Vodoměry – 2. část

15.05.2020 Autor: Zdeňka Dřevojánková Časopis: 2/2020

Rozsáhlý článek autorky se ve třech pokračováních zabývá vodoměry z různých hledisek. Popisuje důležité veličiny týkající se vodoměrů, druhy, způsoby připojení, hydraulické vlastnosti, přesnost měření, způsoby odečtu a chyby při montáži vodoměrů. Dále se zabývá významem zpětných armatur u vodoměrů a osazením vodoměrů na vodovodních přípojkách. Jedná se o souhrnnou informaci o vodoměrech a jejich použití.

Recenzent: Jakub Vrána

Úvod

V první část seriálu (viz Topin, sešit č. 1/2020) o vodoměrech se v teoretické části autorka zabývala příslušnými právními předpisy a nejdůležitějšími technickými normami, značením a jednotkami užívanými v odborné literatuře, vlastním účelem vodoměru a v části praktické pak způsoby připojení, kapacitou vodoměru, rozdělením do teplotních tříd, tlakovou ztrátou a v poslední deváté kapitole pak polohou osazení do potrubí.

10. Přesnost měření

Dříve existovaly 3 třídy přesnosti vodoměrů, kde A byla třídou s nejnižší přesností, B střední a C nejpřesnější třídou (dle evropské normy 75/33/EHS [13]). Prakticky většina starších vodoměrů začínala s třídou A, nejčastější zastoupenou třídou pak byla třída B, která je dnes však také překonaná. Vodoměry nejpřesnější třídy C si mnohem lépe poradí i s měřením v pásmu nízkých průtoků a minimalizují tak neměřené průtoky vody.

V současné době se vodoměry schvalují dle evropské směrnice MID 2014/32/EU [14] (dále jen MID), která s rozdělením do tříd přesnosti nepočítá, tato povinnost odpadá a na číselníku nových vodoměrů se uvádějí parametry nové.

Přesnost vodoměrů je vyjádřena pouze parametrem Q₁ – zaručeným minimálním průtokem. Čím je Q₁nižší, tím je vodoměr přesnější. Orientačně se dá říci, že dnešní minimální průtok Q₁ dle MID přibližně odpovídá Q_min dle staré normy.

Vodoměry se v ČR zkouší a ověřují podle dokumentu s názvem Opatření obecné povahy číslo 0111-OOP-C035-14 [15], vydaného Českým metrologickým institutem (ČMI).

Přesnost měření vodoměru by měla být nejméně taková, aby bylo možno změřit protékající nádržkový splachovač záchodové mísy o průtoku cca 25 l·h^–1. To lze docílit vhodně zvoleným Q₃ a vysokým dynamickým rozsahem R, z čehož vyplývá měření minimálního průtoku Q₁_.

Nízké průtoky lze bezpečně měřit vodoměry o potřebném dynamickém rozsahu R, který se liší pro vodoměry umístěné v horizontální a vertikální poloze.

Tab. 5 • Minimální dynamický rozsah vodoměru pro zajištění měření s vysokou přesností

Vysokou přesností měření disponují ultrazvukové a objemové vodoměry.

11. Chyby měření

Vzhledem k trvale rostoucím cenám vody je ze strany odběratelů samozřejmě všeobecný zájem o co nejpřesnější měření spotřeby vody. Chyby při měření nebývají velké – důležité je správné zvolení vodoměru, tak i jeho bezchybné osazení do potrubí. Špatně osazený vodoměr může měřit až o 40 % vyšší spotřebu, než je reálná – viz kapitola 17. Montáž vodoměrů (bude zveřejněna v 3. části). U velkých odběrů vody je kontrola správného měření spotřeby vody zvlášť významná – se stoupající spotřebou vody se zvyšuje i možnost nepřesného měření.

Graf 2 • Chyby měření při různém průtoku; Q1 …minimální průtok, Q2 …přechodový, Q3…trvalý (nominální), Q4 …přetěžovací

Vodoměr měří správně, pokud se chyba měření u studené vody pohybuje v tolerančním pásmu ±2 % a v tolerančním pásmu ±3 % u vody teplé.

