Politechnika Poznańska Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Politechnika Łódzka Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska
mgr inż. Adam Deska
KONCEPCJA POPRAWY WŁASNOŚCI
METROLOGICZNYCH CIEPŁOMIERZY SŁUŻĄCYCH DO ROZLICZANIA KOSZTÓW OGRZEWANIA LOKALI
ROZPRAWA DOKTORSKA
Promotor: Dr hab. inż. Paweł Michnikowski, prof. PŁ
Poznań 2019 r.
2
Spis treści
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ ... 7 1. WSTĘP... 9
1.1. Wady i zalety rozliczania kosztów ogrzewania 10
1.2. Wymagania dyrektywy parlamentu europejskiego 2012/27/UE (ze zmianami) 13 1.3. Problemy z rozliczaniem kosztów ogrzewania lokali przy wykorzystaniu
ciepłomierzy 14
1.4. Podsumowanie 21
2. CHARAKTERYSTYKA METOD POMIAROWYCH STOSOWANYCH DO
WYZNACZANIA ZUŻYCIA CIEPŁA W BUDYNKACH
WIELORODZINNYCH ... 22 2.1. Określanie ilości zużytego ciepła lokalu w oparciu o powierzchnię – metoda 1 23 2.2. Określanie ilości zużytego ciepła w lokalu w oparciu o kubaturę – metoda 2 24 2.3. Wyznaczanie zużycia ciepła na ogrzewanie przy użyciu zamontowanych w lokalach
ciepłomierzy – metoda 3 25
2.4. Podział ilości zużytego ciepła w budynku w oparciu o wskazania nagrzejnikowych
podzielników kosztów – metoda 4 26
2.5. Określenie ilości zużywanego ciepła w budynku z wykorzystaniem pomiaru
temperatury w pomieszczeniach – metoda 5 29
2.6. Metoda MP-2010 do wyznaczania zapotrzebowania na energię na potrzeby
ogrzewania budynku – metoda 6 31
2.7. Metoda z wykorzystaniem analizy harmonicznej – metoda 7 33 2.8. Metoda LMTD wyznaczania zużycia ciepła w lokalu wyposażonym w jednostkę
grzewczo-chłodzącą – metoda 8 33
2.9. Pomiar energii na granicy osłony bilansowej przy wykorzystaniu indywidualnej
jednostki grzewczo chłodzącej – metoda 9 34
3. ANALIZA METOD WYZNACZANIA ILOŚCI ENERGII ZUŻYWANEJ NA
OGRZEWANIE LOKALI W BUDYNKACH WIELORODZINNYCH ... 36 4. CIEPŁOMIERZE ... 41
5. CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH RODZAJÓW
PRZEPŁYWOMIERZY CIEPŁOMIERZOWYCH ... 44
5.1. Przepływomierze jednostrumieniowe 45
5.2. Przepływomierze wielostrumieniowe 46
5.3. Przepływomierze Woltmana 47
5.4. Przepływomierze ultradźwiękowe 47
5.5. Przepływomierze wirowe 48
6. WŁASNOŚCI METROLOGICZNE CIEPŁOMIERZY ... 50
6.1. Strumień objętości 50
6.2. Pomiar temperatury 53
6.3. Zakres pomiarowy ciepłomierza 54
3
7. MINIMALNY STRUMIEŃ OBJĘTOŚCI CZYNNIKA
PRZEPŁYWAJĄCEGO PRZEZ PRZETWORNIK PRZEPŁYWU
CIEPŁOMIERZA ... 59
8. ZNANE SPOSOBY PODWYŻSZENIA ZAKRESU POMIAROWEGO
UKŁADU Z CIEPLOMIERZEM ... 61 9. CELE I TEZY PRACY ... 65
9.1. Cele Pracy 65
9.2. Tezy Pracy 65
10. KONCEPCJA UKŁADU POMIAROWEGO REALIZUJĄCEGO CELE
PRACY... 66
11. ZAWÓR TERMOSTATYCZNY O ODWRÓCONYM KIERUNKU
DZIAŁANIA ... 70 11.1. Wersja laboratoryjna zaworu termostatycznego o odwróconym kierunku działania 72 11.2. Wersja komercyjna zaworu termostatycznego o odwróconym kierunku działania 74 12. PROGRAM DZIAŁAŃ BADAWCZO-ROZWOJOWYCH ... 76 13. BADANIA LABORATORYJNE ... 80
13.1. Stanowisko badawcze 80
13.2. Metodyka prowadzonych badań 84
14. WYNIKI BADAŃ ... 92
14.1. Prezentacja wyników badań (Wariant I) 93
14.2. Prezentacja wyników badań (Wariant II) 98
14.3. Prezentacja wyników badań (Wariant III) 103
14.4. Prezentacja wyników badań komercyjnej wersji nowego układu montażu
ciepłomierza (Wariant II) 107
14.5. Prezentacja wyników badań komercyjnej wersji nowego układu montażu
ciepłomierza (Wariant III) 108
15. OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ ... 111 15.1. Wartość strumienia ciepła w funkcji przepływu czynnika grzewczego
dla wariantu I 116
15.2. Wartości strumienia ciepła w funkcji przepływu czynnika grzewczego
dla wariantu II 119
15.3. Wartość strumienia ciepła w funkcji przepływu czynnika grzewczego
dla wariantu III 122
15.4. Wartość strumienia ciepła dla komercyjnej wersji nowego układu montażu
ciepłomierza dla wariantu II 124
15.5. Wartość strumienia ciepła dla komercyjnej wersji nowego układu montażu
ciepłomierza dla wariantu III 125
15.6. Podsumowanie charakterystyk strumienia ciepła w funkcji strumienia objętości
czynnika grzewczego przebadanych ciepłomierzy 127
16. BŁĄD POMIARÓW ... 131
16.1. Przyczyny powstawania błędów 132
4
16.2. Rodzaje błędów 134
16.3. Błąd bezwzględny 135
16.4. Błąd względny 136
16.5. Średnia arytmetyczna 136
16.6. Rachunek błędów 137
16.7. Sporządzanie rachunku błędów dla analizowanego przypadku 138
17. WNIOSKI ... 144
17.1. Podsumowanie 144 17.2. Wytyczenie dalszych kierunków badań 145 18. LITERATURA ... 146
Spis tabel ... 153
Spis rysunków ... 157
Załącznik 1. ... 161
Załącznik 2. ... 188
5
SUMMARY
The dissertation presents well-known methods of accounting the costs of heating apartments in multi-apartment buildings based on individual heat meters or heat cost allocators mounted on heaters. I analyzed their advantages and disadvantages, as well as their use in the context of the requirements of the European Parliament Directive 2012/27/EU. As is presented in the theoretical part of the dissertation, the main problem in calculating costs of heating apartments with the use of heat meters is their low sensitivity to small heat consumption. Low heat consumption values result from good thermal insulation of modern buildings, but also from excessive saving of heat. It turns out that users of apartments who do not turn on heating installations can achieve thermodynamic conditions close to thermal comfort parameters in their flats owing to heat transfer between the flats.
