Zdalny odczyt zużycia mediów komunalnych

Opomiarowanie i zdalny odczyt stają się częścią większego systemu, w którym komunikacja odbywa się coraz częściej w czasie rzeczywistym i w obu kierunkach. Zarówno dla odbiorcy, jak i dostawcy ważne jest stworzenie takiej infrastruktury, która polepszy parametry eksploatacyjne sieci, umożliwi zbieranie danych analitycznych oraz zmniejszy uciążliwości odczytów dla odbiorcy.

System zdalnego monitorowania i odczytu pozwala na wczesne wykrywanie uszkodzeń i awarii, kontrolę poprawności parametrów dostaw, gromadzenie danych analitycznych dla prognoz zapotrzebowania oraz wykrywanie anomalii w infrastrukturze. A infrastruktura jest coraz bardziej rozbudowana.

Dążymy nie tylko do zaspokajania naszych potrzeb, ależ też do jak najwyższego komfortu przy optymalizacji zużycia energii, czyli do budowy inteligentnych sieci (smart grid), budynków (smart building) oraz miast (smart city).

Sieci ciepłownicze

W większych miastach sieci ciepłownicze mają po kilka tysięcy węzłów, a te wyposażone są m.in. w liczniki ciepła i regulatory pogodowe. Każdy budynek czy odbiorca może mieć różne zapotrzebowanie, o różnych porach dnia i tygodnia.

Żeby móc w pełni wykorzystać węzły i zamontowane w nich urządzenia, potrzebna jest informacja o aktualnych temperaturach, mocy obciążenia i przepływie. Dostęp do bieżących wartości jest warunkiem koniecznym realizacji procesów optymalizacji, a to wymaga wyposażenia liczników w odpowiednie moduły komunikacyjne, które zapewniają transport danych do nadrzędnego systemu sterowania.

Celem głównym budowy inteligentnych sieci jest ich optymalizacja, natomiast automatyzacja rozliczania odbiorców jest celem istotnym, ale pośrednim.

Główne cele optymalizacji to minimalizacja:

• strat ciepła na przesyle,
• kosztów zakupu ciepła,
• kosztów pompowania, ubytków wody sieciowej i kosztów skutków awarii,
• kosztów uzupełnień,
• oraz kosztów osobowych związanych z eksploatacją sieci ciepłowniczej.

Optymalizacja systemu ciepłowniczego polega przede wszystkim na wysokiej efektywności działania źródła i odpowiedniej regulacji przepompowni przy kontroli i wsparciu urządzeń pomiarowych. Jednym z pierwszych kroków, jakie należy wdrożyć, jest montaż nowoczesnych urządzeń pomiarowych wraz z systemem zdalnego odczytu i analizy danych, które dzięki rozbudowanym funkcjom pozwalają usprawnić kontrolę nad dystrybucją.

Inteligentne systemy pozwalają także włączyć małe rozproszone układy produkcji ciepła do jednego, sprawnie działającego systemu zarządzania energią.

Realizacja powyższych założeń wymaga dużej liczby danych i ich monitoringu oraz analizy, a nie tylko informacji potrzebnych do wystawienia rachunków.

Wodociągi

Wody w Polsce nie ma zbyt wiele, a jej uzdatnienie i transport drożeją wraz z kosztami energii.

Kolejnym kosztem dla zakładów wod-kan jest oczyszczanie ścieków. Nie tylko przepisy wymagają wysokiej jakości wody i skutecznego oczyszczania ścieków – oczekują tego także konsumenci. Ponadto przedsiębiorstwa wodociągowe są pod stałą presją samorządów.

Działania zakładów wod-kan idą zatem w kierunku wysokiej jakości obsługi klientów oraz zwiększania niezawodności sieci wodociągowych i kanalizacyjnych.

W zależności od wielkości zakładów wod-kan i charakteru odbiorów stosuje się różne rozwiązania. Inne dla małych gmin wiejskich, z produkcją rolniczą, a inne dla zurbanizowanych aglomeracji z dużym przemysłem.

Te pierwsze często nie mają nawet środków na kompleksowe rozwiązania i powinny wybierać takie, które umożliwiają stopniową rozbudowę o kolejne elementy. Niemniej przy obecnym poziomie kosztów opomiarowania liczniki wody wraz z inkasenckim systemem zdalnego odczytu i programem do fakturowania to niezbędne minimum.

W małych sieciach wszelkie odchylenia od standardowych rozbiorów są łatwiej zauważalne dla obsługi zakładu uzdatniania i łatwiej je lokalizować bez specjalnych systemów i narzędzi w terenie.

Do optymalizacji dużych sieci nie wystarczy tylko opomiarowanie i zdalny odczyt wodomierzy. Obecnie wymagają one inteligentnych rozwiązań, które zoptymalizują działanie, zredukują koszty i zminimalizują straty do akceptowalnego poziomu, pozwolą na szybkie wykrywanie i lokalizowanie wycieków i awarii, na monitorowanie i kontrolowanie strumienia objętości przepływającej wody, ciśnienia i oczywiście jakości.

