Klimatizace a měření spotřeb

Měření spotřeb energií je silné téma ve všech oborech, klimatizaci nevyjímaje. Tuto úlohu obvykle řeší profese měření a regulace (MaR), dnes často zvaná „systémy řízení budov“ (Building Management Systems, BMS). V následujícím textu se stručně seznámíme s principy sběru dat o spotřebách energie a ukážeme si, jak vypadá spolupráce mezi dodavatelem klimatizačního systému a dodavatelem systému měření a regulace.

Proč měřit

Než začneme systém měření a sběru dat specifikovat, měli bychom vědět, k čemu bude měření vůbec sloužit. U kancelářských a obytných budov, kde prostory užívá více subjektů, může jít zejména o rozúčtování nákladů na energie. V případě budovy s jedním uživatelem, jakým je například výrobní závod, mohou data sloužit pro manažerské účetnictví (určování variabilních nákladů) nebo pro hledání slabých míst a snižování celkové energetické náročnosti budovy. Údaje z měřičů ale mohou být významným zdrojem dat i pro provozovatele technologií, který je využívá v rámci EPC (Energy Performance Contracting, tedy financování obnovy technologií z provozních úspor).

Podle toho, k jakému účelu data potřebujeme, musejí být určeny měřicí body – místa instalace měřičů. Některá místa nemusejí být měřiči osazena a jejich spotřeby lze zjistit pomocí tzv. virtuálních měřičů, tedy výpočty z ostatních fyzických měřičů. Obvykle se tak měří různé pomocné či méně významné okruhy.

virtualni_meric

Virtuální měřič M4 = M1 – M2 – M3

Při nasazení virtuálních měřičů musíme počítat se ztrátami na trase (zejména u kalorimetrů) a nepřesností fyzických měřičů. Mají-li fyzické měřiče, které vstupují do výpočtu, vzájemně řádově různé jmenovité rozsahy, výsledný virtuální měřič nemusí „fungovat“ správně. U kumulovaných hodnot (kWh, m3, …) se kumuluje i chyba a během času mohou virtuální měřiče vykazovat až překvapivě nesmyslné hodnoty.

Způsoby odečtu a komunikace

Je jasné, že ruční odečty (obcházení měřičů a opisování hodnot do tabulek nebo přenosných terminálů) jsou zejména v systémech s větším počtem měřičů nepohodlné, náročné na čas a nesou s sebou riziko chyb. Jakmile je v systému řekněme více než 10 měřičů, projektant obvykle navrhne odečet přes komunikační sběrnici. Zde již je nutná úzká spolupráce s dodavatelem vzduchotechniky či topení, protože ten měřiče obvykle dodává. Projektant MaR by měl specifikovat požadavky na komunikační rozhraní. Tím je obvykle sběrnice M-Bus (základní principy a postup projektování najdeme např. zde [1]). Pokud mají měřiče impulsní výstup, což se týká například vodoměrů, je dobré je rovnou při objednávání nechat vybavit převodníkem na M-Bus. Převodníky jsou někdy oddělitelné, což usnadňuje výměnu vodoměru pro kalibraci a servis.

U některých kalorimetrů (např. Siemens UH50) je nutné objednat komunikační kartu M-Bus jako zvláštní příslušenství – karta není v ceně základního měřiče. Podobné doplňky mohou pak dodávku následně prodražit, proto je dobré zkontrolovat, jestli měřiče jsou již v základu vyspecifikovány tak, jak to projektant MaR vyžaduje v požadavcích na ostatní profese.

Elektroměry mají obvykle také rozhraní M-Bus. U “chytřejších” přístrojů, které například měří vyšší harmonické nebo mají měsíční historie spotřeb či další statistiky, se můžeme setkat se sběrnicí Modbus po rozhraní RS485. Tyto dva komunikační standardy, byť mají podobný název, jsou naprosto rozdílné, elektricky i datově. Jen pro pořádek je nutno zdůraznit, že měřiče s rozhraním Modbus a M-Bus v žádném případě nemohou být připojeny na jedné sběrnici.

Adresování na sběrnici M-Bus

U sběrnice M-Bus, resp. způsobu adresování měřičů na ní, se ještě zastavíme. Má to totiž velký význam pro předávání dat mezi profesemi vzduchotechnika (či elektro, topení) a MaR.

Měřiče používají dvojí adresování: primární a sekundární. Tato adresování jsou vzájemně nezávislá a různé odečítací systémy používají různé způsoby adresování. Primární i sekundární adresy lze na sběrnici M-Bus vyhledávat (skenovat) pomocí nejrůznějších servisních programů, ať již obecných, nebo dodávaných výrobci měřičů.