As is shown in the analysis carried out on the basis of actual data obtained from individual heat meters installed in multi-apartment buildings in Poznań and Gdańsk, the biggest percentage difference in measurement results between the main building heat meter and the sum of individual heat meters was even over 50%. This shows that individual heat meters were not able to register actual heat consumption in individual flats.
However, the analysis of metrological features of flow meters shows that the flow of a heating medium below the minimum flow of a heat meter can be subject to an error of up to -100%.
Therefore, there was a need to design a technical solution that would give heat meters the possibility to measure the smallest possible values of the flow of a heating medium. The dissertation proposes a new measurement system that was created experimentally by verifying various possible solutions. The method proposed is based on a little-known German method which, however, cannot be applied in small individual apartments. The new solution which, in my dissertation, is called ,,a new mounting system of a heat meter” is a by-pass line equipped with a steering system. A by-pass line mounted in the inlet of a heating installation of an apartment provides a connection between the inlet and the outlet of the installation. A thermostatic valve with reversed direction of work, equipped with a temperature sensor installed in the inlet of a heating installation is proposed as a steering system. The valve opens only when the heating installation
6 works; it thus provides an additional flow of a heating medium through the by-pass line.
An additional flow through the by-pass line is provided in such a quantity that together with the return flow of a heating medium from the heating installation they become measurable for a heat meter. The solution proposed causes recirculation of a heating medium only during the period of heat consumption by a heating installation. When a user of a heating installation turns the heat off, the temperature sensor cools down and the valve cuts off the flow through the by-pass line. A great advantage of the solution is that no additional power supply is necessary. The only signal which makes the valve work is the temperature of a heating medium.
In the dissertation laboratory tests of the new mounting system of a heat meter are described. The research was carried out on a test stand developed for the needs of the tests and equipped with precise laboratory instruments. The use of accurate measuring instruments made it possible to measure actual heat consumption. The research was carried out in three variants in order to simulate the work of the new system in every possible condition that can occur in actual installations. Basing on the results of the laboratory tests, the error calculation is analyzed and the validity of the theses proposed is verified.
The tests have clearly shown that the use of the new solution allows the registration of small heat consumptions, which is not possible in standard systems. The new mounting system of a heat meter allows registering heat consumptions even in the case of subliminal flows of heating mediums through heating installations and does not interfere with the construction of a heat meter.
7
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ
cw – ciepło właściwe wody [kgKkJ],
E – błąd względny [%],
ṁR1 – strumień masy czynnika grzewczego wyznaczony ze strumienia objętości czynnika grzewczego zmierzonego rotametrem R1[kgs],
ṁR2 – strumień masy czynnika grzewczego wyznaczony ze strumienia objętości czynnika grzewczego zmierzonego rotametrem R2[kg
s], pr – ciśnienie robocze panujące w instalacji [bar],
𝑞̇ – strumień objętości czynnika grzewczego [hl],
q̇L – strumień objętości czynnika grzewczego zmierzony przez ciepłomierz [l
h], q̇min – minimalny strumień objętości czynnika grzewczego [l
h], q̇max – maksymalny strumień objętości czynnika grzewczego [hl],
q̇n – nominalny strumień objętości czynnika grzewczego [hl],
q̇R
1 – strumień objętości czynnika grzewczego odczytany na rotametrze R1, przepływ wzorcowy [hl],
q̇R
2 – strumień objętości czynnika grzewczego odczytany na rotametrze R2[hl], q̇t – pośredni strumień objętości czynnika grzewczego [hl],
∆𝜃𝐿 – różnica temperatury zmierzona przez ciepłomierz [℃],
∆p – różnica ciśnień [kPa],
∆T – różnica temperatury czynnika grzewczego [K],
8 ϕL – strumień ciepła zmierzony przez ciepłomierz [W],
ϕg – strumień ciepła wyznaczony dla obiegu grzejnikowego [W],
ϕb,p – Strumień ciepła wyznaczony dla przewodu obejściowego (by-pass) [W],
ϕg+b,p – Strumień ciepła wyznaczony dla obiegu grzejnikowego i przewodu obejściowego (by- pass) [W],
α – kąt montażu ciepłomierza dla rurociągu poziomego [°], β – kąt montażu ciepłomierza dla rurociągu pionowego [°], δ – błąd metrologiczny [%],
θ1 – temperatura czynnika grzewczego na zasilaniu obiegu przewodu obejściowego [℃], θ2 – temperatura czynnika grzewczego na powrocie obiegu przewodu obejściowego [℃], θ3 – temperatura czynnika grzewczego na zasilaniu obiegu grzejnikowego [℃],
θ4 – temperatura czynnika grzewczego na powrocie obiegu grzejnikowego [℃], θk – temperatura czynnika grzewczego panująca na wyjściu źródła ciepła [℃],
θp,L – temperatura czynnika grzewczego na powrocie układu grzewczego zmierzona przez ciepłomierz [℃],
θz,L – temperatura czynnika grzewczego na zasilaniu układu grzewczego zmierzona przez ciepłomierz [℃],
θw – temperatura powietrza wewnętrznego [℃], ρ – gęstość czynnika grzewczego [kg
m3].
9
1. WSTĘP
Instalacje grzewcze w Polsce w ostatnim dwudziestoleciu uległy znacznym zmianom zarówno w zakresie ich projektowania jak i w kwestii wymagań jakie powinny spełniać wobec użytkownika lub właściciela budynku.
Do początku lat 90 ubiegłego wieku wodne instalacje centralnego ogrzewania nie posiadały prawie żadnej możliwości miejscowej regulacji. Miało to związek m.in. ze stosowanymi ówcześnie rozwiązaniami technicznymi w zakresie projektowania i wykonawstwa. Inną przyczyną braku regulacji były realia ekonomiczne i niski poziom technologiczny w Polsce. Dodatkowo nie dostosowane ceny rynkowe nośników energii w rozliczeniach ogrzewania budynków wielorodzinnych nie wymuszały na użytkowniku czy zarządcy budynku wdrażania oszczędności w zakresie korzystania z energii niezbędnej na ogrzewanie lokali mieszkalnych i użytkowych.
