Měření v chytrém domě s Tecomat Foxtrot

Vyhodnocení spotřeby a ekonomiky provozu

Měření různých veličin je neoddělitelnou součástí služeb a řízení chytrého domu. Někdy se používá pojmenování „chytré měření“ (smart metering), které není zcela výstižné, protože „chytrost“ nespočívá v samotném měření, ale ve vyhodnocení měřených dat v řídicím systému. Důležité je zejména měření energie v jejich různých formách (spotřebované nebo vyrobené elektrické energie, spotřebovaného plynu a vody). Význam má i měření a dlouhodobé vyhodnocení teplot a jejich časového průběhu – v jednotlivých místnostech, venkovní teploty, teploty užitkové vody.

Měřené údaje mohou uživateli poskytnout informace o hospodaření s energií a o nákladech na provoz budovy. Mohou to být dlouhodobé údaje o sumární spotřebě za určité období (např. v jednotlivých dnech, měsících, od počátku topné sezóny, za skončenou topnou sezónu, za fakturační období dodavatelů energie) a o odpovídajících nákladech. Uživatele mohou zajímat i údaje o aktuální spotřebě a odpovídajícím „penězotoku“. Ty jsou chápány spíše jako informativní – asi není obvyklé, aby uživatel podle nich bezprostředně ovlivňoval aktuální spotřebu domu, např. utlumil topení, za- vřel okno, zastavil sprchu, zhasl, vypnul televizor apod. Měřené údaje mohou přispět ke korigování dlouhodobých aktivit a chování členů domácnosti. Lze podle nich například upravit časové programy teplot v jednotlivých místnostech, upozornit na dlouhodobé otevírání oken apod. Sumární údaje obvykle slouží ke zhodnocení dlouho- dobého stavu a jako podklad pro „strategická“ rozhodování, např. o možné výměně oken, zateplení fasády, změně či inovaci technického vybavení budovy, o účelnosti výměny kotle, instalaci solárního systému, tepelného čerpadla nebo akumulačního zásobníku teplé vody, případně jen o změně dodavatele energie.

Více sensorů více ví. Souvislosti s diagnostikou a zabezpečením

Chytrým vyhodnocením údajů o spotřebě a o stavu domu lze získat („vytěžit“) důležité informace o stavu domu a aktivitách jeho obyvatel, ale i informace pro zabezpečení objektu – varování před riziky, možným ohrožením nebo přímo alarmy. Dálkovým sledová- ním aktuálních hodnot spotřeby lze ne- přímo usuzovat na obsazenost domu, případně jeho jednotlivých místností. Například nestandardní spotřeba energie v domě, který by měl být prázdný může signalizovat nečekaný návrat ně- kterého z obyvatel, ale i vloupání nebo technickou závadu. Mimořádně vysoké hodnoty spotřeby energie mohou signalizovat ohrožení objektu nebo havárii, např. prasklé potrubí, únik plynu nebo vody, zkrat nebo závadu některého spotřebiče. Varování mohou vyvolat i neobvyklé hodnoty spotřeby ve sledované době (např. v noci, nebo když je rodina na dovolené). Na riziko požáru může upozornit i nepřiměřená teplota nebo její nezdůvodněně na- růstající trend. Zvýšená koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) může být jen

výzvou k vyvětrání. Její aktuální hodnota a trend jejího růstu je současně věrohodným indikátorem obsazenosti místnosti, případně i počtu osob a je- jich aktivity. Více informací a jejich větší věrohodnost poskytuje vyhodnocení větší- ho počtu údajů, získaných měřením různých veličin, které spolu souvisejí, případně trendů jejich změn. Například podezření na únik plynu, vyvolané nepřiměřenou spotřebou plynu, lze podpořit srovnáním s narůstajícími hodnotami ze senzorů kvality vzduchu. Podobně lze vyhodnotit souvislost mezi nepřiměřeně vysokou teplotou a jejím narůstajícím trendem v kombinaci s údaji z čidel kouře a CO. Infračervený senzor (PIR) je tradičně využíván k ovládání osvětlení. Může ale prozradit přítomnost osob v jednotlivých místnostech a jejich pohyb v rámci objektu. Spolu s údaji čidel CO₂ lze informaci

doplnit o odhad přítomnosti osob, jejich počtu i o aktivitě – a to i v případě, kdy senzor PIR nezaznamená pohyb. V kombinaci se snímky videokamery lze osoby i identifikovat.