12. Umístění převodového soustrojí

Vodoměry mohou mít převodové ústrojí uloženo mimo vodu nebo ve vodě. Rozlišujeme:

Suchoběžné

Soustrojí umístěno mimo vodu; přenos otáčivého pohybu může být proveden mechanicky nebo magneticky s ochranou proti vnějšímu vlivu. Horní část vodoměru s číselníkem je suchá, voda protéká spodní částí mokrou (hydraulickou). Obě části jsou od sebe odděleny pomocí magnetů umístěných po obvodě vodoměru. Nové výrobky mají počítadlo se stíněnou magnetickou spojkou, které poskytuje optimální výsledky, pokud jde o přesnost a stabilitu měření. Prostor počítadla je od hydraulické části oddělen tlakovou deskou, přenos otáčení hřídelky je proveden magnetickou spojkou přes stěnu tlakové desky. Magnet je obvykle čtyřpólový.

Dvoupólové byly pouze historické magnetické spojky, trpěly na ovlivnitelnost vnějším magnetickým polem. Proto výrobci přešli na čtyřpólové spojky, které na vnější magnetické pole tak citlivé nejsou. Vícepólové spojky se příliš nepoužívají, přestože jsou ještě více odolné vnějším magnetickým polím, zároveň se však snáze „utrhnou“ – rozpojí. Je-li magnet odstíněn stínicími kroužky, pak se vodoměr označuje jako antimagnetický, což znamená, že jej lze hůře ovlivnit vnějším magnetickým polem.

Obr. 8 • Konstrukce vodoměrů; vlevo suchoběžný, vpravo mokroběžný

Mokroběžné

Celý vodoměr je zaplaven vodou, dochází k přímému mechanickému přenosu z turbíny na číselník. Počítadlo je trvale ponořeno ve vodě a je pod tlakem, který voda má. Nevýhodou je možnost zanesení počítadla nečistotami, vodním kamenem či jinými z kapaliny vysráženými minerálními látkami (v praxi typicky železo). Výhodou je absolutní antimagnetičnost.

13. Princip měření

Měření průtoku vody se může provádět několika způsoby.

1. Vodoměry rychlostní

Mohou být označeny také jako vodoměry mechanické. Měří se rychlost protékající kapaliny. Jsou to nejpoužívanější typy vodoměrů. Fungují na principu působení dynamického tlaku vody na oběžné kolo a rozlišují se zde lopatkové a šroubové rychlostní vodoměry.

Obr. 9 • Obecné schéma rychlostního vodoměru

Obr. 10 • Schéma Woltmanova rychlostního vodoměru

a) Lopatkové vodoměry

Hlavní součástí je lopatkové kolo, které do pohybu uvádí protékající voda. Otáčivý pohyb lopatkového kola se pak přes převodové ústrojí přenáší na číselník. Používají se pro průměry 5/8" až 2".

b) Šroubové vodoměry

pracují na principu roztočení speciálního šroubového kola protékající vodou. Stejně jako u lopatkových vodoměrů se přenáší rotační pohyb na číselník. Šroubové kolo je umístěno buď horizontálně, nebo vertikálně. Šroubové vodoměry se používají v průmyslových objektech s vysokým odběrem vody (průměr potrubí 6/4" a vyšší).

c) Woltmanovy vodoměry

jsou vhodné pro vyšší průtoky než cca 25 m³·h^–1 při trvalém průtoku (Q₃). Dimenze je obvykle DN 50 a více (přírubové připojení). Osa lopatkového kola (turbíny) je v ose proudění a navazuje na ni úhlový převod. Jsou vhodné pro svislou, vodorovnou i šikmou montáž. Vyrábí se pouze suchoběžné provedení.

d) Sdružené (kombinované) vodoměry

Používají se tam, kde značně kolísá odběr vody a spotřeba je velmi nerovnoměrná. Jedná se o soustavu dvou vodoměrů, které se vzájemně přepínají podle spotřeby vody. Používají se většinou u velkých objektů, kde nastává velké kolísání průtoku vody. Jsou zapojeny paralelně. Měřicí jednotka se skládá z hlavního vodoměru, přepínacího ventilu a měřicího pouzdra jako vedlejšího vodoměru. Tyto vodoměry mají připojení přírubou na potrubí od DN 50 výše. Několik technických údajů o sdružených vodoměrech ukazuje tab. 6.

Tab. 6 • Vybrané technické údaje sdružených vodoměrů

Obr. 11 • Sdružený vodoměr

e) Tangenciální vodoměry

Jsou to rychlostní vodoměry, které mají lopatky či šroub zasahující do průřezu potrubí jen částečně. Voda prochází tělem vodoměru volně, i když jsou v ní obsaženy nečistoty. Používají se výjimečně, jsou vhodné např. pro zemědělské a zavlažovací účely.

2. Vodoměry objemové

Měří se objem protékající kapaliny. Slouží pro přesné měření odběru vody s malým průtokem. Fungují na principu střídavého plnění nádob uvnitř vodoměru. Jedná se o nemechanické vodoměry. Do této skupiny patří vodoměry elektromagnetické a ultrazvukové.

