ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA …
Transcript of ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA …
Slađan Vasić
ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA ENERGETSKIH
PROCESOV
Diplomsko delo
Maribor, junij 2013
2
ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB:
INFORMATIZACIJA ENERGETSKIH PROCESOV
Diplomsko delo
Študent: Slađan Vasić
Študijski program: Visokošolski študijski program
Računalništvo in informatika
Smer: Informatika
Mentor: dr. Bojan Novak
Lektor(ica): Vera Nikić, diplomantka medjezikovnih študij – angleščina
(UN), diplomantka medjezikovnih študij – nemščina (UN)
IV
Zahvala
Zahvaljujem se mentorju dr. Bojanu Novaku, ki me
je sprejel pod svoje mentorstvo in mi pomagal do
končnega cilja.
Hvala kolektivu podjetja ATEI d.o.o., katerih
znanje je bilo navdih za temo diplomske naloge.
Neizmerno sem hvaležen svoji Željki, ki mi je vsa
ta leta stala ob strani, me sprejemala takšnega kot
sem in me spodbujala do konca. Brez tebe ne bi
uspel!
Posebna zahvala gre moji družini, dragi mami,
očetu in sestri za vso podporo, finančno pomoč pri
študiju in ker niste izgubili upanja vame.
Zahvaljujem se tudi prijateljici Veri, ki mi je
nesebično pomagala in lektorirala diplomsko delo.
I
ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA ENERGETSKIH
PROCESOV
Ključne besede: energetska učinkovitost, energetski informacijski sistemi, energetski
kazalniki, normalizacija podatkov, stopinjski dnevi, faktor obremenjenosti.
UDK:
Povzetek
Povečanje energetske učinkovitosti je danes nuja v poslovnem in zasebnem življenju. S
povečanjem energetske učinkovitosti zmanjšujemo stroške in optimiziramo rabo energije s
čim manjšimi izgubami. Nenazadnje smo kot država, podpisnica Kjotskega sporazuma,
zavezani k temu. Vsekakor igra pri doseganju zastavljenih ciljev pomembno vlogo
informacijska tehnologija. V ta namen se razvijajo različni energetski informacijski sistemi, ki
pokrivajo tako strojno, kot tudi programsko opremo. Nekateri od teh so predstavljeni v
diplomskem delu. V diplomskem delu smo posebno pozornost namenili tudi nekaterim
osnovnim energetskim pojmom in procesom, ki smo jih natančneje opisali, izračunali ter
analizirali.
II
ENERGY EFFICIENCY IN BUILDINGS: INFORMATIZATION OF ENERGETICAL
PROCESSES
Key words: energy efficiency, energy information systems, energy indicators, data
normalization, degree days, load factor
UDK:
Abstract
Improving energy efficiency is urgent in today's business and personal life. With the
increased energy efficiency, we can reduce costs and optimize energy consumption with
minimal losses. Finally, as a party country to the Kyoto agreement, we are committed to
these objectives. There is no doubt, that information technology has important role in
achieving these objectives. For this purpose, development of many energy information
systems is in process, covering both hardware and software development. Some of them are
presented in the diploma work. Special attention is devoted to some basic energy concepts
and processes, which we have accurratly described, calculated and analyzed it.
III
Kazalo vsebine
1. UVOD ............................................................................................................................. 1
2. ENERGETSKA UČINKOVITOST ................................................................................... 3
2.1. Definicija ................................................................................................................. 3
2.2. Energetski in ekonomski kazalniki ........................................................................... 5
2.2.1. Primerjava kazalnikov ...................................................................................... 7
2.3. Zakonodaja ............................................................................................................. 8
2.3.1. Kjotski protokol ................................................................................................. 8
2.3.2. ISO 50001: Sistemi za upravljanje z energijo ..................................................10
2.3.3. Protokola BACnet in LonWorks .......................................................................14
3. ENERGETSKI INFORMACIJSKI SISTEM (EIS) ............................................................15
3.1. Vrednost pravočasnih in točnih merjenih podatkov .................................................18
3.1.1. Optimalni časovni interval merjenih podatkov ..................................................24
3.2. Pridobivanje podatkov ............................................................................................25
3.2.1. Pridobivanje podatkov iz prejetih računov .......................................................26
3.2.2. Sistemi za avtomatsko vodenje stavb BAS (Building Automation System) ......28
3.2.3. Server za pridobivanje podatkov DAS (Data Acquisition Server) .....................30
3.2.4. ComBox ..........................................................................................................31
4. UPORABLJENA TEHNOLOGIJA V PRAKTIČNEM DELU DIPLOMSKE NALOGE .......32
4.1. Odprtokodna programska oprema ..........................................................................32
4.2. Java (programski jezik) ..........................................................................................35
4.2.1. Projekt NetBeans ............................................................................................36
4.2.2. JFreeChart ......................................................................................................37
4.3. Podatkovna baza ...................................................................................................38
4.3.1. PostgreSQL (Postgres) ...................................................................................39
4.3.2. Entitetno-relacijski model ................................................................................40
4.4. Arhitektura MVC .....................................................................................................41
5. NORMALIZACIJA PODATKOV .....................................................................................43
5.1. Stopinjski dnevi ......................................................................................................44
5.1.1. Definicije .........................................................................................................47
5.1.2. Izračun temperaturnega primanjkljaja ..............................................................48
5.2. Normalizacija po temperaturnem primanjkljaju .......................................................52
6. FAKTOR OBREMENJENOSTI ......................................................................................57
6.1. Izračun faktorja obremenjenosti..............................................................................59
7. ZAKLJUČEK .................................................................................................................63
IV
8. VIRI IN LITERATURA....................................................................................................65
Priloga A...............................................................................................................................68
Priloga B...............................................................................................................................70
Priloga C ..............................................................................................................................72
Priloga D ..............................................................................................................................73
V
Kazalo slik
Slika 1: Vplivni faktorji na rabo energije v stavbah ................................................................. 3
Slika 2: Letni izpusti toplogrednih plinov po sektorjih v Sloveniji [1] ......................................10
Slika 3: Metodologija PDCA..................................................................................................11
Slika 4: Program upravljanja z energijo ................................................................................13
Slika 5: Celovit sistem energetskega upravljanja [35] ...........................................................16
Slika 6: Procesi znotraj EIS ..................................................................................................17
Slika 7: Enerceptovi merilniki za moč in energijo ..................................................................20
Slika 8: Raba energije razsvetljave v času izvedbe ukrepa ...................................................21
Slika 9: Poraba električne energije razsvetljave po zamenjavi stikala ...................................22
Slika 10: Evolucija sistemov za avtomatizacijo in nadzor stavb ............................................28
Slika 11: Data Acquisition Server .........................................................................................30
Slika 12: Logotip programskega jezika Java .........................................................................35
Slika 13: NetBeans logotip 1.................................................................................................36
Slika 14: NetBeans logotip 2.................................................................................................36
Slika 15: Logotip objektno-relacijskega sistema za upravljanje s podatkovno bazo
PostgreSQL ..........................................................................................................................38
Slika 16: Entitetno-relacijski diagram DEMa .........................................................................40
Slika 17: Struktura MVC .......................................................................................................42
Slika 18: 3-nivojska arhitektura .............................................................................................42
Slika 19: Temperaturni primanjkljaj na dnevnem nivoju ........................................................49
Slika 20: Temperaturni primanjkljaj na mesečnem nivoju .....................................................50
Slika 21: Poraba toplotne energije v letu 2010 ......................................................................51
Slika 22: Primerjava porabe energije brez normalizacije .......................................................53
Slika 23: Primerjava dejanske in normalizirane porabe .........................................................54
Slika 24: Linearna regresija podatkov rabe energije in temperaturnega primanjkljaja s
pripadajočo enačbo ..............................................................................................................56
Slika 25: Poraba električne energije v letu 2010 za izbrano odjemno mesto .........................59
Slika 26: Višina odjemne moči s pripadajočimi stroški za leto 2010 ......................................60
Slika 27: Faktor obremenjenosti za leto 2010 .......................................................................61
Slika 28: Področja, ki bi jih moral pokrivati celoviti EIS prihodnosti .......................................64
VI
Kazalo tabel
Tabela 1: Tri faze in tehnologije, potrebne za upravljanje z energijo in povečanje energetske
učinkovitosti ........................................................................................................................... 7
l
VII
Seznam uporabljenih kratic
Kratica Angleški pomen Slovenski pomen
ANSI American National Standards Institute
Ameriški državni inštitut za standarde
API Application Programming Interface
Vmesnik za programiranje aplikacij
ARSO / Agencija Republike Slovenije za okolje
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers
Ameriško društvo inženirjev za ogrevanje, hlajenje in klimatizacijo
BACnet Building Automation and Control Networks
Avtomatizacija stavb in nadzor omrežij
BACS Building Automation and Control System
Sistem za upravljanje in nadzor stavbe
BAS Building Automation System Sistem za avtomatizacijo stavbe
BMO Building Manager On-line Spletni upravitelj stavbe
BSI British Standards Institution Britanski nacionalni standardi
COKS / Center odprte kode Slovenije
DAS Data Acquisition System Sistem za pridobivanje podatkov
DEM / Daljinski energetski Manager
DOS Disk Operating System Diskovni operacijski sistem
ECS Energy Control System Energetski kontrolni sistem
EJB Enterprise Java Beans Java gradniki za podjetja
EPBD Energy Performance of Building Directive
Direktiva o energetski učinkovitosti stavb
ER Entity - Relationship Entitetno-relacijski
EIS Energy Information System Energetski informacijski sistem
EMS Energy Management System Sistem za upravljanje z energijo
EPS Encapsulated PostScript Vstavljen PostScript
FTP File Transfer Protocol Protokol za prenos datotek
GPL General Public Licence Splošno dovoljenje
HDD Heating Degree Days Temperaturni primanjkljaj
HFC Hydrofluorocarbons Fluorirani ogljikovodiki
HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning
Ogrevanje, prezračevanje in klimatizacija
HTTP Hypertext Transfer Protocol Protokol za prenos informacij na spletu
IDE Integrated Development Environment
Integrirano razvojno okolje
IP Internet Protocol Internetni protokol
ISO International Organization for Standardization
Mednarodna organizacija za standardizacijo
IT Information Technology Informacijska tehnologija
JDK Java Development Kit Nabor orodij za razvoj v Javi
JPG ali JPEG Joint Photographic Experts Group
Rastrski slikovni format
VIII
JVM Java Virtual Machine Javin virtualni stroj
LAN Local Area Network Lokalno omrežje
LGPL Lesser General Public Licence
Omejeno splošno dovoljenje
MVC Model – View – Controller Model – Pogled – Kontroler
ORDBMS Object-Relational Database Management System
Objektno-relacijski sistem za upravljanje s podatkovno bazo
OSS Open Source Software Odprtokodno programje
PDCA Plan – Do – Check – Act Planiraj – Izvedi – Preveri − Ukrepaj
PDF Portable Document Format Prenosljiv format dokumentov
PFC Perfluorocarbons Perfluorirani ogljikovodiki
PNG Portable Network Graphics Prenosljiva spletna grafika
SMART Simplicity – Measureability – Authority – Responsibility – Timeliness
Enostavnost – Merljivost – Avtoriteta – Odgovornost – Časovni okvir
SVG Scalable Vector Graphics Umerljiva vektorska grafika
SQL Structured Query Language Strukturirani povpraševalni jezik
TCP Transmission Control Protocol
Protokol za nadzor prenosa
TPG / Toplogredni plini
WORE Write Once Run Everywhere Zapiši enkrat, zaženi povsod
1
1. UVOD
Energetske razmere v svetu se spreminjajo in od nas zahtevajo racionalnejše upravljanje z
energetskimi viri. Cene energentov so vse višje, zaloge neobnovljivih virov energije vse
manjše, potreba po rabi različnih energetskih virov pa vse večja. Zaradi pospešenega
razvoja industrije so se v zadnjih desetletjih emisije toplogrednih plinov izrazito povečale, kar
negativno vpliva na segrevanje ozračja in učinke tople grede. Zaradi takšnih okoliščin so
vlade razvitih držav zavezane k bolj odgovornemu upravljanju z energijo. Do danes je že 191
držav podpisnic Kjotskega protokola, tj. mednarodnega sporazuma, cilj katerega je zmanjšati
emisije toplogrednih plinov. Veliko časa in denarja se vlaga v nove tehnologije, med katere
spada tudi informacijska tehnologija, ki omogoča natančno spremljanje rabe energije. To je
ključno za podrobnejšo analizo merjenih podatkov in sprejemanje odločitev, ki bodo privedle
do učinkovitejše rabe energije ter posledično manjših stroškov.
V diplomski nalogi smo poskušali opisati in razložiti osnovne koncepte delovanja
energetskega informacijskega sistema (EIS) za upravljanje z energijo, razloge za njegovo
vzpostavitev ter predstaviti mnoge priložnosti, ki nam jih takšen sistem nudi za ohranitev
stroškov in energije. V poslovnem svetu velja pravilo »if you don't measure it, you can't
manage it«, kar bi v prevodu pomenilo: »Če nečesa ne meriš, potem s tem ne moreš
upravljati«. Jedro vsakega takšnega EIS-a leži v čimbolj natančnem spremljanju rabe in
stroškov energije. Šele ko vzpostavimo delujočo platformo z vsemi potrebnimi in dovolj
natančnimi podatki, lahko začnemo z manipulacijo podatkov, ki nam povedo več o energetski
učinkovitosti in stanju ciljnega objekta (odjemno mesto, podjetje, stavba, skupina stavb, ...).
