Znaczenie zdalnego odczytu i danych pomiarowych dla efektywności energetycznej budynków

Do niedawna pomiary zużycia mediów w budynkach były tylko podstawą do rozliczeń między zarządcą budynku a najemcami. Odczyt wykonywany raz na miesiąc stanowi wystarczająco dobrą podstawę do tego celu. Nie jest jednak wystarczający we współczesnych nieruchomościach, w których oczekuje się kontroli kosztów, wysokiej niezawodności i efektywności energetycznej oraz szybkiego reagowania na stany zagrożenia i awarie. Takie podejście wymaga nie tylko rejestracji danych z odpowiednią częstotliwością, ale też ich przekazywanie w czasie rzeczywistym do wszechstronnej analizy – wówczas informacja o tym, kiedy, gdzie i jak są zużywane media, pozwala ocenić działanie instalacji budynkowych i określić wpływające na nią czynniki, a także podjąć działania naprawcze lub optymalizacyjne.

Znaczenie pomiarów zużycia mediów i energii rośnie wraz ze wzrostem złożoności i wyposażenia budynków w instalacje: HVAC, elektryczne i oświetleniowe oraz budynkowe (lokalne) instalacje wytwarzające energię i ciepło z OZE. Wymagają one zaawansowanych systemów automatyki i regulacji – dzięki temu można nie tylko zapewnić zoptymalizowaną dostawę mediów, ale też uzyskać dokładne dane pomiarowe, które mogą służyć do formułowania diagnoz o jego funkcjonowaniu oraz stanowią podstawę dla decyzji eksploatacyjnych i modernizacyjnych.

Czytaj także: Zdalny odczyt mediów: obowiązek czy wybór?

Od pomiaru rozliczeniowego do pomiaru eksploatacyjnego

Współcześnie odchodzi się od pomiaru rozliczeniowego na rzecz pomiaru eksploatacyjnego. Umożliwia to uzyskanie dużych zbiorów danych, np. o bilansie zużycia (różnica między licznikiem głównym a licznikami w lokalach), zużyciu godzinowym, mocy szczytowej, przepływach nocnych oraz o zgodności pracy instalacji z założeniami projektowymi i użytkowymi – czy praca instalacji odpowiada harmonogramowi użytkowania, parametry układu zmieniają się zgodnie z temperaturą zewnętrzną, a elementy wykonawcze reagują na wskazania systemu automatyki. Na tej podstawie można poszukiwać informacji o przyczynach danych nieprawidłowości.

Ocena różnicy wskazań między licznikiem głównym a licznikami w lokalach może dostarczyć informacji o nieefektywnej pracy instalacji ogrzewczej, wskazując np. na zbyt wysoką temperaturę powrotu czy źle dobraną krzywą grzewczą. Analiza zużycia godzinowego wody – nawet jeśli nie obserwuje się znaczących odchyleń od zużycia miesięcznego – może wykazać występowanie przepływu nocnego, który jest typowy dla nieszczelności lub uszkodzenia instalacji. Z kolei profil dobowy zużycia energii może wskazać na punkty niepotrzebnej pracy wentylacji, pomp lub oświetlenia – nawet jeśli miesięczna analiza kosztów zużycia energii elektrycznej nie budzi podejrzeń.

Dane pomiarowe mogą stać się źródłem użytecznych informacji, jeśli są interpretowane w kontekście technicznym – wówczas umożliwiają diagnostykę, optymalizację i racjonalne planowanie zmian i modernizacji. Muszą więc być uzupełnione o takie dane jak np. lokalizacja urządzenia, typ instalacji, harmonogram pracy obiektu, temperatura zewnętrzna, liczba użytkowników, taryfa, moc zamówiona, a także historia zdarzeń i awarii. Obecnie możliwe są także analizy porównawcze między podobnymi obiektami stanowiące źródło wiedzy o nieracjonalnym zużyciu mediów i energii, ryzyku awarii oraz możliwości i potrzebie zmian w konserwacji i serwisie, a także modernizacji instalacji.

