Развитие метрологических средств измерений ОАО НПП “Эталон” для нужд энергоаудита

Энергоаудит, или энергетическое обследование предполагает оценку всех аспектов деятельности предприятия, которые связаны с затратами на топливно-энергетические ресурсы. Цель энергоаудита: оценить эффективность использования топливно-энергетических ресурсов и разработать эффективные меры для снижения энергозатрат предприятия. При проведении энергетического обследования решается ряд основных задач, таких как, выявление конкретных участков (цехов), где идёт перерасход энергоресурсов. К основным можно отнести следующие задачи энергетического обследования.

• Оценка доли затрат и возможности снижения издержек предприятия по каждому из направлений энергопользования.

• Определение приоритетных направлений энергосбережения.

• Оценка потенциала энергосбережения по выбранным направлениям.

• Экспертиза энергетической эффективности проводимых или планируемых на предприятии инноваций.

• Разработка эффективных мероприятий для реализации выявленного потенциала энергосбережения.

• Разработка предложений по организации системы энергоменеджмента на предприятии.

Решение всех этих задач возможно только при совместной работе инженеров и экспертов компании энергоаудитора с эксплуатационным персоналом и специалистами заказчика непосредственно на объектах предприятия. Предложения энергоаудиторов, как правило, носят рекомендательный характер, а реализация мероприятий зависит от специалистов и руководства предприятия заказчика. Проведение работ по результатам качественно выполненного энергоаудита всегда дает ощутимый экономический эффект, который на несколько порядков может превысить затраты на проведение энергетического обследования. Нередко бывает, что затраты окупаются ещё в процессе работы [8].

В области энергосбережения разработана концепция развития метрологического обеспечения по следующим видам энергии и энергоресурсов:

тепловая энергия:

• учет тепловой энергии в системах водяного теплоснабжения,

• потери тепла на теплотрассах,

• энергоаудит зданий жилого и производственного назначения, сертификация элементов строительных конструкций по тепловым характеристикам,

• теплопроводность строительных и теплоизоляционных материалов;

природный газ, нефть и нефтепродукты:

• определение теплоты сгорания природного газа и других топлив,

• определение компонентного состава природного газа и его теплоты сгорания расчетным методом, обеспечение эффективности топливосжигающих установок,

• измерения параметров, определяющих качество нефти и нефтепродуктов,

• учет объема и массы газа, нефти и нефтепродуктов, проходящих по трубопроводам;

электроэнергия:

• учет электроэнергии и измерения параметров, определяющих ее качество.

При проведении энергетических обследований предприятий и организаций энергоаудитору необходимо использовать специализированную нормативную и методическую документацию.

Минимальный перечень необходимой для энергоаудиторов документации определяет ГОСТ Р 51387-99. В соответствии с «Рекомендациями по проведению энергетических обследований организаций», которые утверждены приказом Минпромэнерго РФ № 141 от 4 июля 2006 г., энергоаудит должен проводиться в соответствии с методической документацией «Системы добровольной сертификации в области рационального использования и сбережения энергоресурсов» (РИЭР), а в соответствии с Федеральным законом  РФ №261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» энергоаудит имеют право проводить предприятия, являющиеся членами саморегулируемой организации (СРО).

Для проведения энергетических обследований предприятий и организаций энергоаудитору необходимо располагать специализированными приборами.

Приборная база энергоаудитора должна включать оборудование, позволяющего без  вмешательства в схему или технологический процесс, производить контроль большинства параметров энергопотребления. Такое оборудование для энергоаудита теплофизических процессов предлагает ОАО НПП «Эталон».

Коллективом завода, при методологическом руководстве метрологических институтов и центров стандартизации и метрологии создан инновационный комплекс средств воспроизведения единицы температуры, теплопроводности и тепловых потоков, осуществляющий её измерение, передачу, преобразование и регулирование.

Имея опыт изготовления образцовых термоэлектрических преобразователей типа ППО и ПРО (рис.1), предприятие разрабатывает и выпускает рабочие средства измерения температуры в диапазоне температур от – 200 до +3000 °С.

Рис. 1.  Эталонные датчики температуры

В настоящее время предприятие выпускает продукцию по пяти видам измерений: температура, теплопроводность, поверхностная плотность теплового потока, радиоизмерения СВЧ-диапазона и меры микронного диапазона. Кроме рабочих средств измерения, предприятие выпускает (23) эталонные средства, т.е. государственные вторичные эталоны. В 2008 г. Коллегией Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии утверждены три государственных первичных эталона (температура, теплопроводность, плотности теплового потока), в создании которых принимало участие и ОАО НПП «Эталон».