Obr. 12 • Schéma objemového vodoměru

a) Elektromagnetické vodoměry

Používají se pro měření průtoku elektricky vodivých kapalin. Fungují při zapojení do elektrické sítě, méně obvyklé jsou napájené z baterie stejnosměrným proudem. Jsou to indukční průtokoměry. Pracují na základě elektromagnetické indukce při pohybu vodiče v magnetickém poli. Protékající voda představuje vodič, který musí mít minimální stanovenou hodnotu. Protože jsou velmi přesné, používají se jako etalony průtoku. Mezi výhody indukčních vodoměrů patří minimální tlaková ztráta. Využívají se v širokém rozsahu odběru vody, neboť se vyrábí ve velkém rozsahu průměru potrubí a množství měřené vody. Množství protečené kapaliny měří bez ohledu na směr toku s velkou přesností. K měření dochází v potrubí s kompletně volným průchodem, což zabraňuje tlakovým ztrátám.

Tab. 7 • Vybrané parametry indukčního vodoměru

Obr. 13 • Indukční vodoměr

b) Ultrazvukové vodoměry

Vysílají ultrazvukové vlny kapalinou a z rychlosti kapaliny a průměru potrubí odvozují objem. V průtokoměrné jednotce je UZ signál vysílán ve formě impulzu ve směru a proti směru proudění měřené kapaliny. Princip měření využívá časového rozdílu při průchodu impulzů v obou směrech šíření. Výsledný údaj nezávisí na rychlosti UZ signálu ve vodě (nezávisí na složení vody, na teplotě a na tlaku). Výhodné jsou nezávislostí na síťovém napájení, malou tlakovou ztrátou, měřením malých i velkých průtoků a vícekanálové provedení umožňuje velmi přesné měření.

Ultrazvukové vodoměry jsou extrémně přesné a uživatelsky neovlivnitelné. Měří spotřebu vody již od průtoku 2 l·h^–1. Ultrazvukový signál je vysílán ze dvou měničů umístěných ve vodoměru naproti sobě. Signál vysílaný z měniče ve směru průtoku dosahuje druhého měniče dříve, než signál vysílaný v protisměru. Časový rozdíl mezi příjmem těchto dvou signálů se převádí na rychlost průtoku a také na objem.

Vodoměr neobsahuje žádné pohyblivé díly, u kterých může dojít k opotřebení či poruše, není citlivý na částice a nečistoty. Počítačová jednotka vodoměru umožňuje registrovat mnohem více, než pouhou spotřebu vody, například poškození potrubí ve formě úniku vody.

Obr. 14 • Schéma funkce ultrazvukového vodoměru; UZ1 – ultrazvukový měnič 1, UZ2 – ultrazvukový měnič 2

Tab. 8 • Rozsah vybraných technických parametrů ultrazvukových vodoměrů

Obr. 15 • Ultrazvukový vodoměr

3. Vodoměry hmotnostní

Měří se hmotnost protékající kapaliny. Používají se spíše jako průmyslové průtokoměry, přičemž některé typy jsou určeny pro nejrůznější úlohy měření průtoku kapalin nebo plynů ve všech průmyslových odvětvích. Tyto průtokoměry umožňují optimalizovat chod a zvýšit produktivitu výrobních zařízení například v chemickém průmyslu a ve farmacii. Jsou vhodné zejména pro úlohy vyžadující měření několika veličin současně.

Obr. 16 • Hmotnostní vodoměr určený pro instalaci do svislého potrubí

14. Části vodoměru

Jak již bylo zmíněno v první části seriálu, na trhu je značné množství různých druhů vodoměrů. Nejběžnějším je malokapacitní bytový či domovní vodoměr určený pro malé odběry vody. Tyto vodoměry jsou konstrukčně relativně jednoduché. Jejich hlavní části znázorňuje obr. 17.

Obr. 17 • Hlavní části bytového vodoměru; K – kryt, P – počítadlo, ZK – závitový kroužek, TD – tlaková deska, LK – lopatkové kolo, TV – tělo vodoměru

15. Dálkový odečet

Pro dálkový odečet spotřeby vody se mohou používat pouze systémy odpovídající příslušným normám. Vodoměry s dálkovým odečtem umožňují realizaci odečtů stavu vodoměrů bez zbytečného zásahu do soukromí uživatelů jednotlivých bytů. V posledních letech vzrostla poptávka na dodávku a instalaci vodoměrů s dálkovým odečtem také díky výraznému snížení pořizovací ceny a cenově výhodnější bezdrátové technologii.

