Inteligentne i ekonomiczne opomiarowanie zużycia wody

Systemy zdalnego odczytu wodomierzy są korzystne zarówno dla odbiorcy końcowego, jak i dostawcy. Dla tego pierwszego to przede wszystkim rozliczenie na podstawie wiarygodnych danych oraz możliwość podglądu zużycia wody i wysokości swojego rachunku przez internet w dowolnym czasie. Ograniczeniu ulegają również wizyty inkasenckie, co w dobie COVID-19 miało duże znaczenie. Korzyścią jest także możliwość zabezpieczenia urządzeń pomiarowych przed niepożądanym działaniem osób trzecich oraz szybki czas reakcji dostawcy na ewentualne awarie.

Dla dystrybutora opomiarowanie mediów przy zastosowaniu inteligentnych liczników wody generuje znaczne oszczędności. To przede wszystkim zminimalizowanie udziału wizyt inkasenckich – kosztownych i czasochłonnych, ponieważ liczniki bywają umiejscowione w trudno dostępnych miejscach. Praca inkasenta ogranicza się zatem do pracy z programem komputerowym lub aplikacją webową czy mobilną.

Kolejny element ważny dla dostawcy medium to monitoring sieci. Dzięki odczytowi danych w czasie rzeczywistym można kontrolować wszelkie zmiany ciśnienia w sieci wodociągowej, które mogą świadczyć o usterkach lub awariach. Pozwala to na ich szybką lokalizację i skrócenie przerw w dostawie wody. Zbieranie danych w czasie rzeczywistym to także lepsze prognozowanie zużycia wody, a co za tym idzie oszczędność energii elektrycznej, którą zużywają pompy. Ponadto obniżanie ciśnienia w czasie mniejszych rozbiorów to skuteczna metoda zapobiegania ewentualnym awariom. Inteligentny system opomiarowania pomaga także w walce z nieuczciwymi odbiorcami, którzy ingerują w odczyty urządzenia pomiarowego. Dostawca zostaje powiadomiony o tego typu próbach, a liczniki mają specjalne zabezpieczenia przed stosowaniem nieuczciwych praktyk.

Wrocław jest „smart”

Szanse, jakie niesie inteligentny system opomiarowania, dostrzegło m.in. przedsiębiorstwo MPWiK we Wrocławiu. Wspólnie z firmami z branży IT – Microsoft oraz Future Processing [1] – stworzyło rozwiązanie, które pomaga zarządzać systemem wodociągowym miasta. Celem było opracowanie systemu monitoringu, który pozwoli na energooszczędne, ekologiczne i ekonomiczne użytkowane sieci. Wyzwania, z jakimi trzeba było się zmierzyć, to głównie przestarzałe rurociągi, które przyczyniały się do częstych awarii, przerw w dostawie wody oraz niekontrolowanych wycieków. To wszystko wpływało na koszty dostaw, za które płaciło zarówno przedsiębiorstwo komunalne, jak i odbiorcy końcowi audytu, który pozwolił przeanalizować specyfikę pracy MPWiK. Okazało się, że słabym punktem jest konieczność ręcznego tworzenia zestawień minimalnych przepływów nocnych bez możliwości porównywania ich z danymi archiwalnymi. Zaproponowano zatem pilotażowe rozwiązanie dopasowane do potrzeb Wrocławia [1]:

• system obejmuje całą powierzchnię miasta;
• ponad 1000 monitorowanych urządzeń;
• czas pomiędzy kolejnymi odczytami wynosi 10 min;
• dane przesyłane są raz na dobę;
• automatyczna integracja systemu.

Dla ułatwienia monitoringu obszar sieci wodociągowej podzielono na strefy. Każda z nich jest opomiarowana na wejściu i wyjściu. Uwzględniając w bilansie wodnym te dane i porównując je ze zużyciem wody przez odbiorcę końcowego, można szybko wychwycić ubytki wody w danej strefie. Umożliwia to szybszą lokalizację potencjalnych awarii na sieci. Przepływ wody badany jest w godzinach nocnych, czyli w czasie jej mniejszego zużycia. Dzięki temu łatwiej można wyłapać potencjalne odchylenia od normy stworzonej na podstawie danych archiwalnych. Dodatkowo każdy punkt pomiarowy jest objęty monitoringiem i przekazuje takie parametry, jak przepływ, ciśnienie oraz temperatura.

Rozwiązania te pozwoliły ograniczyć straty wody w sieci z 24 do 10%, co przekłada się na 1 500 000 m³ zaoszczędzonej wody w latach 2016–2019. Dużym sukcesem jest też skrócenie czasu wykrywania awarii – ze 180 do 3 dni. Te zmiany przekładają się na korzyści finansowe i stanowią ważny krok dla Wrocławia, by stał się prawdziwym „smart city”. Podstawą wdrożenia tego rozwiązania jest stosowanie urządzeń, które wyposażone są w inteligentne liczniki i systemy transmisji danych.

Technologia bezprzewodowa

Obecnie stosowane są dwie metody zdalnego odczytu danych, z których tworzy się bazy każdego systemu monitoringu sieci. Jest to odczyt zdalny z wykorzystaniem technologii radiowej lub stacjonarny z przewodową magistralą M-Bus. Pierwszy stosuje się w budynkach istniejących i modernizowanych, drugi zaś to standard przeznaczony do stosowania w nowym budownictwie.

