Kiinteistöjen älymittarit ja IoT-anturit: sähkön, veden, kaasun ja olosuhdearvojen mittaaminen

Älymittarit ja IoT-anturit muuttavat kiinteistön datalähteeksi: ne mittaavat sähkön, veden ja kaasun kulutusta sekä sisäolosuhteita ja välittävät tiedot reaaliaikaisesti kiinteistön energianhallintajärjestelmään.

Tarkoituksena ei ole asentaa mahdollisimman monta laitetta. Olennaista on valita oikeat mittauskohteet, mittausväli ja mittauspisteet. Laadukas mittaussuunnitelma ratkaisee, mitkä hävikit havaitaan ja mitkä energiatehokkuustoimenpiteet pystytään perustelemaan konkreettisin luvuin.

Lyhyesti:

• Verkkoyhtiön mittari mittaa vain liittymää, ei yksittäisiä laitteita: kulutuksen ymmärtämiseksi tarvitaan osamittausta.
• Neljä keskeistä mittauskohdetta ovat sähköenergia, lämpöenergia ja kaasu, vesi sekä tilojen olosuhdearvot.
• Tiedonsiirtoteknologia valitaan kantaman, tehonsyötön ja mittausfrekvenssin perusteella, ei markkinahypen mukaan.
• MID-hyväksyttyä mittaria tarvitaan vain viralliseen laskutukseen: sisäisessä seurannassa ratkaisee laitteen tarkkuus, ei leima.

Mitä älymittarit ovat ja miten ne eroavat perinteisistä mittareista

Älymittari rekisteröi kulutustiedot ajan kuluessa ja siirtää ne automaattisesti eteenpäin perinteisen kokonaislukeman näyttämisen lisäksi. Perinteinen mittari vaatii manuaalisen lukemisen; älymittari puolestaan kertoo, miten ja milloin energiaa kuluu.
Italiassa toisen sukupolven sähkömittarit (niin sanotut 2G-mittarit) ovat korvanneet valtaosan vanhasta mittarikannasta.
Verkkoyhtiön etäluennan ohella ne jakavat dataa kiinteistön haltijalle Chain 2 -liitännän kautta. Se on ARERAn D.Lgs. 102/2014 -säädöksen mukainen ja CEI-standardien määrittelemä paikallinen tiedonsiirtokanava käyttäjän laitteille.
Jakeluverkon mittarilla on kuitenkin rakenteellinen rajoite: se mittaa vain liittymäpistettä, ei rakennuksen sisäistä toimintaa. Se paljastaa, kuinka paljon energiaa tulee pääkeskukseen, mutta ei sitä, kuinka paljon kylmälaitokset, valaistus tai palvelintilat kuluttavat. Tämän selvittämiseen tarvitaan alamittareita ja antureita – toisin sanoen osamittausta.

Kiinteistön neljä keskeistä mittauskohdetta

Sähköenergia

Sähköstä kannattaa aloittaa: sen kulutus vaihtelee eniten ja siihen liittyvät turhat kulutukset on helpointa karsia.
Alamittarit asennetaan jakokeskuksiin. Jos keskuksen avaaminen on vaikeaa, avattavat virtamuuntajat (virtapihdit) asennetaan kaapelin ympärille sähköjä katkaisematta, jolloin asennuskatko jää minimaaliseksi.
Suositeltava mittaustarkkuus alkaa 15 minuutin jaksoista: se mahdollistaa kuormitusprofiilien tarkan analyysin sekä arkipäivien, viikonloppujen ja kiinteistön sulkuaikojen vertailun.

Lämpöenergia ja kaasu

Lämmityksen ja jäähdytyksen mittaamisessa tärkeintä on hyötysuhteen selvittäminen: kuinka paljon energiaa tuotetaan lämmönjakohuoneessa ja kuinka paljon siitä saavuttaa palveltavat tilat. Lämpöenergiamittarit sekä meno- ja paluuveden lämpötila-anturit osoittavat, toimivatko laitteet suunnitellulla hyötysuhteella vai kompensoivatko ne virheellisiä säätöarvoja.