Uzyskiwane wyniki umożliwiają m.in. określenie podstawowych parametrów pracy sieci wodociągowej oraz identyfikację nieprawidłowości.

Do sprawnego działania konieczne są dane pomiarowe wraz z systemem specjalnego oprogramowania, który nie tylko je gromadzi, ale też interpretuje. Dane te są też punktem wyjścia dla sygnałów sterujących urządzeniami wykonawczymi (zasuwami, przepustnicami, pompami), prowadzi się m.in. sektoryzację sieci oraz okresowe obniżanie ciśnienia.

Bilansowanie wody w strefach daje szerokie możliwości identyfikacji strat – wycieków, awarii, a nawet kradzieży.

Sektoryzacja pozwala na identyfikację najbardziej awaryjnych odcinków sieci i tym samym skuteczną redukcję strat wody.

Systematyczna obserwacja w sektorach poboru wody i analiza minimalnych nocnych przepływów umożliwia śledzenie rozbiorów i identyfikację ewentualnych awarii na coraz mniejszych odcinkach sieci. To cenna informacja – czy i kiedy likwidacja strat jest uzasadniona ekonomicznie.

Wiedza o przepływach nocnych i ich zmienności oraz rozbiorach w ciągu całej doby na poszczególnych odcinkach sieci pozwala na optymalizację regulacji ciśnienia. To z kolei daje wymierne korzyści zakładowi wodociągowemu – mniejsze zużycie energii na pompowanie i mniej wycieków oraz awarii.

Dane mogą być wykorzystywane przez różne piony i do różnych celów – dyspozytorzy potrzebują innych informacji i form ich prezentacji niż technolodzy lub służby usuwające awarie. Dlatego tak ważna jest możliwość importu danych do różnych programów lub narzędzi, w tym podstawowych, jak arkusze kalkulacyjne.

Innym ważnym aspektem inteligentnych sieci jest możliwość sprawnej selekcji danych, tak aby te zbędne nie stanowiły przeszkody w analizach lub monitorowaniu.

Czytaj też: System zdalnego odczytu - na co zwrócić uwagę? >>>

Wodociągi

Kompleksowy system monitorowania sieci wodociągowych, którego elementem są wodomierze i systemy zdalnego odczytu, ma zapewnić m.in.: rejestrację danych oraz wizualizację procesów technologicznych, zdalne sterowanie elementami sieci, sygnalizację zagrożenia awarią i jej lokalizację, skuteczną możliwość bilansowania wody, archiwizację danych, tworzenie bieżących i długookresowych raportów i analiz, ułatwianie pracy obsłudze oraz ekipom usuwającym awarie. Jednak nadrzędnym celem jest obniżanie kosztów działalności i zwiększanie jakości wody i obsługi klientów.

Zakłady wod-kan mają coraz bardziej ograniczone możliwości oszczędzania energii koniecznej do ujmowania i uzdatniania wody. W tym obszarze dokonał się bowiem ogromny postęp. Duży potencjał redukcji kosztów w działalności przedsiębiorstw wodociągowych tkwi w dystrybucji wody i oczyszczaniu ścieków.

Uzdatniona woda jest jak towar spożywczy – należy ją sprzedać, a nie tracić i te straty uwzględniać w cenach. Konsumenci nie chcą się na to godzić.

Jest i druga strona tego zagadnienia – z ekonomicznego punktu widzenia nie zawsze opłaca się szukanie i likwidowanie wszystkich wycieków.

Z doświadczeń zakładów wod-kan, które wdrażały systemy zdalnego odczytu i monitorowania sieci, wynika, że przy wyborze technologii i urządzeń nie można brać pod uwagę tylko kosztów inwestycyjnych. Trzeba przeanalizować potrzeby i kwestie logistyczne.

Warto uwzględnić warunki terenowe, stan rozproszenia i skupienia wodomierzy (odległości pomiędzy nimi), sposób przekazywania danych (jedno- czy dwukierunkowy), możliwość wysyłania szybkich informacji ułatwiających zlokalizowanie ewentualnych usterek lub awarii.

Istotne są koszty eksploatacji, a także możliwości ewentualnej rozbudowy systemu i dostępu do wszystkich danych, które system zbiera i może w przyszłości analizować. Jednym wystarczą wodomierze ze zdalnym odczytem inkasenckim, a dla innych nieodzowne mogą być systemy stacjonarne z wykorzystaniem koncentratorów i sieci radiowej lub GSM oraz serwerów telemetrycznych.

Warto zwracać uwagę na bezpieczeństwo danych i ochronę przed ich utratą, okres archiwizacji (przynajmniej rok) i miejsce przechowywania.

