Měření spotřeby tepla: Od termočlánků k mikroprocesorům
Partneři sekce:
Evropská legislativa a příslušné české vyhlášky stanovují majitelům domů povinnost vybavit vnitřní rozvody tepla pro vytápění příslušnými měřidly nebo indikátory spotřeby. Cílem je přesně sledovat spotřebu tepla v jednotlivých bytových jednotkách a spravedlivě rozúčtovat náklady na vytápění. Kořeny dnes běžných technologií měření spotřeby tepla přitom sahají až do 30. let minulého století.
Směrnice Evropského parlamentu číslo 2012/27/EU a vyhláška číslo 194/2007 Sb. předepisují majitelům domů instalovat na vnitřní rozvody tepla měřidla nebo poměrové indikátory spotřeby tepla. Ty umožňují přesné sledování spotřeby a následné spravedlivé vyúčtování nákladů na teplo konečným spotřebitelům. Zatímco dnes je měření spotřeby tepla zákonem zakotvenou povinností, dříve patřila měřidla k nadstandardnímu vybavení komfortních bytů pro bohaté nájemníky. Po loňském období právní nejistoty mají majitelé domů a bytová družstva nyní jasno. Legislativa předepisuje instalaci měřidel spotřeby tepla, většinu domovních rozvodů ale stačí vybavit poměrovými indikátory spotřeby, které sledují činnost jednotlivých radiátorů v bytě. Indikátory spotřeby tepla, které dnes najdeme ve většině bytových jednotek, se začaly objevovat již v první polovině 20. století. Tehdy šlo ovšem o technologickou novinku určenou hlavně bohatým nájemníkům velkých luxusních bytů.
První měření pomocí termočlánků
Počátky technologií pro měření spotřeby tepla sahají do poloviny 30. let 20. století, kdy se v domech začaly objevovat první měřiče založené na různých fyzikálních principech. Pro měření spotřeby tepla totiž není prakticky možné použít zařízení pracující na kalorimetrickém principu, které je příliš drahé a náročné na metrologické ověřování. Jedním z prvních měřičů spotřeby tepla bylo švýcarské zařízení CALDIV. Jeho princip spočíval ve skutečnosti, že se určité kovové slitiny (například Z 100, což je slitina zinku, mědi a hliníku) namáháním unaví a deformují, přičemž tato deformace má trvalý charakter a je funkcí teploty, času a namáhání. Indikátor CALDIV využíval tenkého proužku ze slitiny Z 100 zatíženého závažím, jehož deformace se přímo přenášela na odečítací stupnici.
Mezi další principy používané v měřičích tepla patří kapilární a trubičkové odpařovací indikátory, indikátory s odporovými teploměry nebo termistory a indikátory, které využívají změny optické hustoty vlivem tepelné expozice. Většího rozšíření se ale v první polovině dvacátého století dočkaly zejména měřiče založené na termoelektrickém principu.
Termoelektrické měřiče
Tyto byly použity například ve funkcionalistickém domě na Merhautově ulici v Brně, který v roce 1936 navrhl architekt Zikmund Kerekes. Zdejší prostorné a na svou dobu velmi luxusní byty byly vybaveny radiátory s měřidly spotřeby tepla od firmy THERMON. Stejné přístroje se v té době používaly též v nájemních domech v lokalitě okolo pražského Veletržního paláce, které vytápěla holešovická elektrárna.
Měřiče spotřeby tepla THERMON fungovaly na principu termočlánku, s jehož pomocí se měřil rozdíl teplot radiátoru a vzduchu v místnosti. Naměřené hodnoty se pak odečítaly na rtuťovém indikátoru, který pracuje na základě elektrolytického vylučování rtuti na jedné z elektrod indikačního přístroje. Vzhledem k tomu, že rtuťový indikátor byl umístěn mimo obytné prostory, nebylo nutné při odečítání hodnot vstupovat do bytů.
Měřicí zařízení THERMON díky oddělení termočlánku a indikátoru splňovala další moderní trend: dálkový odečet naměřených hodnot. Moderní indikátory spotřeby tepla s možností dálkových odečtů dnes ale samozřejmě pracují na základě úplně jiné technologie a k přenosu dat se využívá rádiový signál. Do poloviny 30. let 20. století, kdy se první měřiče spotřeby tepla v bytech instalovaly, se datují také první pokusy o podvody. Už v té době jsou totiž zaznamenány případy snahy o nelegální ovlivnění měřičů zásahem do zapojení snímacích termočlánků.
