Наука водоснабжения насчитывает несколько тысяч веков. Одна из самых древних систем водоснабжения и канализации, построенная примерно в 2500 году до н.э., была обнаружена в городе Мохенджо-Дара на территории современного Пакистана. Это была самая совершенная и продуманная водопроводная конструкция на древнем Востоке – со множеством колодцев, стоками для сбора и отвода дождевой воды и магистральными каналами. В городах в домах богатых жителей были даже подземные помещения с системами подогрева воды.
Народ майя еще в ранний период формирования их цивилизации (второй век до н.э., территория современной Мексики) также строил системы подачи и отвода воды. Они использовали накопители, расположенные на высокой местности (горные источники, озера и искусственные резервуары), от которых вода по керамическим трубам подавалась в города. Ближе к точкам потребления эти трубы сужались, что создавало гидравлическое давление. Это позволяло, к примеру, конструировать фонтаны высотой до 6 метров и подавать под давлением воду в дома.
В Древнем Риме в первом тысячелетии до нашей эры строили акведуки (открытые и закрытые водостоки) для подачи воды к общественным баням, туалетам и фонтанам.
Но все эти цивилизации погибли, отчасти, еще и потому, что не использовали системы учета воды.
История отечественного водоснабжения
В России первые водопроводы, известные примерно с XI века, имели локальный характер – это были тайные ходы («тайники») из крепости к ближайшему водоему, или короткие трубопроводы до колодца (такие, например, были построены в Московском Кремле в конце XV века).
Большое количество подземных источников и доступность строительства колодцев долгое время решало задачу обеспечения людей водой. Так, к XVIII веку в Москве колодец был почти в каждом доме – их насчитывалось до 5 тысяч – но почти все они были непригодны для питья. Воду брали и из многочисленных на тот момент московских рек. Но больших питьевых колодцев в Москве было всего три!
В городах появилась новая профессия – водовоз. Развоз чистой питьевой воды в бочках был востребован, а в засушливые годы в конце XIX века (например, в Одессе) цена ведра воды поднималась иногда до 10 рублей! Для сравнения, в начале XVIII века бочка воды стоила 50 копеек.
Даже с появлением водопроводов цена пользования для домохозяйств и заведений ими была достаточно высокой (0,16% от оценочной стоимости дома, присоединенного к водопроводу), и люди по-прежнему предпочитали услуги водовозов. В Москве к концу XIX века было до 10 тысяч водовозов и водоносов.
Те, кто жили в центре города вблизи водоразборных фонтанов, сами забирали оттуда чистую воду ведрами. Таких фонтанов в XIX веке было построено пять, сейчас их осталось два – на Театральной площади и фонтан, перенесенный с Лубянки к Президиуму Академии наук.
С началом стремительного роста городов увеличились и потребности.
Первые дворцово-парковые водопроводы по европейским технологиям были построены в середине XVIII века в Петергофе и Царском Селе.
В 1779 году масштабный городской водопровод (Мытищенский) начали строить и в Москве. Он был открыт в 1804 году и использовался до 1962 года, когда ему на замену пришли другие гидроузлы и гидротехнические схемы. А на гербе города Мытищи с тех пор изображен водопровод (акведук).
Строительство городских водопроводов по всей России началось в середине XIX века – водой обеспечили Одессу, Нижний Новгород, Полтаву, Краснодар, Мариуполь.
История водосчетчиков и платы за воду
До XIX века основным способом взимания платы за воду во всем мире были налоги.
Первый водомер был изобретен в 1851 году немецким инженером и промышленником Карлом Вильгельмом Сименсом, братом основателя фирмы Siemens. Разработка производилась по заказу британских водоканалов. В 1858 году счетчик получил распространение в Германии, а с 1872 года стали устанавливаться и в России, с которой у Siemens исторически сложилось тесное сотрудничество.
Забавно, что во всех отчетах и расчетах того времени объем воды измеряется в бочках и ведрах; производительность водопроводов также исчислялась в ведрах в год. Поэтому неудивительно, что первые российские приборы учета воды также вели учет не в литрах, а в ведрах.
Однако внедрение водосчетчиков проходило не очень гладко. Счетчик имел довольно простую конструкцию наподобие водяной мельницы: поток воды крутил лопасти, которые передавали крутящий момент с помощью шестеренок на циферблат. Но давление воды у конечных потребителей в России было довольно слабым, вода, по свидетельству очевидцев, подавалась «тонкой струей», и счетчики часто просто не работали. Попытки внедрить водосчетчики других производителей приводили или к такому же результату, или еще заметнее снижали напор. Поэтому по состоянию на 1879 год в Москве было установлено не более 150 счетчиков воды на весь город.
Вскоре после этого были созданы ремонтные мастерские Московского водопровода при Алексеевской насосной станции. Там обслуживались счетчики Сименс, водомеры систем Фраже, Вентури, Леопольдера, Диля и другие. Позже, во второй половине 1930-х, это предприятие будет переименовано в завод «Водоприбор».
Водная отрасль начала бурное развитие вместе с остальной промышленностью. В начале XX века в Москве было установлено уже более 5000 счетчиков. Однако это были в основном промышленные или магистральные приборы. После революции с приходом большевиков персональный учет воды с целью тарификации был отменен как идея; вместо этого были введены нормы потребления воды на душу населения. При этом в отсутствие квартирных счетчиков вести какой-либо контроль за объемами потребления (и взимать штрафы за превышение нормы) не представлялось возможным кроме как «на глазок». К 1930-м годам потери неучтенной воды начали составлять 50-70%, а тарифы на воду – сильно расти. Советские коммунальщики вновь задумались о методах персонального учета воды; завод «Водоприбор» вернулся к идее разработки квартирных счетчиков. Однако вторая мировая война снова отодвинула планы по внедрению персонального учета в далекое будущее.
