Badania rozbioru wody w kontekście poprawności doboru wodomierza głównego na przykładzie wybranych budynków wielorodzinnych

Wodomierze to urządzenia mechaniczne lub mechaniczno-elektroniczne, montowane na przewodzie wodociągowym, służące do pomiaru objętości wody przezeń płynącej [7].

Woda, przepływając przez wodomierz, wprawia w ruch jego organ, którego ruchy przenoszone są mechanicznie lub jako impulsy elektryczne do zegara (liczydła), gdzie następuje ich sumowanie oraz przeliczenie na jednostkę objętości wody.

W ostatnim czasie na rynku instalacyjnym coraz częściej oferowane są wodomierze statyczne – elektroniczne.

Wodomierze dzieli się według ich konstrukcji wewnętrznej oraz rodzaju organu pomiarowego. Wyróżniamy m.in. wodomierze skrzydełkowe (jedno- i wielostrumieniowe), śrubowe, wolumetryczne (inaczej zwane objętościowymi) oraz sprzężone.

W wodomierzach statycznych pomiar prędkości przepływającej wody określany jest na podstawie różnicy w rozchodzeniu się fal ultradźwiękowych (wodomierze ultradźwiękowe) lub elektromagnetycznych (wodomierze elektromagnetyczne).

Klasy dokładności wodomierzy

Wodomierze jako urządzenia pomiarowe mają zakres pomiarowy, w odniesieniu do którego spełniają wymagania dokładności wskazań zapisane w rozporządzeniu Ministra Gospodarki [9] przez okres wynikający z ich legalizacji [10], czyli okres, kiedy mogą służyć do rozliczeń.

Od listopada 2016 roku na terenie Unii Europejskiej obligatoryjne będą zapisy dyrektywy Parlamentu Europejskiego [12], której zadaniem jest ujednolicenie urządzeń pomiarowych – Measuring Instruments Directive (MID).

Kończy się 10-letni okres przejściowy pozwalający na legalizację wodomierzy mających zatwierdzenia typu wydane przed 30 października 2006 roku. W dyrektywie tej zawarte są m.in. informacje odnośnie do szerokości zakresów pomiarowych urządzeń, błędów wskazań mierników i wytrzymałości ułożyskowania elementów pomiarowych, m.in. wirników wodomierzy. Według dyrektywy MID i dotyczących jej opracowań [8] współczynnik R (od angielskiego „ratio”, czyli proporcji) obliczamy według równania:

 (1)

gdzie:

Q1 – minimalny strumień objętości wodomierza, m³/h;
Q3 – ciągły strumień objętości wodomierza, m³/h.

Wodomierz o najgorszym (najwęższym) zakresie pomiarowym, czyli klasie pomiarowej, ma R = 10, a o najlepszym R = 800.

Według klas Głównego Urzędu Miar (GUM) obowiązujących do 2016 r. wodomierze wykonywane są w czterech klasach dokładności: A, B, C i D, gdzie klasa A ma najniższe parametry pomiarowe, a D najwyższe.

Z przykładowego orientacyjnego porównania klas metrologicznych według GUM i zakresów pomiarowych R według MID podawanego w [6] wynika, że odpowiednikiem klasy A jest R = 40, klasy B–R = 80, klasy C–R = 160, a klasy D–R ≥ 200.

Każdy wodomierz ma cztery przepływy charakterystyczne związane z jego zdolnością pomiarową – Q₁, Q₂, Q₃, Q₄.

• Przepływ Q₁ to minimalny strumień objętości wodomierza, dla którego następuje pomiar objętości wody z wyższym błędem ustawowym (wodomierz nowy ±5%, wodomierz w eksploatacji ±10%).
• Przepływ Q₄ (przeciążeniowy strumień objętości) jest przepływem maksymalnym zakresu pomiarowego, powyżej tej wartości nieznany jest błąd pomiarowy urządzenia.
• Przepływ Q₂ (pośredni strumień objętości) jest punktem wzrostu dokładności pomiaru wodomierza – dochodzi do zmniejszenia dopuszczalnego błędu do niższego poziomu (nowy wodomierz wody zimnej ±2%, wodomierz wody zimnej w eksploatacji ±4%) [9],
• Przepływ Q₃ jest przepływem ciągłym wodomierza.

