Учет потребления холодной воды и стоков: методы обработки результатов измерений

Без выстроенной системы учета невозможно эффективно управлять использованием энергоресурсов на промышленных и муниципальных объектах, в жилом фонде. Точный учет потребления холодной воды (ХВ) — это не только измерение объема и расхода потребляемого ресурса, но и выявление безвозвратных потерь из-за утечек, неисправностей оборудования, незаконных подключений.

Течи усложняют эксплуатацию системы. Вода расходуется нерационально, повышаются затраты предприятия на перекачку незапланированных объемов воды, ремонт и амортизацию оборудования, возникают неизбежные производственные издержки, которые в конечном итоге выливаются в рост тарифов. Поэтому важно своевременно выявлять источники потерь и оперативно их устранять.

Учет ХВ с помощью АИИС

Для повышения точности и минимизации человеческого фактора при учете ХВ полезно использовать автоматизированные системы. АИИС поможет настроить достоверный учет ХВ, свести баланс потребления воды, проанализировать потери.

Возможности АИИС «Элдис»:

• одновременный сбор показаний (водосчетчики, контроллеры);
• поиск коммерческих и технологических потерь, построение баланса потребления;
• сохранение архивов данных за весь период использования, учет потерь холодной воды, создание отчетов в любой форме;
• дистанционный контроль расхода, качества гидравлических параметров воды (располагаемого напора);
• мониторинг и аналитика данных, полученных с измерительных приборов и автоматики.

А также оповещения о нарушениях, нештатной работе оборудования, изменениях параметров настройки счетчиков из-за внешнего вмешательства.

Коммерческий и технологический учет ХВ

АИИС собирает и обрабатывает данные с коммерческих (общедомовых) приборов учета, что позволяет получить достоверную информацию об объеме потребления по каждому участку и выявлять коммерческие потери. Как следствие — дает возможность эффективнее управлять водоподачей.

Узлы учета расхода холодной воды (УУ ХВ) — комплексное оборудование, включающее счетчики, клапаны, запорную арматуру и другие элементы, необходимые для контроля расхода. Правила коммерческого учета холодной воды не допускают подключение пользователей к системе ХВС без оборудования водомерного узла.

Существуют простые узлы и конструкции с байпасом. Водомерный узел учета ХВ (схема с обводной линией) необходим для обеспечения стабильной подачи воды, если ввод в здание единственный. А также в случае, когда пропускная способность расходомера ниже расчетной, требуемой для нужд пожаротушения. На обводной линии устанавливают задвижку с электроприводом, которая автоматически открывается при запуске насоса пожаротушения.

В качестве примера представлена схема узла учета холодной воды, чертеж без байпаса:

Ниже — чертеж узла учета холодной воды с электрозадвижкой на обводной линии:

Считывание показаний с приборов происходит практически в непрерывном режиме.

Недельный цикл потребления для холодной воды

Замечено, что потребление воды на крупных жилых объектах (с большим количеством потребителей) происходит с определенной часовой ритмичностью, которая повторяется в соответствующие дни от недели к неделе. Если посмотреть на диаграмму расхода холодной воды на протяжении 7 дней, ежедневно можно выделить максимальный (пиковый) и минимальный суточный расходы.

На графике видно, что из общей картины выбиваются только значения расходов в течение трех последних дней недели (пятница, суббота, воскресенье).

Чтобы сформировать графики, фактические данные недельного цикла (из архива приборов) сравнивают с графиком типовой зависимости с помощью метода статистического анализа. Значение коэффициента корреляции (КК) позволяет сделать вывод о качестве измерений в системе водоснабжения и выявить наличие утечки.

Возможны три прогноза:

1. Высокий КК (0,99) — нормальный режим потребления, приборы работают исправно. Поиск и устранение утечек не требуются.

2. КК = 0,88 — есть аномалия потребления, возможно, из-за единичного порыва или промывки системы.

3. КК < 0,75 — низкий КК, скорее всего, в системе есть утечки или неисправны приборы. Необходимо принять срочные меры для исправления ситуации.

Типовые диаграммы, с которыми сравнивают данные приборов, формируются отдельно для каждой группы объектов.