Do końca lat 90-tych gospodarka energetyczna w Polsce oparta była wyłącznie na paliwach kopalnych, w szczególności na węglu. Do rozpoczęcia okresu transformacji politycznej i ekonomicznej w Polsce nie obowiązywały żadne przepisy prawne narzucające ograniczanie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. W chwili obecnej Dyrektywa Parlamentu Europejskiego I Rady 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. zakłada obniżenie o 20% zużycia energii pierwotnej w krajach Unii Europejskiej do 2020r, i w konsekwencji zwiększenie po tym terminie efektywności energetycznej [8], [67].
Na skutek wdrażania nowoczesnych technologii w zakresie termomodernizacji budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej oraz modernizacji instalacji grzewczych stało się obecnie możliwe ograniczenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania budynków. W krajach Unii Europejskiej coraz częściej wykorzystywane są systemy energii odnawialnych. Pozwalają one przeciętnemu użytkownikowi na częściowe a niekiedy całkowite uniezależnienie się od potencjalnego dostawcy energii.
Do najczęściej stosowanych systemów energii odnawialnej należą: pompy ciepła z gruntowymi wymiennikami, powietrzne pompy ciepła, ogniwa fotowoltaiczne do produkcji energii elektrycznej, kolektory słoneczne do wspomagania przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz turbiny wiatrowe [36]. Niestety energia odnawialna, która z natury jest przyjazna dla środowiska naturalnego, nie jest dla inwestora w dalszym ciągu
10 ekonomicznie opłacalna. Budowa takich instalacji wiąże się z dużymi nakładami inwestycyjnymi. Dlatego są one wspierane za pośrednictwem dotacji unijnych, rekompensujących znaczną część kosztów niezbędnych do ich realizacji.
Efektem tendencji w ograniczaniu zużycia energii w naszym kraju są m.in.
likwidacje ciepłowni, mimo powstawania nowych budynków mieszkalnych czy obiektów usługowo-handlowych. Dzieje się tak dlatego, iż maleje w miastach zużycie energii do ogrzewania oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej. Przykładem może być likwidacja elektrociepłowni EC2 będącej jedną z czterech w Łodzi. Czynnikiem wymuszającym konieczność termomodernizacji budynków są zwiększające się koszty pozyskiwania paliw kopalnych co w konsekwencji prowadzi do wzrostu cen produkcji energii, a także jej przesyłania.
Kolejną przyczyną ograniczenia zużycia energii na potrzeby ogrzewania i przygotowania ciepłej wody było wprowadzenie w Polsce metod pomiarowych pozwalających na indywidualne rozliczanie poszczególnych odbiorców ciepła według jego zużycia. W przypadku ogrzewania dotyczy to metod z wykorzystaniem podzielników kosztów ogrzewania lub ciepłomierzy budynkowych i lokalowych. W przypadku ciepłej wody dotyczy to rozliczeń na podstawie wskazań wodomierzy.
Celem wprowadzenia systemów rozliczania kosztów ogrzewania lokali i zużycia ciepłej wody jest spowodowanie aby użytkownik płacił wyłącznie za indywidualnie wykorzystaną energię. Ponadto rozliczanie kosztów energii według zużycia ma na celu wymuszenie na użytkowniku dobrych praktyk polegających na racjonalnym gospodarowaniu ciepłem [55].
1.1. Wady i zalety rozliczania kosztów ogrzewania
Rozliczanie kosztów energii na potrzeby ogrzewania lokali, oprócz pozytywnych efektów ekonomicznych, spowodowało także w wielu wypadkach skutki negatywne.
Należą do nich m.in. generowanie olbrzymich różnic w opłatach z tytułu ilości zużytego ciepła [14] bez technicznego lub ekonomicznego uzasadnienia. Ma to związek m.in.
z przyzwyczajeniami niektórych użytkowników wyniesionymi z okresu braku indywidualnych systemów rozliczeniowych. Należą do nich:
11
niewłaściwy sposób posługiwania się zaworami termostatycznymi wynikający z niewiedzy lub lenistwa,
nadmierne wentylowanie mieszkań lub całkowity brak wentylacji,
przewymiarowanie grzejników spowodowane brakiem dostosowania instalacji grzejnej do zmniejszonego zapotrzebowania na ciepło po dociepleniu ścian zewnętrznych budynku i wymianie stolarki okiennej.
Pozostawienie dotychczasowych grzejników i instalacji wewnętrznej i wyposażenie jej tylko w zawory termostatyczne oraz podzielniki kosztów ogrzewania, powoduje inny niż przyjęty rozkład temperatury na powierzchni grzejnika. To z kolei stało się źródłem problemów z prawidłową regulacją hydrauliczną instalacji i błędnymi wskazaniami podzielników kosztów ogrzewania [3], [5].
Podstawową przyczyną nadmiernych różnic w wyznaczonych kosztach ogrzewania jest niedoskonałość samych procedur rozliczania kosztów stosowanych przez firmy rozliczeniowe. Okazuje się, że zachodnie systemy rozliczeniowe bez właściwej adaptacji do warunków krajowych, mogą stać się powodem dużych błędów w ustalaniu kosztów za ogrzewanie poszczególnych lokali [4]. Kluczowym jest bowiem prawidłowe sprzężenie układu grzejnika z podzielnikiem kosztów. Sprzężenie to zależy m.in. od rozkładu temperatury wody grzejnej w grzejniku na wysokości montażu podzielnika kosztów ogrzewania [3].
Indywidualne rozliczanie kosztów za energię dostarczoną do ogrzania lokali pozwala na osiągnięcie oszczędności w ilości zużytego ciepła, ale jednocześnie może stać się przyczyną wielu konfliktów między zarządcą a użytkownikiem [24], [43]. Brak spójnych i jednoznacznych przepisów prawnych regulujących zagadnienia rozliczania kosztów ogrzewania zmusza zarządców lub właścicieli zasobów do tworzenia własnych regulaminów. Niestety jakość regulaminów oraz ich zgodność z przepisami nadrzędnymi jest zróżnicowana i często prowadzi do bałaganu prawnego. Ustawa Prawo energetyczne [60] określa warunki rozliczenia za pobór ciepła jedynie między dostawcą energii a zarządcą nieruchomości, bez ingerowania w wewnętrzne procedury rozliczania kosztów na poszczególnych użytkowników [42].