Vesi

Vesi on usein laiminlyödyin kulutuskohde, vaikka sen mittaamisen takaisinmaksuaika on yleensä lyhin, sillä vuodot havaitaan usein vasta silloin, kun syntyy näkyviä vahinkoja.
Yö- ja päiväkulutuksen vertailu on ensisijainen mittari: jos kiinteistön ollessa suljettuna vettä kuluu tasaisesti läpi yön, kyseessä on lähes aina piilovuoto. Majoitusalalla vedenkulutukseen liittyy omia erityispiirteitään, joita käsittelemme laajemmin oppaassamme hotellien ja majoituskiinteistöjen vesiseurannasta.

Sisäilma- ja ympäristöolosuhteet

Lämpötila, suhteellinen kosteus, CO2 ja läsnäolo eivät mittaa kulutettua energiaa, mutta ne selittävät sen. Hiilidioksidipitoisuus toimii kaksoisindikaattorina: se osoittaa, toimiiko ilmanvaihto riittävästi ja kuinka paljon tilassa on ihmisiä.
Sisäilman laatua määrittävä standardi SFS-EN 16798-1 jakaa sisäympäristöt neljään luokkaan (IEQ I – IEQ IV).
CO2-mittaus edistää sekä viihtyvyyttä että energiansäästöä: tyhjän tilan ilmanvaihto vakioteholla on energian haaskausta, kun taas täyden neuvotteluhuoneen liian vähäinen ilmanvaihto heikentää ilmanlaatua ja vireystasoa. Tämä on älykkään kiinteistön (smart building) peruspilareita.

Anturien liitettävyys: tiedonsiirtoteknologiat

Yhtä ainoaa parasta tiedonsiirtoteknologiaa ei ole. Oikea valinta riippuu kolmesta tekijästä: mittauspisteiden sijainnista, sähkönsyötön saatavuudesta sekä vaaditusta mittausfrekvenssistä.

Käytännön suositus: varmista aina, että järjestelmä hyödyntää avoimia tiedonsiirtoprotokollia. Vain laitevalmistajan omaan pilveen suljettu anturikanta muodostuu kalliiksi rasitteeksi heti, kun palveluntarjoajaa halutaan vaihtaa.

Milloin MID-hyväksytty mittari on pakollinen

Tämä kysymys nousee esiin toistuvasti, ja vastaus riippuu datan käyttötarkoituksesta.
Eurooppalainen mittauslitedirektiivi MID (2014/32/EU) koskee kaupalliseen laskutukseen käytettäviä mittalaitteita, kuten sähkö-, kaasu-, vesi- ja lämpöenergiamittareita.
Eurooppalainen mittauslitedirektiivi MID (2014/32/EU) koskee kaupalliseen laskutukseen käytettäviä mittalaitteita, kuten sähkö-, kaasu-, vesi- ja lämpöenergiamittareita.
Käytännössä nyrkkisääntö on seuraava:

• Jos mittausdata toimii laskutuksen perusteena (kulujen edelleenlaskutus vuokralaisille, jyvitys käyttäjille tai energian myynti), mittarin on oltava MID-hyväksytty.
• Jos mittausdataa käytetään sisäiseen seurantaan, hukkakulutuksen paikantamiseen ja säästöjen todentamiseen, virallista kalibrointitodistusta ei vaadita. Tärkeintä on laitteen toistotarkkuus ja vakaus vertailujaksojen välillä.