О чем свидетельствуют отклонения в графике

Диаграммы недельного цикла наглядно показывают отклонения от норм потребления в системе водоснабжения — утечки (порывы), технические неисправности, несанкционированные врезки. Изменения в работе системы водоснабжения вызывают отклонения на графике недельного цикла и выглядят как:

• резкие пики (внезапное увеличение расхода, вызванное аварийной ситуацией или врезкой);
• падения до нуля (отключение ХВС, неисправность прибора);
• периодические колебания (нерегулярное использование воды или возможные утечки).

С другой стороны, суточные пики позволяют отслеживать периоды максимальной нагрузки и планировать проведение профилактических работ, учитывая эти максимумы и минимумы.

Учет суточных минимумов и максимумов расхода воды

Достаточно простой метод, включает в себя несколько условий:

• Соотношение значений ночного минимума потребления (с 02:00 до 05:00) и вечернего пика (с 20:00 до 23:00) всегда находится в определенном диапазоне. Отклонение фактического показателя от диапазона типовых означает либо наличие технической неисправности в сети, либо разгерметизацию трубопровода.
• Минимум ночного потребления воды в идеале равен нулю. Если величина > 0, значит, в системе есть небольшая непроизводительная утечка.
• Частное значений вечернего пика и ночного минимума равно какой-то относительной величине К(макс/мин). Если эта величина > 6 для ХВ, сделать вывод о скрытых потерях нельзя. Если К(макс/мин) находится в интервале от 4 до 5 — возможно, есть небольшая утечка. При К(макс/мин) < 4 — нештатная ситуация, необходимо срочно устранять порыв или проверять исправность работы устройств.

Для использования метода требуется выполнение анализа большой выборки данных для ГВС и ХВС, поэтому он корректно работает для многоквартирных домов.

Способы учета потерь ХВ

Рассмотрим два основных способа:

1) Сравнительный анализ потерь ХВС между двумя точками учета на участке магистральной сети.

Сопоставление данных по расходу воды в начале и в конце участка сети позволяет посчитать разницу между объемами — отгруженным и полученным потребителями. В идеальном случае разница является околонулевой. Дисбаланс показаний соответствует потерям или погрешностям измерения расходомеров.

Для анализа используется величина относительных потерь П_отн, которая определяется по формуле:

П_отн = (V₁ - V₂)/V₁ x 100%, где V₁ и V₂ — показания приборов учета на входе и выходе участка водопроводной сети, соответственно.

Алгоритм автоматического анализа потерь:

1. Сравнение суммарных показаний приборов, вычисление итоговой разницы (за произвольный период).
2. Расчет погрешности измерения (на основе паспортных значений для расходомеров), оценка попадания разницы в допускаемый коридор отклонений (например, ±3 %).
3. Сравнение величины потерь воды П_отн с диапазоном отклонений. Построение диаграммы по результатам суточных архивов (массивов показаний):

Большинство показаний приборов находятся в метрологическом коридоре отклонений (±3 %), однако есть резкий скачок П_отн. в течение нескольких суток.

4. Составление диаграммы потерь по данным часовых архивов, со среднесуточным значением:

На диаграмме красной линией выделено скользящее среднее значение потерь за сутки. Отдельные провалы значений наблюдаются в периоды минимального расхода воды, ночные часы. Возможно, из-за нестабильной работы прибора учета.

5. Анализ взаимной согласованности показаний приборов, построение графика зависимости V₂ = F(V₁ ), со сведением баланса в двух точках и выявлением утечек.

В данном случае результат сведения баланса показаний приборов соответствует критерию согласованности. На диаграмме значение коэффициента корреляции КК — не менее 0,99, следовательно, скрытых потерь нет.

Данные для одновременного сравнительного анализа с разных приборов должны собираться синхронно. Допустимая максимальная асинхронность составляет 1/10 интервала усреднения. Таким образом, разброс во времени при обработке суточных архивов должен быть не выше 2,4 часа (24/10), часовых — не более 6 мин (60/10). Если требование не соблюдается, достоверность анализа, особенно почасового, будет низкой.

