W dobie rosnących cen energii elektrycznej zwiększenie sprawności i wydajności energetycznej budynków staje się koniecznością. Efektywne zarządzanie energią zależy od informacji, jakimi dysponujemy. Wiedza o tym, jak zużywana jest energia, w których miejscach jest marnotrawiona, a także znajomość rozwiązań pozwalających na optymalizację jej zużycia to warunek osiągnięcia sukcesu.

Źródło: Astor

Dysponowanie użytecznymi informacjami o energii zużywanej w budynku to duży krok naprzód w kierunku efektywnego zrządzania tym medium. Dzięki temu można podejmować trafne decyzje przyczyniające się do zminimalizowania kosztów ponoszonych na energię. Racjonalnie prowadzony monitoring i kontrola zużycia energii mają szczególne uzasadnienie w przypadku budynków konsumujących jej bardzo dużo, takich jak m.in. hotele, szpitale czy biurowce, a zatem obiekty o charakterze komercyjnym i użyteczności publicznej. W związku z tym, że budynki te generują ogromne koszty związane z oświetleniem, ogrzewaniem czy utrzymaniem klimatyzacji, konieczne jest zastosowanie odpowiednich rozwiązań wspierających poprawę efektywności energetycznej. Z pomocą przychodzą nowoczesne systemy monitorowania, które są źródłem informacji, analiz i wytycznych, umożliwiających kompleksowe spojrzenie na zużycie energii w obiektach, podejmowanie właściwych działań i ciągłe optymalizowanie jej zużycia, poprawę efektywności energetycznej i wskaźników eksploatacyjnych budynków.

Strategie

W celu uzyskania informacji potrzebnych do podjęcia odpowiednich kroków umożliwiających optymalizację zużycia energii, korzysta się z różnych metod pomiarowych. Mówiąc ogólnie, są to: porównanie, pomiar pośredni oraz pomiar bezpośredni.  Wybór konkretnej metody pomiarowej zależy od tego, jak szczegółowe informacje chcielibyśmy uzyskać. Ponadto wybór ten zależy też od wielkości projektu i oczekiwanego wpływu zastosowanych środków optymalizacyjnych. Należy podkreślić, że w praktyce możliwe jest stosowanie kombinacji różnych metod, przy czym ważna jest regularność przeprowadzanych kontroli.

Jeśli chodzi o metody porównawcze, to ich stosowanie polega na porównaniu bieżącego wyniku pomiaru z wynikami z poprzedniego okresu. Jednak w przypadku pomiaru wskaźników funkcjonowania budynku należy liczyć się z tym, że w porównaniach danych mogą wystąpić rozbieżności spowodowane takimi czynnikami, jak: pogoda, zmiana godzin pracy lub sposobu użytkowania budynku.

Inną metodą jest porównywanie bieżącej faktury za energię z fakturą z poprzedniego miesiąca lub roku. Dzięki temu można całościowo ocenić efektywność programu optymalizacji zużycia energii. Jednak wadą tego rozwiązania jest zazwyczaj brak dostępu do informacji na temat skuteczności poszczególnych środków, które zostały zastosowane. Owszem, porównywanie faktur daje wgląd w skuteczność realizacji dużych projektów lub projektów obejmujących szereg wzajemnie powiązanych udoskonaleń, jednak uniemożliwia dotarcie do informacji o wyodrębnionych zjawiskach, takich jak np. zależność produktywności pracy od zużycia energii.

Jeśli chodzi o pomiary pośrednie, to – jak podaje firma Schneider Electric – istnieje wiele miar, które można uzyskać na podstawie pewnych założeń. Konieczność zastosowania takiej metody wynika z wysokiego kosztu pomiarów, trudności technicznych, ograniczeń czasowych i braku informacji o niektórych czynnikach zmiennych. Pomiary pośrednie są wystarczająco efektywne, gdy przyjęte założenia mają niewielki wpływ na interesującą nas metrykę. Tego rodzaju pomiary mogą być uzasadnione m.in. w małym projekcie. Przykładem prawidłowego zastosowania pomiarów pośrednich jest pomiar zmiany poboru mocy w kW, na podstawie danych eksploatacyjnych z systemu zarządzania budynkiem (BMS) oraz pewnych wstępnych założeń.