Cilj razvoja celovitega sistema za upravljanje z energijo je pravočasno ugotavljanje in
odpravljanje morebitnih težav, zaradi katerih nastajajo dodatni stroški, in vzpostavitev
»živega« sistema, ki bo temeljil na nenehnem preverjanju ter vzpodbujanju učinkovite rabe
energije vseh sodelujočih oseb in opreme v ciljnem objektu.
Za prikaz energetske učinkovitosti uporabljamo različne energetske kazalnike, nekatere
izmed njih bomo v nadaljevanju tudi podrobneje opisali. Vsak kazalnik prikazuje določen
vidik energetske učinkovitosti, enega izmed njih (faktor obremenjenosti) bomo v praktičnem
delu diplomske naloge natančno izračunali in analizirali. Vsi uporabljeni podatki predstavljajo
realno porabo energije in stroškov anonimne stavbe. Podatki o rabi energije v različnih
stavbah ali v različnih obdobjih iste stavbe, niso vedno neposredno primerljivi med seboj,
zato jih je pred primerjavo potrebno normalizirati oziroma postaviti na nek skupni imenovalec.
Posebno poglavje smo namenili normalizaciji podatkov. Ker smo v času globalne krize, je za
konkurenčnost podjetij nujno zmanjševanje stroškov in rabe energije. Za spremljanje in
izračun natančnih prihrankov stroškov in energije pa je potrebno upoštevati različne
spreminjajoče se vplivne dejavnike, kot so vreme, sprememba cen, dodatni predvideni in
nepredvideni stroški in še več, odvisno od zastavljenih ciljev. V diplomski nalogi smo
predstavili tudi izračun prihrankov s pomočjo enostavne metodologije, tj. s primerjanjem
stroškov brez upoštevanja sprememb vplivnih dejavnikov.
V svetu trenutno primanjkuje celovitih rešitev za upravljanje z energijo. Podjetja so večinoma
posvečena le delu celovitega sistema energetskega upravljanja, ki pa ne izkorišča vseh
potencialov, ki nam jih danes tehnologija omogoča. Na področju strojne opreme je
storjenega že veliko. Že dolgo obstajajo sistemi za avtomatsko upravljanje stavb, ki jih
2
uporabljamo v različne namene. V Sloveniji takšno tehnologijo uporabljajo večinoma v
tovarnah, večjih podjetjih in javnih ustanovah za nadzorovanje razsvetljave, klimatskih
naprav, varnostnih, požarnih in drugih sistemov, medtem ko komercialna uporaba zaostaja.
Izgradnja inteligentnih stavb se v Sloveniji ni dobro uveljavila, mogoče ravno zaradi
pomanjkanja informacijskih rešitev, ki bi v integraciji s strojnimi rešitvami nudile še večji
nadzor in možnosti ustvarjanja prihranka energije in stroškov. V ZDA obstajata dve podjetji,
ki sta vodilni v razvoju informacijskih energetskih sistemov, čeprav se je s tem projektom
ukvarjalo že več podjetij v zgodovini razvoja EIS-a. Prvo podjetje je Energy CAP Inc. s svojim
produktom EnergyCAP, ki je na voljo tako v namizni, kot tudi v spletni različici. Pokriva
področje spremljanja toplogrednih plinov, prikaz poročil, analize in primerjanje kazalnikov
rabe ter stroškov energije in še več. Drugo veliko in uspešno podjetje na področju razvoja
EIS-a je Opower. Podjetje je bilo ustanovljeno leta 2007. Leta 2010 je podjetje obiskal sam
predsednik Barrack Obama, ki je na srečanju v Arlingtonu, Virginia izjavil: »Delo, ki ga
opravljate tukaj [...] dosega višjo energetsko učinkovitost naših domov, ljudem ustvarja
prihranke, omogoča nove zaposlitve in postavlja Ameriko na pot čiste energetske
prihodnosti.«. [30] Izjava, ki veliko pove o ambicijah in pričakovanjih državnega vrha in o
potencialu razvoja celovitih rešitev na področju energetskega upravljanja.
V Sloveniji in nasploh v tem delu Evrope močno zaostajamo z uporabo ter razvojem
tehnologij za upravljanje z energijo v primerjavi z ZDA. Nekatere rešitve sicer obstajajo
oziroma se razvijajo, vendar so tudi same pomanjkljive, ker ne uporabljajo predvidenih
standardov, izpeljanih iz najboljših praks, o katerih bom več pisal v sami diplomi. V mnogih
primerih so razviti EIS-i nekompatibilni z obstoječimi informacijskimi sistemi in sistemi za
avtomatsko upravljanje stavb ali pa je za komunikacijo med sistemi potrebno razvijati
dodatne programske rešitve, kar predstavlja dodaten strošek in čas.
V času pisanja diplomske naloge sem sodeloval pri razvoju EIS-a DEM (daljinski energetski
anager) podjetja Atei d. o. o., ki pokriva velik informacijski del celovitega sistema za
upravljanje z energijo. IS DEM uporablja že več kot 600 javnih in poslovnih stavb v Sloveniji.
Podobnega projekta se je lotilo že več javnih in zasebnih podjetij v Sloveniji. Še eno podjetje
se je uspešno prebilo na trg, tj. podjetje Solvera Lynx, ki razvija naprave za daljinsko
pridobivanje podatkov GSMBOX in COMBOX, ki so povezane s centralnim EIS
GEMALOGIC.
3
2. ENERGETSKA UČINKOVITOST
2.1. Definicija
Pojem energetske učinkovitosti lahko z drugimi besedami opredelimo tudi kot učinkovita raba
energije. Visoka energetska učinkovitost pomeni čim večji izkoristek dobavljene energije. V
statističnih podatkih se izraža v odstotkih, ki pomenijo razmerje med končno porabo energije
in oskrbo z energijo.
Na rabo energije stavbe vpliva stavba s svojimi toplotno tehničnimi lastnostmi v povezavi z
meteorološkimi razmerami:
Slika 1: Vplivni faktorji na rabo energije v stavbah
Evropska direktiva o energetski učinkovitosti stavb (Direktiva 2002/91/ES) – predvsem njena
prenovljena različica (Direktiva 2010/31/ES) – določa pogoje za izračun energetske
učinkovitosti tehničnih sistemov v stavbah. Tehnični sistemi v stavbah predstavljajo tehnično
opremo za ogrevanje, hlajenje, prezračevanje, toplo vodo, razsvetljavo ali kombinacijo teh
namenov stavbe ali stavbne enote. Energetska učinkovitost stavbe pomeni izračunano (ali
izmerjeno) količino energije, potrebne za zadovoljevanje potreb po energiji, povezano z
običajno uporabo stavbe, ki med drugim vključuje energijo za ogrevanje, hlajenje,
prezračevanje, toplo vodo in razsvetljavo. Člen 8 prenovljene različice direktive predpisuje
določitev energetske učinkovitosti najmanj za naslednje stavbne sisteme:
ogrevalne sisteme,
sisteme tople vode,
klimatske sisteme,
velike prezračevalne sisteme,
ali kombinacijo takšnih sistemov.
4
Direktiva o energetski učinkovitosti stavb v prilogi 1 predpisuje upoštevanje naslednjih
lastnosti stavbe [9]:
a) naravno in mehansko prezračevanje, tudi zrakotesnost,
b) toplotne značilnosti stavbe:
toplotna kapaciteta (akumulacija toplote),
toplotna izolacija,
pasivno ogrevanje,
toplotni mostovi,
c) zasnovo, položaj in orientacijo stavbe,
d) pasivne solarne sisteme in zaščito pred sončnim sevanjem.
Poleg tehničnih lastnosti stavb na energetsko učinkovitost vplivajo tudi meteorološki
dejavniki, kot je zunanja temperatura. Ne moremo vedno trditi, da je stavba z nižjim
energetskim kazalnikom (npr. kWh/m2) tudi energetsko bolj učinkovita od stavbe z višjo
vrednostjo kazalnika. Če primerjamo dve stavbi iz različnih koncev Slovenije, npr. stavbo v
Piranu in stavbo v Babnem polju, potem moramo pri primerjavi energetske učinkovitosti teh
stavb upoštevati tudi različno število vročih oziroma mrzlih dni (stopinjski dnevi). Stavba v
Piranu bo imela več toplih dni in bo porabila občutno več energije za hlajenje prostorov,
vendar to še ne pomeni manjše energetske učinkovitosti, kar je s primerjanjem kazalnikov
očitno na prvi pogled. Zaradi takšnih in podobnih razlik je potrebno kazalnike rabe energije
postaviti na skupni imenovalec oziroma normalizirati. Več o normalizaciji podatkov bo govora
v nadaljevanju, v praktičnem delu diplomske naloge (poglavje 5).
Seveda je tu še nepredvidljiv in najtežje obvladujoč dejavnik, to je človek. Kljub vsem
naporom znanosti, da zagotovi čimbolj energetsko učinkovito tehnologijo, ima velik vpliv na
učinkovito rabo energije še vedno človek kot posameznik. Veliko energetskih izgub se zgodi
iz človeške malomarnosti. V prostoru nastavimo denimo gretje radiatorjev na maksimum in
ko se prostor preveč zagreje, odpremo okno in s tem prostor razhladimo. Ali pa denimo pri
pranju perila ne napolnimo pralnega stroja do mere, ki jo priporoča proizvajalec. Pri jutranjih
higienskih opravilih mnogi ne zapirajo vodne pipe, medtem ko vode ne potrebujejo. Primerov
energetske neučinkovitosti iz malomarnosti ali neozaveščenosti ljudi je še veliko več, zato je
potrebno vlagati veliko časa, truda in denarja tudi v izobraževanje ljudi. Ker so to skoraj
utopična pričakovanja, imamo v ta namen ustanovljene tudi energetske institucije, ki naj bi
skrbele za upravljanje z energijo večjih sklopov porabnikov energije. Za ugotavljanje
učinkovitosti rabe energije je potrebna vedno zmogljivejša in tehnološko bolj napredna
tehnologija. Ne glede na razvoj tehnologije pa moramo ljudje spremeniti malomaren in
neprijazen odnos do okolja ter racionalizirati svoj doprinos k skupni rabi energije sveta.
Energetska učinkovitost je torej tesno povezana z energetskimi izgubami. Poleg klasičnega
kazalnika energetske učinkovitosti v odstotkih poznamo še ostale kazalnike, ki nam lahko
izostrijo predstavo o energetski učinkovitosti stavbe.
5
2.2. Energetski in ekonomski kazalniki
Z ekonomskega vidika lahko pri upravljanju energije prihranimo veliko denarja. Investiranje v
ukrepe, ki povečujejo energetsko učinkovitost, je smiselno le, če obstaja povračilna doba in
lahko začnemo v doglednem času kopičiti prihranke. Energetski menedžment se vedno
znova dokazuje kot stroškovno učinkovit.
5–10 odstotni prihranek rabe energije je običajno dosežen hitro, z majhnimi stroški, kadar se
zažene agresivni program energetskega menedžmenta. Morebitni prihranki v višini 30
odstotkov so pogosti in običajni. Rezultati so bili doseženi že, ko je prihranek rabe energije
znašal 50, 60 in tudi do 70 odstotkov. Vsi ti prihranki so doseženi s posodobitvijo obstoječih
tehničnih lastnosti. Nove energetsko učinkovite stavbe lahko delujejo z 20 odstotno porabo
energije (s pripadajočim 80 odstotnim prihrankom) v primerjavi z obstoječimi stavbami.
Pravzaprav je za proizvodne, industrijske in javne organizacije energetski menedžment eden
najbolj obetavnih programov za povečanje dobička – zmanjšanje stroškov, ki so danes na
voljo. [6 – stran 3]
Preden sprejmemo ukrepe za učinkovitejšo rabo energije v stavbah pa je potrebno ugotoviti
trenutno stanje rabe energije in jo zaradi realnejše presoje primerjati z rabo ostalih stavb. Za
primerjavo energetske učinkovitosti uporabljamo različne energetske kazalnike.
Primeri energetskih in ekonomskih kazalnikov stavbe:
Faktor obremenjenosti: je število med 0 in 1, ki prikazuje razmerje med dejansko
porabo energije in maksimalno mogočo porabo energije. Enačba za izračun faktorja
je [1]
𝐿 = 𝐷
𝑃𝑚𝑎𝑥×𝑡 [1]
Tu je:
L – faktor obremenjenosti
D – dejanska poraba [kWh]
Pmax – maksimalna izmerjena odjemna moč [kW]
t – zaračunani obratovalni čas [# število dni računa * 24h/dan]
Energijsko število: poraba energije na kvadratni meter uporabne površine stavbe
[kWh/m2]
tonCO2: količina porabljenih emisij ogljikovega dioksida v tonah
CO2/kWh: količina emisij na kilovatno uro porabljene energije
€/m2: stroški na kvadratni meter uporabne površine stavbe
€/kWh: stroški na kilovatno uro porabljene energije
...