Technologie zdalnego odczytu i jakość danych

Systemy zdalnego odczytu składają się z czterech głównych elementów: urządzenia pomiarowe (liczniki), moduły i sieci komunikacyjne, urządzenia do gromadzenia danych (koncentratory) oraz rozwiązania umożliwiające zapisywanie i analizę oraz zarządzanie danymi (systemy udostępniania danych, systemy rozliczeniowe, systemy zarządzania budynkiem i zużyciem energii – BMS, EMS – oraz zaawansowane narzędzia analityczne). Wybór technologii komunikacyjnej – rozwiązania przewodowego lub bezprzewodowego – zależy od typu i topologii budynku, liczby punktów pomiarowych, wymaganej częstotliwości odczytu, dostępności zasilania, poziomu zakłóceń radiowych i wymagań w zakresie integracji urządzeń pomiarowych z innymi systemami. Dla każdego systemu odczytu i gromadzenia danych (np. dla danego przedsiębiorstwa wodociągowego) należy wybrać rozwiązanie w pełni uwzględniające lokalną specyfikę. Kluczowymi wyzwaniami są jakość danych, wzajemna współpraca urządzeń w gąszczu różnych topologii urządzeń i protokołów (także zamkniętych) oraz – zwłaszcza w ostatnich latach – ochrona danych i cyberbezpieczeństwo.

Jednocześnie sam zdalny odczyt jest techniką pozyskiwania danych, które nabierają wartości dzięki procesom analizy, interpretacji i podejmowanych działań. Najniższy poziom analizy to zestawienia zużycia w różnych interwałach czasowych. Kolejny to odniesienie do warunków zewnętrznych, a także wykrywanie anomalii, predykcja zdarzeń, rekomendacje nastaw i automatyczna współpraca z systemami sterowania oraz porównania między obiektami. Korzyści z analizy danych można podzielić na kilka grup i są to: automatyzacja i ograniczenie kosztów operacyjnych, redukcja strat i szybsze wykrywanie awarii, optymalizacja kosztów energii, a także przesłanki do decyzji serwisowych, modernizacyjnych i inwestycyjnych.

Dane o zużyciu ciepła

Na zużycie ciepła w największym stopniu wpływają warunki pogodowe, stan techniczny instalacji i sposób użytkowania budynku. W przypadku instalacji zasilanych z sieci ciepłowniczej podstawowym źródłem informacji są dane z węzła cieplnego i ciepłomierzy lokalowych. W nowych budynkach mieszkalnych wielorodzinnych stosuje się węzły mieszkaniowe (stacje mieszkaniowe), w pełni opomiarowane. W starszych budynkach rozliczenia często oparte są na wskazaniach podzielników kosztów ogrzewania oraz wodomierzach ciepłej wody użytkowej. Zdalny odczyt w tych budynkach nie tylko upraszcza i przyspiesza rozliczanie kosztów ogrzewania i przygotowania c.w.u., ograniczając konieczność i koszty wejścia do lokali, ale też ułatwia identyfikację strat w instalacji c.w.u., awarie zaworów lub ingerencję użytkowników w pracę urządzeń pomiarowych.

W obiektach komercyjnych i użyteczności publicznej, np. szkoły, szpitale, urzędy, centra handlowe i budynki biurowe, oprócz samych wartości zużytej energii, potrzebne są też dane, takie jak profil zużycia czy zmienność zapotrzebowania w czasie. Na przykład wysoka temperatura powrotu może wskazywać na nieprawidłową regulację hydrauliczną lub niewłaściwe nastawy automatyki. Z kolei gwałtowne zmiany zapotrzebowania na moc cieplną mogą wynikać z niewłaściwych harmonogramów i błędów w sterowaniu. 

W obiektach użytkowanych w określonych godzinach analiza zużycia ciepła pozwala kontrolować zgodność pracy instalacji z harmonogramem funkcjonowania budynku. Poza godzinami użytkowania zużycie ciepła powinno być ograniczone do poziomu uzasadnionego bezpieczeństwem budynku i utrzymania minimalnego komfortu. Nieuzasadnione zużycie w nocy, w weekendy lub w okresach przerw w użytkowaniu pokazuje, że konieczna jest regulacja automatyki, korekta harmonogramów lub usunięcie usterek urządzeń wykonawczych.

Z kolei w budynkach handlowych i usługowych dane pomiarowe są podstawą do analiz energetycznych i optymalizacji działania zarówno całego obiektu, jak i części wspólnych oraz poszczególnych lokali. Analizy pozwalają ocenić przyczyny wzrostu zużycia ciepła, co umożliwia podjęcie odpowiednich działań, korektę pracy instalacji, udoskonalenie regulacji lub usunięcie ewentualnych usterek.