Najlepiej, żeby wodomierz jak najczęściej pracował w zakresie od Q₂ do Q₃, tzn. przy niższym dopuszczalnym błędzie pomiaru w normalnych warunkach użytkowania, czyli w warunkach przepływu ciągłego lub przerywanego. Dokładniejsze opisy kwestii metrologicznych można znaleźć w rozporządzeniu [9].

Budowa oraz zasady montażu urządzenia pomiarowego wykorzystanego do badań

Pomiary przepływów wody wykonane zostały przy użyciu wodomierzy mechaniczno-elektronicznych hiszpańskiej firmy CONTAZARA.

Urządzenie pomiarowe montowano zawsze na instalacji należącej do właściciela budynku, czyli na instalacji budynkowej. W związku z tym montaż nie wymagał zgody dostawcy wody.

Średnica wodomierza rejestrującego była dobierana względem istniejącego wodomierza głównego budynku tak, aby średnice obu urządzeń były równe lub mniejsze.

Przy stosowaniu mniejszych średnic obliczano średni przepływ wody z danych pochodzących z faktur zakupowych wody do budynku. Obliczony przepływ średni służył do doboru średnicy wodomierza rejestrującego.

Montaż urządzenia obejmował:

• przecięcie instalacji wodociągowej za zaworem odcinającym za wodomierzem głównym – instalacji budynkowej;
• nagwintowanie rury stalowej ocynkowanej lub wgrzanie kształtki polipropylenowej na przewód wykonany z PP;
• zmianę średnicy rurociągu, aby odpowiadała średnicy urządzenia pomiarowego;
• montaż urządzenia pomiarowego z wykorzystaniem znormalizowanego łącznika wodomierzowego odpowiedniego do średnicy urządzenia pomiarowego, czyli śrubunku wodomierzowego;
• montaż zaworu odcinającego za urządzeniem pomiarowym – we wszystkich przypadkach zamontowano zawory kulowe gwintowane równoprzelotowe;
• połączenie zestawu wodomierzowego z istniejącą instalacją budynku.

Ponieważ badane przyłącza nie miały zaworów antyskażeniowych, te ostatnie zostały zamontowane po usunięciu urządzenia pomiarowego – w istniejącej przerwie w instalacji. 

Metodyka zbierania danych

Pomiary rzeczywistych przepływów wody wykonano na przyłączach wodociągowych budynków wielorodzinnych należących do zasobów dwóch spółdzielni mieszkaniowych zlokalizowanych w różnych miastach położonych na wschód od Warszawy. Spółdzielnia pierwsza została oznaczona jako SM1, a druga jako SM2.

• W spółdzielni SM1 dokonano pomiarów w 15 budynkach, które oznaczono ciągiem kodów SM1B1 – SM1B15, które są kombinacją oznaczenia spółdzielni i narastającym numerem porządkowym budynku.
• W spółdzielni SM2 dokonano pomiarów w pięciu budynkach, które oznaczono ciągiem kodów SM2B1 – SM2B5.

Informacje dotyczące liczby mieszkańców w poszczególnych budynkach uzyskano od spółdzielni mieszkaniowych.

Spółdzielnie przekazały także informacje dotyczące liczby lokali w badanych budynkach. Informacje dotyczące klasy wyposażenia sanitarnego w lokalach, technologii wykonania i stanu technicznego instalacji uzupełniono na podstawie inwentaryzacji przeprowadzonej w każdym z badanych budynków.

Dane pomiarowe były rejestrowane przez urządzenie w sposób automatyczny, a następnie zgrywane do komputera z wykorzystaniem modułu komunikacyjnego CZ2000 EKO oraz oprogramowania CzHome dostarczonego wraz z modułem komunikacyjnym [2]. ( rys. 2 i rys. 3 )

Po zamontowaniu urządzenia na przewodzie wodociągowym rejestrowany był każdy przepływ wody przez wodomierz zdolny obrócić śrubę wodomierza wraz z natężeniem i czasem trwania przepływu. Monitorowanie położenia śruby wodomierza odbywało się w sposób ciągły z wykorzystaniem impulsatorów.

W pamięci rejestratora następowało sumowanie przepływów wody dla każdego częściowego zakresu natężenia przepływu.

Rejestrowany i zliczany był zatem każdy start wodomierza. Jest to istotne z punktu widzenia trwałości ułożyskowania wodomierza pracującego w danym budynku [5].

Trwałość łożysk wirnika wodomierza określa się na poziomie 100 000 cykli startu i zatrzymania [5].