Redukcja zapotrzebowania na ciepło w budynkach wiąże się z ich modernizacją zarówno pod względem izolacji termicznej przegród jak i instalacji grzewczych.
12 Termomodernizacje budynków polegające na wykonaniu izolacji termicznej przegród zewnętrznych oraz wymianie stolarki okiennej oprócz zmniejszenia zapotrzebowania na ciepło budynku powodują jego uszczelnienie. Prowadzi to zmniejszenia intensyfikacji wentylacji. Brak prawidłowego działania wentylacji w budynku powoduje zwiększenie zawartości pary wodnej i dwutlenku węgla w powietrzu. Dodatkowo nadmierna oszczędność na ogrzewaniu skutkująca obniżeniem temperatury w pomieszczeniu może doprowadzić do wykroplenia się wilgoci na powierzchni wewnętrznej przegród w szczególności w obszarze mostków termicznych.
Brak racjonalnej gospodarki ciepłem przez indywidualnych użytkowników wynika z relatywnie wysokiego kosztu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jak wynika z danych przedstawionych w publikacjach [37], [45], koszt ogrzewania przykładowego budynku w Polsce stanowi ok. 56% całkowitych kosztów eksploatacji budynku. Dla porównania np. w Finlandii w 1998r wynosiły one ok 32%, przy zarobkach pięć razy większych niż w Polsce. Podobnie w Niemczech, koszty ogrzewania nie zmuszają lokatorów do nadmiernej oszczędności celem pokrycia wydatków związanych z innymi potrzebami [44].
Niskie dochody mieszkańców budynków wielorodzinnych oraz relatywnie wysokie opłaty za ogrzewanie lokalu stanowią główną przyczynę skrajnych oszczędności.
Konsekwencją jest degradacja struktur budowlanych i zwiększone ryzyko zachorowalności użytkowników lokalu na choroby układu oddechowego np. astmy [1]. Zwiększenie zachorowalności na wspomniane schorzenie zbiegło się czasowo z okresem wprowadzenia w Polsce indywidualnych systemów rozliczeniowych. W budynkach po modernizacji przy średniej wartości temperatury powietrza zewnętrznego na poziomie 3÷4ºC, istnieje możliwość utrzymania temperatury w lokalu na poziomie 17÷18ºC, przy braku korzystania z instalacji grzewczej [15]. Wymusza to zwiększenie ogrzewania w lokalach sąsiednich z powodu pojawienia się dodatkowych strat ciepła [1], [14], [27], [30], [43]. Jest to sprzeczne z treścią dyrektywy Rady Wspólnot Europejskich (89/106/EEC), która mówi, iż podstawowym i nadrzędnym przeznaczeniem instalacji grzewczej jest zapewnienie odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych [30].
Wprowadzenie indywidualnego rozliczania kosztów ogrzewania lokali w budynkach wielorodzinnych jest działaniem celowym i korzystnym z punktu widzenia społecznego.
Jak wynika z danych z raportu sporządzonego przez Europejskie Stowarzyszenie
13 Rozliczania Energii z 1996r. z tytułu montażu podzielników kosztów w ilości ok. 12 milionów sztuk osiągnięto oszczędności rzędu 2,7∙106 umownych jednostek paliwa, co w konsekwencji przekłada się na redukcje emisji CO2 do atmosfery w ilości 6,8∙106 ton [44], [46].
1.2. Wymagania dyrektywy parlamentu europejskiego 2012/27/UE (ze zmianami)
Zgodnie z wymaganiami dyrektywy parlamentu europejskiego 2012/27/UE państwa członkowskie są zobligowane do oszczędności energii [8]. Państwa członkowskie w przypadku gdy jest to technicznie wykonalne i ekonomicznie uzasadnione zapewniają odbiorcy końcowemu energii elektrycznej, gazu ziemnego, ciepła sieciowego, chłodu sieciowego czy ciepłej wody użytkowej, możliwość nabycia po konkurencyjnych cenach indywidualnych liczników. Liczniki mają zapewnić dokładny pomiar zużytej energii przez odbiorcę końcowego i zagwarantować możliwość odczytu dokładnego czasu korzystania z danego rodzaju energii [17], [8]. Możliwość zakupu liczników po konkurencyjnych cenach ma być zagwarantowana w następujących przypadkach:
wymiany liczników o ile jest to technicznie i ekonomicznie uzasadnione,
montażu liczników w nowych budynkach lub budynkach po renowacji zgodnie z dyrektywą 2010/31/UE.
W budynkach wielorodzinnych oraz wielofunkcyjnych z własnym źródłem ciepła do ogrzewania lub zaopatrywanych w energię z sieci ciepłowniczej czy ze źródła centralnego do dnia 31 grudnia 2016 będą zamontowane indywidualne liczniki tam gdzie jest to technicznie i ekonomicznie uzasadnione. W przypadku gdy montaż indywidualnych ciepłomierzy nie będzie możliwy lub opłacalny to do pomiaru zużycia ciepła na cele grzewcze należy stosować podzielniki kosztów ogrzewania montowane na grzejnikach [8].
W nowych budynkach wielorodzinnych, montaż indywidualnych ciepłomierzy ze względu na podłączenie mieszkaniowej instalacji c.o. do jednego pionu, zwanej dalej jednoprzewodowym sposobem zasilania instalacji, jest technicznie uzasadniony. Problem stanowi ograniczona dokładność ciepłomierzy. W projektowanych obecnie lokalach
14 o podwyższonej izolacyjności przegród, maleje zużycie ciepła do ich ogrzewania.
Zmniejszony pobór energii wiąże się z małym przepływem czynnika grzewczego, który często ma wartość poniżej minimalnych przepływów mierzalnych ciepłomierza. Również wymiana przez użytkownika lokalu głowicy termostatycznej termostatycznego zaworu przygrzejnikowego na korek ochronny (regulacja ręczna) daje możliwość regulacji przepływu czynnika grzewczego poniżej przepływu mierzalnego dla ciepłomierza.
Oznacza, to że energia na ogrzanie lokalu może być pobierana „za darmo”.
1.3. Problemy z rozliczaniem kosztów ogrzewania lokali przy wykorzystaniu ciepłomierzy
Podstawowym problemem w rozliczaniu kosztów ogrzewania z wykorzystaniem ciepłomierzy w budynkach wielorodzinnych jest brak bilansowania się sumy wskazań zużycia ciepła ciepłomierzy lokalowych z głównym, służącym do rozliczeń z dostawcą ciepła.