6
Interpretacija kazalnikov [35]:
vsebina kazalnikov, ki jih primerjamo (npr. toplota za ogrevanje, raba energija za
pripravo sanitarne vode, ...),
enote, ki so zajete v izračunih (bruto/neto površina, volumen, ...),
načini uporabe stavbe (delovni čas, navade uporabnikov, ...),
obdobje, za katero računamo kazalnike (ogrevalna sezona, koledarsko leto, ...).
Učinki izračuna in primerjave kazalnikov [35]:
Različne stavbe istega tipa postanejo primerljive s pomočjo podatkov o rabi energije
in s tem povezanimi stroški.
Omogočena je hitra ocena energetskega standarda.
Tehnične napake in neobičajna odstopanja v rabi energije je mogoče hitro odkriti.
Potenciali so jasno razvidni – temelj za dobre odločitve.
Dokumentirani uspehi so spodbuda in argument za nadaljne ukrepe.
7
2.2.1. Primerjava kazalnikov
Ko imamo pred seboj podatke energetskih kazalnikov, prikazanih po dnevih ali mesecih, se
vprašamo: »Kaj sedaj? Pred seboj imam podatke, ki so sicer zanimivi, toda kaj naj z njimi?«.
Po izkušnjah mnogih menedžerjev obstajajo tri faze, ki jih je potrebno doseči za boljše
upravljanje s stavbami, za zmanjševanje izgub in varčevanje energije. Te faze in tehnologije
za upravljanje energije in povečanje energetske učinkovitosti so prikazane v tabeli 1. [5 –
stran 81]
Tabela 1: Tri faze in tehnologije, potrebne za upravljanje z energijo in povečanje energetske učinkovitosti
FAZA OPIS FAZE TEHNOLOGIJA
1 Prikaži moje breme (angl. »show me my load«). Breme predstavlja prikaz porabe energije in zahtevane odjemne moči skozi čas.
Sistemi za avtomatsko spremljanje merjenih podatkov (BAS)
2 Primerjaj me (angl. »benchmark me«). Energetski informacijski sistem (EIS)
3 Prihrani mi stroške in stori to namesto mene (angl. »save me money, and do it for me«).
Energetski kontrolni sistem (ECS)
Energetski kazalniki nam prikazujejo naše stanje energetske učinkovitosti, vendar jih je
potrebno primerjati med seboj da bi uvideli dejanske anomalije. Primerjanje nekega
kazalnika z drugim se v poslovnem svetu imenuje »benchmarking«.
»Benchmarking« je izraz, ki se v poslovnem svetu uporablja za primerjanje podjetja z
drugimi podjetji z namenom izboljšanja svoje konkurenčnosti. Je proces primerjanja
poslovnih procesov, produktivnosti, kakovosti in uspešnosti. Primerjanje kazalnikov je ena
izmed najbolj pogosto uporabljenih metod za neprestano izboljševanje konkurenčnosti
podjetja. Večina podjetij nenehno spremlja dogajanje na trgu in dejavnosti svojih konkurentov
ter nato tudi sami uvajajo novosti, ki se jim zdijo smiselne. Pri tem pa se pogosto niti ne
zavedajo, da pravzaprav uporabljajo »benchmarking«. Primerjalne analize se najpogosteje
uporabljajo za merjenje uspešnosti z uporabo posebnih kazalnikov in so kot rezultat
pokazatelj uspešnosti podjetja. [2]
Če želimo primerjati svoje energetske kazalnike s kazalniki drugih stavb in organizacij, jih je
potrebno najprej normalizirati. Podatke lahko normaliziramo glede na stopinjske dni,
uporabnike stavb ali omrežja, kvadratni meter uporabne površine itd. oziroma glede na vse
dejavnike, ki vplivajo na rabo energije. Za normalizacijo se uporablja linearna regresija, o
kateri bo več govora v poglavju 5. Bolj kot so podatki normalizirani, ustreznejše je primerjanje
kazalnikov in več anomalij lahko opazimo, kar vodi v kasnejše odpravljanje anomalij in
povečanje energetske učinkovitosti. Normaliziran podatek predstavlja izhodiščno vrednost za
primerjanje (imenovano tudi angl. »benchmark«).
8
2.3. Zakonodaja
V tem poglavju bomo predstavili nekatere mednarodno sprejete standarde in protokole, ki so
ustvarjeni z namenom izboljšanja kakovosti sistemov za energetsko upravljanje. Z
doseganjem večje energetske učinkovitosti stavb se ukvarjajo mnogi strokovnjaki širom
sveta, zato se je iz obstoječih najboljših praks večkrat poskušalo določiti minimalne zahteve,
smernice in okvirje razvoja energetske politike tako podjetij in organizacij, kot tudi osebnih
domov, občin, držav in celotne družbene ureditve sveta.
Ena od funckij, ki bi jo dober EIS moral imeti je tudi izpis energetske izkaznice. To je javna
listina s podatki o energetski učinkovitosti stavbe in s priporočili za povečanje energetske
učinkovitosti. »Direktiva EPBD (2002/91/ES) je zahtevala uvedbo energetskih izkaznic stavb
v državah EU in sicer najkasneje do leta 2006 oziroma do leta 2009, če v državi primanjkuje
usposobljenih neodvisnih strokovnjakov za izvajanje te naloge. Nedavno je prenovljena
direktiva EPBD (2010/31/EU) prinesla nova določila, ki zahtevajo večjo razširjenost
energetske izkaznice stavbe v javnem sektorju, navedbo razreda energijske učinkovitosti pri
trženju stavb, velik poudarek pa je tudi na zagotavljanju kakovosti energetskega certificiranja
stavb.« [39]
V nadaljevanju so podrobneje opisani še nekateri od ključnih dogovorov strokovnjakov v
obliki protokolov in sprejetih standardov, ki so podlaga za vzpostavitev EIS-a.
2.3.1. Kjotski protokol
»Kjotski protokol je mednarodni sporazum, ki skuša zmanjšati emisije ogljikovega dioksida in
petih ostalih toplogrednih plinov. Protokol je bil prvotno sprejet 11. decembra 1997 v mestu
Kyoto na Japonskem, veljati pa je začel 16. februarja 2005 z ratifikacijo Rusije. Do septemba
2011 je protokol podpisalo in ratificiralo 191 držav sveta. Edina država, ki je protokol
podpisala, a ne ratificirala, so ZDA«. [19]
»Emisije držav, ki so protokol ratificirale, predstavljajo 61 % globalnih emisij. Obdobje 2008–
2012 je določeno kot prvo ciljno obdobje, v katerem bodo države, ki so protokol ratificirale,
skušale emisije zmanjšati za najmanj 5 % v primerjavi z letom 1990. Če ta cilj primerjamo s
količino emisij, ki bi jih pričakovali za leto 2010 brez uresničevanja ciljev protokola, pomeni
pravzaprav 29 % znižanje.« [18]
Zakaj je protokol pomemben
Protokol skuša omejiti emisije šestih plinov: ogljikovega dioksida, metana, dušikovega
oksida, fluoriranih ogljikovodikov, perfluoriranih ogljikovodikov in žveplovega heksafluorida.
Vsi izmed naštetih plinov spadajo med toplogredne pline, ki vpijajo toplotno sevanje
zemeljske površine. Brez njih ne bi bilo življenja na Zemlji, saj bi se toplota razpršila v
vesolje.
Zaradi pospešenega razvoja industrije so se v zadnjih desetletjih emisije teh plinov izrazito
povečale. Nastajajo namreč z izgorevanjem fosilnih goriv, v kmetijstvu, pri ravnanju z
odpadki, kot izpušni plini prevoznih sredstev in pri industrijskih procesih. Učinek tople grede
je zato zelo narasel, kar je privedlo do segrevanja ozračja.
9
Segrevanje ozračja je povzročilo spremembe podnebja, ki se po mnenju strokovnjakov že
kažejo. V Sloveniji se je med letoma 1951 in 2000 temperatura zraka v povprečju zvišala za
1,1 stopinjo. Povprečna globalna temperatura se je povečala za 0,6 stopinj, po napovedih pa
naj bi se do leta 2010 zvišala za 1,4−5,8 stopinj. Verjetno se bo povečalo število vročih dni,
razlika med jutranjo in popoldansko temperaturo pa se bo zmanjšala. Pričakovati je tudi
različno porazdelitev padavin čez leto. [19]
Slovenija je oktobra 1998 podpisala Kjotski protokol in ga julija 2002 ratificirala. S tem je
Slovenija prevzela obveznost 8-odstotnega zmanjšanja emisij toplogrednih plinov (TGP) v
prvem ciljnem obdobju (2008–2012) glede na izhodiščno leto 1986, ko so bile emisije CO2
največje. Obveznost zmanjšanja emisij velja za TGP, in sicer CO2, CH4, N2O, fluorirane
ogljikovodike (HFC), perfluorirane ogljikovodike (PFC) in žveplov heksafluorid (SF6). Za
zadnje tri protokol dopušča izhodiščno leto 1995. V letu 1986 so bile emisije TGP v Sloveniji
20 milijonov ton, od tega 16 milijonov ton emisij CO2. Slovensko povprečje znaša 7,9 ton CO2
na prebivalca. Po letu 1986 so te emisije zaradi gospodarskih težav pričele upadati in
dosegle minimum v letih 1991 in 1992, nato so ponovno začele naraščati in so danes
približno take kot leta 1986. [20]
Slovenija je leta 2003 zmanjšala izpuste emisij TGP le za 1,9 %. Na podlagi načrtov
Evropska komisija ugotavlja, da bo Slovenija v obdobju 2008–2012 izpuste še povečala za
4,9 %. Za zastavljenimi cilje zaostaja tudi pet starih članic EU: Danska, Italija, Irska,
Portugalska in Španija, medtem ko je ostalih devetnajst članic na dobri poti k njihovi
uresničitvi. [20]
10
Slika 2: Letni izpusti toplogrednih plinov po sektorjih v Sloveniji [1]
Iz grafa na Slika 2 je razvidno, da so se najbolj (za kar 136 %) povečali izpusti toplogrednih
plinov iz prometa. Zaradi cestnega prometa se celotni izpusti TGP v zadnjih dveh letih
povečujejo za več kot odstotek letno, kar izniči prizadevanja za zmanjšanje izpustov TGP v
vseh drugih sektorjih. Rast izpustov iz prometa je zlasti posledica gospodarske rasti tako v
Sloveniji kot v širši regiji. Opazen je porast izpustov v tranzitu preko Slovenije, ki se je
izrazito povečal po vstopu Slovenije v EU. [20]
2.3.2. ISO 50001: Sistemi za upravljanje z energijo
»Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO – International Organization for
Standardization) je mednarodno združenje organizacij za standardizacijo iz več kot 140
držav. Njihovi organi si prizadevajo za vzpostavitev tehničnih standardov za večino, če ne za
vso industrijo. Kot taki zahtevajo vzpostavitev sistematičnega in zanesljivega načina za
raziskovanje razmerja med energetsko rabo in upravljanje s sredstvi. Pravzaprav je v ta
namen pred kratkim sestavila nov standard ISO 50001:2011, ki določa zahteve za
vzpostavitev, izvedbo, vzdrževanje in izboljšanje sistema za energetsko upravljanje, čigar
11
namen je organizacijam omogočiti sistematičen pristop k doseganju nenehnega izboljševanja
energetske učinkovitosti. Standard obravnava vprašanja stroškov energije na način, ki
prikazuje finančne in okoljske koristi, ki bodo dosežene s sistematičnim pristopom k
upravljanju z energijo. Implementacija novega standarda bo koristila organizacijam v javnem
in privatnem sektorju pri nadzorovanju energetskih stroškov z zmanjšanjem razsipnosti rabe
energije.
Okvir za uspeh
Mednarodni standard ISO 50001 temelji na metodologiji PDCA (Plan – Do – Check – Act;
Planiraj – Izvedi – Preveri - Ukrepaj), ki pomeni nenehno izboljševanje okvirja in vključuje
upravljanje z energijo v vsakdanje prakse organizacij.
Opravila v PDCA lahko prikažemo tudi v diagramu (Slika 3).
Slika 3: Metodologija PDCA
Planiraj: Opravi energetski pregled, vzpostavi izhodišče, kazalnike energetske
učinkovitosti in sprejmi akcijski načrt, ki bo zagotovil povečanje energetske
učinkovitosti v skladu s smernicami organizacije.
Izvedi: Izvedi akcijski načrt energetskega upravljanja (korektivni in preventivni ukrepi).
Ukrepaj: Sprejmi ukrepe za nenehno izboljševanje energetske učinkovitosti in
sistema za upravljanje z energijo.
Preveri: Spremljaj in meri procese ter ključne značilnosti operacij, ki določajo
energetsko učinkovitost v skladu z energetsko politiko organizacije in poročaj o
rezultatih.