Po przekroczeniu tej liczby może dojść do postępującego pogorszenia dokładności pomiaru na skutek zwiększonych oporów ruchu wirnika wodomierza, czego przyczyną jest zwiększony opór łożysk [6]. To zaś przekłada się na niedokładny pomiar wody [4]. Na dokładność pomiaru istotny wpływ ma również jakość wody wodociągowej. Problem awaryjności wodomierzy został szerzej opisany w publikacji [1].

W trakcie trwania badania urządzenie automatycznie określiło także miarodajny rozbiór minimalny i maksymalny wody w budynku.

Miarodajny rozbiór minimalny to przepływ chwilowy o najmniejszym natężeniu, którego objętość jednokrotnie wyniosła przynajmniej 10 dm³ ze stałym natężeniem w trakcie trwania badania.

Podobnie miarodajny rozbiór maksymalny to przepływ chwilowy o największym natężeniu, którego objętość jednokrotnie wyniosła przynajmniej 10 dm³ ze stałym natężeniem w trakcie trwania badania [2]. Przepływy te zostały zdefiniowane na potrzeby badania.

Czas trwania badania poszczególnych budynków wahał się w granicach od 11 do 35 dni, zależał ściśle od decyzji danej spółdzielni i wynikał ze stopnia niezgodności bilansu wody danego budynku.

Rejestrowanie danych kończyło się wraz ze zdemontowaniem urządzenia pomiarowego z przyłącza wodociągowego. Następowało zgranie z urządzenia do komputera zebranych danych pomiarowych zawierających informacje o przepływach i ich natężeniach, terminach wystąpienia przepływów skrajnych i sumarycznej objętości wody dla każdego zakresu natężeń przepływu.

Zakresy przepływów zależały od średnicy wodomierza rejestrującego i były określone przez producenta. Każda ze średnic wodomierza miała osiem takich zakresów.

Zebrane dane pomiarowe odczytano z wykorzystaniem specjalnego programu komputerowego dostarczonego wraz z interfejsem komunikacyjnym podłączanym przez port szeregowy RS-232 do komputera.

Analiza rozbiorów wody

Wyniki badań wskazują, że ponad 90% pobieranej wody odbywa się w dwóch średnich zakresach pomiarowych natężeń przepływu. Jednak objętość wody pobieranej w zakresie niskich natężeń przepływu jest znacznie większa niż w obrębie przepływów wysokich.

Przepływy wysokie mają charakter incydentalny, o czym świadczą zerowe lub niewielkie ilości wody zarejestrowane w tych zakresach.

Badania wykazały, że istniejące w budynkach wodomierze dobrane według starych wytycznych są w zdecydowanej większości przypadków za duże w stosunku do potrzeb. Uzasadnia to potrzebę wprowadzania wodomierzy mniejszych, aby uzyskać większą dokładność pomiaru w obrębie przepływów niskich.

Wśród analizowanych budynków sześć charakteryzowało się 4. klasą wyposażenia (lokalne źródło ciepłej wody), a 14 – 5. klasą wyposażenia (centralne źródło ciepłej wody).

Średnio pomierzone jednostkowe zużycie wody przez mieszkańca dla budynków z 4. klasą wyposażenia wyniosło 72,7 dm³/Md, co stanowi 72,7% wartości teoretycznej podawanej w rozporządzeniu [23].

Dla budynków z 5. klasą wyposażenia średnie jednostkowe zużycie wyniosło 90,4 dm³/Md, co stanowi 56,5% wartości teoretycznej.

Dla wszystkich analizowanych budynków zarejestrowany miarodajny przepływ maksymalny był średnio kilkukrotnie wyższy od teoretycznego przepływu maksymalnego godzinowego.

W odniesieniu do metody statystycznej zarejestrowane przepływy dla wszystkich prób są o kilkanaście procent wyższe. Zarejestrowany przepływ maksymalny miarodajny nie powinien przekraczać przepływu Q₄, może natomiast przekraczać Q₃ wodomierza, gdyż przepływy wysokie występują stosunkowo rzadko.

Z punktu widzenia poprawności wskazań istotna jest również liczba startów wodomierza, które z kolei przekładają się na trwałość łożysk jego wirnika.