W tym miejscu warto przywołać opinię z 2005 roku sporządzoną przez biegłego z dziedziny „pomiarów zużycia ciepła na potrzeby centralnego ogrzewani i ciepłej wody”. Dotyczyła ona przyczyn powstawania wysokich dysproporcji pomiędzy kosztami ogrzewania w budynkach wielorodzinnych administrowanych przez Poznańską Spółdzielnie Mieszkaniową w okresie od 2001 do 2004r. Analizie poddano dwie grupy budynków wielorodzinnych. Pierwsza grupa budynków znajdowała się na osiedlu Zygmunta Starego 4 (budynki nr 7A i 7B), a druga na osiedlu Zygmunta Starego 6 (budynki nr 8 i 9).
Budynki należące do pierwszej grupy zasilane były poprzez węzeł cieplny z sieci ciepłowniczej o parametrach 150/80℃. Instalacja wewnętrzna c.o. pracowała na parametrach projektowych 90/70℃. Do pomiaru zużycia ciepła po stronie sieciowej służył ciepłomierz ultradźwiękowy WSD6-12.0F o nominalnym przepływie Q̇n=12mh3. Po stronie instalacyjnej do pomiaru zużycia ciepła lokali wykorzystywany był mechaniczny ciepłomierz SUPERCAL 430LBO o przepływie nominalnym Q̇n=15m3
h.
15 Budynki drugiej grupy zasilane były poprzez węzeł cieplny z sieci miejskiej o parametrach 150/80 ℃. Instalacja wewnętrzna c.o. zasilana była wodą o parametrach 90/70℃. Po stronie sieci ciepłowniczej pracował ciepłomierz ultradźwiękowy WSD6- 12.0F o nominalnym przepływie Q̇n=12m3
h, a po stronie instalacji zainstalowano mechaniczny ciepłomierz MP65NC o nominalnym przepływie Q̇n=25m3
h. W obu grupach budynków do pomiaru zużycia ciepła w poszczególnych lokalach zastosowano ciepłomierze kompaktowe Kamstrup PICOCAL 0.6 o nominalnym przepływie Q̇n=0,6mh3 z przetwornikiem przepływu mechanicznym.
Jak wykazała ekspertyza, w budynkach pierwszej grupy, w trakcie trzech analizowanych sezonów grzewczych względne różnice w zużyciu ciepła pomiędzy wskazaniem ciepłomierza budynkowego i sumą wskazań ciepłomierzy lokalowych dochodziły do 56%. W budynkach drugiej grupy różnica względna między wskazaniami ciepłomierza budynkowego a sumą wskazań ciepłomierzy lokalowych dochodziła do 44,32%. Szczegółowe analizy wykazały, iż ciepłomierze lokalowe w poszczególnych sezonach grzewczych rejestrowały znacznie niższe wartości zużytego ciepła niż ciepłomierz węzłowy, a w sezonie grzewczym 2001/2002 w budynkach pierwszej grupy błąd bilansowania wynosił nawet 60%. Przyczyną były niskie wartości przepływów czynnika grzewczego w instalacjach c.o., niemożliwe do zarejestrowania przez ciepłomierze lokalowe [81].
Innym przykładem braku bilansowania się sumy zużycia ciepła zarejestrowanego przez ciepłomierze lokalowe z węzłowym była analiza przeprowadzona dla budynków wielorodzinnych w Luboniu koło Poznania, przy ulicy Sikorskiego. Analizie poddano osiem budynków o numerach 32, 34, 36, 38, 40, 42, 46 i 48 w okresie od 2005 do 2010r.
Budynki o numerach 32, 34 i 36 zasilane były z jednego grupowego węzła ciepłowniczego, a budynki o numerach od 38 do 48 z innego. We wszystkich analizowanych przypadkach zauważono, iż sumy wskazań ciepłomierzy lokalowych nie bilansowały się z ciepłomierzami węzłowymi. Procentowe różnice między zużyciem ciepła zarejestrowanym przez ciepłomierz w węźle a sumą zużyć ciepła zarejestrowaną przez ciepłomierze indywidualne dochodziły do 37% [82]. Suma zużycia ciepła obliczona na podstawie wskazań ciepłomierzy indywidualnych dla budynków o numerach od 32 do 36,
16 w analizowanym sezonie grzewczym wyniosła 576,08GJ, natomiast ciepłomierz węzłowy wykazał zużycie ciepła wynoszące 759,56GJ. W przypadku budynków o nr od 38 do 48 suma wskazań wszystkich ciepłomierzy lokalowych wyniosła 1231,27GJ, ciepłomierz węzłowy wykazał 1970,05GJ.
Tak duże różnice w ilości zarejestrowanego ciepła na niekorzyść ciepłomierzy lokalowych oznaczają, iż część zużytego przez lokale ciepła nie została zarejestrowana.
Powodem braku bilansowania się ciepłomierzy indywidualnych z węzłowymi nie może być w tym przypadku między-lokalowa wymiana ciepła. Wymiana ciepła między sąsiednimi lokalami powoduje jedynie, że strumień ciepła dostarczonego do poszczególnych lokali może być wykorzystywany do podgrzania innych lokali. Natomiast suma wskazań poszczególnych ciepłomierzy indywidualnych nie powinna ulec zmianie.
Zatem brak bilansowania się indywidualnych ciepłomierzy z węzłowym wskazuje jednoznacznie na brak rejestracji przez części zużytego ciepła lub rejestracja częściowa, z dużym ujemnym błędem względnym.
W niektórych lokalach zużycie ciepła było rażąco niskie i nie przekraczało 2GJ, co po przeliczeniu jednostek daje wynik ok. 100W strumienia ciepła płynącego w całym sezonie grzewczym. W grupie budynków o numerach 32, 34 i 36 w okresie od 2005 do 2010r problem ten wystąpił w około od 10% do 17% wszystkich lokali indywidualnych.
Natomiast w grupie budynków o numerach od 40 do 48 w około od 7% do 15%. Tak małe wartości można zaliczyć do „zerowych” zużyć ciepła, które nie mogłyby wystarczyć na ogrzanie poszczególnych lokali. Przykłady małych zużyć ciepła w lokalach są dowodem na dwa zjawiska: między-lokalową wymianę ciepła oraz brak rejestracji przez ciepłomierze lokalowe małych zużyć.
Na rys. od 1.1 do 1.6 przedstawiono przykładowe wykresy jednostkowego zużycia ciepła w poszczególnych lokalach indywidualnych w budynkach wielorodzinnych przy ul.
