monitorizare

Experiența internațională arată că monitorizarea energiei poate realiza economii de energie și apă între 5 și 15% din consumul de energie. Practica obișnuită în proiectele de economisire a energiei arată că consumul de energie al unei clădiri poate fi redus semnificativ prin măsuri tehnice precum izolarea termică a structurilor perimetrale, înlocuirea ferestrelor și ușilor, instalarea reglării și controlului automat etc.

Nivelul consumului de energie după reducere poate fi constant de ceva timp. Cu toate acestea, experiența practică arată că consumul de energie poate crește după câțiva ani și chiar să revină la același nivel ca înainte de măsurile de economisire a energiei [1], după doar 3 până la 5 ani. Principalul motiv pentru care nivelul consumului de energie nu rămâne constant mult timp după reducere este lipsa unui sistem de monitorizare a consumului de energie al clădirii. Monitorizarea energiei este un instrument pentru monitorizarea și menținerea consumului de energie la nivelul scăzut dorit. Se bazează pe înregistrarea periodică (regulată) a consumului de energie și parametrii de influență relevanți (de exemplu, temperatura medie exterioară).

Pe lângă detectarea unui consum crescut de energie sau apă și remedierea ulterioară, monitorizarea energiei permite:

  • buna funcționare a echipamentelor tehnice,
  • documentarea rezultatelor măsurilor de economisire a energiei,
  • identificarea clădirilor cu cel mai mare potențial de economii de energie,
  • feedback rapid la schimbarea modurilor de operare,
  • o mai bună cunoaștere a oportunităților de economisire,
  • un echilibru mai bun al costurilor energiei și consumului de apă.

Experiența internațională în monitorizarea energiei ca măsură autonomă de economisire a energiei arată că economiile de energie și apă realizate sunt între 5 și 15% din consumul de energie [1].

Metode de monitorizare a energiei clădirilor

Sursa monitorizării energiei o constituie datele de la contoare de energie ale tuturor purtătorilor de energie folosiți în clădire și datele climatice măsurate. Datele pot fi citite și înregistrate manual sau automat.

Procesul de monitorizare a energiei unei clădiri include trei etape:

  1. determinarea indicatorilor necesari (țintă) pentru clădire,
  2. colectarea datelor și monitorizarea consumului de energie al clădirii,
  3. analiza rezultatelor monitorizării energiei.

Primul pas este de a stabili obiective care sunt necesare pentru a controla viitorul consum de energie. Al doilea pas este monitorizarea consumului măsurat și verificarea faptului că acesta nu depășește nivelul necesar (țintă). În cel de-al treilea pas, în cazul detectării unui consum excesiv de energie (cu 5-10% mai mare decât ținta), trebuie determinată cauza și trebuie luate măsurile corespunzătoare.

Metoda de consum specifică

Una dintre cele mai utilizate metode de monitorizare a consumului de energie al clădirilor este metoda de consum specifică. Această metodă compară consumul cu valorile normative ale consumului de energie utilizând date climatice și calcule de inginerie termică. Aceste valori, date pentru diferite tipuri de clădiri, pot fi găsite și în legislație. Metoda constă în faptul că consumul de energie măsurat al clădirii nu trebuie să depășească o valoare normativă specifică. Avantajul acestei metode este simplitatea, deoarece nu este nevoie să colectăm date detaliate despre consumul de energie și factorii de influență. Monitorizarea și analiza rezultatelor se efectuează o dată pe an.

Metodă bazată pe diagrama energie-temperatură

O altă metodă frecvent utilizată de monitorizare a energiei în clădirile rezidențiale și publice este metoda bazată pe diagrama energie-temperatură (ET) [2 - 6]. Instrumentul principal este o diagramă cu o curbă energie-temperatură, unică pentru fiecare clădire. Curba ET arată nivelul consumului de energie la diferite valori ale temperaturii exterioare, ținând cont de funcționarea corectă a clădirii. Datele de intrare ale diagramei ET sunt consumul specific de energie pe unitate a zonei încălzite a clădirii pe săptămână (kWh/(m 2. Săptămâna)) și temperatura medie exterioară (° C/săptămână). Curba ET poate fi construită prin calcule de energie folosind software-ul [3, 5] sau folosind istoricul consumului de energie măsurat și al temperaturii exterioare.