Dla wszystkich analizowanych budynków zarejestrowano w ciągu doby 831 cykli. „start i zatrzymanie wodomierza”, co dało średnią 13 cykli dziennie w przeliczeniu na jednego mieszkańca (15,2 przy czwartej klasie wyposażenia oraz 12,6 przy piątej).

Zużycie łożysk skutkujące pogorszeniem dokładności wskazań wodomierza może nastąpić już po około 120 dniach eksploatacji. Przy doborze wodomierzy należy więc zwracać uwagę na deklarowaną przez producenta trwałość łożysk.

Wnioski

Analiza problemu właściwego doboru wodomierza w budynkach wielorodzinnych pozwoliła na wyciągniecie poniższych wniosków.

• Obecnie doboru wodomierza dokonuje się najczęściej na podstawie przepływu obliczeniowego określanego według normy, która nie ma statusu normy obowiązującej.
• Według dyrektywy MID, która ma obowiązywać od listopada 2016, należy dobierać wodomierze o mniejszym przepływie maksymalnym w stosunku do przepływu obliczeniowego niż według obecnie stosowanych wytycznych GUM.
• Przeciętne jednostkowe wskaźniki zużycia wody, podawane w rozporządzeniu [11], są wyższe od pomierzonych, co może prowadzić do przewymiarowania dobieranego wodomierza.
• Struktura rozkładu zużycia wody wskazuje, że w ponad 90% odbywa ono się w dwóch pośrednich zakresach rozbioru.
• Przeprowadzone badania struktury rozbiorów wody w analizowanych budynkach w większości przypadków uzasadniają tendencję wprowadzania wodomierzy mniejszych niż obecnie istniejące, aby skoncentrować się na większej dokładności pomiaru w obrębie przepływów niskich. Przepływy maksymalne mają charakter incydentalny, o czym świadczy stosunkowo niska objętość wody pobrana w najwyższych zakresach pomiarowych.
• Zużycie łożysk wirnika wodomierza może prowadzić do pogorszenia dokładności jego wskazań w okresie krótszym niż wynikający z okresu legalizacji.
• Żeby poprawnie dobrać wodomierz, należy dysponować zbiorem danych empirycznych dotyczących struktury rozbiorów wody w budynku. Można również zastosować metodę statystyczną wykorzystującą analogię pomiędzy budynkiem analizowanym a mu podobnymi.
• Należy się spodziewać coraz szerszego stosowania rejestracji on-line przy pomiarach zużywanej wody i kontroli efektywności pracy instalacji i sieci wodociągowych.  

Literatura

1. Cichoń T., Królikowska J., Królikowski A., Analiza przyczyn różnicy bilansowej w ilości wody zużytej w budynkach wielolokalowych na przykładzie krakowskiego systemu opomiarowania dostawy wody, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” 6/2013.
2. Data sheet of Contazara CZ3000.
3. http://www.apator.com/uploads/files/bloki-statyczne-mainstory/powogaz/mid-i-gum-v2.pdf, 20.04.2016.
4. Koral W., Badania metrologii wodomierzy indywidualnych w budynku wielorodzinnym po 12-letnim okresie eksploatacji, „Instal” 5/2013.
5. Koral W., Błędy wskazań wodomierzy wynikające z jakości ich wykonania – studium przypadku, „Instal” 5/2008.
6. Koral W., Wymagania wobec wodomierzy w dyrektywie MID z punktu widzenia odbiorcy końcowego, „Instal” 11/2006.
7. Kwietniewski M., Olszewski W., Osuch-Pajdzińska E., Projektowanie elementów systemu zaopatrzenia w wodę, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2009.
8. Oiml R., Water meters intended for the metering of cold potable water and hot water meters, APEC/APLMF Training Courses in Legal Metrology, Hanoi 2008.
9. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 23 października 2007 r. w sprawie wymagań, którym powinny odpowiadać wodomierze, oraz szczegółowego zakresu sprawdzeń wykonywanych podczas prawnej kontroli metrologicznej tych przyrządów pomiarowych (DzU nr 209/2007, poz. 1513).
10. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 7 stycznia 2008 r. w sprawie prawnej kontroli metrologicznej przyrządów pomiarowych (DzU nr 5/2008, poz. 29).
11. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002 r. w sprawie określania przeciętnych norm zużycia wody (DzU nr 8/2002, poz. 70).
12. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2004/22/WE w sprawie przyrządów pomiarowych (Dz.Urz. UE L 135 z 30 kwietnia 2004).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!