Inaczej jest w przypadku pomiarów bezpośrednich, które dostarczają informacji o konkretnych wskaźnikach, bez konieczności opierania się na arbitralnych założeniach. Do przeprowadzania pomiarów bezpośrednich stosowane są różnego rodzaju czujniki ręczne i zautomatyzowane, a także szereg systemów rejestrujących dane uzyskane z tych czujników.

W celu bezpośredniego uzyskania danych o działaniu odpowiedniego systemu można zastosować licznik zainstalowany w wybranym podobwodzie elektrycznym lub na konkretnym podzespole. Opomiarowanie podlicznikami umożliwia wyizolowanie konkretnego obszaru budynku, wybranych typów odbiorników (oświetlenie, sprzęt teleinformatyczny itp.) lub konkretnych grup odbiorców, najemców w budynkach, w celu weryfikacji skuteczności środków lub programów oszczędnościowych. Zainstalowanie podlicznika i bezpośredni pomiar zużycia energii w budynku byłby uzasadniony m.in. wtedy, gdy jeden licznik mierzy zużycie energii elektrycznej w całym dużym kompleksie budynków, natomiast projekt optymalizacji zużycia dotyczy tylko pojedynczego budynku. W tej sytuacji nie sprawdziłoby się porównywanie faktur, gdyż zmiany wprowadzone w jednym budynku prawdopodobnie nie wpłynęłyby w sposób znaczący na łączny koszt energii zużywanej przez cały kompleks.

Zdaniem Artura Pollaka, prezesa zarządu w firmie APA Group, w budynkach nowych, dobrze zaprojektowanych, stosuje się pomiar bezpośredni, z podziałem na grupy odbiorników z użyciem analizatorów sieciowych, dających informacje o poborze prądu i zakłóceniach. O konsumowanej mocy czynnej i biernej dla obiektów, w których ingerencja w infrastrukturę jest ograniczona, stosuje się pomiar pośredni, z zastosowaniem tzw. przekładników prądowych, unikając ingerencji w okablowanie, co jest dobrym rozwiązaniem w przypadku budynków objętych gwarancją.

Użytkownicy pod lupą

Jak pokazuje rys. 1, w opinii ponad 50% uczestników ankiety przeprowadzonej przez redakcję magazynu „Inteligentny Budynek” wdrożenie rozwiązań umożliwiających monitorowanie i kontrolę energii w budynkach jest bardzo ważne, a wręcz niezbędne. Około 40% respondentów uważa, że stosowanie tych rozwiązań – owszem – jest ważne, ale nie niezbędne. Jedynie 2% sondowanych osób uznaje tego typu działania za nieistotne.

Odwołując się do informacji udzielonych przez respondentów, jedynie w przypadku 20% budynków liczniki energii i/lub innych mediów są zintegrowane z systemem BMS i/lub automatyki budynkowej. Z kolei 12% ankietowanych deklaruje, że planowana jest taka integracja. Natomiast 68% osób odpowiedziało, że w użytkowanych przez nich budynkach nie ma obecnie tego typu integracji, ale jest ona planowana (rys. 2).

Respondentów zapytaliśmy również o to, jaka część obwodów elektrycznych w użytkowanych przez nich budynkach ma zainstalowane liczniki energii elektrycznej ze zdalnym odczytem danych pomiarowych i/lub takie, które są połączone z systemem BMS. Połowa sondowanych osób odpowiedziała, że w ich budynku nie ma w ogóle takich liczników. W przypadku budynków ok. 20% ankietowanych użytkowników liczniki takie znajdują się tylko na głównych liniach zasilania. Innymi odpowiedziami, jakie padały ze strony ankietowanych, były: 75% obwodów (12% wskazań), 10% obwodów (9% wskazań), 50% obwodów (8% wskazań) oraz 25% obwodów (4% wskazań).

Jeśli chodzi o rodzaj interfejsu komunikacji danych z tzw. inteligentnych liczników, to – jak pokazuje rys. 3 – w opinii sondowanych użytkowników najczęściej wybierane przez inwestorów/użytkowników budynków są: MBus, ModBus (51%), wyjścia impulsowe (47%) oraz LonWorks, KNX, BACnet (34%).