Miten mittaussuunnitelma laaditaan

Ennen laitehankintoja on määriteltävä, mitä asioita halutaan seurata. Tätä ohjaa oma standardinsa, SFS-EN 17267: se opastaa energianmittaus- ja seurantasuunnitelman laatimisessa mittauspisteistä ja muuttujista aina tallennustiheyteen, datan säilytykseen ja säätötekijöihin asti.
Se toimii myös suorana toimintamallina ISO 50001 -energianhallintajärjestelmän tiedonkeruuvaatimusten täyttämiseksi.
Asian tärkeyttä vahvistavat energiakatselmusten raportit: noin 70 % havaituista puutteista ja poikkeamista liittyy nimenomaan seurantastrategian aukkoihin, kuten puuttuviin mittauspisteisiin, liian lyhyisiin mittausjaksoihin tai kuormitusprofiilien puuttumiseen.
Järkevä mittaussuunnitelma rakentuu neljän vaiheen kautta:

• Aloita suurimmista kulutuskohteista. Pieni joukko laitteita selittää lähes aina valtaosan laskusta: lämpö- ja kylmäkeskukset, ilmanvaihto, valaistus ja raskaat prosessilaitteet.
• Määritä mittaustiheys ennen laitemäärää. Muutama 15 minuutin välein luettava mittauspiste tuottaa moninkertaisesti enemmän arvoa kuin sadat kerran kuussa luettavat pisteet.
• Mittaa myös taustatekijät. Ulkolämpötila, tilojen käyttöaste ja aukioloajat mahdollistavat kulutustiedon normalisoinnin ja erottavat todellisen hävikin perustellusta kulutuksesta.
• Luo mittauspisteille yhtenäinen nimeämiskäytäntö. Johdonmukainen taksonomia on ainoa keino, jolla kiinteistösalkun eri kohteita voidaan vertailla keskenään luotettavasti.

Logiikka on sama kuin energiakatselmuksessa, yhdellä keskeisellä erolla: katselmus on määräaikainen pistokoe, kun taas seuranta on jatkuvaa.

Yleisimmät virheet kentällä

Seuraamissamme kiinteistöhankkeissa ongelmat johtuvat harvoin teknologiasta, vaan siitä, miten sitä hyödynnetään käytännössä:

• Anturit asennetaan ilman selkeää toimintamallia. Jos kukaan ei analysoi dataa eikä vastuuhenkilöillä ole toimintavelvoitteita, mittaus jää pelkäksi kulueräksi.
• Liikaa mittauspisteitä heti alussa. Satojen pisteiden samanaikainen avaaminen tekee koontinäytöistä lukukelvottomia. Aloita pääkeskuksista ja tarkenna mittausta tarpeen mukaan.
• Anturien väärä sijoittelu. Patterin yläpuolelle tai suoraan ikkunan eteen asennettu lämpötila-anturi mittaa paikallista ääripistettä huoneen todellisen ilman sijaan ja johtaa koko järjestelmän virhesäätöön.
• Anturikannan huollon laiminlyönti. Tyhjät paristot ja pimentyneet laitteet tekevät aukkoja dataan, mikä vääristää säästöjen laskennassa käytettävää perusuraa (baseline). Anturiverkostoa on huollettava ennakoivasti noudattaen ennakoivan kunnossapidon periaatteita.
• Mittaaminen ilman vertailukohtaa. Kulutuslukemalla on merkitystä vain suhteutettuna edelliseen ajanjaksoon, toiseen vastaavaan rakennukseen tai laskennalliseen tavoitearvoon.