Модернизацию эталонов велась с учетом новейших идей в области совершенствования методов и средств воспроизведения единицы, предложенных в рабочих Консультативных комитетах МОЗМ. Следует обратить внимание на еще одну особенность эталонов – это их комплексность. Весь этот комплекс: и рабочие эталоны и, особенно, рабочие СИ — новые, они конкурентоспособны с зарубежными эталонами, а некоторые из них даже превосходят зарубежные по своим характеристикам [2]. При создании эталонов были обновлены все схемы передачи размера единиц, т.е. разработаны необходимые рабочие эталоны поверочной схемы, в отдельных случаях — даже специальные рабочие средства [1].

На рисунках 2 и 3 представлены поверочные схемы для контактной и радиационной термометрии соответственно, на которых схематично показано оборудование, разработанное и выпускаемое ОАО НПП «Эталон» для обеспечения единства измерений в этом диапазоне, а на рис. 4, 5 – изображено оборудование.

 

Рис. 2 Государственная поверочная схема контактной термометрии

Рис. 3 Государственная поверочная схема радиационной термометрии

Рис. 4 Средства  передачи, измерения и воспроизведения температуры для контактной термометрии

Для энергоаудита тепловой энергии нашим предприятием выпускаются средства измерений и их метрологическое обеспечение по следующим направлениям:

• контроль количества теплоты и теплоносителя (комплекты датчиков температуры для теплосчетчиков);

• измерение теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов (измерители теплопроводности);

• измерение поверхностной плотности теплового потока (измерители теплового потока);

• измерение поверхностной температуры (контактные и бесконтактные средства измерения – датчики температуры, пирометры, тепловизоры);

Основным элементом теплосчетчиков, определяющим его класс точности, является комплект датчиков температуры (КТСПР), представляющий собой два термометра сопротивления подобранных по своим параметрам в пару (предприятием выпускаются датчики типа КТСПР 9514 различных модификаций четырех конструктивных исполнений). Что касается НТД, в настоящее время ФГУ «Ростест-Москва» готовит к утверждению проекты стандартов по коммерческому учету тепловой энергии и теплоносителя (ГОСТ Р ЕН 1434), гармонизированные с европейским стандартом EN 1434 «Теплосчетчики» в шести частях, устанавливающего технические характеристики, методы испытаний, поверки и условия эксплуатации этих средств тепловой энергии [7]:

«Теплосчетчики и измерительные системы тепловой энергии для водяных систем теплоснабжения. Метрологическое обеспечение. Основные положения»;

«Оценивание погрешностей измерений тепловой энергии и массы теплоносителя в водяных системах теплоснабжения»;

«Тепловая энергия и теплоноситель (горячая вода), поставленная пользователям в системах водяного теплоснабжения. Методика измерений»;

«Правила коммерческого учета тепловой энергии и теплоносителя»

Измерение температуры поверхности и её распределение в системах теплоснабжения (теплопотребления) производится с помощью набора поверхностных датчиков температуры и портативных измерителей температуры. В настоящее время на предприятии изготавливается измеритель температуры портативный микропроцессорный ИТПМ, который в комплекте с поверхностными датчиками температуры может быть использован для обследования тепловых систем. ИТПМ представляет собой измеритель температуры с энергонезависимой памятью, объём которой составляет 2800 записей для одноканальных и 1300 записей для двухканальных измерений. Запоминается не только значения измеренной температуры, но и текущее время с помощью внутренних электронных часов (год, месяц, день, час, минута, секунда) на момент проведения измерения. ИТПМ имеет связь с компьютером посредством интерфейса RS-232 (рис. 5).

 

 Рис. 5. Рабочие средства измерения контактной термометрии

 

Контроль температуры труднодоступных, движущихся и вращающихся объектов, частей оборудования, находящихся под электрическим напряжением требует бесконтактных измерений. Бесконтактный контроль температуры обладает повышенным быстродействием, что особенно актуально при необходимости оперативного измерения температуры при обследовании объектов электроэнергетики. Этим требованиям отвечают пирометры типа ПП-1, ПД-7 и система тепловизионного контроля СТК-1. Система тепловизионного контроля СТК-1 предназначена для дистанционной визуализации тепловых полей в реальном масштабе времени, их регистрации и хранении в виде изображений. СТК-1 разработана и выпускается совместно с Омским государственным техническим университетом (рис.6).

      Оптоволоконные ПД-7                  Портативные ПП-1

    (300…+2500°С)                                 (20…+2000°С)

Система тепловизионного контроля

СТК-1

Рис. 6. Рабочие средства измерения радиационной термометрии

Для поверки рабочих средств измерения радиационной термометрии (пирометров, тепловизоров) на предприятии разработан и серийно выпускается комплекс метрологического оборудования в виде излучателей «абсолютно черное тело» в диапазоне температур от 40 до 2500 °С (рис. 7).