ISO 50001 zahteva vzpostavitev formalne energetske politike, ki bo usmerjala vsa
prizadevanja za upravljanje in merjenje rabe energije. Politika predstavlja splošne namene in
• Sprejmi ukrepe za nenehno izboljševanje energetske učinkovitosti in sistema za upravljanje z energijo.
• Spremljaj in meri procese ter ključne značilnosti operacij, ki določajo energetsko učinkovitost v skladu z energetsko politiko organizacije in poročaj o rezultatih.
• Izvedi akcijski načrt energetskega upravljanj a (korektivni in preventivni ukrepi).
• Opravi energetski pregled, vzpostavi izhodišče, kazalnike energetske učinkovitosti in sprejmi akcijski načrt, ki bo zagotovil povečanje energetske učinkovitosti v skladu s smernicami organizacije.
Planiraj Izvedi
UkrepajPreveri
12
usmeritve organizacije v zvezi z njeno energetsko učinkovitostjo. Zagotavlja okvir za
ukrepanje in določitev energetskih ciljev ter ciljnih energetskih objektov. Energetska politika
vključuje številne vidike energetskega upravljanja organizacije.
Standard določa energetsko politiko in usklajevanje organizacije, v kar spada določitev
formalnih mehanizmov energetskih pregledov, osnovnih meritev in definicijo energetskih
kazalnikov. Določa energetske cilje in ciljne energetske objekte, določa podrobnosti akcijskih
načrtov, smernice za meritve, preverjanje in dokumentacijo, ki se uporablja za presojo
programa. Določa način kontrole upravljanja, ki bo zagotovil, da program nemoteno deluje.
Uspeh programa upravljanja z energijo je odvisen od stalnega spremljanja rabe energije.
Glavne lastnosti poslovnih procesov, ki določajo energetsko učinkovitost, morajo biti
nadzorovane, merjene in analizirane v planiranih intervalih. Preverjanje vključuje tudi oceno
skladnosti z zakonskimi in drugimi zahtevami, vodenje notranje revizije programa, podatke o
neskladnostih, odpravljanje teh anomalij, spremljanje korektivnih in preventivnih ukrepov, ki
so potrebni ali že izvedeni, in določitev organov ali posameznikov, ki bodo nadzirali skladnost
poslovanja organizacije z energetsko politiko.
Na Slika 4 je prikazan način izvajanja programa za celovito upravljanje z energijo:
13
Do sredine leta 2012 je obstajal še en standard za sisteme za upravljanje z energijo, ki ga je
izdala britanska agencija za standarde BSI (British Standards Institution). Standard BS EN
16001:2009 je obravnaval podobne organizacijske procese kot ISO 50001 in je temeljil na
enaki metodologiji PDCA. ISO 50001 je tudi v celoti nadomestil BS EN 16001 zaradi
podrobnejših in jasnejših navodil v nekaterih energetskih procesih znotraj organizacije,
zaradi večje zavezanosti k napredku ter povečanja energetske učinkovitosti.
Intenzivnost
Uporaba
Raba
Kvaliteta
Učinkovitost
Pre
ve
rja
nje
Pre
ve
rjan
je
Energetska politika
Energetsko planiranje
Izvajanje in delovanje
Pregled upraviteljev
Notranja revizija
Spremljanje, merjenje in
analiziranje
Neskladnosti, popravljanja,
korektivni in preventivni
ukrepi
Slika 4: Program upravljanja z energijo
14
2.3.3. Protokola BACnet in LonWorks
Protokol BACnet je komunikacijski protokol za avtomatizacijo stavb in kontrolo omrežij. Je
ASHRAE, ANSI in ISO standardni protokol. BACnet je razvit z namenom omogočanja
povezljivosti med različnimi avtomatskimi sistemi za upravljanje in nadzor različne opreme
znotraj stavb, kot so ogrevalni sistemi, klimatske in prezračevalne enote, požarni in varnostni
sistemi, sistemi za nadzor nad razsvetljavo in vso dodatno opremo, povezano s temi sistemi.
Protokol zagotavlja mehanizme za računalniško avtomatizacijo sistemov stavb, ne glede na
povezano odjemno mesto. [14]
BACnet protokol je postal del ASHRAE/ANSI standarda 135 v letu 1995, leta 2003 pa je
postal del ISO16484-5 standarda. Protokol določa številne storitve, ki se uporabljajo za
komunikacijo med opremo v stavbah. Storitve vključujejo identifikacijo naprav in objektov s
pristopom Kdo-Je, Jaz-Sem, Kdo-Ima, Jaz-Imam. Za nadzor nad souporabo podatkov se
uporabljajo lastnosti Branje in Pisanje. BACnet protokol določa številne objekte, ki se lahko
uporabljajo v komunikaciji s sistemi. Ti objekti vključujejo analogni vhod, analogni izhod,
binarni vhod, binarni izhod, binarna vrednost, vhod z večimi stanji, izhod z večimi stanji,
koledar, sprožen dogodek, datoteka, razred za obveščanje, zanka, urnik, ukaz in naprava in
še več. [14]
BACnet protokol določa vrsto podatkovnih povezav/fizičnih slojev, vključno z ARCnet,
Ethernet, BACnet/IP, Point-to-point preko RS-232, master/slave prenos podatkov preko RS-
485. [14]
Konkurenčni protokol BACnet-u je LonWorks, ki je tako kot BACnet namenjen avtomatizaciji
številnih sistemov znotraj stavb in zunaj nje. Do leta 2010 je bilo približno 90 milijonov naprav
nameščenih s pomočjo tehnologije LonWorks. Proizvajalci v različnih panogah, vključno s
proizvajalci opreme stavb, javne razsvetljave, prevozov, javnih storitev in industrijske
avtomatizacije, so sprejeli LonWorks platformo za osnovo številnih svojih izdelkov in storitev.
Statistika uporabe LonWorks tehnologij je skromna, vendar je znano, da je protokol osnova
za gradnjo različnih kontrolnih sistemov, kot so vgrajeni strojni kontrolerji, sistemi za nadzor
nad javnimi cestami/predori/razsvetljavo, klimatske in ogrevalne naprave, inteligentni sistemi
za merjenje električne energije, sistemi za nadzor podzemnih vlakov, razsvetljava stadionov,
požarni in varnostni sistemi, obveščevalni sistemi in še več. [15]
15
3. ENERGETSKI INFORMACIJSKI SISTEM (EIS)
V svetu energetike že dolgo obstaja filozofija »if you don't measure it, you can't manage it«,
kar bi lahko prevedli v: »Če nečesa ne moreš meriti, potem s tem ne moreš upravljati.«. Ta
filozofija je ključnega pomena v razvoju tehnologije, namenjene upravljanju z energijo. Jedro
energetskega informacijskega sistema je neprekinjen dostop do informacij o porabi energije
različnih porabnikov. [3 – str. 19].
Energetski informacijski sistem (EIS) je samo eden od nazivov za programsko opremo za
upravljanje z energetskimi viri, ki jih najdemo v pisni literaturi in na spletu. Ker je področje
energetskega upravljanja široko, je nastalo več splošnih nazivov za opis področja. Nazivi, kot
so EMS (Energy Management Software – programska oprema za uporavljanje z energijo),
EIS (Energy Information System − energetski informacijski sistem) ali EIS (Energy
Information Software – programska oprema za energetske informacije), se prekrivajo in v
osnovi predstavljajo široko področje informacijske tehnologije, ki jo uporabljamo za
upravljanje z energijo. Spodaj je naštetih nekaj osnovnih definicij, ki jih najdemo v literaturi:
Oprema in računalniški programi, ki uporabnikom omogočajo merjenje, spremljanje
in ovrednotenje energetske porabe njihovih objektov in pomagajo identificirati
priložnosti za ohranitev energije. [3 – str. 19],
Strojna oprema za merjenje podatkov, programska oprema za spremljanje merjenih
podatkov in komunikacijski sistemi, ki zbirajo, analizirajo in prikazujejo informacije
energetskega značaja. [29]
Je splošen izraz, ki se nanaša na različno programsko opremo, povezano z energijo,
ki lahko zagotavlja spremljanje računov za energijo, realno časovno spremljanje rabe
energije, kontrolne sisteme za ogrevalne, ventilacijske in klimatske naprave (HVAC –
Heating, Ventilation and Air Conditioning) in razsvetljavo, razne modele in
energetske simulacije stavb, različna poročila, IT-opremo za upravljanje z energijo,
upravljanje na način povpraševanje/odziv1) in različne energetske preglede.
Cilj energetskih sistemov za upravljanje z energijo je povečati energetsko učinkovitost stavb
in organizacij in ustvariti prihranke v rabi energije in stroških. Da bi dosegli ta cilj in
vzpostavili delovanje EIS, je potrebno najprej pridobiti podatke o energiji. Za pridobivanje
podatkov porabe energije v stavbah lahko uporabimo različne metode. Najbolj natančne in
bogate informacije o porabljeni energiji lahko dobimo iz opreme, kot so avtomatski sistemi
inteligentnih stavb, imenovanih BAS (Building Automation Systems) v kombinaciji s sistemi
za pridobivanje podatkov DAS (Data Acquisition System). Podatke o rabi lahko dobimo tudi
na bolj robusten, a verjetno cenejši način s pomočjo vodenja izstavljenih računov energetskih
ponudnikov. Več podrobnosti o načinih pridobivanja podatkov je napisanih v poglavju 3.2.
Ko imamo podatke prenešene v centralno podatkovno bazo, ki jo bo uporabljal EIS, lahko na
podlagi teh podatkov izračunavamo in analiziramo različne energetske kazalnike. Primer
izračuna kazalnika faktorja obremenjenosti najdemo v poglavju 6.
1 »Demand response« – splošen naziv, ki se v energetskem menedžmentu uporablja za pojasnevanje visokih stroškov zaradi visoke maksimalne električne moči, ki določa skupno rabo in stroške porabljene energije. Z načrtovano uporabo moči lahko znatno zmanjšamo zaračunane stroške energije.
16
Za pravilno primerjavo in predstavitev podatkov je potrebno upoštevati tudi ostale dejavnike,
ki vplivajo na rabo energije, kot so vreme (temperatura in stopinjski dnevi, zunanja osvetlitev,
zračni pritisk, ...) ali obratovalni čas (redne in izredne prekinitve dobave energije, planirana
ali neplanirana odsotnost delavcev v podjetjih, ...). Z normalizacijo podatkov in upoštevanjem
večih vplivnih dejavnikov lahko energetski upravitelj odločneje predlaga ukrepe za povečanje
energetske učinkovitosti. V poglavju 5 je predstavljena normalizacija rabe energije na podlagi
stopinjskih dni, kjer za pravilnejšo predstavitev podatkov upoštevamo faktor vremena.
Energetski kazalniki nam s svojimi informacijami pomagajo pri pravilni presoji in izbiri
ukrepov, ki bodo donosni in bodo dolgoročno zmanjšali porabo ter stroške energije. Včasih je
potrebno pri sprejemanju ukrepov poleg omenjenih vplivnih dejavnikov upoštevati tudi
energetske vrednosti različnih virov energij ali denimo različne cene energentov, ki jih
določajo ponudniki energije. Znatni prihranki se lahko ustvarijo že z enostavnimi ukrepi, kot
je zamenjava ponudnika energije ali manjša posodobitev obstoječe opreme. V nekaterih
primerih pa je za večje prihranke potrebno uvesti drastične ukrepe, kot je zamenjava
celotnega vira energije (npr. ogrevanje na premog zamenjati z ogrevanjem na biomaso).
Celovit sistem energetskega upravljanja v splošnem je prikazan na Slika 5:
Slika 5: Celovit sistem energetskega upravljanja [35]
17
Vsi smo priča napredku in razvoju interneta – največjega računalniškega omrežja na svetu.
Internet in svetovni splet (splet) sta s pomočjo TCP/IP komunikacijskega protokola omogočila
lažji dostop do podatkov in njihovo posredovanje. Z uvedbo širokopasovnih povezav je
omogočen prenos velikih količin podatkov skoraj v realnem času po uveljavljenih protokolih.
Z uporabo spletnih brskalnikov lahko dostopamo do želenih podatkov iz vsakega konca
sveta, kjer je na razpolago dostop do spleta. Načrtovalci sistemov za upravljanje z energijo in
energetski upravitelji bi morali ves ta napredek informacijske tehnologije maksimalno
izkoristiti.
Znotraj strukture EIS obstajata dva večja procesa:
pridobivanje podatkov,
objava podatkov preko spleta ali namiznih aplikacij.
Slika 6 prikazuje omenjena procesa EIS-a, kjer do obdelanih podatkov dostopamo preko
spletne aplikacije.
Slika 6: Procesi znotraj EIS
18
3.1. Vrednost pravočasnih in točnih merjenih podatkov2
Večina lastnikov in upravljavcev poslovnih in industrijskih stavb se zaveda vrednosti merjenih
podatkov, posebej ko se le-ti nanašajo na stroške in rabo energije v tradicionalne namene,
kot so:
upravljanje s stroški posameznih oddelkov, delov stavb in projektov;
upravljanje s stroški obstoječih in novih uporabnikov ali najemnikov;
verifikacija prejetih računov z vzporednim merjenjem merilnih naprav in
preverjanje kakovosti dobavljene moči.