Datasta käytännön toimenpiteisiin

Mittaaminen on vasta edellytys, ei lopputulos. Todellinen hyöty saavutetaan, kun tiedot kääntyvät automaatioiksi, hälytyksiksi ja vastuuhenkilöille kohdennetuiksi toimenpiteiksi.
UTwinin energianhallintaohjelmisto kattaa koko ketjun: sähkön, veden, kaasun, lämpötilan, kosteuden ja hiilidioksidin älymittarit ja IoT-anturit, tiedonkeruun pilveen sekä visualisoinnin suoraan BIM-tietomallin tai rakennuksen pohjakuvan päälle.
Tekoälyalgoritmit analysoivat dataa, tunnistavat poikkeamat ja ohjaavat LVI-järjestelmiä etänä sääolosuhteiden ja tilojen käyttöasteen mukaan.
Huoltokirja- ja kunnossapito-ohjelmisto (CMMS) on integroitu kiinteäksi osaksi kokonaisuutta: anturin havaitsema poikkeama luo suoraan kuitattavan työtehtävän pelkän passiivisen hälytyksen sijaan.
Kiinteistöissä, joissa on jo olemassa oleva rakennusautomaatiojärjestelmä (BMS), alusta täydentää ja laajentaa sen etäohjausmahdollisuuksia. Kohteissa, joissa perinteinen kiinteistöautomaatio ei ole kustannustehokasta – kuten liiketiloissa, myymälöissä, hotelleissa ja hoivakodeissa – järjestelmä toimii kevyenä automaatioratkaisuna (BMS light) jopa 70 % pienemmällä investointikustannuksella (CAPEX).
Tiedonkeruu- ja analytiikka-alustan toiminnasta kerromme tarkemmin oppaassamme kiinteistöjen energiankulutuksen seurannasta sekä katsauksessamme energianhallintaohjelmistoihin ja EMS-järjestelmien toimintaan.

Usein kysytyt kysymykset

• Mitä eroa on älymittarilla ja alamittarilla?

  Älymittari rekisteröi ja siirtää dataa digitaalisesti ja automaattisesti. Alamittari puolestaan asennetaan päämittarin perään mittaamaan tiettyä ryhmää, tilaa tai laitetta. Alamittari voi olla älymittari, ja nykyaikaisessa energiamittauksessa se käytännössä aina onkin.

• Riittääkö päämittarin 2G-data kiinteistön seurantaan?

  Päämittari antaa kokonaiskuvan liittymästä, mutta ei erittele, mihin energia kuluu. Kulutuksen kohdistamiseksi laitteille ja tiloille sekä energiansäästökohteiden paikallistamiseksi tarvitaan alamittareita ja antureita.

• Vaaditaanko energiamittauksen antureilta MID-sertifiointia?

  Vain silloin, jos mittaustietoa käytetään vuokralaisten tai kolmansien osapuolten viralliseen laskutukseen. Sisäiseen seurantaan ja säästöjen todentamiseen sertifiointia ei vaadita: laitteen tarkkuus ja pitkäaikainen vakaus ovat ratkaisevia tekijöitä.

• Kuinka monta anturia kiinteistöön tarvitaan?

  Yhtä määrää ei ole: tarve riippuu merkittävien energiankäyttökohteiden määrästä ja tehtävistä päätöksistä. Tehokkain tapa on aloittaa sähkölaskussa eniten painavista laitteista ja tunnetuista ongelmatiloista ja lisätä mittareita sinne, missä havaitaan poikkeamia.

• Kumpi on parempi: LoRaWAN vai NB-IoT?

  LoRaWAN on erinomainen valinta silloin, kun suureen kiinteistöön tai alueelle asennetaan useita paristokäyttöisiä antureita ja halutaan rakentaa oma paikallisverkko. NB-IoT sopii erillisiin kohteisiin tai kiinteistöihin, joihin ei haluta omaa verkkolaitteistoa, hyödyntäen suoraan mobiiliverkkoa. Monissa kiinteistösalkuissa hyödynnetään molempia rinnakkain.

Mistä kannattaa aloittaa

Nopein tapa selvittää mittauksen kannattavuus on aloittaa pilottikohteesta: pääkuormien osamittaus, olosuhdeanturit tärkeimpiin tiloihin ja 15 minuutin mittausväli muutaman viikon ajan.
Ensimmäisistä kuormitusprofiileista selviää heti, johtuuko ongelma kiinteistön käytöstä, talotekniikasta vai rakennusvaipasta, ja minkä suuruusluokan säästöjä voidaan saavuttaa.