W celu uzupełnienia tematu związanego z optymalizacją zużycia energii warto dodać, że ponad 40% respondentów deklaruje, iż w użytkowanych przez nich budynkach nie są wykorzystywane odnawialne źródła energii, takie jak panele fotowoltaiczne oraz pompy ciepła. Natomiast ponad 30% planuje ich instalację. Jedynie co piąty ankietowany korzysta z tego typu rozwiązań (rys. 4).

Warto przyjrzeć się jeszcze jednej kwestii. Na pytanie, czy inwestorzy zainteresowani są zakupem tzw. inteligentnych liczników energii elektrycznej, ankietowani odpowiedzieli: tak (59%); nie (27%); tak, ale tylko energii elektrycznej (19%); tak, ale tylko energii cieplnej (4%). Oczywiście wyniki te są jedynie składową subiektywnych odczuć respondentów na temat chęci wprowadzania przez inwestorów nowoczesnych rozwiązań, umożliwiających racjonalne gospodarowanie energią w budynku.

Od wiedzy do… wymiernych korzyści

Źródło: Sabur

Wiedza o zużyciu energii elektrycznej jest punktem wyjścia do podjęcia działań zmierzających do poprawy efektywności energetycznej obiektu. Jak już zostało wcześniej powiedziane, ma to szczególne uzasadnienie w przypadku takich budynków, jak np. biurowce, gdyż medium to jest wykorzystywane do uruchomienia i podtrzymania funkcjonowania właściwie wszystkich systemów zainstalowanych w tego typu obiektach. Warto dodać, że korzyści wynikające z wiedzy o zapotrzebowaniu na energię elektryczną w dużej mierze zależą od stopnia szczegółowości informacji dostarczanej przez system.

Jak podkreśla Mateusz Zajchowski, menedżer ds. monitoringu mediów w firmie Astor, najbardziej ogólnym przypadkiem jest system monitorujący globalne, z punktu widzenia budynku, zapotrzebowanie na energię. Mówiąc prościej – system taki jest instalowany na przyłączu sieci zasilającej budynek, w sąsiedztwie układu pomiarowo-rozliczeniowego, jednak z uwagi na znacznie bogatsze funkcjonalności, możliwe jest wykorzystanie go do zoptymalizowania kilku parametrów związanych z rozliczaniem energii elektrycznej, co oznacza obniżenie kosztów rachunku bez znaczącego wpływu na funkcjonowanie obiektu. Pierwszym elementem, który może zostać poprawiony, jest wysokość mocy umownej, która wprost przekłada się na wysokość rachunku. Mówi ona o tym, jak duża moc może być pobierana z danego przyłącza. Oczywiście, im jest ona wyższa, tym wyższa jest opłata z nią związana. Trzeba jednak wystrzegać się sytuacji, gdy wartość ta jest zbyt niska, gdyż wiąże się to z naliczaniem dotkliwych kar. W tym miejscu można dostrzec potencjał odpowiednio zaprojektowanego i wdrożonego systemu monitorującego zapotrzebowanie na moc (element tzw. zarządzania popytem, coraz popularniejszego w perspektywie wdrożenia mechanizmów inteligentnych sieci elektroenergetycznych Smart Grid oraz integracji odnawialnych źródeł energii OZE w budynkach, kompleksach budynków). Wiedza o tym, jak kształtuje się to zużycie w ciągu doby, pozwala na precyzyjne wyznaczenie wartości maksymalnej, a na podstawie danych zebranych z dłuższego okresu możliwe jest bardzo dokładne wyznaczenie, jaki poziom mocy umownej powinien zostać ustalony, aby koszty z nim związane były jak najniższe.