Mnogi lastniki in upravljavci stavb se ne zavedajo potenciala, ki ga nosijo energetske
informacije s spremljanjem delovanja avtomatiziranih in neavtomatiziranih sistemov za
merjenje rabe energije. Informacije o rabi energije, pridobljene iz različnih merilnih naprav in
senzorjev znotraj ene ali več stavb, omogočajo ne samo verifikacijo učinkovitosti merjenih
naprav, ampak tudi možnost upravljanja merilnih in kontrolnih naprav s strani uporabnika.
V poslovnem svetu obstaja pregovor »if you don't measure it, you can't manage it«, kar bi v
prevodu pomenilo: »Če nečesa ne meriš, potem s tem ne moreš upravljati.«. Da bi bolje
razumeli časovno preizkušen pregovor, si predstavljajte naslednji scenarij: po mnogih letih
varčevanja se odločite, da boste privarčevani denar nekam vložili, investirali v nekaj
donosnega. Odločite se, da boste denar investirali s pomočjo borznega posrednika, ki vam
ga je priporočil vaš svak. Na srečanju vprašate borznega posrednika, kako bosta investirala
denar in kako lahko spremljate vrednost vloženega denarja. Ta vam predstavi svoj načrt, ki
predvideva porazdeljeno vlaganje denarja v različne sklade, surovine, delnice ipd., da bi
porazdelili tveganje naložbe. Predlog zveni kot zelo spodbuden in praktičen način naložbe
denarja, vedar vas tudi zanima, kakšna orodja obstajajo za ugotavljanje učinkovitosti
različnih naložb in kakšne so možnosti za njihovo prilagajanje glede na spreminjajoče se
okoliščine na borzi. Z drugimi besedami, kako bosta s posrednikom merila in nadzorovala
uspešnost naložb.
Borzni posrednik vam pove, da se on v takšnih situacijah poslužuje načina, pri katerem od
skupnega zneska na koncu meseca odšteje začetno stanje meseca in izračuna morebitni
prihranek ali izgubo za ta mesec.
»Zveni enostavno, ampak, kako bomo vedeli, kolikšen je del dobička (ali izgube) za
določeno surovino, sklad, delnico ali karkoli?« vprašate.
»Ne bomo,« je enostaven odgovor posrednika.
»Dobro, kako bomo potem merili vrednost naših delnic v primerjavi z delnicami denimo
Krke, Gorenja in drugih?«
»Ne bomo,« še enkrat odgovori.
2 Delno povzeto po poglavju 9, vir [5]
19
»Torej, kar praviš je, da vse skupaj vložimo v en portfelj in potem vsak mesec
pogledamo trenutno stanje, ki nam pove, koliko smo dobili ali izgubili, ne vemo pa, kako
nam je to uspelo?«
»Nekaj takšnega, ja....«
Seveda se v današnjih časih, ko lahko spremljamo tečaje na borzah v živo, nihče pri zdravi
pameti ne bi odločil za investicijo v takšnih okoliščinah. Sprejeli bomo odločitev, ki nam bo
omogočala spremljanje vseh naših investicij, kar nam bo omogočalo pravočasne
prerazporeditve med sredstvi. Z drugimi besedami, merjenje učinkovitosti na pravočasen in
točen način nam omogoča upravljanje sredstev.
Pomembno je vedeti − če nečesa ne meriš, potem s tem ne moreš upravljati. Uporaba
izdanih računov porabljene energije (položnic), ki prispejo za dejansko rabo energije ne
omogoča natančnega in pravočasnega spremljanja energetske učinkovitosti stavb. Kje iskati
vzrok, ko prispe račun za elektriko za mesec avgust, ki je za 20 % višji od predvidenega
zneska? Smo kje pozabili ugasniti luči? Je kriva neučinkovita uporaba klimatskih naprav?
Mogoče je kdo od najemnikov namestil novo opremo? Je bila temperatura zunaj višja kot
predvideno ali pa je mogoče kakšen drug vzrok? Od višine odjemne moči (kW) je odvisna
skoraj polovica računa za električno energijo. Je odjemna moč tako visoka zaradi vklopa
večih naprav hkrati ali pa je zagon naprav časovno bolj razporejen in se vzrok skriva drugje?
Dejstvo je, da nam ponudniki zaračunavajo porabljeno električno energijo v kilovatnih urah
(kWh), ki je enaka potrebi po električni moči (odjemna moč − kW) skozi obratovalni čas (h).
Da bi naredili učinkovit energetski informacijski sistem, je potrebno imeti nadzor nad potrebo
po energiji skozi čas (»demand-response«). To lahko dosežemo samo s točnim in
pravočasnim merjenjem podatkov.
Namestitev merilnih naprav predstavlja dodaten strošek in marsikateremu upravljavcu se bo
zdelo donosnejše vlaganje tega denarja v kakšno energetsko učinkovito opremo, ki bo
zmanjšala rabo energije. Ne smemo podcenjevati moči upravljanja in spremljanja podatkov
rabe v realnem času. Na naslednjem primeru bomo videli, kako pomembna je pravočasnost
in točnost merjenih podatkov v manjših intervalih. V primeru je obravnavana resnična stavba,
ki je za merjenje podatkov uporabljala sistem podjetja Obvius za merjenje podatkov in
spletno spremljanje meritev. Več o uporabljeni opremi v poglavju 3.2.
Primer – maloprodajna trgovina:
Stavba v primeru je maloprodajna trgovina, ki se nahaja na severovzhodu ZDA. Primer
prikazuje zelo jasno vrednost pravočasnih in točnih merjenih podatkov rabe energije. Stranka
je postala zaskrbljena zaradi previsokih računov električne energije v primerjavi s prejšnjimi
meseci in je kontaktirala energetskega svetovalca, ki bo opravil energetski pregled in
predlagal ukrepe za učinkovitejšo rabo energije.
Po opravljenem energetskem pregledu je eno od večjih možnosti prihranka energije videl v
posodobitvi razsvetljave skladišča in pisarniškega dela trgovine. Razsvetljava je bila
sestavljena iz mešanice žarnic in fluorescentnih sijalk (cevi). Zamenjava z bolj energetsko
učinkovito razsvetljavo bi ustvarila velike prihranke, investicija pa bi imela kratko povračilno
dobo.
20
Lastnik trgovine in energetski svetovalec sta ugotovila, da bo to pilotni projekt tudi za druge
poslovalnice podjetja in bi zato bilo smiselno uvesti neko metodo merjenja, s katero bi
preverjali realizirane prihranke. Svetovalec je ponudil dve alternativi:
1. Izmeriti porabo pred in po zamenjavi razsvetljave s pomočjo priročnih naprav, kot so
multimeter in amperske klešče.
2. Namestiti sistem za spremljanje gibanja dejanske zahtevane moči vsakega vezja,
merjene v 15-minutnih intervalih. Ta opcija je sicer dražja, vendar bi zagotovila veliko
bolj natančne povratne informacije o uspešnosti namestitve nove razsvetljave, kot
dodano vrednost pa bi lahko spremljali podatke v realnem času preko spletnega
brskalnika.
Po pregledu obeh možnosti se je stranka odločila za nakup merilnih naprav, ki bodo
nameščene na posamezna vezja razsvetljave preden se opravi zamenjava. Naprave bi
delovale nekaj časa, nakar bi lahko spremljali natančne prihranke, realizirane z zamenjavo
razsvetljave. Števce bi lahko spremljali v živo, podatke v intervalih pa bi si beležila oprema
za pridobivanje podatkov, v tem primeru naprava podjetja Obvius (podrobnejši opis v
poglavju 3.2) AcquiSuite Data Acquisition Server (DAS).
Podatki, pridobljeni s pomočjo naprave DAS, se pošljejo vsako noč na internetno stran
podjetja Obvius (www.buildingmanageronline.com), tako da so podatki na spletu lahko
dostopni naslednje jutro. Za namestitev celotnega merilnega sistema potrebujemo:
AcquiSuite DAS za merjenje in shranjevanje vseh podatkov manjših merilnih naprav,
Enerceptove merilne naprave (Slika 7), ki bodo nameščene na vsakega izmed
dvanajstih vezij razsvetljave, ki bodo merjena,
Ethernet povezava v obstoječem lokalnem omrežju (LAN), preko katere lahko
pošljemo podatke na oddaljeni strežnik,
delo za namestitev električnih naprav in napeljav.
Slika 7: Enerceptovi merilniki za moč in energijo
21
Merilniki so bili povezani z napravo DAS preko serijskega kabla RS485. DAS je shranjeval
podatke (kW v 15-minutnih intervalih) vseh povezanih merilnikov na svoj spominskih čip.
Vsako noč so se podatki naložili na server BMO (Building Manager On-line), kjer se podatki
samodejno shranijo v podatkovno bazo MySQL. Ko so časovno označeni podatki shranjeni v
bazo, lahko do njih dostopa vsaka avtorizirana oseba, ki ima dostop do spletnega brskalnika.
Merilni sistem je deloval nekaj tednov preden se je izvedel predviden ukrep, da bi lahko
pridobili bazne primerjalne podatke za primerjanje kazalnikov pred in po zamenjavi
razsvetljave. Na ta način lahko neposredno preverjamo verodostojnost podatkov, zaradi
katerih ustvarjamo prihranek/izgubo.
Da bi začela s preverjanjem verodostojnosti, sta energetski svetovalec in upravitelj trgovine
pregledala podatke za obdobje pred in po izvedbi ukrepa. Podatke, ki sta jih videla, so
prikazani na Slika 8. Graf prikazuje merjeno moč za obdobje 15 dni (1.–15. februar), ki je
vključevalo 11 (izhodiščnih) dni pred izvedbo in 4 dni po izvedbi ukrepa. Kot je razvidno iz
grafa, je zmanjšanje porabe energije na tem (1/12) vezju skoraj 70 %. Ni potrebno posebej
poudarjati, da sta bila z rezultati in prihranki zadovoljna tako lastnik trgovine kot energetski
svetovalec.
Slika 8: Raba energije razsvetljave v času izvedbe ukrepa
22
Ko se je navdušenje nad rezultati poleglo, pa je lastnik stavbe opazil zanimivo anomalijo. To
je bila maloprodajna trgovina s tipičnim obratovalnim časom (približno 1000–2100), graf pa je
prikazoval, da je razsvetljava delovala vseh 24 ur v dnevu. Pregled stanja na ostalih 11
električnih krogih je pokazal podobno stanje. Raba električne energije se je sicer znatno
zmanjšala zaradi posodobljene razsvetljave, vendar je razsvetljava v ne-maloprodajnih delih
trgovine še vedno delovala neprekinjeno.
Energetski svetovalec se je vrnil v trgovino in ugotovil, da je nadzorna plošča, ki upravlja s
celotno razsvetljavo, sicer programirana tako, da deluje samo v obratovalnem času, vendar
se električno stikalo ni samodejno izklapljalo. Stikalo je bilo zamenjano, naslednji pregled
stanja pa je viden na Slika 9.
Slika 9: Poraba električne energije razsvetljave po zamenjavi stikala
Kot je razvidno iz grafa, je po zamenjavi stikala raba električne energije skladna z
obratovalnim časom trgovine. Glede na to, da je znašala skupna moč razsvetljave zgolj 1,5
kW, bi na prvi pogled rekli, da vklopljene luči ne morejo predstavljati večjega stroškovnega
primanjkljaja. Spodaj je narejen izračun primanjkljaja, ki bi ga ustvarilo 10-urno nepotrebno
delovanje razsvetljave:
(1,5 kW) x (10 h/dan) = 15 kWh/dan
(15 kWh/dan) x (~0,07 €/kWh) = ~1,05 €/dan
(~1,05 €/dan) x (365 dni/leto) = ~383,25 €/leto
(~383,25 €/leto/vezje) x (12 vezij) = ~4,599 €/leto
Zapravljena energija v tem primeru je le del celotne zapravljene energije, saj ne odraža
zmanjšane življenske dobe sijalk, predstikalnih naprav ali dodatnih stroškov hlajenja zaradi
toplotne energije, ki jo oddajajo žarnice.
Primer predstavlja zelo jasno vrednost ne le merjenih podatkov in nadzora nad podatki,
temveč tudi, kako enostavno je opaziti in odpraviti napake. Vsakdo, ki pregleda grafe, lahko
nemudoma opazi težavo (čeprav ne nujno vzroka), brez potrebe po uporabi visoko razvitih
23
analitičnih orodij. Lastnik je vedel, da trgovine ne obratujejo 24 ur na dan, vendar ga je le
bežen pregled nad podatki v grafih napeljal na vprašanje, zakaj so luči neprekinjeno
delovale. Ravno osnovna analiza takšne vrste ustvarja pomemben del prihrankov stroškov in
energije. Za orientacijo naj služi podatek, da je strošek celotne opreme na enem vezju
predstavljal 1500 €.
Ta primer osvetljuje vrednosti merjenja podatkov na večih nivojih, od katerih lahko vsaj en ali
več nivojev koristi lastniku stavbe:
Osvetlitev problemov – Kot je razvidno iz primera, je lastnik lahko prepoznal
nepravilno delovanje razsvetljave glede na obratovalni čas trgovine.
