieplej wody, zarówno w sezonie ogrzewczym, jak i poza nim, doliczane są do zużycia ciepła na c.w.u. Z metrologicznego punktu widzenia układ ten ma jednak niewątpliwą zaletę, a jest nią możliwość dokładnego dobrania zakresu pomiarowego przetwornika przepływu w ciepłomierzu i zapewnienia jego stabilnej pracy w długim okresie, ponieważ rzeczywiste przepływy w instalacji c.o. odbiegają tylko w niewielkim stopniu od przepływu obliczeniowego.

III Węzeł ciepłowniczy szeregowo-równoległy wyposażony zgodnie z przepisami w układ pomiarowo-rozliczeniowy na dopływie czynnika grzejnego z sieci jest dodatkowo uzbrojony w ciepłomierz zabudowany na instalacji centralnej ciepłej wody, po stronie odbioru ciepła, czyli za wymiennikiem c.w.u. drugiego stopnia (rys. 3). Ilość ciepła pobranego do przygotowania ciepłej wody jest mierzona bezpośrednio przez ten ciepłomierz.

W tym przypadku straty ciepła powstające w węźle ciepłowniczym w sezonie ogrzewczym obciążają koszty ciepła zużywanego do ogrzewania. Również straty ciepła w obiegu cyrkulacyjnym ciepłej wody są doliczane do zużycia ciepła na ogrzewanie w sezonie grzewczym, ponieważ nie mierzy ich ciepłomierz na rurociągu głównym ciepłej wody wychodzącym z wymiennika.

Poza sezonem ogrzewczym mamy do czynienia z szeregową pracą dwóch ciepłomierzy: układu pomiarowo-rozliczeniowego na wejściu do węzła ciepłowniczego i ciepłomierza na rurociągu wody ciepłej. Różnica ich wskazań, nawet jeśli pominiemy odchylenia wynikające z właściwości metrologicznych tych dwóch przyrządów, będzie wynikała ze strat ciepła samego węzła i strat obiegu cyrkulacyjnego.

Zarządca budynku zgodnie z umową musi pokryć koszty dostarczonego ciepła według wskazań układu pomiarowo-rozliczeniowego. Wszystkie straty występujące po stronie budynku są doliczane do zużycia ciepła. Sens stosowania ciepłomierza na instalacji ciepłej wody, jako narzędzia do wydzielenia jej kosztów z ogólnego kosztu ciepła, jest więc mocno wątpliwy.

Dodatkowo dobór zakresu pomiarowego przetwornika przepływu w takim ciepłomierzu z góry obciąża wykonane przezeń pomiary dużymi błędami. Rozbiór ciepłej wody w budynku charakteryzuje się dużą nierównomiernością. Przetwornik przepływu musi być dobrany tak, aby mógł bez uszkodzenia przenieść i zmierzyć przepływy maksymalne (chwilowe). Średnie przepływy w instalacji ciepłej wody są kilkunastokrotnie, a małe kilkudziesięciokrotnie mniejsze od przepływów szczytowych i przy ich pomiarze wystąpią duże błędy wskazań.

IV Węzeł ciepłowniczy szeregowo-równoległy wyposażony w układ pomiarowo-rozliczeniowy na dopływie czynnika grzejnego z sieci jest dodatkowo uzbrojony w ciepłomierz zabudowany na instalacji c.o., po stronie odbioru ciepła, czyli za wymiennikiem c.o., oraz w ciepłomierz zabudowany na instalacji centralnej ciepłej wody, po stronie odbioru ciepła, czyli za wymiennikiem c.w.u. drugiego stopnia (rys. 4).

Zastosowanie ciepłomierza na instalacji c.o. i równocześnie drugiego ciepłomierza na instalacji c.w.u. powoduje, że ciepłomierze te należy wykorzystywać jako podzielniki kosztów całej ilości ciepła zmierzonej przez układ pomiarowo-rozliczeniowy. Suma wskazań dwóch ciepłomierzy nie będzie zgodna ze wskazaniem układu pomiarowo-rozliczeniowego z powodu naturalnych właściwości każdego przyrządu pomiarowego, wskazuje on bowiem wartość mierzoną zawsze z określonym błędem, a ponadto pomiędzy pomiarem ilości ciepła przez układ pomiarowo-rozliczeniowy a pomiarami dwóch ciepłomierzy na instalacjach odbiorczych występują straty ciepła generowane przez rurociągi w samym węźle ciepłowniczym. Ponadto, jak to szczegółowo przedstawiono w pkt. III, ciepłomierz po stronie rozbioru ciepłej wody nie może spełniać dobrze swojej fukcji, a generowane przezeń błędy wskazań będą utrudniały poprawne rozliczenie kosztów ciepła przez zarządcę budynku.

Wnioski

Jak wynika z podanych powyżej informacji, w przypadku węzłów ciepłowniczych o szeregowo- równoległym schemacie przepływu czynnika grzewczego nie ma precyzyjnego sposobu rozdzielenia kosztów ciepła przeznaczonego na przygotowanie c.w.u. od kosztów ciepła do ogrzewania. W przypadku każdego z opisanych wyżej schematów wyposażenia węzła ciepłowniczego w narzędzia pomiarowe należy przyjąć pewną konwencję i zgodzić się na przypisanie strat ciepła rurociągów w węźle i strat ciepła cyrkulacji c.w.u. jednej lub drugiej stronie.

Z tego powodu wydaje się zasadne niestosowanie rozwiązań przedstawionych w punktach III i IV jako drogich inwestycyjnie i mało skutecznych metrologicznie. Do wyboru pozostaje rozwiązanie podane w pkt. II – droższe (ciepłomierz), ale dokładniejsze pomiarowo, lub rozwiązanie z pkt. I, z wodomierzem na dopływie wody zimnej do wymiennika c.w.u., wprawdzie obciążone opisanymi wyżej wadami, ale najtańsze. Należy pamiętać, że to projektanci instalacji centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej w budynkach decydują o tym, jaki sposób rozliczania kosztów ciepła w budynku będzie miał do dyspozycji zarządca.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 9 października 2006 r. w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń z tytułu zaopatrzenia w ciepło (DzU nr 193, poz. 1423).
2. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. – Prawo energetyczne (DzU nr 54, poz. 348, ze zm.)
3. Romanowski O., Co projektant instalacji powinien wiedzieć o rozliczaniu kosztów ciepła – wymagania prawne, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2009.
4. Romanowski O., Co projektant instalacji powinien wiedzieć o rozliczaniu kosztów ciepła – wpływ doboru grzejników na rozliczanie kosztów ogrzewania, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2009.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!