Jednak, jak zauważa Mateusz Zajchowski, korzyści wynikające z wdrożenia systemu monitoringu energii elektrycznej w budynkach nie ograniczają się tylko do kwestii związanych z zapotrzebowaniem na moc. Możliwe jest znaczne rozszerzenie jego funkcjonalności przez rozbudowę systemu pomiarowego na większą liczbę punktów pomiarowych, na przykład na poszczególne piętra, co pozwala na dostarczanie znacznie precyzyjniejszych informacji o tym, jaka ilość energii elektrycznej jest zużywana w poszczególnych częściach budynku. Wiedza ta może być przydatna w wielu aspektach. Jednym z nich jest monitorowanie stanu pracy oświetlenia. Informacja tego typu, w połączeniu z wiedzą o obecności osób w danym pomieszczeniu, pozwala na sterowanie oświetleniem i wyłączanie go wtedy, gdy z całą pewnością jest ono zbędne. Działania takie bezpośrednio przyczyniają się do obniżenia zużycia energii elektrycznej poprzez eliminowanie strat. Co istotne, nie dotyczą one tylko oświetlenia, ale również układów klimatyzacji czy nawet ogrzewania, jeśli jest ono elektryczne.

Faktem jest, że korzyści wynikających z zastosowania nowoczesnych rozwiązań służących do monitorowania i kontroli energii w budynku jest wiele. Zdaniem Artura Pollaka oprócz oszczędności pieniędzy liczy się również oszczędność czasu i środowiska naturalnego, a także bezpieczeństwo i wygoda, którą zapewniają tego typu rozwiązania. Bez monitoringu ciężko jest zdefiniować newralgiczne miejsca, w których powstaje zbyteczny koszt. Precyzyjne śledzenie zużycia pozwala nam też na określenie, czy w budynku są wykorzystywane wszystkie zakontraktowane wartości, a także ewentualnie na zmniejszenie zamówień na media. Warto dodać, że inteligentny monitoring pozwala także na weryfikację efektów wprowadzanych modernizacji – jeśli wymienimy oświetlenie na bardziej energooszczędne, to odpowiednio skonstruowany system pozwoli nam na stwierdzenie faktycznej skuteczności naszych działań.

O tym, jak ważne są te działania, mówi również Marek Falkowski, menedżer produktu w firmie Elmark Automatyka. Jego zdaniem samo monitorowanie zużycia energii w budynku nie przynosi zbyt dużo korzyści, jeśli zdobyta wiedza nie przekłada się na konkretne działania. Z doświadczenia eksperta wynika, że niektórzy jako system do zarządzania energią w budynku rozumieją system (BMS – Building Management Systems), który dodatkowo archiwizuje surowe dane z liczników i umożliwia późniejszy eksport tych danych do arkusza Excel. Prawdziwą wartością dodaną systemu do zarządzania energią (BEMS – Building Energy Management Systems) jest sytuacja, kiedy zużycie energii jest podejrzanie zwiększone i użytkownik w każdej chwili może sprawdzić, które piętra w budynku, instalacje czy urządzenia są przyczyną nieefektywności energetycznej, i szybko podjąć odpowiednie działania. Dzięki obliczeniom pakietowym w systemach do zarządzania energią możliwe jest również analizowanie grup konsumenckich w tym samym wymiarze czy przygotowywanie dokumentów do fakturowania najemców. Dane o zużyciu energii mogą być także normalizowane względem czasu pracy czy powierzchni użytkowej, aby mogły być sensowne i porównywalne.

– Jako dostawca oprogramowania do zarządzania energią w budynku często jesteśmy postrzegani jako ostatnia „warstwa analityczna”, pozwalająca na uzyskanie dodatkowych oszczędności w kosztach zużycia energii. I rzeczywiście tak jest. Naszym celem jest pomóc klientom w oszczędności ok. 10–20% rocznych kosztów związanych z energią/emisją dwutlenku węgla przez zaawansowaną wizualizację w czasie rzeczywistym, kontrolę i analitykę – wyjaśnia Marek Falkowski. W osiągnięciu tego celu pomocne jest także korzystanie z technologii FDD (Frequency Division Duplex) – technologii predykcyjnego wykrywania usterek i ich diagnostyki. Rozwiązanie to pozwala w sposób ciągły monitorować poprawność działania sprzętu i informować personel o koniecznych działaniach zapobiegawczych, zanim wystąpi usterka. To narzędzie nie informuje jedynie o możliwej awarii, ale również o nieefektywnym wykorzystaniu energii. Inteligentne algorytmy FDD monitorują dane w trybie 24/7 i identyfikują niepożądane „wydarzenia” (nie alarmy). Przykładowo, jeśli zawór ogrzewania i chłodzenia jest otwarty jednocześnie na AHU3 przez 30 minut dziennie, może to generować niepotrzebne koszty, przy czym sam system BMS nie zgłosiłby nam błędu, ponieważ zawory działają poprawnie.