Sikorskiego w Poznaniu. Wykresy dotyczą sezonu grzewczego w 2006/2007. W tym okresie wystąpił najwyższy odsetek lokali o zużyciu ciepła poniżej 0,05 GJ/m2 [82].
Dodatkowo na wykresach linią o kolorze czerwonym zaznaczono zużycie ciepła zarejestrowane przez grupowy ciepłomierz odniesione do ogrzewanej powierzchni 1m² budynku. Dla każdej z grup budynków przy ul Sikorskiego w Poznaniu zużycie całkowite ciepła określono na podstawie wskazań ciepłomierzy głównych w odrębnych węzłach grupowych (rys od 1.1 do 1.6).
17
1 0,0 [GJ/m]
[nr lokalu]
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 0,05
0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65
0,21 [GJ/m]2
Rys. 1.1 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Sikorskiego 32
1 0,0 [GJ/m]
[nr lokalu]
0,1 0,2 0,3 0,4
2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0,05
0,15 0,25 0,35
0,21 [GJ/m]2
Rys. 1.2 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Sikorskiego 34
1 0,0 [GJ/m]
[nr lokalu]
0,1 0,2 0,3 0,4
2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
0,5
0,05 0,15 0,25 0,35 0,45
0,21 [GJ/m]2
Rys. 1.3 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Sikorskiego 36
18 Z analizy rys. od 1.1 do 1.3 wynika, iż między poszczególnymi mieszkaniami występują duże różnice w jednostkowym zużyciu ciepła. Różnice te mogą występować z powodu różnej lokalizacji mieszkań w bryle budynku lub z powodu między-lokalowej wymiany ciepła. i osiągają one niekiedy wartości rzędu kilkuset procent. Inną przyczyną może być brak rejestracji małych zużyć ciepła przez ciepłomierze lokalowe.
1 0,0 [GJ/m]
[nr lokalu]
0,1 0,2 0,3 0,4
2
2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 0,5
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 0,05
0,15 0,25 0,35 0,45
0,25 [GJ/m]2
Rys. 1.4 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Sikorskiego 38
0,0 [GJ/m]
[nr lokalu]
0,1 0,2 0,3 0,4
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
0,05 0,15 0,25 0,35
0,25 [GJ/m]2
Rys. 1.5 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Sikorskiego 46
19
0,0 [GJ/m]
[nr lokalu]
0,1 0,2 0,3 0,4
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
0,05 0,15 0,25 0,35
0,25 [GJ/m]2
Rys. 1.6 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Sikorskiego 48
Z analizy rys. od 1.4 do 1.6 wynika, iż podobnie jak w poprzedniej grupie budynków występują duże różnice w jednostkowym zużyciu ciepła między poszczególnymi lokalami, co również może świadczyć o między-lokalowej wymianie ciepła. Prawie zerowe wskazania zużycia ciepła sugerują na brak rejestracji części zużytego ciepła przez dany lokal spowodowany dwoma zjawiskami: miedzy-lokalowa wymiana ciepła oraz brakiem wystarczającej czułości ciepłomierzy lokalowych, co wynika z przyczyn metrologicznych.
Ostatni z zaprezentowanych przykładów dotyczy budynku wielorodzinnego zlokalizowanego w Gdańsku przy ul. Leszczynowej 92. Budynek wyposażony był w lokalowe ciepłomierze CF-Max o przepływie nominalnym 0,6 m3/h [73]. W węźle zainstalowany był ciepłomierz główny. Analiza dotyczyła sezonu grzewczego okresie 2016/2017r. Wykazała ona, iż 30% lokali użytkowych posiadało zużycie ciepła niższe niż 2GJ. Natomiast zerowe wskazania zużycia ciepła odnotowano w 15% lokali [83].
Poniżej przedstawiono wykres ilustrujący zużycie ciepła w poszczególnych lokalach użytkowych oraz wykres zużycia c.w.u. mający potwierdzić, iż lokale w których wystąpiło zerowe zużycie ciepła były w tym czasie użytkowane (rys 1.7 i 1,8).
20
[GJ/m]
[nr lokalu]
2
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
0,33 [GJ/m]2
Rys. 1.7 Zużycie ciepła w lokalach w budynku przy ul. Leszczynowej 92 w Gdańsku
[m ]
[nr lokalu]
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0
Rys. 1.8 Zużycie c.w.u. w lokalach w budynku przy ul. Leszczynowej 92 w Gdańsku
Analizując powyższe wykresy można zauważyć, że z wyjątkiem lokalu nr 19 w wszystkich pozostałych wykazano zużycie c.w.u.. Podobnie jak we wcześniej opisanych przykładach niniejszego rozdziału także i w tym budynku występowały duże różnice między poszczególnymi lokalami w ilości zużytego ciepła. Ciepłomierz budynkowy wykazał całkowite zużycie ciepła wynoszące: 606,69GJ natomiast suma wskazań ciepłomierzy lokalowych wyniosła: 295,99GJ [83]. Procentowa różnica wskazań między ciepłomierzem budynkowym a sumą ciepłomierzy lokalowych wyniosła: 51,2 %.
Zaprezentowane powyżej rozważania i przykłady dotyczą jedynie wybranych przypadków osiedli mieszkaniowych, w których wystąpił problem braku bilansowania się
21 wskazań ciepłomierzy lokalowych z węzłowym lub budynkowym. Analizy te świadczą o problemie braku rejestracji części zużycia ciepła przez lokalowe ciepłomierze. Okazuje się, że różnice wskazań zużycia ciepła między ciepłomierzami lokalowymi a budynkowym osiągają wartości nawet rzędu 50% całkowitego zużycia ciepła.
1.4. Podsumowanie
Powyższe analizy oraz zaprezentowane dane jednoznacznie wskazują, iż istnieje konieczność opracowania rozwiązania technicznego zapewniającego ciepłomierzom pomiar nawet najmniejszych wartości strumienia masy czynnika grzewczego. Taki układ pomiarowy pozwoliłby na rejestrację najmniejszych wartości obciążenia cieplnego lokalu.
Ciepłomierz rejestrowałby nawet przepływy mieszczące się w zakresie wartości niemierzalnych przepływów dla przetwornika przepływu. Nowe rozwiązanie zapewniłoby lepsze niż dotychczas bilansowanie się wskazań zużycia ciepła ciepłomierzy lokalowych z głównym ciepłomierzem budynkowym.