2) Анализ потерь холодной воды между источником и группой потребителей.

Частный случай — подключение к одному узлу учета источника целой группы потребителей. Например, когда к повысительной насосной станции ХВС (ВНС) подключают несколько многоквартирных домов.

Алгоритм анализа потерь — тот же, что и между двумя точками.

Допустим, на ВНС установлены электромагнитные расходомеры, на всех узлах потребителей МКД — крыльчатые счетчики с импульсным выходом.

Ниже представлена относительная величина потерь по часам суток.

Разница в показаниях с большой вероятностью связана с характеристиками приборов, а не с водяными утечками. На ряде потребителей желательно предусмотреть внеочередную поверку, чтобы обеспечить точность учета коммунальных ресурсов.

Важность учета баланса потребления и сброса вод

Объем сточных вод — важный параметр системы водоснабжения, с трудом поддающийся приборному контролю. Поэтому в большинстве случаев водоотведение приравнивается к расчетному суммарному объему потребленной воды — горячей и холодной.

Таким образом, коммерческий учет сточных вод обычно выполняется путем суммирования показаний контрольно-измерительных приборов (КИП) на узлах учета ГВС и ХВС. Независимо от того, установлен ли счетчик на воду или начисление производится по нормативу. Данные заносятся в журнал учета расхода воды (водоотведения).

Баланс сточных вод и потребления представляет собой соотношение между объемом потребляемой воды и возвращающейся в систему водоотведения в виде стоков. Автоматизированный учет баланса позволяет наглядно оценить эффективность использования ресурсов, а также выявить возможные потери.

Ниже представлена диаграмма недельного цикла «водопотребление-водоотведение» на основе архивов достоверных данных АИИС для очень крупного жилого района города с численностью населения почти в полмиллиона человек.

На сводном графике видно, что количество отводимых стоков ниже (примерно на 14 %), чем объем всей поступающей потребителям воды. Результаты измерений в данном случае демонстрируют технико-экономическую обоснованность установки приборов учета на канализационные коллекторы. Меньшее количество сточных вод на выходе из района по сравнению с объемом поданной в район горячей и холодной воды объясняется рядом причин:

• потерями горячей и холодной воды в сетях до того, как они попадут в водоразборные устройства потребителей и будут после использования слиты в канализацию;
• потерями сточных вод через неплотности канализационных сетей при транспортировке их от объектов потребителей до общерайонных приборов учета на магистральных канализационных сетях;
• значительным расходом холодной воды на полив зеленых насаждений в районе, в результате чего вода попадает не в канализацию, а дренируется в грунт.

В некоторых случаях объем стоков может превышать объем потребленной воды. Одной из возможных причин могут быть скрытые утечки или дефекты в системе ХВС. Объем водоотведения может быть повышенным из-за подмешивания, например, дождевых или талых вод.

Учет баланса водопотребления/водоотведения позволяет:

• оптимизировать использование водных ресурсов, избегая перерасхода и нехватки;
• выявлять утечки и потери из-за несанкционированного потребления или повреждений;
• соблюдать требования к учету холодной воды и стоков, экологические нормы, предотвращать загрязнение акваторий;
• снижать эксплуатационные затраты.

Скачки параметров при учете потребления ХВ — когда стоит бить тревогу

Режим водоснабжения характеризуется различными физическими параметрами и величинами. Обычно они плавно изменяются по мере считывания их устройствами. Резкие скачки параметров, как правило, служат индикаторами нештатных ситуаций, функциональных нарушений и требуют быстрого реагирования.

Внезапное повышение расхода может свидетельствовать о нарушении герметичности труб или соединений. Неисправности в работе насосов и оборудования также могут вызывать резкие скачки потребления.

Автоматизированные системы учета расхода воды способны выявлять резкие перепады, непрерывно сравнивая каждый следующий параметр с его архивным предыдущим значением. Контролировать таким образом можно перепады давление в сети ХВС, расход холодной воды (минутные, суточные значения), если скачок длительный.

Самыми опасными скачками сопровождаются порывы сетей водоснабжения. Поэтому локализация и устранение аварийной ситуации в этом случае должны быть очень быстрыми.