Na rynku dostępne są rozwiązania, które nie wymagają pracochłonnej konfiguracji, specjalnych narzędzi programistycznych, a ich obsługa – zaawansowanej wiedzy. Jak podkreśla Wojciech Znojek, dyrektor generalny w firmie Sabur, wygodnym dla użytkowników rozwiązaniem są aplikacje wizualizacyjno-sterujące oparte na stronach www, wbudowane w urządzenia nadzorujące pracę systemu monitoringu i zarządzania zużyciem energii (jak panele HMI czy sterowniki). Aplikacje te służą do rejestracji i kontroli zużycia, prezentacji w różnych ujęciach oraz udostępniania danych pomiarowych lokalnie i zdalnie. Są one dostępne również na urządzenia mobilne. Dla pracowników działów facility management jest to ogromne ułatwienie – mogą kontrolować wszystkie stany liczników bez opuszczania miejsca pracy, nie tracąc czasu na wizyty w rozproszonych obiektach. Nowoczesne rozwiązania oferują także funkcje automatycznego wysyłania SMS-ów lub e-maili z alarmami lub raportami do zdefiniowanej grupy odbiorców. Oprócz wspomagania codziennej pracy personelu obsługi budynku, systemy do zarządzania zużyciem mediów ułatwiają właścicielom i zarządcom skuteczniejsze zarządzanie w oparciu o wiarygodne, bieżące oraz dostępne z każdego miejsca dane z obiektu.

Na co zwracać uwagę?

Źródło:Sabur

Według zaleceń ekspertów z firmy Schneider Electric, wybierając system monitorowania zużycia energii, powinno się zwracać uwagę na jego możliwości w zakresie raportowania i analizowania danych, a także na funkcje wspomagające podejmowanie działań i optymalizację wyników. Jeśli chodzi o komunikację umożliwiającą przekazywanie potrzebnych informacji, może się ona odbywać za pośrednictwem sieci IP, automatycznie nawiązywanego połączenia telefonicznego lub przez sieć telefonii komórkowej. System może także powiadamiać pocztą elektroniczną kluczowych użytkowników o sytuacjach nadzwyczajnych, np. gwałtownych zmianach poboru mocy. Co istotne, dane z konkretnego licznika można porównywać w różnych okresach, np. dzień do dnia lub miesiąc do miesiąca. Możliwe jest także porównywanie odczytów z kilku liczników w zadanym okresie.

Na co należy jeszcze zwrócić uwagę przy wyborze rozwiązania przeznaczonego do monitorowania i kontroli energii w budynku? Otóż, jak wyjaśnia Artur Pollak, aby proces pomiarowy dawał efektywne informacje analityczne, konieczne jest jego poprawne zaplanowanie już na etapie projektowania. Powinniśmy kontrolować energię dostarczaną do obiektu w sposób ciągły. Ważna jest też odpowiednia jej jakość – często energia dostarczana przez zakład energetyczny do obiektu nie spełnia kryteriów jakościowych. Inwestorzy i zarządcy często zlecają pomiar w postaci audytu, jednak takie podejście daje tylko wynik chwilowy, który nie uwzględnia np. zmian sezonowych czy skuteczności wprowadzonych modernizacji.

Zdaniem eksperta z firmy APA Group do wyboru rozwiązań automatyki budynku powinno się podchodzić kompleksowo. Prąd elektryczny to przecież niejedyne medium, które jest w nim zużywane. Oszczędności można również generować, monitorując zużycie wody i gazu. Wracając jednak do pomiaru zużycia energii elektrycznej – możliwość sterowania kompleksowym systemem i monitorowanie jego działania powinno być dostępne z poziomu jednej aplikacji. – W jednej z naszych realizacji taki system pozwolił na to, by czas pomiarów energii zmniejszył się z 16 godzin do 1 minuty. Z kolei generowanie kompleksowych raportów dla dyrekcji zajęło zaledwie 2 godziny zamiast 21 godzin, a praca techników przy zarządzaniu oświetleniem trwała 20 minut zamiast 3 godzin. Oszczędności wyniosły 280 tys. zł w skali roku. Warto więc zwracać uwagę nie tylko na skuteczność systemu monitoringu, ale również na wygodę jego użycia, która też pozwala zaoszczędzić – mówi Artur Pollak.