Dane o zużyciu wody

W przypadku pomiarów zużycia wody zdalny odczyt i oparte na jego wynikach analizy są szczególnie istotne przy wykrywaniu strat i awarii – można je wykrywać odpowiednio wcześniej i planować prace konserwacyjne. Zużycie wody w wielu obiektach ma stały profil dobowy czy tygodniowy – jego analiza pozwala zatem stosunkowo łatwo wykryć odchylenia. Powtarzający się przepływ nocny, nagły wzrost poboru wody oraz rosnące różnice między wskazaniami wodomierza głównego i wodomierzami lokalowymi sygnalizują nieszczelność lub awarię. W budynkach użyteczności publicznej na awarię lub nieszczelność wskazuje nietypowy lub nadmierny pobór wody w godzinach poza użytkowaniem obiektów. W przypadku budynków wielolokalowych, w których zużycie wody różni się zależnie od strefy lub lokalu (np. w budynkach łączących funkcje handlowe i usługowe), ważne jest precyzyjne przypisanie liczników do najemców i stref oraz transparentność rozliczeń. System zdalnego odczytu powinien być wyposażony w funkcjonalność szybkich alarmów wskazujących nietypowe pobory – nawet drobna awaria może skutkować wysokimi kosztami powodowanymi zarówno przez przerwy w działalności, jak i uszkodzenia w lokalach i prace odtworzeniowe.

Dane o zużyciu energii elektrycznej

Energia elektryczna to medium o największej dynamice zmian chwilowych, a w analizie jej zużycia szczególnie ważne są profile obciążenia, moc maksymalna, zróżnicowanie zużycia w ramach poszczególnych taryf, moc bierna oraz jakość zasilania. Dane z opomiarowania energii elektrycznej pozwalają oceniać, czy moc zamówiona jest adekwatna do rzeczywistych potrzeb oraz pozwalają na analizę szczytów poboru mocy (mogą one wynikać np. z nakładania się harmonogramów pracy różnych instalacji, które można przesunąć w czasie).

W budynkach wielorodzinnych analiza zużycia energii elektrycznej dla części wspólnych (oświetlenie wewnętrzne i zewnętrzne, windy, domofony, automatyka dla poszczególnych instalacji) może być np. podstawą oceny zasadności przygotowania obiektu do integracji z instalacją fotowoltaiczną. Z kolei w budynkach użyteczności publicznej należy analizować zużycie energii poza godzinami pracy na potrzeby oświetlenia, wentylacji, urządzeń IT, pomp i systemów pomocniczych. Dane pomiarowe pozwalają odróżnić zużycie konieczne od zużycia wynikającego z braku sterowania. W budynkach handlowych zużycie energii jest silnie zmienne, a szczególnie na zmienność wpływają instalacje wentylacji, klimatyzacji i chłodzenia oraz praca wind i schodów ruchomych, a także urządzenia najemców. W tych obiektach niezbędne jest opomiarowanie stref i poszczególnych lokali oraz analiza profili zużycia energii (co najmniej godzinowych). Dane z analiz mogą wspierać decyzje dotyczące harmonogramów pracy instalacji i zarządzania popytem, a także wykorzystania fotowoltaiki i magazynów energii oraz przygotowania infrastruktury dla elektromobilności.

Podsumowanie

Wdrażanie systemów zdalnego odczytu to nie tylko dodanie modułów komunikacyjnych lub wymiana liczników na fabrycznie przystosowane do takiego odczytu.

To przede wszystkim dobór i realizacja systemu technicznego, który zostanie zaprojektowany przy uwzględnieniu specyfiki danego obiektu. Niezbędne są inwentaryzacja stanu obecnego (zarówno urządzeń pomiarowych, jak i możliwości komunikacji zdalnej oraz potrzeb danego obiektu w zakresie analizy danych), opracowanie odpowiednich procedur komunikacji i integracji danych, a także prawidłowe wykonawstwo i konfiguracja systemu. Ważne są także takie czynniki jak szkolenie użytkowników i procedury eksploatacji systemu oraz transparentność i sprawiedliwość rozliczeń. Jeżeli którykolwiek z tych elementów zostanie pominięty, system pomiarowy będzie działał, ale nie dostarczy danych potrzebnych do optymalnej eksploatacji, konserwacji oraz zapobiegania nieprawidłowościom i awariom lub ich eliminowaniu na wczesnym etapie.

Opracowano na podstawie materiałów technicznych firm: Apator, B Meters, Diehl Metering, Ecomess, FILA, GlobTree, Itron, Kamstrup, Metron, Sensus.