Principalul avantaj al acestei metode de monitorizare a energiei este posibilitatea utilizării sale în toate tipurile de clădiri. Metoda se bazează pe evaluarea consumului de energie în funcție de modificările temperaturii exterioare. Dezavantajele sale includ citirea relativ frecventă a contoarelor de energie și temperatură, calculul valorilor săptămânale ale consumului de energie, precum și calculul valorilor țintă ale consumului. Atunci când se utilizează metoda, se presupune, de asemenea, că temperatura internă îndeplinește întotdeauna cerințele normative, deoarece analiza nu ia în considerare.

Metodă luând în considerare modul de funcționare al clădirii

În monitorizarea energiei - în special a clădirilor publice - este important să se țină seama de modul de funcționare a clădirii și, în același timp, să se evalueze consumul de energie în timpul funcționării în timpul programului de lucru, în afara și în weekend și sărbători [7]. Atunci când se utilizează această metodă, datele consumului zilnic de energie pentru clădiri sunt utilizate ca intrări. Datele sunt numărate de două ori pe zi, la începutul și la sfârșitul orelor de lucru și nelucrătoare. În funcție de timpul de numărătoare inversă și de valorile consumului, valorile medii ale consumului de energie pe oră sunt calculate pentru orele de lucru și nelucrătoare și apoi valorile țintă ale acestuia. Consumul țintă pentru weekend și sărbători poate fi determinat utilizând un factor de reducere a consumului (0,8 × consum în timpul zilei de lucru) sau folosind calcule cu date istorice pentru weekend și sărbători.

Valorile țintă pot fi actualizate în funcție de datele noi, ceea ce înseamnă că sunt obținute și în timpul monitorizării, nu numai din valorile istorice sau medii. Avantajul acestei metode este simplitatea și detectarea mai rapidă a abaterii consumului de energie. În același timp, face posibilă monitorizarea mai atentă a îndeplinirii programului de funcționare a echipamentelor din clădire. Dezavantajul este citirea frecventă a datelor privind consumul de energie (de două ori pe zi). De asemenea, această metodă nu permite luarea în considerare a factorilor precum temperatura interioară și exterioară.

Metoda „inspecții și standardizare”

Cea mai eficientă metodă de monitorizare a energiei în clădiri este metoda „Inspecție și standardizare (KaN)” [8]. Metoda KaN este o analiză a istoriei consumului de energie al unei clădiri cu determinarea valorilor de bază și țintă ale consumului de energie, cu care se compară valorile măsurate ale consumului. Factorii care afectează consumul de energie sunt temperatura exterioară sau temperatura zilnică, deoarece încălzirea unei clădiri depinde atât de temperatura exterioară, cât și de cea interioară dorită. Valoarea etapelor zilnice (pentru fiecare zi) reprezintă diferența dintre temperatura medie zilnică a aerului din clădirea încălzită și temperatura medie zilnică exterioară.

unde: ni este valoarea gradului de zi din a i-a zi,
Staniu, i - temperatura medie a aerului interior,
Tout, i - temperatura medie a aerului exterior,
i - numărul de zile.

Primul pas al metodei KaN este analiza istoriei, care stabilește nivelurile de bază și țintă ale consumului de energie. În acest scop, se folosește un model de regresie liniară în formă

unde: Y este consumul de energie din timpul zilei,
X - valoarea factorului de influență (numărul de grade zilnice sau temperatura medie exterioară în timpul zilei),
și - o componentă variabilă a consumului de energie în funcție de influența factorului,
b - componentă de consum constant.

Un nivel de bază de consum este necesar pentru a controla valorile viitoare ale consumului de energie pentru a acoperi performanța energetică actuală a clădirii. Cu toate acestea, pentru a utiliza pe deplin această metodă, trebuie stabilit un nivel țintă realist. O metodă de determinare a consumului țintă este de a crea un model de regresie liniară (2) folosind acele valori care sunt sub nivelul consumului inițial. Odată cu disponibilitatea datelor istorice pentru programul de lucru și cel nelucrător, această metodă poate fi utilizată separat pentru ambele tipuri de regim. Avantajele acestei metode includ posibilitatea utilizării sale în toate tipurile de clădiri (rezidențiale și publice). Această metodă ține cont și de schimbarea temperaturii exterioare și interioare - prin valoarea gradelor zilnice. În procesul de monitorizare, sunt utilizate date zilnice, care permit detectarea mai rapidă a abaterilor consumului de energie și corecția ulterioară. Principalul dezavantaj al acestei metode este citirea relativ frecventă a valorilor (de două ori pe zi) ale consumului de energie, precum și ale temperaturii.