Verifikacija energetskih prihrankov – Drugi ključni podatek, ki je razviden iz grafa,
prikazuje dejanske prihranke, ki so bili ustvarjeni s posodobitvijo stare opreme. Če bi
se lastnik zanašal na prihranek, razviden samo iz prejetih računov, potem bi
prihranek znašal nekaj več kot 5000 €, ker bi ta vključeval prihranke, ki so pripadali
zamenjavi stikala nadzorne plošče. V tem primeru bi lastnik uporabil pilotni projekt
tudi v mnogih drugih trgovinah, kjer takšen uspeh ne bi mogel ponoviti.
Nadzorna funkcija spremljanja kontrolnih sistemov – V tem primeru je bila
nadzorna plošča razsvetljave pravilno nastavljena in za pričakovati je bilo, da deluje
pravilno. Površen pregled energetskega svetovalca ni nakazoval nobenih težav v
delovanju nadzorne plošče. Ti so postali jasni in odpravljeni šele po podrobnem
pregledu merjenih podatkov.
V primeru te trgovine so vsi predvidevali, da razsvetljava deluje pravilno, ker je bila tako
nastavljena nadzorna plošča razsvetljave. Nihče se ni obremenjeval z ugašanjem luči, ker so
predvidevali, da nadzorna plošča deluje pravilno. Edini način, da so napako prepoznali in
odpravili, je bila uporaba ustreznih merilnih naprav. Če želimo maksimalno izkoristiti
potencial podatkov, potem morajo le-ti biti merjeni pravočasno in v pravilnem časovnem
intervalu.
24
3.1.1. Optimalni časovni interval merjenih podatkov
Pri izbiri standardnega časovnega intervala, ki ga bo EIS uporabljal za prikazovanje
podatkov, obstaja več vidikov. Eden najpomembnejših je sposobnost prikazovanja dovolj
podatkov za ugotovitev prehodnih stanj. To pomeni, da moramo znati iz prikazanih podatkov
razbrati nihanja delovanja opreme v prehodnih časovnih obdobjih, kot so dan in noč,
obratovalni čas, čas mirovanja itd.
S to informacijo lahko hitro ugotovimo vedenjske vzorce in probleme, ki se pojavljajo v
obratovanju opreme. Iz tega razloga pa tudi ker se elektrika meri v ponavljajočih se in enakih
intervalih, je 15-minutni interval merjene količine še primeren za obvladljivo podatkovno bazo
EIS. Daljši časovni intervali ne zagotavljajo zadostne natančnosti podatkov, da bi ugotovili
vedenjske spremembe. Krajši intervali lahko povečajo velikost podatkovne baze in trajanje
obdelave podatkov EIS za 300 % (in več), medtem ko se vrednost podatkov poveča zelo
malo. [5 – str. 410]
Mnogi EIS-i so zasnovani na podatkih, pridobljenih iz prejetih računov, ki pa premalo povedo
o razlogih za povečano/zmanjšano rabo energije in stroškov. Podatki prihajajo na mesečnem
nivoju, ki so premalo natančni za ugotovitev in odpravo pomanjkljivosti v energetskem
poslovanju stavbe. Ker so podatki o rabi energije jedro EIS-a, je potrebno pri izbiri
časovnega intervala merjenih podatkov biti posebno pazljiv, saj nam nepravilna odločitev
lahko prinese kopico težav in kompleksnih izračunov, s katerimi se bodo morali ukvarjati
analitiki in razvijalci takšnega EIS-a. Nadzor nad rabo in ugotavljanjem odgovornosti za
morebitne energetske izgube je otežena, s tem pa tudi vrednost in izkoristek potenciala EIS-
a močno upade.
25
3.2. Pridobivanje podatkov
Da bi EIS bil učinkovit in uporaben, potrebuje za delovanje podatke o rabi energije. Najmanj,
kar lahko pričakujemo od povprečnega EIS-a je, da spremlja podatke o rabi (kW in kWh) in
stroških porabljene energije. V prejšnjem poglavju smo ugotovili, kako pomembno je, če
želimo izkoristiti maksimalen potencial podatkov, da so le-ti merjeni v natančnih časovnih
intervalih in da so pravočasno obdelani. Razvoj IT napreduje zelo hitro, s tem pa so tudi
stroški visoko tehnološko razvite opreme vse manjši in s tem tudi dostopnejši. Če želimo
ustvarjati maksimalen energetski prihranek, potem hitro ugotovimo, da se vlaganje v
meritvene naprave za pridobivanje in merjenje podatkov tudi hitro obrestuje. Včasih, ko ni na
razpolago sredstev za meritvene naprave, se je potrebno zanašati na podatke, pridobljene
samo iz prejetih računov, ki nam jih dostavijo različni ponudniki energije. Idealen EIS podpira
tako pridobivanje podatkov iz računov, kot tudi pridobivanje podatkov iz meritvenih naprav, ki
hkrati verificirajo podatke izstavljenih računov.
V tem poglavju bomo opisali načine, na katere lahko pridobivamo podatke o porabljeni
energiji. Predstavili bomo nekatere težave, s katerimi se lahko razvijalci srečajo pri
zanašanju na podatke, pridobljene iz prejetih računov, in tehnične naprave pri nas ter v
svetu, ki se uporabljajo za pridobivanje, nadzor in posredovanje merjenih podatkov. V ZDA
se uspešno uporabljajo sistemi za avtomatizacijo stavb (BAS-i) in server za pridobivanje
podatkov (DAS), medtem ko v Sloveniji za namene daljinskega upravljanja in pridobivanja
merjenih podatkov obstajata dva uspešnejša produkta podjetja Solvera Lynx, to sta ComBox
in GsmBox. Več o tem v nadaljevanju.
26
3.2.1. Pridobivanje podatkov iz prejetih računov3 V poslovnem svetu že dolgo obstaja kratica SMART, ki narekuje, kakšni morajo biti
zastavljeni cilji, če jih želimo doseči. Odlikovati jih morajo naslednje lastnosti:
Enostavnost (Simplicity) – Cilji in opravila za doseganje ciljev morajo biti enostavna in
razumljiva.
Merljivost (Measureability) – Če nečesa ne moreš izmeriti, kako boš vedel, da si
uspešen?
Avtoriteto (Authority) – Nadzor nad doseganjem ciljev in vpliv na izhodne rezultate.
Odgovornost (Responsibility) – Se navezuje na avtoriteto in omogoča določitev
odgovornosti za uspeh ali neuspeh.
Časovni okvir (Timeliness) – Dostop do pravočasnih in točnih informacij je ključnega
pomena za doseganje sprememb in zagotavljanje uspeha.
Vsi ti parametri so lahko uporabljeni v marsikateri strategiji energetskega upravljanja, vendar
so v mnogih primerih nekateri ključni parametri izpuščeni iz procesa. Mnogi lastniki stavb in
upravljavci se lotijo časovno in finančno dragih projektov, ki so obsojeni na propad, ker
nekatere ali vse zahteve SMART niso izpolnjene ali pa so prepuščene izvedbi v zadnji
minuti. Koliko energetskih upravljavcev se je že ukvarjalo z izvedbo projekta energetskega
upravljanja, ki je temeljil na zapletenih izračunih energetskih prihrankov, da bi na koncu videli
enake ali celo višje račune od tistih pred začetkom projekta? Problem je seveda v tem, da
zanašanje samo na analizo podatkov iz prejetih računov pomeni, da proces(-u):
ni enostaven – da bi pridobili uporabne informacije iz podatkov rabe, morajo biti nad
podatki izvršeni zapleteni izračuni;
ni merljiv – večina energetskih projektov se nanaša samo na dele stavb, medtem ko
se prejeti računi nanašajo na celotno stavbo ali organizacijo znotraj nje;
manjka avtoritete – na skupno rabo energije stavbe vpliva skoraj vsak uporabnik do
neke mere;
manjka odgovornosti – ko so vsi odgovorni, nihče ni odgovoren;
nima časovnega okvirja – analize porabljene energije so opravljene tedne ali mesece
za dejansko porabo.
Zakaj torej mnogi energetski upravljalci zapravljajo na tisoče evrov na projekte, rezultate
katerih ne morejo izmeriti in verificirati? V tem primeru energetski upravljavci in ponudniki
energetskih storitev sporočajo: merjenje in verificiranje energetskih prihrankov je predrago!
Mnogi so enakega mnenja, da je namestitev in upravljanje strojne ter programske opreme za
pridobivanje podatkov dodaten strošek, ki bi se drugače lahko investiral v drugo, bolj
sofisticirano zeleno opremo.
Na prvi pogled je odziv upravljavcev upravičen, ampak poglejmo to še z drugega vidika.
Predstavljajte si veliko proizvodno podjetje, ki se je odločilo vložiti 100 milijonov evrov v
razvoj novih proizvodov. Plan je vložiti po 50 milijonov evrov v dve različni tehnologiji, ki
imata sicer dobre možnosti za rast, vendar nosita določeno stopnjo negotovosti − ali bosta
tehnologiji uspeli in kako bosta sprejeti pri strankah. Z drugimi besedami, izid je videti
obetaven pri obeh, ko upoštevamo napovedi poslovnih in razvojnih strokovnjakov, vendar
3 Povzeto po viru [3] – poglavje 10
27
rezultati niso povsem določeni. Predstavljajte si, da se podjetje zaveže k razvoju obeh
projektov, vendar se odloči, da ne bo imelo računovodskega oddelka za spremljanje
napredka in rentabilnosti (uspeh naložbe) projektov. Zanesejo se na napovedi strokovnjakov
in verjamejo, da so njihovi izračuni in napovedi pravilni, da je tehnična ekipa upravičila svoje
stroške, da proizvodnja nima nobenih težav pri izdelavi nove opreme in da bodo prodali
načrtovano količino proizvodov.
Vodilni v podjetju bi lahko trdili, da bi merjenje vsakega projekta zahtevalo dodatno delovno
silo, mogoče dodatno programsko in strojno opremo, in bi v primeru uspešne poslovne
napovedi strokovnjakov to bila dodatna investicija v nepotrebne vire, ki bi se lahko porabila v
druge namene.
Če bi bili v upravnem odboru direktorjev tega podjetja, koliko denarja bi jim dali? Kaj pa, če
pridejo naslednje leto in zaprosijo za nova dva projekta, ne morejo pa vam prikazati
rezultatov iz prejšnjih investicij?
Ali pa, če se vrnemo na primer z borznim posrednikom na začetku poglavja, koliko denarja bi
mu zaupali, če bi vam povedal, da bo denar vložil v različne vrste naložb in vam na koncu
delnega obračuna ne bo mogel povedati, katera naložba je bila donosna in katera je prinesla
izgubo. Če bi na koncu leta ustvarila izgubo, ne bi vedeli, katera investicija vam je izgubo
prinesla, in bi lahko samo upali, da bo v prihodnjem letu boljše.
Zagotavljanje pravočasnega in točnega odziva na uspešnost investicije je sestavni del naših
osebnih in poslovnih življenj, tako da je pristajanje na manj pri energetskih informacijah videti
neskladno z našimi željami po uspehu. Skoraj realno časovno spremljanje rabe energije služi
za zagotavljanje odgovornosti in omogoča izvedbo ukrepov tam, kjer so potrebni.
Še ena glavna korist pri pridobivanju podatkov z meritvami je ta, da ugotovitev odgovornega
dejavnika za povečano rabo energije skoraj vedno pripomore k zmanjšanju le-te. Če
zaposleni ali uporabnik v stavbi ve, da nihče ne preverja in skrbi za rabo energije, se bo
avtomatsko obnašal bolj potratno in nezanesljivo pri ugašanju luči, izklapljanju računalnikov
ipd. Mnoge raziskave so pokazale, da se človek v primeh, ko se zaveda, da se njegovo delo
ali raba energije meri, bolje izkaže in dela bolj zanesljivo (Hawthornov efekt), že zaradi
samega dejstva spremembe okoliščin delovanja. Prihranki ponavadi znašajo od 5−10 %.
V preteklosti je bil strošek investicije v meritvene naprave zelo visok. Predvsem zato, ker ni
obstajala tehnologija, ki bi znala meriti več stvari istočasno, in se je merjenju bilo potrebno
posvečati za vsak projekt individualno. V zadnjem času je tehnologija vse bolj dostopna in
tudi mnoga podjetja so ponudila rešitve za tovrstno problematiko. Za merjenje in pridobivanje
podatkov se uporabljajo tehnologije v kombinaciji, kot sta denimo BAS (Building Automation
System) in DAS (Data Acquisition Server).