Zważywszy na nierzadko duże sumy pieniędzy, które tracone są w wyniku nieumiejętnego zarządzania energią, z pewnością warto rozważyć zakup systemu monitorującego zużycie tego medium.

Czy z zakupem tego typu rozwiązania wiążą się duże wydatki? Otóż, zdaniem Grzegorza Sokołowskiego, właściciela firmy GS ENERGIA, koszt monitoringu zawsze jest zależny od zakresu wyposażenia wdrażanej infrastruktury oraz formy przetwarzania i prezentacji finalnych danych. Najprostszy system poszerzonego monitorowania zaczyna się od kilkunastu tysięcy złotych. Jednak – co warto podkreślić – klient, mając ramę główną takiego systemu, może go rozbudowywać w przyszłości według zapotrzebowania, czy też w wyniku reakcji na niepokojące dane pochodzące z konkretnego obszaru, co czyni inwestycję zrównoważoną i otwartą.

Czynniki napędzające i hamujące rynek

Źródło:Elmark Automatyka

W opinii Piotra Gocłowskiego, inżyniera produktu w firmie Elmark Automatyka, siłą napędową rynku liczników energii, stanowiących podstawowy element systemów służących do monitorowania i zarządzania energią elektryczną, jest rozwój techniki w zakresie komunikacji, a także spadające ceny komponentów. Znaczący wpływ na rozwój rynku rozwiązań przeznaczonych do monitorowania i kontroli energii w budynkach – szczególnie na rozwój nowoczesnych liczników ze zdalnym odczytem – mają też panujące trendy, takie jak implementacja narzędzi i technologii Smart Grid czy IoT (Internet of Things). Rozwój odnawialnych źródeł energii i ich implementacja jako elementów infrastruktury budynkowych sieci zasilania również wpływa na konieczność opracowywania nowoczesnych urządzeń pomiarowych, ponieważ produkcja energii jest w takich instalacjach często zdecentralizowana, a sama energia jest zarówno konsumowana, jak i oddawana.

Natomiast zdaniem Marka Falkowskiego motorem napędowym tego segmentu rynku są raczej regulacje prawne wynikające z zapisów i wskazań dyrektyw unijnych, niż samo realne zrozumienie długoterminowych korzyści wynikających z właściwego wdrożenia systemu do zarządzania energią w budynku.

Faktem jest, że stosowanie systemów monitorujących i kontrolujących zużycie energii jest w Polsce wciąż mało popularne. W opinii Grzegorza Sokołowskiego powodem takiego stanu rzeczy jest przede wszystkim niewielka świadomość ogromnych możliwości, jakie drzemią w tego typu rozwiązaniach oraz brak pewności, po jakim czasie zwróci się koszt zakupu takiego systemu. Jak podkreśla ekspert – wiedza, jaką otrzymujemy z tego rodzaju systemu, jest jedynie narzędziem, natomiast oszczędności i krótki czas zwrotu to już efekt umiejętnego i efektywnego wykorzystania tego narzędzia.

Jeśli chodzi o temat monitorowania mediów w budownictwie mieszkaniowym, to – zdaniem jednego z ankietowanych – zagadnienie to nadal traktowane jest po macoszemu. Łatwiej i taniej przerzucić obowiązek zgłaszania odczytu na podnajemcę, niż zainwestować w infrastrukturę do zdalnego odczytu. Natomiast temat ten zmierza w dobrym kierunku w budynkach wynajmowanych zachodnim korporacjom. W przypadku tego typu obiektów inwestor zazwyczaj dba o kompleksowe rozwiązania przeznaczone do monitorowania wszystkich rodzajów mediów udostępnianych podnajemcy, co pozwala mu z dużą dokładnością rozkładać koszty eksploatacyjne i regulować ceny najmu.

Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej wśród czytelników magazynu Inteligentny Budynek. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców urządzeń/rozwiązań służących do monitorowania i kontroli energii. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.

Autorka: Agata Abramczyk

Tekst pochodzi z nr 3/2016 magazynu „Inteligentny Budynek”.