Sistem informațional „Monitorizarea energiei clădirilor”

Pentru a putea aplica metodele menționate de monitorizare și analiză a consumului de energie al clădirilor, instrumentul „Monitorizarea energiei clădirilor” a fost propus în Excel [9].

Datorită proprietăților sale funcționale, instrumentul este format din patru părți:

  • date de intrare,
  • prelucrare analitică (metode de monitorizare și analiză),
  • știri,
  • ieșiri.

În plus față de monitorizarea consumului de energie, acest instrument permite analiza comparativă a consumului de energie (consumul real și valorile în funcție de an și lună), evaluarea emisiilor de CO2 și a costurilor financiare lunare pentru energie.

Utilizarea instrumentului de monitorizare a energiei

Mai mult, în articol ne vom concentra pe o demonstrație a utilizării specifice a instrumentului de monitorizare a energiei, în clădirea școlii în perioada 27 ianuarie - 26 februarie 2014. Clădirea este utilizată între orele 8.00 și 17.00. în fiecare zi, de luni până sâmbătă. Este închis duminica. Monitorizarea a monitorizat consumul de energie electrică și gaze naturale, precum și temperatura din interiorul și exteriorul clădirii timp de 31 de zile, în special în timpul orelor de lucru și nelucrătoare. Consumul total de energie electrică a fost de 329 kWh, iar gazul natural de 4.844 m 3. Aceasta înseamnă că consumul zilnic a variat între 3 și 23 kWh de energie electrică, în cazul gazelor naturale între 75 și 245 m 3. Temperatura exterioară a fost între 4,7 și 19,3 ° C. Temperatura internă a îndeplinit cerințele normative. Consumul de energie electrică a fost monitorizat printr-o metodă care ține cont de modul de funcționare al clădirii. Consumul de gaze naturale a fost monitorizat prin metoda „Inspecție și standardizare”, ținând seama de programul de lucru și cel de lucru.

FIG. 1 Determinarea consumului țintă de energie electrică

Monitorizarea consumului de energie electrică

Pe baza datelor privind consumul de energie electrică din 27 ianuarie până în 9 februarie, au fost definite valorile țintă (figura 1), care au fost utilizate pentru a controla valorile viitoare ale consumului de energie. În FIG. 2 pentru a vedea rezultatele acestei săptămâni de monitorizare. Sfârșitul de săptămână a căzut pe 16 februarie - consumul țintă pentru această zi este determinat pe baza unui factor de 0,8 din ziua lucrătoare. Următoarea analiză arată zilele cu un consum de energie detectat mai mare decât ținta, în timpul orelor de lucru, care nu sunt de lucru. După cum se poate observa din rezultate, deviația totală a consumului de energie electrică a fost de 23 kWh, cu o parte substanțială a consumului în timpul programului de lucru. Interesant este consumul de energie din 13 și 16 februarie, unde abaterea este mai mare decât cea permisă (> 10%).

FIG. 2 Rezultate din monitorizarea electricității din 10 februarie 2014 până în 16 februarie 2014

În acest caz, trebuie identificată cauza creșterii bruște a consumului de energie și trebuie luate măsuri pentru a evita o astfel de abatere în viitor. După cum arată rezultatele monitorizării din 17 până în 23 februarie (Fig. 3), nu au fost luate măsurile necesare pentru eliminarea devierii consumului, ceea ce a dus la o creștere a consumului de energie electrică la 72 kWh. Chiar dacă nivelul țintă de consum de energie electrică nu a fost atins, analiza pentru alte valori nu se va modifica. În FIG. 4 vezi rezultatele monitorizării în perioada 24-26 februarie. Este clar că toleranța a fost depășită pe 24 și 26 februarie în timpul programului de lucru. Abaterea consumului de energie electrică în aceste trei zile a fost de 7 kWh.