Odczyt radiowy wymaga zastosowania wodomierza wyposażonego w nakładkę radiową lub wbudowaną. Kolejnym elementem jest stacja bazowa, czyli antena wbudowana w czytnik (system walk-by) lub ulokowana na dachu samochodu (system drive-by). Do sprawnej komunikacji pomiędzy licznikiem a anteną potrzebne jest jeszcze urządzenie do przetwarzania danych. Komunikacja radiowa pozwala inkasentowi zaoszczędzić czas. Co więcej, odczyty z jednego obiektu ze wszystkich urządzeń pojawiają się praktycznie w jednej chwili. Według danych producentów w ciągu nawet 15 minut można zebrać dane z ok. 100 liczników.

Komunikacja M-Bus

Technologia przewodowa polega na przekazywaniu danych z wodomierzy do koncentratorów, czyli urządzeń rejestrujących pomiary magistralą M-Bus. Wbudowany serwer www pozwala na odczyt danych przez dowolną przeglądarkę internetową. Istnieje także możliwość skorzystania z odpowiedniego oprogramowania komputerowego, w którym wszystkie dane są zapisywane. Nowoczesne koncentratory są kompatybilne z koncepcją internetu rzeczy (IoT – Internet of Things). Bez wychodzenia w teren można odczytać wskazania liczników i je zinterpretować. Zarządca może przygotować rozliczenie dla poszczególnych lokali i monitorować liczniki oraz całą sieć.

Zgodnie z normą EN 13757 do jednego urządzenia M-Bus Master można podłączyć do 250 liczników (Slave). Model transmisji typu master–slave może być stosowany w układzie liniowym, gwiaździstym lub drzewa. Sieć osiągającą długość do 2,8 km można rozbudować przy zastosowaniu dodatkowych elementów, zwiększając także liczbę podłączonych do niej liczników, nawet do 1250. Poza nowymi obiektami technologia przewodowa dobrze sprawdza się także w budownictwie wielorodzinnym. Obecnie coraz więcej producentów oferuje rozwiązania bazujące na magistrali ­M-Bus, które pozwalają na odczyt zarówno okablowanych liczników, jak i bezprzewodowych.

Zdalny odczyt wodomierzy a BMS

W nowoczesnym budownictwie standardem jest rozwinięty system automatyki. BMS pozwala na połączenie urządzeń znajdujących się w obiekcie w sieć zależnych od siebie elementów. Dodatkowo system ten umożliwia monitoring wybranych parametrów i ich analizę. Poza korzyściami wynikającymi z szybkiego wykrywania awarii i wycieków włączenie inteligentnych wodomierzy w system BMS ma też inne zalety. Dla budownictwa komercyjnego istotne jest śledzenie zużycia wody na potrzeby urządzeń, które ją wykorzystują, jak np. nawilżacze central wentylacyjnych. BMS może także zarządzać źródłem poboru wody, traktując jako priorytet korzystanie z wody deszczowej do podlewania terenów zielonych lub wody szarej do spłukiwania toalet [3]. Systemy zarządzania budynkiem coraz częściej stosowane są także w budownictwie mieszkaniowym. Można dzięki nim na bieżąco monitorować zużycie wody i podejmować działania zachęcające mieszkańców do rozsądnego gospodarowania nią.

Kiedy wymienić wodomierz?

Zgodnie z wymaganiami dyrektywy EED [5] do 1 stycznia 2027 r. wszystkie urządzenia pomiarowe będą musiały mieć funkcję zdalnego odczytu. Oznacza to, że stare wodomierze należy do tego czasu doposażyć w specjalne nakładki lub trzeba je będzie wymienić. Poza tym co 5 lat trzeba przeprowadzać legalizację wodomierzy, zatem konieczną wymianę można połączyć z tą procedurą [4]. Wodomierz należy także wymienić na no­wy, jeśli został uszkodzony lub działa nie­prawidłowo i go zalegalizować.

Prawidłowy dobór

Nawet bogaty w funkcje inteligentny wodomierz nie spełni swojego zadania, jeśli zostanie nieprawidłowo dobrany. Podstawą jest określenie strumienia przepływu wody na odcinku, na którym zamontowany jest wodomierz. Na podstawie rodzaju i liczby armatury sanitarnej określa się strumień wody, który należy dla nich przyjąć. Otrzymany wynik przepływu obliczeniowego dla całego budynku trzeba zoptymalizować o współczynnik nierównomiernego rozbioru wody. W przeciwnym wypadku dobrany wodomierz byłby przewymiarowany. Aby urządzenie pracowało właściwie, stosunek strumienia obliczeniowego q do strumienia nominalnego powinien zawierać się w przedziale od 0,55 do 0,8.

Oszczędność i wyższa jakość

Idea smart city oraz IoT to przyszłość, którą już dziś tworzymy. Jednym z jej filarów jest opomiarowanie i zdalny odczyt mediów. Na przykładzie Wrocławia widać, jakie korzyści finansowe przynosi współpraca MPWiK z branżą IT. Podobną drogą będą prawdopodobnie podążać kolejne miasta, jeśli chcą zwiększać oszczędności i jakość usług komunalnych.  

Artykuł ukazał się w miesięczniku Rynek instalacyjny nr 4/21

Literatura