Na přítomnost osob v domě lze usuzovat i ze spotřeby elektrické energie. Údaj o sumární spotřebě poskytuje jen velmi hrubou informaci o stavu domu, ale i z ní lze na mnohé usuzovat – každopádně lze údaj o aktivitě výkonných spotřebičů využít jako varování před odchodem z domu (např. nevypnutá pečicí trouba nebo elektrické topidlo, aktivní plynový hořák, nevypnutá voda). Z časového průběhu spotřeby za delší období lze usuzovat na vývoj stavu domu a na aktivity jeho obyvatel – obzvláště při znalosti příkonu jednotlivých spotřebičů (obr. 1a ÷ 1d). Měření na více místech (např. na různých sekcích elektrických rozvodů, případ- ně vodovodu či plynovodu) lze získat podrobnější informace. Lze je využít k rozpočítávání nákladů mezi nájemníky a uživateli domu, nebo k vyčíslení provozních nákladů pro různé části objektu (např. pro jednotlivá patra, oddělené části objektu apod.).

Měření a Tecomat Foxtrot

Pokud je dům nebo jiný objekt řízen systémem Tecomat Foxtrot z produkce  Teco a.s., lze jej výhodně využít k měření, komplexnímu vyhodnocení měřených dat a názornému zobrazení výsledků – nejen ve formě textových hlášení (např. alarmů) a číselných údajů, ale především v grafické formě, např. ve vizualizačním schématu domu a jeho místností, nebo ve formě časových průběhů. K tomu využívá systém Foxtrot především prostředky web serveru, který je součástí každé centrální jednotky. Pro náročnější případy lze využít i prostředky pro vizualizaci a dlouhodobou archivaci dat SCADA systému Reliance. Komunikační možnosti systémů Tecomat Foxtrot umožňují dálkový přístup k datům (např. prostřednictvím mobilního telefonu, tabletu nebo počítače), dovolují i zasílání dat do cloudu a jejich zpřístupnění pro jiné výpočetní systémy. K samotnému měření lze využít čidla připojená ke vstupům centrální jednotky Foxtrot a jejich expanzním modulům, ale i údaje z dalších modulů (z produkce Teco nebo jiných výrobců), které lze připojit některou ze standardních sběrnic. Výhodné je využít moduly komunikující s centrálním modulem Foxtrot sběrnicí CIB (systém CFox) nebo bezdrátově radiovou komunikací (systém RFox). Detailní popisy modulů systému CFox, spolu s doporučeným zapojením a komunikaci s centrálním modulem a jeho programem, je uveden v příručce: Periferní moduly na sběrnici CIB – TXV 004 13.01, která je volně dostupná na stránkách www.tecomat.com. Na stejné adrese lze získat další užitečnou publikaci: Příručka projektování CFox, RFox a Foxtrot – TXV 004 16 rev.3d. Je to velmi obsáhlá publikace, která se zabývá popisem modulů a způsobem měření v nejrůznějších oborech, se kterými se lze setkat v technice budov, především: vytápění, chlazení a větrání, fotovoltaické elektrárny, ohřev vody, osvětlení a zásuvkové okruhy, žaluzie, zastínění, okna a dveře, EZS, EPS, řízení přístupu, komunikace s uživatelem a multimédia. Významný je zejména popis měření teploty, energie a neelektrických veličin, a monitorování dalších veličin. 

Modul   elektroměru   C-EM-0401M K měření elektrické energie lze použít různé moduly a postupy,  popsané v uvedených příručkách. V sortimentu sběrnicové řady CFox je modul elektroměru a kvalitoměru C-EM-0401M (obr. 1). Je určen pro vzdálené monitorování spotřeby elektrické energie a kvality síťového napětí. Je vybaven čtyřmi vstupy pro měření napětí, čtyřmi proudovými vstupy a jedním reléovým výstupem (ochranné relé). Proudové vstupy jsou určeny pro připojení externích měřicích transformátorů proudu – průvlekových či dělených. Mechanické provedení odpovídá „rozvaděčovému“ 6M designu pro montáž na DIN lištu. Základní parametry modulu jsou uvedeny v Tabulce 1, Podrobný popis všech parametrů je uveden v příručce. Základní dokumentace modulu C-EM-0401M (TXV 133 22), dostupné na webu www.tecomat.com. Tabulka 2 uvádí přehled údajů, předávaných z elektroměru do centrálního modulu prostřednictvím sběrnice CIB. Prvotně je elektroměr C-EM-0401M určen pro rychlé a přesné měření tří- fázové sítě (obecně čtyř jednofázových měření) – frekvence, fázových napětí, proudů, činných a jalových výkonů, účiníku, THD napětí a proudů v síti nízkého napětí (nn). Měří v rozsahu 15 až 150 A, volitelně 5 až 600 A. Je vybaven napěťovou a frekvenční ochranou pro řízení fotovoltaických elektráren (FVE, HFVE) a kogeneračních jednotek. Elektroměr vyhodnocuje 128 vzorků za periodu, vzorkování je řízeno frekvencí první fáze. Měření probíhá nepřetržitě, bez přerušení. Základní vyhodnocovací interval je 200 ms. Ve stejném intervalu lze po sběrnici číst okamžité hodnoty činného výkonu pro výrobu i spotřebu (v režimu zdroje nebo spotřebiče). Ostatní hodnoty lze podle potřeby číst dotazovacími příkazy. Kromě napětí, proudů a činných výkonů pro každou fázi elektroměr dále poskytuje hodnoty jalového, zdánlivého, deformačního, fundamentálního činného a jalového výkonu, účiník, harmonická a THD napětí a proudy, harmonická napětí a proudy až do 63. harmonické.