28
3.2.2. Sistemi za avtomatsko vodenje stavb BAS (Building
Automation System)
Avtomatsko vodenje stavb ali avtomatizacija stavb je namenjena izboljšanju učinkovitosti
stavbe na več nivojih. Odvisno od perspektive gledanja lahko učinkovitost stavbe merimo v
obratovalnih stroških, rabi energije ali neto prihodku. Sistemi za avtomatizacijo stavb (BAS)
lahko upravljajo različne sisteme stavb v skladu z nastavljenimi obratovalnimi režimi in s
časovnim zaporedjem delovanja. Sistemi, s katerimi lahko upravlja, vključuje ogrevalne,
ventilacijske in klimatske sisteme (znane tudi pod kratico HVAC – Heating, Ventilation and
Air Condition), razsvetljavo, sisteme za splošno in požarno varnost, oskrbo vode, namakalne
in komunikacijske sisteme in še mnogo več. Možnosti uporabe so resnično široke. V Sloveniji
stavbo, ki ima vgrajen BAS, imenujemo tudi inteligentna stavba. [24]
Mnogi obstoječi sistemi BAS uporabljajo določene informacijske strukture in protokole, ki
imajo omejeno uporabnost, kar v mnogih primerih omeji povezljivost različnih sistemov.
Protokoli, kot sta BACNet ali LonWorks, so sicer v veliki meri pripomogli k boljši povezljivosti
in kompatibilnosti opreme, vendar imajo tudi ti določene pomanjkljivosti. V prihodnosti bodo
sistemi BAS bolj integrirani z obstoječimi standardi IT, ki se uporabljajo širom spleta. Večina
proizvajalcev sistemov BAS pospešeno razvija načine, kako povezati sisteme BAS s
standardi IT, tako da lahko do informacij dostopamo preko spletnih brskalnikov. Evolucija
sistemov BAS je prikazana na Slika 10. Čeprav bomo v tem poglavju uporabljali naziv BAS,
za sisteme avtomatskega vodenja stavb obstaja še več imen, kot so: neposredni digitalni
nadzor (DDC – Direct Digital Control), sistem za upravljanje z energijo (EMS – Energy
Management System) ali sistemi za avtomatizacijo in kontrolo stavb (BACS – Building
Automation and Control System).
Slika 10: Evolucija sistemov za avtomatizacijo in nadzor stavb
29
Minimalne zmožnosti, ki jih lahko pričakujemo od sistemov BAS, so nadzor funkcij HVAC, ki
vključujejo nastavljanje temperature, prezračevanja in obratovalnega časa. Dodatne
funkcionalnosti lahko omogočajo spremljanje rabe energije in moči, razmere v stavbi,
klimatski podatki in status opreme. Osnovna funkcija sistemov BAS vključuje tudi
komunikacijo med vzdrževalci opreme. BAS lahko vzdrževalcem sporoči, ko je neka oprema
v okvari ali pa njeni senzorji delujejo izven predvidenih okvirjev. Z uporabo spletne pošte ali
spletnih strani lahko takšni alarmi obveščajo vzdrževalce, tako da lahko le-ti hitro ukrepajo.
Bolj dodelani sistemi BAS lahko vključujejo dodatne sisteme znotraj stavb, kot so video
nadzor, nadzor dostopa, razsvetljave in povezovanje s požarnimi in varnostnimi sistemi. Za
več podrobnosti glede produktov BAS lahko obiščete spletno stran (http://www.ddc-
online.org/), kjer so opisani različni produkti BAS ter strojna in programska oprema, potrebna
za delovanje takšnega sistema.
Identificiranje in organizacija najboljših virov energetskih podatkov sta prvi korak pri
vzpostavitvi EIS-a. Eden od potencialnih podatkovnih izvorov je seveda BAS, ki vsebuje
vgrajene procedure za generiranje dnevnih poročil za točke, s katerimi je povezan. Da bi
prenesli podatke iz sistemov BAS v podatkovno bazo EIS-a, je potrebno izvesti nekaj
korakov:
1. Računalnik, ki ga uporablja BAS, mora biti povezan z lokalnim omrežjem podjetja.
To lahko dosežemo z enostavnim opravilom, kot je vgradnja mrežne kartice v
računalnik, ki ga uporablja BAS.
2. Prenos poročil BAS na server EIS-a na dnevni bazi.
Obstajajo različni načini za uresničitev tega cilja. Poročila lahko prenesemo preko
protokola za prenos podatkov (FTP – File Transfer Protocol) ali pa z enostavno
uporabo skupne rabe omrežja in zagonom napisanih datotek DOS batch ob
predvidenem času s pomočjo samodejnih opravil.
3. Zajemanje podatkov iz poročil.
Ko imamo na serverju EIS-a prenešena poročila sistema BAS, se uporabi po meri
izdelan program za prenos podatkov iz poročila v podatkovno bazo EIS-a. Program bi
v najboljšem primeru moral znati pridobivati podatke iz poročil različnih proizvajalcev
sistema BAS. Glede na to, da ima relacijska podatkovna baza EIS-a standardni
format, so lahko podatki iz različnih sistemov BAS konsistentni.
30
3.2.3. Server za pridobivanje podatkov DAS (Data Acquisition
Server)
Naslednji pristop k pridobivanju podatkov je uporaba namenskega serverja za pridobivanje
podatkov (DAS – Data Acquisition Server). DAS omogoča uporabnikom zbiranje podatkov
opreme iz obstoječih ali novih merilnih naprav in senzorjev. DAS pošilja podatke na server
EIS-a na dnevni bazi, medtem ko dodaten program prenaša podatke iz serverja v relacijsko
podatkovno bazo EIS-a.
Sistem AcquiSuite proizvajalca Obvius je tipična rešitev. Je server, zasnovan na sistemih
Linux, ki zagotavlja tri osnovne funkcije:
komunikacija z obstoječimi merilniki in senzorji, ki omogoča pridobivanje podatkov v
nastavljenih časovnih intervalih;
shranjevanje podatkov na notranjem spominskem modulu več tednov;
komunikacija z zunanjimi strežniki preko telefonske linije ali interneta, ki omogoča
pretvorbo neobdelanih podatkov v uporabne informacije.
Na Slika 11 je prikazan Obviousov produkt AcquiSuite, ki služi pridobivanju podatkov iz
merilnih naprav in senzorjev.
Slika 11: Data Acquisition Server
31
3.2.4. ComBox
Slovenska različica serverja za obdelavo podatkov je naprava, ki jo izdeluje zasebno podjetje
Solvera Lynx d. d.
»ComBox je tehnološko dovršena daljinska postaja in podatkovni zbiralnik za zajem,
shranjevanje in Ethernet prenos energetskih in procesnih podatkov. Z vidika prilagodljive
zasnove in raznovrstnih ohišij je namenjena različnim vrstam uporabe.
Zmogljiva 32-bitna procesna enota s 512 MB delovnega pomnilnika in 2 GB pomnilnika
FLASH, na kateri teče večopravilni operacijski sistem, je srce naprave ComBox.
Za prenos podatkov je uporabljena cenovno učinkovita tehnologija TCP/IP, katere strošek je
odvisen od količine prenesenih podatkov in ne od pogostosti prenosa podatkov.
Na voljo so različne komunikacijske tehnologije in programska podpora za zbiranje podatkov
iz različnih merilnikov in števcev. Vgrajeni Ethernet IEEE 802.3i vmesnik, veliko število
serijskih RS-232C vmesnikov ter radijska 868 MHz komunikacija omogočajo neomejeno
fleksibilnost za izvedbo funkcionalnosti, ki jo uporabnik potrebuje.
Navadno se naprava ComBox uporablja v povezavi z informacijskim sistemom GEMALOGIC
za menedžment energije in procesov. Podatki iz naprav se samodejno prenašajo v centralno
bazo podatkov z uporabo Ethernet komunikacije. Zbrani podatki so uporabnikom dostopni
preko spletnega vmesnika, realizirana pa je tudi samodejna izmenjava podatkov z drugimi
informacijskimi sistemi preko standarda XML.
Naprave komunicirajo v različnih komunikacijskih protokolih. Komunikacijo in prenos
podatkov je mogoče vzpostaviti neposredno z aplikacijo GEMALOGIC za menedžment
energije in procesov ter s centralno-nadzornimi sistemi SCADA. Podatki o alarmnih stanjih
se posredujejo na mobilne telefone in elektronsko pošto. Resnična moč naprave ComBox se
kaže v primerih, ki vsebujejo večje število nadzorovanih objektov in merilnih mest z majhnim
številom signalov ter večjim številom uporabnikov.« [40]
32
4. UPORABLJENA TEHNOLOGIJA V PRAKTIČNEM DELU
DIPLOMSKE NALOGE
V času pisanja diplomske naloge sem sodeloval pri razvoju EIS-a DEM (Daljinski Energetski
Menedžer), od same ideje posameznih modulov projekta do njihovih implementacij. V
podjetju Atei d. o. o., kjer sem bil zaposlen, smo uporabljali večinoma odprtokodno
programsko opremo za pisanje programske kode, razvoj podatkovne baze in spremljanje
procesa razvoja. V tem poglavju bom opisal nekaj orodij in tehnologij, ki smo jih uporabljali in
arhitekturo, ki je bila uporabljena pri razvoju IS.
4.1. Odprtokodna programska oprema4
Odprtokodna programska oprema (OSS − Open Source Software) se je začela kot
marketinška kampanja za prosto programje. OOS so programi, za katere ne veljajo tako
stroge licenčne omejitve glede načina uporabe, kopiranja, spreminjanja kode in distribucije,
kot veljajo za večino lastniške programske opreme. Programska koda odprtokodnega
programja je prosto dostopna vsakomur, da jo lahko ureja, spreminja, popravlja, izboljšuje in
dograjuje. Posebnost odprtokodne licence pa je v tem, da se tako spremenjene kode ne sme
izdati pod strožjimi licenčnimi pogoji, kot so tisti, pod katerimi je izdana začetna koda.
Odprtokodni programi niso pomembni le za programerje in računalniške »geeke«. Veliko jih
je brezplačno na voljo na spletu, in sicer za povprečne uporabnike. Ponujajo torej odlično
alternativo (plačljivi) lastniški programski opremi.
Uradna definicija odprte kode pravi, da je to programje, ki je izdano pod licenco, ki ustreza
vsem desetim kriterijem:
1. Svobodna redistribucija. Licenca ne sme omejevati prosto prodajo programske
opreme kot komponente združenih programskih paketov.
2. Izvorna koda. Program mora vsebovati izvorno kodo ali pa mora biti prosto dostopna.
Prav tako ni dovoljeno zakrivanje kode ali kakršno koli oteževanje dostopa do nje.
3. Izpeljana dela. Licenca mora dovoljevati modifikacije in izdelavo izpeljanih del iz te
programske opreme, prav tako mora dovoljevati razširjanje teh del pod istimi
licenčnimi pogoji kot original.
4. Integriteta avtorja izvorne kode. Licenca lahko omejuje, da morajo biti izpeljani izdelki
distribuirani pod drugačnim imenom.
5. Prepoved diskriminacije med osebami in skupinami. Licenca ne sme diskriminirati
nobene osebe ali skupino oseb.
6. Prepoved diskriminacije posameznih področij dejavnosti. Licenca ne sme nikogar
omejevati pri uporabi programa na posameznem področju dejavnosti.
7. Distribucija licence. Licenčne pravice se nanašajo na vsakogar, ki prejme program
brez kakršnih koli postopkov.
4 Delno povzeto po viru [27] in [7]
33
8. Licenca ne sme biti specifična za produkt. Pravice, vezane na program, ne smejo biti
odvisne od tega, ali je program del določene programske distribucije.
9. Licenca ne sme omejevati druge programske opreme. Licenca ne sme imeti omejitev
nad programsko opremo, ki je razširjena skupaj z licenčno programsko opremo.
10. Licenca mora biti nevtralna do tehnologije.
Izraz „odprta koda“ (OK) v najširšem pomenu se ne nanaša zgolj na programsko kodo.
Uporablja se za intelektualno lastnino v javni lasti, ki je lahko v obliki znanja, informacij,
načrtov izdelave in še česa.
Najbolj znani odprtokodni projekti so spletni brskalnik Firefox, spletni strežnik Apache,
operacijski sistem Linux, spletna enciklopedija Wikipedia, programski jeziki Java in PHP,
pisarniški paket OpenOffice.org ipd.
KDO USTVARJA OK?
Marsikdo najprej pomisli na računalniške »geeke«, ki z debelimi očali zatopljeno in asocialno
bolščijo v monitor, živeč v svojem svetu in ne meneč se za navadne ljudi ... Ta stereotip že
dolgo ne drži. Odprto kodo ustvarjajo uporabniki sami. Posamezniki in podjetja sodelujejo v
skupnostih, pomagajo pri iskanju hroščev, prevajanju, pisanju dokumentacije, pomoči
uporabnikom na forumih, programiranju ipd. Ustvarjalci pri razvoju sodelujejo med seboj in si
izmenjujejo izkušnje. Odprtokodni programi so rezultat sodelovanja celo med nekaj sto ali
nekaj tisoč uporabniki.
Če ste uporabnik odprtokodnih programov, seveda ne pomeni, da vas kdo sili v kakršno koli
aktivno sodelovanje. Dobro pa je poznati pomen teh skupnosti, saj preko svojih spletnih
strani in forumov omogočajo, da hitro najdete pomoč pri težavah ter odgovore na vaša
vprašanja. Razvoj programja OK financirajo posamezniki preko prostovoljnih prispevkov ter
razni državni in mednarodni organi ter velike korporacije. Eden pomembnih financerjev v
zasebnem sektorju je Google, prav tako javna uprava. Primerno je, da se javni denar troši za
javno lastnino ter da se uporabljajo rešitve, ki temeljijo na izključno odprtih standardih. V
javnem sektorju se hkrati zavedajo, da je pomembno biti čim bolj neodvisen od posameznih
podjetij in se na ta način ogniti morebitnim vplivom monopolnih ponudnikov programskih
rešitev ter zagotoviti več avtonomije javnega upravljanja.