Primární adresování

Každý měřič na sběrnici musí mít unikátní adresu v rozsahu 1…250. Adresa se přiřazuje buď tlačítky v nastavení měřiče (to se obvykle používá u elektroměrů a kalorimetrů, které displej a tlačítka mají i pro odečty naměřených hodnot), nebo pomocí servisního programu na PC a komunikačního převodníku pro sběrnici M-Bus (to najdeme např. u vodoměrů, jejichž M-Busová rozhraní žádný displej ani tlačítka nemají, například Actaris Cyble M-Bus). Pokud profese MaR vyžaduje primární adresování, je výhodné měřiče u dodavatele objednat již naadresované a opatřené samolepicími štítky s primárními adresami. Adresování lze provést i následně na stavbě, je to ale vždy složitější a méně přehledné.

Sekundární adresování

Při použití sekundárních adres se s měřičem komunikuje jiným způsobem než při použití adres primárních. Sekundární adresa je osmimístné číslo, které je měřiči pevně přiděleno při výrobě a obvykle je nelze měnit. Je dobrým zvykem, že sekundární adresa je shodná s výrobním číslem měřiče; pak je identifikace snadná, neboť výrobní číslo můžeme snadno odečíst z krytu měřiče, ciferníku nebo elektronicky z displeje. To se týká zejména elektroměrů. Opět platí, že u některých měřičů je tomu jinak – zejména pokud se M-Busový modul objednává zvlášť, nezávisle na měřiči. Pak musíme při instalaci měřičů vést evidenci i o příslušných sekundárních adresách!

megatron

Kalorimetr se sériovým číslem (a zároveň sekundární M-Bus adresou) 65328349. Zdroj: Siemens

U vodoměrů s odděleným M-Busovým modulem může být sekundární adresa vytištěna nikoliv přímo na modulu, ale na štítku, který je nalepen na komunikačním kabelu. V tom případě musí být štítek vždy dostupný, nedopusťme, aby ho izolatéři skryli pod tepelnou izolaci potrubí.

Kdy použít primární a kdy sekundární adresování?

Rozhodne o tom projektant MaR ve spolupráci s dodavatelem řídicího systému budovy nebo odečtového systému.

Obecně platí, že u soustav s malým počtem měřičů se setkáváme s primárním adresováním. Znamená to, že při případné výměně měřičů je nutné u nového měřiče nastavit primární adresu stejnou, jako má měřič vyměňovaný, a pokud to jde, i aktuální náměr jako výchozí hodnotu. To je pro dodavatele MaR jednodušší, neboť nemusí upravovat odečtový software. U malých projektů bývá totiž sběrnice s měřiči připojena do řídicí podstanice, nejedná se o samostatný odečtový systém, a proto by technik MaR musel zasáhnout do aplikačního programu. Při zachování primárních adres se výměna měřiče obejde bez těchto úprav.

U systémů se stovkami až tisíci měřičů se již tato úloha řeší jinak: v samostatném odečtovém systému, který pracuje se sekundárními adresami, již bývá funkce “výměna měřiče”, která umožní konkrétnímu měřicímu místu přiřadit jiný měřič (s jinou sekundární adresou). Většinou je vyřešena i návaznost dat – náměr pokračuje monotónně dál, i když nový měřič začíná kumulovat od nuly. Evidence měřičů pomocí sekundárních adres je jednodušší i pro dodavatelskou firmu, protože ta nemusí řešit primární adresování a udržovat referenční tabulku mezi sériovým číslem měřiče a jeho primární adresou.

Požadavky na technologickou firmu

Technologickou firmou zde myslíme dodavatele klimatizace, vzduchotechniky, silnoproudu nebo topení, která dodává i příslušné měřiče. Předání dat o měřičích mezi ní a dodavatelem MaR je klíčovým faktorem pro úspěšné zprovoznění odečtového systému.

Prvním kamenem úrazu bývá značení. Měřiče by měly být označeny štítkem – stejně jako všechny ostatní periferie – s popisem podle projektu a pokud možno i označením, co vlastně měří.

Příklad štítku:

Špatné značení: “1S25” – netušíme, zda měřič je umístěn v místnosti č. 1S25, nebo zda měří nějakou spotřebu, ke které v této místnosti dochází.
Správné značení: “SV 1S25 Myčka kol” – zde je alespoň vidět, že jde o vodoměr studené vody a že měří spotřebu studené vody v společné myčce kol (ať už se místnost s myčkou jmenuje jakkoliv).