Рис. 7. Излучатели «черное тело»

ОАО НПП «Эталон» совместно с ВНИИМ им. Д.И. Менделеева ведет работы по разработке и выпуску рабочих средств измерения  и метрологического оборудования для измерения  и передачи единицы теплопроводности.

 

Рис. 8 Государственная поверочная схема теплопроводности

 

В качестве рабочих средств измерения применяются приборы для измерений теплопроводности твёрдых тел в диапазоне от 0,02 до 20 Вт/(м-К) при температуре от 90 до 1100 К.

Наше предприятие серийно выпускает многоканальный измеритель теплопроводности ИТ-2 и меры теплопроводности, предназначенные для использования в составе метрологического оборудования для определения коэффициентов теплопроводности материалов (рис.9).

Рис. 9 Измеритель теплопроводности ИТ-2

Тепловой поток – один из основных параметров всех протекающих тепловых процессов и явлений.

Повышение точности измерений плотности тепловых потоков позволяет эффективно экономить тепловую энергию за счет получения достоверных данных об источниках тепловых потерь и их количественных значений.

Широкий выпуск преобразователей теплового потока требует создания современных средств их метрологического обеспечения, а также разработки полного набора нормативных документов, обеспечивающих их эксплуатацию и метрологическое обслуживание.

Разработку этих средств и нормативных документов и проводит наше предприятие совместно с ФГУП «СНИИМ» г. Новосибирск (рис.10).

Рис. 10 Государственная поверочная схема  плотности теплового потока

В настоящее время проведены испытания в целях утверждения типа единичного образца  установки теплометрической УТМ—1 (рис.11). Установка предназначена для поверки датчиков теплового потока различных форм и размеров в диапазоне значений теплового потока 50…2000 Вт/м2 с относительной  погрешностью передачи размера единицы (1,5…2,5)% при температуре от 20 до 150°С и соответствует государственному рабочему эталону.

Диапазон поверхностной плотности теплового потока, создаваемого в теплометрической камере, Вт/м2, в пределах	от 10 до 2000
Нестабильность поддержания заданной плотности теплового потока в установившемся температурном режиме, % в минуту, не более	0,25
Неравномерность плотности теплового потока в рабочей зоне теплометрической камеры в установившемся температурном режиме, % не более	2,5

Рис. 11 Установка теплометрическая УТМ-1

В качестве рабочих средств измерений поверочная схема предусматривает использование датчиков теплового потока и измерителей теплового потока (комплекты, содержащие датчики и вторичные измерительные приборы), которые разрабатываются и серийно выпускаются на нашем предприятии: это датчики теплового потока типа ПТП – 03, ДТП 0924 и измеритель теплового потока  портативный ИТП-11 (рис. 12). Планируется на базе многоканального измерителя ИТ-2 разработка измерителя тепловых потоков с накоплением и последующей передачей данных по радиоканалу. Важным этапом работ, необходимым для широкого внедрения в измерительную практику контактных датчиков теплового потока, является разработка методик выполнения измерений этой физической величины на различных объектах измерения.

Рис. 12. Рабочие средства измерения тепловых потоков

Заключение 

Результаты энергоаудита так и невостребованными, если не будет определена и отрегулирована система организации, ответственности, отчетности и финансирования практических работ по энергосбережению.

Основные составляющие этой работы:

• принятие организационных мер;
• обеспечение финансирования;
• контроль.

Список  используемой литературы:

1. В.М. Лахов. Новые эталоны Российской Федерации. Интервью журналу Контрольно-измерительные приборы и системы. 2009. №6
2. А.И.Походун, Т.А.Компан, Н.А.Соколов, С.Ф.Герасимов, М.С.Матвеев, В.А.Никоненко, А.С.Коренев, Н.В. Чурилин. Модернизированные государственные первичные эталоны единиц теплофизических величин. Измерительная техника, №8, 2009г.
3. В.А. Никоненко, А.И. Походун, М.С. Матвеев, Ю.А. Сильд. Метрологическое обеспечение в радиационной термометрии: проблемы и их решения. Приборы. 2008. № 10
4. Н.А. Соколов. Метрологическое обеспечение измерений теплопроводности, теплоизоляции материалов. СтройПрофиль. 2008. №3
5. Н.А. Соколов. Проблемы энергосбережения в зданиях и сооружениях. Светопрозрачные  конструкции. СтройПрофиль. 2008. №2
6. С.Ю. Золотаревский. Опыт NIST по изучению измерительных потребностей современных инновационных технологий. Законодательная и прикладная метрология. 2007. № 6
7. Иванова Г. М., Медведев В. А., Фудим Я. Г. Теплосчетчики как средство учета тепла, теплоносителя и режима теплопотребления.
8. Ланцов Андрей Владимирович

Генеральный директор ОАО НПП «Эталон», к.т.н. Владимир Афанасьевич Никоненко

Главный инженер ОАО НПП «Эталон», Демидович Алексей Алексеевич