Několik námětů pro použití elektroměru C-EM-0401M v energetice rodinného domu i velké budovy.

Jedním modulem elektroměru lze typicky měřit třífázovou domovní síť. Čtvrtý vstup lze využít pro nezávislé přídavné měření na další jednofázové větvi. Lze jím ale měřit na čtyřech ne- závislých jednofázových větvích. Pokud je potřebné měřit více jednofázových přívodů, lze po sběrnici CIB připojit více elektroměrů k jednomu centrálnímu modulu Foxtrot.

Elektroměr C-EM-0401M neslouží jako certifikované měřidlo pro fakturační měření. Lze jej ale použít pro rozúčtování spotřeby elektrické energie mezi více nájemce objektu nebo pro vyčíslení spotřeby částí komplikovanějšího objektu.

Rychlost měření předurčuje elektroměr C-EM-0401M k zablokování přetoku do sítě. Pokud majitel objektu je schopen elektrickou energii vyrábět (obvykle fotovoltaickými panely) a není držitelem licence pro dodávky do elektrické rozvodné sítě, nesmí připustit ani krátko- dobé přetoky do sítě. Začínající přetok je elektroměrem indikován změnou znaménka měřeného výkonu. Nejjednodušším (ale nejméně vhodným) opatřením je okamžité odpojení od zdroje (měniče fotovoltaiky). Předpokládáme-li promyšleně řešený program systému Foxtrot, který „má řízení domu ve svých rukou“, pak může vyrobenou energii efektivně využít, např. ji využít v jiném spotřebiči (např. bojleru, zásobníku tepla nebo chladu) nebo energii „uskladnit“ v bateriovém úložišti.

V objektech, kde jsou cenové tarify závislé na dodržení čtvrthodinového maxima (obvykle průmyslové objekty) lze elektroměr C-EM-0401M  využít k regulaci čtvrthodinového maxima (např. odpojováním vhodných spotřebičů nebo využitím vlastních zdrojů, např. z akumulátorů).

Podobně lze řešit omezení příkonu do objektů (i do rodinných domů) tak, aby nebyla překročena hodnota proudu hlavního jističe. Obvykle stačí rozhodovat o povolení nebo zamítnutí požadavku na spuštění klíčových spotřebičů, výjimečně odpojením některých spotřebičů nebo využitím vlastních zdrojů.

Se znalostí okamžitého příkonu lze optimalizovat cenu elektrické energie. V době, kdy je energie ze sítě levná lze aktivovat spotřebiče akumulačního charakteru (akumulační topidla, elektrické kotle, bojlery, zásobníky tepla nebo chladu, bazény, pračky) nebo energii přímo ukládat v akumulátorech. V době, kdy je energie drahá, je naopak účelné maximálně omezit spotřebu nebo naopak dodávat energii z vlastních zdrojů do sítě.

Obr 1c. Vodárna a pak pračka: na fázi 1 je vidět start (špička) a pak ustálený běh vodárny, malé vlnky po čase –24 s odpovídají aktivní pračce

Obr.1d Velká sekačka: start a pak sekání, činný (P1, oranžově), jalový (Q1, fialově) a zdánlivý (S1, modře) příkon elektrické sekačky – start (špička) a pak ustálené sekání

Obr. 2. Typické zapojení modulu elektroměru C-EM-0401M pro měření třífázového obvodu

Tabulka 1. Základní parametry modulu elektroměru C-EM-0401M

Tabulka 2. Údaje předávané z elektroměru C-EM-0401M do centrální jednotky Foxtrot po sběrnici CIB