Systemy mogą też informować o alarmach, np. o próbach demontażu, zaniku sygnału z wodomierza i poziomie naładowania baterii.

Ważna jest też prostota obsługi oraz kompatybilność z innymi urządzeniami i systemami do przetwarzania danych.

Oferowane są systemy i programy, które przechodzą na własność użytkownika wraz z urządzeniami.

Są też systemy z usługą zbierania i przygotowywania danych oraz powiadamiania o sytuacjach awaryjnych.

To, czy zakład może przetwarzać dane i sam je analizować, czy robi to firma zewnętrzna, może być istotne dla optymalizacji eksploatacji i dbania o stan sieci.

Urządzenia pomiarowe

Na rynku jest duży wybór wodomierzy i nakładek do nich, które umożliwiają zdalny odczyt.

Z doświadczeń z wdrażania opomiarowania i systemu zdalnego odczytu wynika, że w celu rzetelnego mierzenia pobieranej wody należy zwracać uwagę na optymalny wybór wodomierzy na podstawie rzeczywistych, a nie projektowych przepływów.

Po wdrożeniu opomiarowania dane z liczników umożliwiają dalszą optymalizację doboru wodomierzy, czyli unikanie błędów ich niedowymiarowania lub przewymiarowania.

Nie zawsze i wszędzie konieczne są najdroższe i najdokładniejsze przy minimalnych i maksymalnych przepływach.

Urządzenia powinny być odporne na nieautoryzowane ingerencje, mieć niski próg rozruchowy i odpowiednią dla poboru klasę pomiarową.

Ważna jest też ich szczelność – odporność na zalanie wodą, np. w studniach wodomierzowych, oraz wymagania co do montażu – czy jest on jest łatwy i szybki, czy wymagane są odcinki proste w instalacji przed i za urządzeniem.

Poza metrologią, którą ściśle regulują przepisy (klasy wg GUM i zakresy pomiarowe wg dyrektywy MID), funkcjonują inne kryteria podziału wodomierzy.

Są wodomierze mechaniczne i wodomierze cyfrowe – w pierwszych woda napędza wirnik, a w drugich przepływ mierzą czujniki fal ultradźwiękowych lub elektromagnetycznych. Te drugie są dokładniejsze, ale droższe.

Z uwagi na kształt wirnika można je podzielić na wodomierze śrubowe do dużych i zmiennych przepływów oraz wodomierze skrzydełkowe do małych przepływów.

Według kryterium liczby strumieni wody przepływających przez komorę wodomierza wyróżniamy wodomierze jednostrumieniowe (pojedynczy strumień wpada i porusza wirnik) oraz wodomierze wielostrumieniowe. Te pierwsze są mniej narażone na zabrudzenia wody, ale też mniej odporne na uderzenia hydrauliczne. Z kolei drugie są odporne na uderzenia, ale mniej na zabrudzenia i osady.

Według kryterium sposobu poruszania się wirnika wyróżniamy wodomierze suchobieżne i wodomierze mokrobieżne. Pierwsze mają dwie komory, w tej z wodą znajduje się wirnik, a w suchej liczydło. Natomiast w wodomierzach mokrobieżnych wirnik i liczydło znajdują się w jednej komorze, co powoduje ryzyko osadzania się zanieczyszczeń.

Ciepłomierz składa się z przetwornika przepływu (przepływomierza), pary czujników temperatury oraz przelicznika wskazującego. Przetwornik przepływu mierzy strumień masy lub objętości wody i przekazuje dane do przelicznika. Na rynku oferowane są trzy rodzaje przetworników przepływu: mechaniczne, ultradźwiękowe i elektromagnetyczne. Przetworniki mechaniczne mają korzystny stosunek jakości do ceny. Przetworniki ultradźwiękowe ze względu na brak elementów ruchomych są narażone na mniejsze ryzyko awarii. Z kolei przetworniki elektromagnetyczne można montować w dowolnym położeniu, mają dużą dokładność i stabilność w szerokim zakresie pomiarów, ale nie są tanie.

W czujnikach temperatury ważna jest wartość platyny, np. Pt500, Pt1000 – im jest ona wyższa, tym większa dokładność pomiaru temperatury. Rejestracja zużycia mediów powinna się odbywać w przedziałach minimum jednogodzinnych i krótszych.

Do pomiaru ciepła na wejściu do budynku (np. węzeł) oraz na większych średnicach rur, np. w zakładach, stosuje się ciepłomierze z przetwornikiem montowanym oddzielnie.

Są też ciepłomierze kompaktowe dla np. DN 150 oraz liczniki o bardzo szerokim zakresie przepływu, np. od 2 do 3300 dm³/h, które mogą być stosowanie w instalacjach o różnej wielkości.

Czytaj też: Inteligentne ciepłomierze >>>