22
2. CHARAKTERYSTYKA METOD POMIAROWYCH
STOSOWANYCH DO WYZNACZANIA ZUŻYCIA CIEPŁA W BUDYNKACH WIELORODZINNYCH
Ogólny podział metod służących do określania ilości zużywanej energii na cele grzewcze w budynkach wielorodzinnych można przedstawić następująco [17], [26], [66]:
a) metody bezpośrednie, b) metody pośrednie.
W pozycji [66] opisano kilka metod bezpośrednich służących do określania ilości zużywanej energii w postaci ciepła lub chłodu, dostarczanego do danego lokalu, przy użyciu ciepłomierzy. Scharakteryzowano np. metodę opartą o średnią logarytmiczną różnicę temperatury, która znajduje zastosowanie w przypadku określania ilości zużywanej energii w procesie wymiany ciepła w wymiennikach. Inną metodą opisaną w pozycji [66]
jest tzw. monitoring w granicy osłony bilansowej.
Do metod pośrednich należą m.in. metoda wykorzystująca parametry komfortu cieplnego. Zakłada ona iż właściciele lokali o identycznych powierzchniach użytkowych oraz takich samych wartościach temperatury powietrza wewnętrznego, zużywają taką samą ilość ciepła na ogrzewanie [26], [66].
Ponieważ w Polsce większość stanowią instalacje grzejnikowe dlatego nie wszystkie z wymienionych metod nadają się do wyznaczania zużycia energii przez lokale. Do metod pozwalających na wyznaczanie zużycia ciepła przez lokale w budynku wielorodzinnym należą:
1. metoda wykorzystująca powierzchnię lokalu [37], [58], [61], 2. metoda wykorzystująca kubaturę lokalu, [6], [24],
3. metoda wykorzystująca ciepłomierze elektroniczne [31],
4. metoda wykorzystująca wskazania nagrzejnikowych podzielników kosztów [58], 5. metoda komfortu cieplnego w pomieszczeniu [58], [61],
6. metoda MP-2010 jako metoda mieszana [26],
7. metoda z wykorzystaniem analizy harmonicznej [65],
8. metoda LMTD w lokalu wyposażonym w jednostkę grzewczo-chłodzącą [26],
9. pomiar energii na granicy osłony bilansowej przy wykorzystaniu indywidualnej jednostki grzewczo-chłodzącej [21], [26].
23
2.1. Określanie ilości zużytego ciepła lokalu w oparciu o powierzchnię – metoda 1
Pierwsza z wymienionych metod polega na wykorzystaniu wskaźnika zużycia ilości ciepła przypadającego na 1m² powierzchni lokalu. Wskaźnik ten wyrażony w [kWh/m2] można wyznaczyć z zależności [37], [58]:
ko=∑ni=1ϕi
∑ni=1Ai (1)
Służy on później do wyznaczenia obciążenia cieplnego i – tego lokalu według poniższej zależności:
ϕi=k0Ai (1a)
lub:
ϕi= Ai
∑ni=1Ai∑n ϕi
i=1 (2)
gdzie:
∑ ϕn i
i=1
– sumaryczna zużycie ciepła budynku w okresie rozliczeniowym [kWh],
Ai – powierzchnia i-tego lokalu [m²], n – liczba lokali [-],
i – indeks kolejnego lokalu [-].
Podstawową zaletą opisywanej metody jest jej prostota. Nie wymaga ona przeprowadzenia pomiarów w poszczególnych lokalach oraz skomplikowanych obliczeń.
Wystarczą wyłącznie wskazania z głównego ciepłomierza zlokalizowanego w pomieszczeniu źródła ciepła np. węźle cieplnym czy kotłowni oraz koszt jednostki ciepła dostarczonego przez dostawcę energii. Metoda nie generuje kosztów pośrednich w postaci opłat z tytułu rozliczeń przeprowadzanych przez firmy rozliczeniowe. Zaletą dla niektórych użytkowników, tych mniej oszczędnych jest fakt, że potencjalny użytkownik
24 nie jest zmuszany do nadmiernego oszczędzania na ogrzewaniu lokalu.. Nie wymusza ona także na użytkowniku ograniczenia wentylacji, przez szczelne zamykanie okien.
W konsekwencji nie naraża przegród budowlanych w mieszkaniu na zawilgocenie [13]
Wadą metody jest fakt, że rozliczanie ciepła proporcjonalnie do powierzchni lokalu nie stanowi motywacji dla użytkowników poszczególnych lokali do racjonalnego gospodarowania ciepłem.
2.2. Określanie ilości zużytego ciepła w lokalu w oparciu o kubaturę – metoda 2
W publikacjach [6], [24], jedną z prezentowanych metod wyznaczania ilości zużytego ciepła na ogrzewanie lokalu w budynkach wielorodzinnych wyrażonej w [kWh], jest metoda wykorzystująca jego kubaturę. Formuła obliczeniowa jest bardzo zbliżona do metody opisanej powyżej i wyraża się zależnością:
ϕi=∑Vi
Vi ni=1
∑ni=1ϕi (3)
gdzie:
Vi – kubatura rozpatrywanego i-tego lokalu [m³],
∑ Vn i
i=1
– całkowita kubatura wszystkich lokali w budynku [m³],
∑n ϕi
i=1
– całkowita ilość zużytego ciepła w budynku [kWh].
Podstawową wadą powyższej metody, podobnie jak poprzedniej, jest brak motywacji ze strony użytkownika lokalu do oszczędności energii na potrzeby ogrzewania. Jej zaletą jest prostota [6]. Metoda, podobnie jak poprzednia, nie jest wrażliwa na błędy związane z wymianą ciepła między lokalami oraz dodatkowymi zewnętrznymi i wewnętrznymi źródłami ciepła.
25
2.3. Wyznaczanie zużycia ciepła na ogrzewanie przy użyciu zamontowanych w lokalach ciepłomierzy – metoda 3
Ciepłomierze rejestrują całkowitą ilość ciepła, jaka jest dostarczana do instalacji c.o.
i c.w.u. (węzły dwufunkcyjne) w danym lokalu lub budynku [41]. Różnica pomiędzy całkowitą ilością ciepła dostarczonego do budynku i zużytego na podgrzanie ciepłej wody pozwala na precyzyjne określenie strumienia ciepła pobieranego przez instalację c.o..