Je nutné si uvědomit, že data v systému MaR bude pak mít k dispozici provozovatel. Jeho číslování místností se může lišit od číslování stavby (které přejímají profese). Pokud by vodoměr v systému řízení budovy byl označen nejednoznačně nebo mylně, dodavatel MaR by musel celý řetězec “projekt – aplikační software – databáze – vizualizace” přeznačovat.

Základním výstupem by měla být tabulka měřičů, které může vypadat např. takto:

 tabulka_mbus

Tabulka sekundárních adres měřičů v bytovém domě. V levém sloupci označení bytu.

Častým problémem bývá to, že montéři opíší sériová čísla měřičů, což nemusí vždy být sekundární adresy (viz výše). Pak je třeba všechna měřicí místa pracně procházet znovu. V této souvislosti nutno zdůraznit, že měřiče by měly být kdykoli přístupné (instalační šachty s dveřmi v celém profilu, servisní otvory), dohledatelné (značení, a to ideálně i vně servisních otvorů, pokud to je přípustné z hlediska designu, zanesení v půdorysech) a údaje na krytech, štítcích i displejích čitelné (orientace měřičů při montáži tak, aby displeje nebyly proti zdi nebo potrubí, izolace).

Management změn

Není stavba, na níž by nedocházelo ke změnám. Zejména akce jako přidání / ubrání měřiče, přejmenování nebo změna funkce místnosti, či záměna měřiče za jiný kus nebo dokonce typ je dobré písemně(e-mailem) sdělit souvisejícím profesím co nejdříve. V pokročilejších fázích už nestačí jen rozeslat vlastní aktualizovanou tabulku, protože dohledávání změn v ní by bylo časově i psychicky neúnosné.

Požadavky na výstup dat

Způsob prezentace naměřených dat v systému MaR je pro další práci s nimi zásadní. Pokud by energetik měl náměry každý měsíc opisovat z obrazovky, jde proti ručním odečtům jen o malý pokrok. Formát a způsob předávání si obvykle určuje provozovatel, dodavatelé technologie s tím nemívají mnoho společného. Pozor však na situace, kdy dodavatel MaR je smluvně pod technologickou firmou, a ta pak provozovateli (který zastupuje investora a účastní se předání celého díla) odpovídá i za tyto otázky: Doporučuje se předem odsouhlasit a mít písemně v technické zprávě projektu, jakým způsobem budou odečtová data předávána. Obvykle stačí vyexportovaná tabulka s názvy odběrných míst a náměry k určitému datu, což většina řídicích systémů budov dnes bez problémů dokáže.

Někdy ale může provozovatel vyžadovat předzpracování dat, např. ověření plausibility, tedy zajistit, aby hodnoty dávaly (fyzikální) smysl. Například u spotřeb vody či energie předpokládáme, že náměr vodoměru či kalorimetru ke konci měsíce je vyšší nebo stejný, než náměr ke konci minulého měsíce. Dále mohou být prováděny kontrolní součty měřičů ve větvích a suma porovnávána s měřením na zdroji -  spotřebovaná energie by neměla být větší, než energie vyrobená, atd. Pokud se má pracovat i s historickými daty, už jde spíše o úlohu pro systém pro energetický management, např. ContPort [2].

Čím jsou instalované technologie složitější, tím komplikovanější může být i rozúčtování nákladů. Jeden z případů je podrobněji popsán v článku [3]. Jakkoli nepřesné a neobjektivní však podobné měření může být, ukázalo se, že samotná existence rozúčtovacího systému má “umravňující” vliv na chování uživatelů budovy.

U měření energií platí snad ještě více než u ostatních částí řídicího systému, že jedině tam, kde se podařilo dotáhnout věci do konce, má systém smysl. Na řadu chyb, jako jsou prohozená měřicí místa, se přijde až po měsících nebo letech na základě reklamace nájemců. Jsou to chyby většinou způsobené nedostatečnou komunikací mezi subdodavateli a obvykle zbytečné. Správně instalovaný a provozovaný odečtový systém naproti tomu může motivovat uživatele k úsporám a přinést řadu námětů na optimalizaci provozu technologií.

 

[1] https://elektro.tzb-info.cz/merici-a-regulacni-technika/9539-instalace-komunikacni-sbernice-m-bus-1-cast
[2] https://domat-int.com/o-systemu/manazerska-nadstavba
[3] https://vetrani.tzb-info.cz/vetrani-bytovych-domu/12645-rozuctovani-nakladu-na-vetrani-v-systemech-vav-cav