Потери воды были не редкостью, а иногда – и системой. Неучтенная вода терялась не только в квартирах, но и на водных магистралях. Так, вскоре после запуска Мытищенского водопровода объем поднятой воды составлял 330 тысяч ведер воды в день, тогда как до Москвы доходило не более 40 тысяч! Замена кирпичной галереи водопровода на чугунные трубы в середине XIX века позволило в разы снизить потери.
Но перенесемся в светлое настоящее. Как ученые из «Водоприбора» решают задачи учета и выявления утечек воды сегодня?
АСКУЭ «Водоприбор учёт»
В 2009 году в России был принят закон №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности». Он предписывает обязательную установку приборов учета ресурсов, поставляемых ресурсоснабжающими организациями – к ним относится и вода.
Но если установка счетчиков в многомиллионной стране является, в целом, исполнимым делом, то прием показаний и контроль за их корректностью – задача гораздо более сложная. В ручном режиме данные подаются пользователями редко, не вовремя и неточно. Это затрудняет работу сотрудников водоканалов и управляющих компаний.
Здесь на помощь приходит автоматизация передачи показаний. Задача сводится к двум аспектам: метрологическому – получению точных значений с самого счетчика даже при слабом напоре воды (чтобы не получилось, как в первых счетчиках Карла Сименса), и коммуникационному – значение нужно передать на сервер из любой точки и при любой погоде.
С первой задачей продукция «Водоприбора» справляется «на отлично» просто в силу происхождения – сказывается более чем 125-летний опыт производства и методическая база. И персональные, и промышленные счетчики проходят 100% предпродажное тестирование; они полностью защищены от воздействия магнитных полей и механического вмешательства.
Вторая задача – передача данных на сервер «Водоприбор учёт» – также прошла «боевое крещение» и успешно работает в нескольких регионах России (Калужская область, Московская область, Санкт-Петербург), и постоянно совершенствуется вместе с современными технологиями ИТ и передачи данных. Следующая версия АСКУЭ «Водоприбор учёт 2.0» будет представлена на выставке «ЭКВАТЭК-2020» в Москве.
Как это работает
Счетчики комплектуются электронной платой с ЖК-экраном и модулем передачи данных. В зависимости от региона и места установки выбирается оптимальный способ связи с сервером.
1. LoRaWAN
В дальних уголках нашей страны, а также на магистралях, расположенных в ненаселенных местах, мы используем протокол LoRaWAN и модуляцию LoRa-Водоприбор (собственную реализацию LoRa). В этом случае счетчик комплектуется платой с чипом LoRaWAN, который передает сигнал на ближайшую вышку с базовой станцией (шлюзом). Аббревиатура LoRa означает Long Range – «большое расстояние» (англ.) – на открытых пространствах передатчик может работать на расстоянии более 2 км от шлюза! Аккумулятор на счетчике позволяет устройству автономно работать в течение нескольких лет, и сам сообщит, когда ему понадобится замена (часто это совпадает со сроком поверки счетчика).
Шлюз передает все показания приборов учета, которые он принял из эфира, на центральный сервер «Водоприбор учёт». Сервер является универсальной службой, доступ к которой имеют сотрудники водоканалов, управляющих компаний или обслуживающих организаций. С помощью сервера можно выгрузить показания в SCADA-систему, программу бухгалтерского учета, увидеть проблемные узлы (которые требуют обслуживания или вовсе не передают показания), своевременно получить предупреждения о нештатных ситуациях (протечках, незаконных врезках, аномально низком или высоком давлении или потреблении), составить статистические и прочие отчеты. Программа может выгрузить данные для обработки во внешних аналитических системах.
2. NB-IoT
В местах, где есть уверенный прием сотовой связи, «Водоприбор» устанавливает счетчики воды с распаянным на них SIM-чипом (промышленной модификацией SIM-карты), который передает данные через сотового оператора по протоколу NB-IoT (Narrow Band Internet of Things – «узкополосный интернет вещей»). При использовании этой технологии заряда аккумулятора может хватить на срок до 10 лет. Российские сотовые операторы уже заявили о поддержке NB-IoT в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске и прочих городах-миллионниках.
3. M-Bus
В Санкт-Петербурге «Водоприбор» согласно требованиям заказчика развернул сеть водосчетчиков с передачей данных по проводной технологии M-Bus. Это еще один протокол, который оптимизирован для снижения энергопотребления, и позволяет использовать как собственный аккумулятор, так и питание от линии. M-Bus является популярным в Европе стандартом сбора данных коммерческого учета.
Будущее начинается сегодня
Мы в России замечаем это меньше других, но в мире острейшим образом стоит проблема дефицита чистой пресной воды. Если не предпринять никаких действий, к 2030 году более 5 миллиардов человек на планете (т.е. более половины населения) останутся без удовлетворительной очистки воды, и до 80% планеты окажется ниже черты дефицита водных ресурсов.
Разумный научный подход к потреблению воды и выявлению масштабных утечек – давно не экономическая, а жизненная задача, решать которую нам предстоит всем вместе. Завод «Водоприбор» уже приступил к этому. А вы?