Kromě tradičního pochůzkového způsobu odečtu se využívá také sledování dat on-line (systém smart metering).

16. Možnosti dálkových odečtů

Možností dálkového odečtu dat spotřeby vody je celá řada. Přenos dat k odečtu lze obecně rozdělit podle způsobu připojení a podle způsobu komunikace:

Připojení:

a) Drátové

Prostřednictvím rozhraní Ethernet, RS232 popř. RS485, nebo běžnou dvojlinkou.

b) Bezdrátové

Prostřednictvím Wifi, Bluetooth, GSM (mobilní sítě) nebo optické IrDA, u kterého musí být optická dostupnost mezi vysílačem a přijímačem, podobně jako u dálkového ovládání TV.

Do budoucna se jeví jako perspektivní způsob komunikace tzv. internet věcí (IoT), jehož plné rozšíření je podmíněno zavedením 5G sítí pro rychlý přenos velkého objemu dat a plnou dostupnost Wifi popř. Lifi (přenos dat pomocí světla) signálu.

Komunikace:

a) Impulzní výstup snímače

Nevýhodou je nutnost stálého připojení měřicího zařízení ke snímači pro plynulou registraci impulzů. Každý impulz odpovídá určitému množství měřené veličiny.

b) Protokol M-Bus (ModBus)

Je využitelný jak drátově po rozhraní Ethernet nebo RS, tak bezdrátově přes Wifi. Jde o obousměrnou komunikaci s přenosem libovolných dat. V tomto případě lze využít internetu (popř. IoT) pro přenos údajů do vzdálené centrály. V současnosti jde o nejuniverzálnější a nejpoužívanější způsob přenosu dat.

c) Protokol Bluetooth

V tomto případě musí být měřicí zařízení v dosahu snímače.

d) GSM (mobilní sítě)

Vyžaduje speciální SW a přítomnost GSM karty v každém snímači.

Některé vodoměry jsou vybaveny moduly pro dálkový odečet spotřeby z výroby. Jiné typy vodoměrů mají možnost osazení modulem pro dálkový odečet dodatečně.

Obr. 18 • Moduly vodoměrů (vlevo kabelový – vpravo rádiový) pro dálkový přenos spotřeby vody

Literatura

[13] Směrnice Rady 75/33/EHS ze dne 17. prosince 1974 o sbližování právních předpisů členských států týkajících se vodoměrů na studenou vodu. In Úřední věstník Evropské unie. 20. 1. 1975, částka L 14, s. 1–9. Dostupné z: <https://esipa.cz/sbirka/sbsrv.dll/ sb?DR=SB&CP=31975L0033>.
[14] Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2014/32/EU ze dne 26. února 2014 o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se dodávání měřidel na trh (přepracované znění). In Úřední věstník Evropské unie. 29. 3. 2014, částka L 96, s. 149. Dostupné z: < https://eur-lex.europa.eu/legal-content/CS/TXT/PDF/?uri =CELEX:32014L0032&from=EN>.
[15] Opatření obecné povahy číslo 0111- OOP-C035-14, kterým se stanovují metrologické a technické požadavky na stanovená měřidla, včetně metod zkoušení při ověřování stanovených měřidel: „měřidla protečeného množství vody – vodoměry, které jsou určeny k použití v obytných a obchodních prostorách a v lehkém průmyslu“. ČMI. Brno. 13. 11. 2014. Dostupné z: <https://www.cmi.cz/sites/all/files/ public/download/Uredni_deska/ 3435-ID-C_3435-ID-C%20(1).pdf>.
[16] HOLYSZEWSKI, Matěj: Jak správně vybrat bytový vodoměr-praktické rady. ARTAV, z.s. Praha. Dostupné z: <https://artav.cz/downloads/ms _5969.pdf>.
[17] ČSN EN 13757. Komunikační systémy pro měřidla – Část 1 až 6. 2015-8 až 2019-11. ÚNMZ. Praha.
[18] Firemní podklady společností Endress +Hauser, ENBRA, JSP, Kamstrup, Profitherm.

Water meters – Part 2

The author’s extensive article deals in three sequels with water meters from different perspectives. It describes important quantities related to water meters, types, connection methods, hydraulic properties, measurement accuracy, methods of reading and water meters installation errors. It also deals with the importance of check valves for water meters and water meters installation on water connections.

This is a comprehensive summary of water meters and their use.

Keywords: Water meter, flow, pressure loss, measurement accuracy, remote reading, check valve, water meter shaft

Dokončení příště

Související články