Z indikátorů THERMON konstrukčně vycházely měřiče CALOM, vyvinuté v 60. letech minulého století v pražském Výzkumném ústavu energetickém. Pracovaly na stejném principu, avšak svou koncepcí se více blížily dnešnímu kompaktnímu pojetí běžných rozdělovačů topných nákladů. Jejich součástí bylo několik sériově zapojených termočlánků umístěných tak, že jejich „teplé konce“ snímaly teplotu otopného tělesa z hliníkového tepelného převaděče a „studené konce“ teplotu místnosti na víku indikátoru. Indikátory CALOM se montovaly na každé otopné těleso, čímž odpadla potřeba instalace propojovacího vedení. Montáží těchto indikátorů na jednotlivé radiátory ale vznikla nutnost vstupovat do bytů a odečítat každé zařízení zvlášť.
Druhá polovina 20. století – kapalinové měřiče
Od poloviny 50. let 20. století se začaly více používat odpařovací indikátory spotřeby tepla, založené na principu odparu kapaliny vlivem teploty a času. Za velké rozšíření vděčí tato technologie hlavně nízké ceně měřičů, technologicky však šlo o krok zpět. Tyto měřiče totiž nebyly příliš přesné, protože hodnotu odečtu zkresloval mimo jiné například odpar při vysokých letních teplotách nebo tepelná roztažnost pracovní kapaliny.
Některé nedostatky odpařovacích indikátorů se postupným vývojem technologie podařilo odstranit. Příkladem dokonalejšího odpařovacího indikátoru je zařízení METRONA OPTRONIC. Tyto indikátory byly vybaveny dlouhou ampulkou o malém průměru (kapilárou), hladina kapaliny byla opticky zvýrazněna a po boku stupnice indikátoru byl natištěn bodový polohovací kód. Tento typ indikátoru umožňoval dokonce automatizaci odečtu pomocí speciálního čtecího zařízení, centrální odečet naměřených hodnot ale pochopitelně nebyl u těchto měřičů z principu možný.
Kromě odpařovacích indikátorů se v této době někdy používaly rovněž ryze mechanické měřiče tepla. Tato zařízení pracovala na principu měření průtoku teplé vody a sledování rozdílů teplot přívodu a zpátečky. Na základě těchto údajů se pak pomocí poměrně složitého mechanického systému zaznamenával počet spotřebovaných kWh či MWh tepla. Nevýhodou mechanických měřičů byl hlavně komplikovaný mechanismus, který se však obešel bez jakékoli baterie či pracovní kapaliny.
První elektronické indikátory
Elektronické indikátory první generace se začaly objevovat v 80. letech minulého století. Jedním z nich byl například měřič RTN EUS-HKV 1 firmy ISTA s ručkovým ukazatelem. Vzhledem k vysoké pořizovací ceně a nepřesvědčivým technickým vlastnostem se však elektronické indikátory spotřeby tepla první generace příliš nerozšířily.
Na konci 80. let pak přišly na trh první měřiče spotřeby tepla využívající mikroprocesorů. Technologicky již šlo o měřiče podobné těm současným, byť byly mnohdy zbytečně složité. Jejich odečítání se provádělo vizuálně pomocí displeje, později bylo možné využívat i rozhraní pro připojení terminálu nebo přenosného počítače.
Současnost – bezdrátová komunikace a centrální odečty
V současnosti používané indikátory spotřeby technologicky vycházejí z elektronických měřičů z konce 80. let minulého století. Díky miniaturizaci součástek jde většinou o konstrukčně i funkčně jednodušší a přitom spolehlivější zařízení. Nejnovější generace měřičů spotřeby tepla se vyznačuje použitím nejmodernějších mikroelektronických součástek, střídmostí implementovaných funkcí, rozšířením komunikačních možností a především technologickou jednoduchostí. To všechno s jediným cílem – dosáhnout velmi nízké výrobní ceny.
Současným trendem jsou především rychlé a levné dálkové odečty naměřených hodnot. Prakticky všichni hlavní dodavatelé proto mají ve svém sortimentu rádiové indikátory s pochůzkovým (Walk-by) nebo uzlovým (AMR) systémem odečtu. Ustanoven byl také komunikační standard pro rádiový odečet – Wireless M-Bus/OMS. V blízké budoucnosti tak bude možné realizovat třeba i taková měřicí zařízení do domácnosti, která spolu budou vzájemně komunikovat a která půjde napojit na systémy chytrého měření, takzvaný smartmetering.
Karel Vlach, Petr Holyszewski
Karel Vlach je generální ředitel společnosti ENBRA, a.s.
Petr Holyszewski je produktový manažer společnosti ENBRA, a.s.
Foto: ENBRA
Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.