Strumień ciepła wyznaczany jest przez przelicznik elektroniczny, na podstawie danych uzyskanych z czujników temperatury oraz przepływomierza mierzącego strumień masy czynnika ṁw w przedziale czasu ∆τ , [5], [16], [58]. Wartości temperatury pochodzą z pomiarów bezpośrednich na zasilaniu i powrocie instalacji grzewczej. Ciepłomierze mierzą pośrednio ilość energii wymienianej przez układ grzewczy z otoczeniem w jednostkach fizycznych, czyli [kJ], [MJ], [GJ], [kWh], [MWh], [16], [26]. Głównym problemem w wykorzystaniu ciepłomierzy do pomiaru zużycia ciepła w lokalach budynków wielorodzinnych jest ich ograniczony zakres pomiaru. Koszty całkowite dzielone są na dwie części; część stałą zwaną kosztami stałymi oraz część zmienną zwaną kosztami zmiennymi. Udział kosztów stałych w całkowitych wacha się w zależności od zarządcy budynku i zawiera się w przedziale od 30 do 50%.
W kosztach stałych zawarte są koszty stałe w postaci mocy zamówionej oraz opłaty przesyłowej stałej dostawcy ciepła. Koszty stałe dzielone są na poszczególne lokale w proporcji do ich powierzchni. Koszty zmienne ogrzewania wynikają z kosztów zmiennych dostawcy ciepła, które są iloczynem ilości zużytego ciepła oraz taryfy (opłata zmienna przesyłowa). Koszty zmienne dzielone są w proporcji do udziału wskazań indywidualnych ciepłomierzy lokalowych w całkowitym wskazaniu ciepłomierza budynkowego. Jak wynika z doświadczenia eksploatacyjnego, suma wskazań ciepłomierzy lokalowych jest mniejsza od całkowitego wskazania ciepłomierza budynkowego (brak bilansowania się wskazań ciepłomierzy indywidualnych z budynkowym). Dlatego ciepłomierze lokalowe spełniają funkcję podzielników kosztów ogrzewania lokali.
Szczegółową analizę niebilansowania się ciepłomierzy lokalowych z budynkowym przeprowadzoną w oparciu o dane dotyczące zużycia ciepła pozyskane z eksploatacji budynków wielorodzinnych przedstawiono w podrozdziale 1.3. Szczegółowe informacje dotyczące ciepłomierzy przedstawiono w rozdziale 5.
26
2.4. Podział ilości zużytego ciepła w budynku w oparciu o wskazania nagrzejnikowych podzielników kosztów – metoda 4
Podzielniki kosztów są przyrządami rejestrującymi różnicę pomiędzy temperaturą powierzchni grzejnika a temperaturą otoczenia [60]. Wskazują one udział procentowy ilości oddawanego ciepła przez grzejniki, w odniesieniu do całkowitej ilości energii cieplnej dostarczonej do budynku [41]. Całkowita ilość ciepła zużywana na potrzeby centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody rozdzielana jest na poszczególne media w sposób pomiarowy za pomocą podlicznika zlokalizowanego w wymienniku c.o.
lub c.w.u [19]. Następnie z różnicy wskazań ciepłomierza głównego na oba media oraz odpowiedniego podlicznika, wyznacza się ilość ciepła przeznaczoną na zasilanie grzejników we wszystkich lokalach. Kolejnym krokiem jest podział ciepła przeznaczonego na ogrzewanie poszczególnych lokali w proporcji do ilorazu wskazań podzielników w danym lokalu i całkowitej sumy wskazań podzielników w całym budynku. Podzielników kosztów ogrzewania nie można uznawać za przyrządy pomiarowe, ponieważ rejestrowane przez nie wskazania nie są wyrażone w jednostkach fizycznych [48].
System podziału energii w oparciu o wskazania podzielników kosztów zakłada uproszczenie polegające na założeniu, iż ilość ciepła emitowanego przez wszystkie grzejniki zamontowane w danym lokalu jest skorelowana z jego zużyciem na ogrzanie [26], [31]. Ilość zarejestrowanych umownych jednostek jest proporcjonalna do sumy iloczynu temperatury panującej na powierzchni zewnętrznej grzejnika w miejscu zamocowania podzielnika kosztów i czasu trwania tego pomiaru. Obecnie wykorzystuje się podzielniki kosztów elektroniczne oraz w coraz mniejszym stopniu cieczowe [59].
Na rys. 2.1 przedstawiono schematy podzielnika kosztów ogrzewania cieczowego oraz elektronicznego dwuczujnikowego.
27 1
2
3
5 4
1
2
3
5 4
a) b)
Rys. 2.1 Schematy budowy podzielników kosztów ogrzewania a) cieczowego, b) elektronicznego dwuczujnikowego
a) 1 – czynnik grzewczy, 2 – grzejnik, 3 – płytka przewodząca, 4 – ampułka pomiarowa, 5 – ampułka porównawcza,
b) 1 – czynnik grzewczy, 2 – grzejnik, 3 – płytka przewodząca, 4 – czujnik temperatury otoczenia, 5 – czujnik temperatury powierzchni grzejnika
Cieczowe podzielniki kosztów ogrzewania działające na zasadzie odparowania (wyparkowe) należą do rodziny urządzeń jednoczujnikowych. Podzielniki kosztów wyparkowe, składają się z podstawy (płytki przewodzącej) zaopatrzonej w wyżłobienia, w których umieszczone są dwie przezroczyste ampułki z parującą cieczą. Na ampułkach umieszczona jest podziałka. Jedna z ampułek przeznaczona jest do odczytu aktualnych wskazań, a druga pełni funkcję ampułki porównawczej (rys. 2.1.a). Pierwsza ampułka rejestruje emisję cieplną grzejnika, która jest proporcjonalna ilości odparowanej cieczy.
Dzięki podziałce możliwe jest ustalenie ilości umownych jednostek zużytego ciepła.
Po sezonie grzewczym, gdy grzejnik nie emituje ciepła do pomieszczenia, odparowanie cieczy zachodzi samoczynnie. Jest to uwzględniane w trakcie jej uzupełniania powyżej kreski zero (początku skali pomiarowej) i nosi nazwę „naddatku na zimne parowanie”
[59].
Obecnie jednak najczęściej stosowane są podzielniki elektroniczne: jedno lub dwuczujnikowe. Podzielniki elektroniczne jednoczujnikowe składają się z płytki przewodzącej montowanej trwale do grzejnika, czujnika temperatury przylegającego do powierzchni zewnętrznej grzejnika, mikroprocesora, ogniwa elektrycznego oraz panelu elektronicznego do odczytu informacji. Elektroniczny podzielnik kosztów rejestruje i wyświetla ilość impulsów. Zależy ona od różnicy temperatury między powierzchnią grzejnika a otoczeniem. Podzielniki jednoczujnikowe posiadają zapisaną w pamięci