FIG. 3 Rezultate de la monitorizarea electricității în perioada 17 februarie 2014 - 23 februarie 2014

FIG. 4 Rezultate din monitorizarea electricității din 24 februarie 2014 până în 26 februarie 2014

Monitorizarea consumului de gaze naturale

Pe baza datelor privind consumul de gaze naturale din 27 ianuarie până în 9 februarie, s-au determinat nivelurile de consum de bază și țintă pentru programul de lucru și non-lucru (Fig. 5). Ca și în cazul energiei electrice, consumul de gaz poate fi monitorizat zilnic sau la intervale mai mari. Rezultatele monitorizării consumului de gaze naturale în următoarele șapte zile sunt prezentate în Fig. 6. Analiza suplimentară este prezentată în FIG. 7. În acest caz, datele au fost verificate în raport cu un nivel de consum inițial. După cum arată rezultatele, abaterea a fost observată la 14 februarie în afara programului de lucru, dar în caz contrar, nivelul inițial de consum a fost atins. Consumul măsurat între 17 și 23 februarie a fost la nivelul de bază (Fig. 8) și, de asemenea, consumul țintă (Fig. 9).

FIG. 5 Determinarea consumului de gaz de bază și țintă

FIG. 6 Rezultatele monitorizării consumului de gaze naturale în perioada 10 februarie 2014 - 16 februarie 2014

FIG. 7 Raport privind monitorizarea consumului de gaze naturale în perioada 10 februarie 2014 - 16 februarie 2014

Consumul total de gaze în această perioadă a fost de 1.067 m 3. Consumul crescut de gaze comparativ cu consumul de bază a fost înregistrat doar pe 22 februarie în timpul programului de lucru. Aici a fost necesar să se găsească cauza abaterii de 41 m 3 (aproximativ 4% din consumul total). În comparație cu consumul țintă, s-au înregistrat consumuri mai mari în timpul programului de lucru pe 17, 19, 20 și 22 februarie. Consumul din 22 februarie este deosebit de interesant. Abaterea totală a perioadei este de 93 m 3, ceea ce reprezintă 8% din consumul total al perioadei.

FIG. 9 Monitorizarea consumului de gaze naturale în perioada 17 februarie 2014 - 23 februarie 2014 (comparativ cu consumul țintă)

rezumat

Monitorizarea energiei este un instrument foarte util pentru îmbunătățirea eficienței energetice pe tot parcursul vieții unei clădiri. Monitorizarea continuă face posibilă identificarea și eliminarea consumului excesiv de energie, utilizarea corectă a echipamentelor tehnice ale clădirilor și, de asemenea, oferirea unei oportunități de optimizare a costurilor energetice. Metoda bazată pe diagrama ET și metoda KaN sunt foarte eficiente în monitorizarea consumului de energie în timpul sezonului de încălzire și, de asemenea, în lunile calde de vară, luând în considerare influența factorilor de temperatură exterioară sau a gradelor zilnice. Metoda, care ține cont de modul de funcționare a clădirii, este potrivită pentru monitorizarea consumului de energie electrică și a consumului de apă caldă și rece, fără a fi nevoie să se țină seama de temperatură și de gradele zilnice. Pentru a monitoriza consumul de energie, este adecvat să se utilizeze un instrument de informare adecvat, cum ar fi sistemul „Monitorizarea energiei clădirilor”.

Literatură
1. Monitorizarea energiei. Introducere. ENSI, 2009, www.ensi.no.
2. Cutie de instrumente de învățare activă/Monitorizarea energiei/Monitorizarea consumului de energie în școală.
3. Software de audit energetic al clădirilor (software EAB).
4. Sfaturi generale pentru managerii de energie/Managementul energetic de zi cu zi al clădirii. http://www.display-campaign.org.
5. Despre Energinet ISO 50001 Software de management al energiei. http://www.cebyc.no.
6. RAPORT NARRATIV FINAL Contract ENPI 2011 281-292. Descrierea sistemului de monitorizare a energiei. www.energycluster.com.ua.
7. Khudayarov, M. B.: Metode și instrumente pentru managementul energetic al clădirilor, Materiale 1 conferință științifică și practică rusă „Eficiența și conservarea energiei: teorie și practică“, Kemerovo, 2014.
8. Nikolaenko, A., Tarnowski, M.: Prezentare despre „Monitorizarea consumului de energie și a eficienței energetice“, 2010, www.optimenergo.com.
9. Salikhov, T. P., Khudayarov, M. B.: Sistem informațional pentru monitorizarea consumului de energie al clădirii, Certificat de înregistrare oficială a programului de calculator, DGU 02933 18.12.2014, Tașkent, Agenția pentru Proprietatea Intelectuală din RUz.

Text: M. B. Khudayarov
Imagini: autor/thinkstock.com
Autorul lucrează la Institutul de Energie și Automatizare al Academiei de Științe din Republica Uzbekistan din Tașkent.

Articolul a fost publicat într-o revistă TZB HAUSTECHNIK.