PREDNOSTI
Obstaja kar nekaj prednosti odprte programske opreme pred komercialno, najbolj pomembna
pa je možnost spreminjanja in popravljanja kode. To omogoča neomejeno spreminjanje in
popravljanje programske opreme. Prva prednost tega je, da se izognemo slabosti enega
samega razvijalca oziroma ponudnika, ker lahko izvorno kodo spreminja vsak, kar pomeni,
da ni omejitve pri podpori programske opreme kot pri komercialni programski opremi. Ko se
podjetje namreč odloči prenehati nuditi podporo programski opremi, ta nima več podpore
zaradi licence nad programsko opremo. Druga prednost spreminjanja in popravljanja kode
pa je fleksibilnost oziroma svoboda programske opreme, saj lahko vsakdo spremeni njeno
funkcionalnost in obliko.
34
Ostale prednosti:
ni stroškov nabave programske opreme,
nižja ranljivost za viruse, manj varnostnih lukenj, posledično manj napadov na
programsko opremo.
SLABOSTI
Največja slabost odprto kodne programske opreme so nedokončani izdelki, saj veliko
programske opreme ne doseže končnega izdelka, ampak ostane v tako imenovani
beta fazi razvoja.
V večini primerov je težava neprijazen uporabniški vmesnik, ki oteži delo s
programom predvsem uporabnikom, ki se ne spoznajo na računalništvo.
Kompatibilnost programa z operacijskim sistemom.
Podpora pri odprtokodnem programju je lahko tako prednost, kot tudi slabost, saj ni
zagotovljena od nikogar oziroma je lahko slabo izvedena.
Težak začetek projekta, saj mora biti zadostno število zainteresiranih in motiviranih
razvijalcev, da dokončajo projekt.
ODPRTA KODA V SLOVENIJI
Ministrstvo za visoko šolstvo, znanost in tehnologijo je leta 2007 prvič objavilo razpis za izbor
izvajalca za razvojno-podporni center odprte kode Center odprte kode Slovenije (COKS). Na
razpisu je zmagal konzorcij, ki ga sestavljajo gospodarske družbe in neprofitne organizacije
pod vodstvom podjetja Agenda d. o. o. Center odprte kode se pojavlja prvič v takšni obliki v
Sloveniji in bo uporabnikom nudil storitve pomoči in podpore ter bo zagotavljal rešitve za
potrebe javnega in zasebnega sektorja. Vse storitve, ki jih izvaja COKS, izvajajo organizacije
ustanoviteljice konzorcija oziroma njihovi zaposleni ali pogodbeni sodelavci.
Glavni cilj ustanovitve centra je spodbuditi razvoj, širjenje in uporabo programske opreme ter
rešitev, temelječih na odprti kodi. Zaradi tega so v okviru ustanovitve COKS-a zagotovili
sistemsko podporo, klicni center in razvoj aktualnih odprtokodnih rešitev. Med glavne naloge
centra sodijo nudenje pomoči in svetovanje uporabnikom pri rešitvah, temelječih na odprti
kodi, ter svetovanje javnemu sektorju pri uvajanju, implementaciji in uporabi odprtokodnih
rešitev.
Center nastopa tudi v vlogi nacionalnega koordinatorja na področju strategij odprte kode ter
spodbujevalca sodelovanja med različnimi neprofitnimi organizacijami, gospodarskimi
subjekti ter posamezniki. Vizija centra je oblikovati nacionalne strategije pri razvoju, uporabi
in širjenju odprte kode, istočasno pa bo center združeval uporabnike v javnem in zasebnem
sektorju, odprtokodno skupnost in razvijalce ter nacionalne in evropske pobude na področju
odprte kode.
35
4.2. Java (programski jezik)
Java je objektno orientiran, prenosljiv programski jezik, ki ga je razvil James Gosling s
sodelavci v podjetju Sun Microsystems. Prva različica programskega jezika je bila objavljena
leta 1991, sintaksa pa je v dobri meri izpeljana iz programskih jezikov C in C++, vendar z
enostavnejšim objektnim modelom in manjšim naborom nizkonivojskih5 (»low-level«)
zmogljivosti. Javo vzdržuje in posodablja podjetje Oracle – Sun Microsystems, vsem pa je
poznan logotip, na katerem je naslikana skodelica kave Java, ki naj bi jo ustvarjalci jezika v
veliki meri uživali. Logotip je prikazan na Slika 12.
Slika 12: Logotip programskega jezika Java
Java je programski jezik, namenjen splošnim namenom pod odprtokodno licenco GPL
(General Public Licence). Ena glavnih prednosti programov, napisanih v Javi, je prenosljivost
programov. Program, napisan v Javi, se lahko izvaja na vseh platformah (WORE – Write
Once, Run Anywhere). Vsak računalnik, ki ima nameščen JVM (The Java Virtual Machine),
lahko zaganja in uporablja aplikacije, napisane v Javi. Od leta 2012 je eden najbolj
priljubljenih programskih jezikov za pisanje »odjemalec – strežnik« aplikacij. Prijavljenih ima
že več kot 10 milijonov uporabnikov. [12]
Poznamo 3 vrste programskega jezika Java [13]:
J2SE – standardna različica Jave za osebne računalnike,
J2ME – različica Jave za mini naprave (mobiteli, pametni televizorji, ...),
J2EE – poslovna različica Jave.
Za pisanje aplikacij v Javi potrebujemo razvojni komplet Java (JDK – Java Development Kit)
in urejevalnik besedila. Urejevalnik besedila je najenostavnejše okolje za pisanje programske
kode Java, vendar obstajajo za ta opravila tudi zmogljivejša razvojna okolja, kot so NetBeans
in Eclipse. Pri razvoju DEM-a smo uporabljali razvojno okolje NetBeans.
5 Več o nizkonivojskih strukturah si lahko preberete v viru [26].
36
4.2.1. Projekt NetBeans
NetBeans je brezplačen odprtokodni projekt, namenjen razvoju končne programske opreme,
ki odgovarja potrebam razvijalcev, uporabnikov in podjetij, ki se pri razvoju svojih produktov
zanašajo na sedaj že uveljavljena orodja, kot so NetBeans IDE (Integrated Development
Environment) in NetBeans Platform. Glavna dva produkta sta odprtokodna in se lahko prosto
uporabljata v komercialne in nekomercialne namene. Izvorna koda obeh orodij je prosto
dostopna. [8]
Pri razvoju DEM-a, ki je namizna različica EIS, smo zaradi možnosti uporabe Swing
komponent6 in modularnosti razvojnega okolja uporabljali orodje NetBeans IDE.
NetBeans IDE je odprtokodno integrirano razvojno okolje, ki podpira razvoj vseh aplikacij
Java (Java SE (vključuje JavaFX), Java ME, spletne aplikacije, EJB (Enterprise Java Beans)
in mobilne aplikacije). Med drugim omogoča tudi Maven podporo, »refaktoriranje«, nadzor
nad različicami programske kode (CVS, Subversion, Mercurial in Clearcase) in projektne
sisteme zasnovane na Apache Ant. [25]
IDE je v celoti napisan v Javi in deluje na vseh operacijskih sistemih, ki imajo nameščen
JVM, torej podpira programiranje v operacijskih sistemih Windows, Linux, Mac, Solaris in
ostalih platformah, ki podpirajo in so kompatibilne z JVM.
Projekt NetBeans pa ni samo razvojno okolje, ampak je tudi živahna skupnost, kjer lahko
ljudje iz vsega sveta zastavljajo vprašanja, svetujejo, dodajajo različne prispevke in še več.
Na forumih sodelujejo razni strokovnjaki, študenti, razvijalci iz najboljših podjetij in
posamezniki, ki želijo razširiti svoje znanje.
NetBeans IDE se ponaša z več kot 18 milijoni prenosov in več kot 800.000 sodelujočih
razvijalcev iz vsega sveta. Mnogim razvijalcem je znan eden izmed logotipov, prikazanih na
Slika 13 in Slika 14.
Slika 13: NetBeans logotip 1
Slika 14: NetBeans logotip 2
6 Swing komponente so glavni gradniki grafičnega vmesnika Java (GUI) za izdelavo uporabniških vmesnikov v Javi. Več o Swingu si lahko preberete v viru [28].
37
4.2.2. JFreeChart
JFreeChart je odprtokodna knjižnica za Javo, ki omogoča oblikovanje različnih interaktivnih
in neinteraktivnih grafov. Knjižnica vsebuje obsežen nabor funkcij [16]:
Konsistenten in dobro dokumentiran API (Application Programming Interface), ki
podpira uporabo različnih vrst grafov.
Prilagodljiva zasnova, ki je enostavna za razširitve in je namenjena aplikacijam tako
na strani strežnika, kot tudi odjemalca.
Podpira številne oblike izvozov v denimo komponente Swing, slike (PNG in JPG),
formate grafičnih vektorjev (PDF, EPS, SVG).
JFreeChart je odprtokodna oziroma natančneje brezplačna programska oprema.
Uporablja se pod licenco GNU LGPL (Lesser General Public Licence), ki dovoljuje
uporabo v lastniških aplikacijah.
Knjižnica podpira različne vrste grafov:
grafe X, Y (točkovni, črtni in črtkasti); podpira tudi časovno os,
tortne grafe,
gantograme,
stolpčne grafe (horizontalni in vertikalni, zloženi in neodvisni),
grafe ene vrednosti (termometer, kompas, merilnik hitrosti),
različne posebne grafe (vetrovni graf, polarni graf, mehurčki različnih velikosti itd.).
Na grafe lahko postavimo različne oznake in opombe. JFreeChart samodejno izriše skalo in
legende. Grafi na grafičnem vmesniku dobijo funkcionalnost povečevanja določenega dela
grafa z miško, preko katere lahko z desnim klikom dostopamo tudi do nekaterih ostalih
vgrajenih funkcij. Knjižnica vsebuje tudi različne vgrajene poslušalce, preko katerih lahko
nastavljamo še mnoge druge parametre grafov, kot so naslovi, oznake in enote osi, barve
prikazanih podatkov in še več. [17]
Zaradi vseh teh funkcionalnosti smo se pri razvoju DEM-a odločili za uporabo JFreeChart-a,
saj je omogočal prikaz vseh potrebnih podatkov, ki so lahko prikazani na različne načine v
različne namene. Za najenostavnejši prikaz podatkov smo uporabljali StackedChart oziroma
stolpčni graf, s katerimi smo prikazovali denimo porabo energije v kWh v izbranem obdobju,
količino porabljenih stroškov (€) in količino odmerjene moči (kW) v tem obdobju. Za prikaz
spremembe cen smo uporabljali LineChart oziroma črtni graf, za prikaz deležev posamezne
postavke na računu pa tortni graf.
V poglavjih 4, 5 in 6 so za prikaz grafov uporabljeni razredi, ki so izpeljani iz osnovnih
razredov knjižnice JFreeChart. Zaradi enostavnejše uporabe in specifičnega celovitega
izgleda DEM-a so v izpeljanih razredih implementirane dodatne funkcije, ki imajo vse te
stvari privzeto nastavljene. V podrobnosti implementacije celovitega videza DEM-a se v
diplomski nalogi ne bom poglabljal zaradi poslovnih skrivnosti podjetja, niso pa težke za
implementirati.
38
4.3. Podatkovna baza
Pri izbiri podatkovne baze smo se prav tako držali odprtokodne politike, ki ponuja brezplačno
podporo v obliki raznih forumov in portalov za razvijalce in upravljavce podatkovnih baz.
Poleg podpore smo v prejšnjih poglavjih omenili prednost brezplačnega nadgrajevanja
različic. Pri izdelavi novih različic sodelujejo tako uporabniki programskih orodij kot razvijalci.
»Na trgu« odprtokodnih objektno-relacijskih sistemov za upravljanje s podatkovno bazo ali
ORDBMS (Object – Relational Database Management System) obstaja več različnih
odprtokodnih izbir, med katerimi spadata v sam vrh PostgreSQL in MySQL. V starejših
različicah je PostgreSQL ponujal zmogljivejše funkcionalnosti od MySQL-a, ta pa je bil
hitrejši v izvajanju. Danes sta oba ORDBMS-a tako napredovala, zato je težko reči, da kateri
med njima zaostaja.7.
Obstajajo seveda tudi plačljive verzije sistemov ORDBMS. Med njimi so najbolj uspešni
Oracle, Microsoft SQL Server in IBM DB2, ki pa jim kljub nekaterim dodatnim ugodnostim, ki
jih ponujajo, v veliki meri konkurirajo odprtokodni sistemi.
V začetku razvoja IS-a se je potrebno odločiti za eno od možnosti izdelave podatkovne baze.
Izbira je odvisna od politike podjetja, od zahtevnosti projekta in od mnogih drugih dejavnikov.
V podjetju Atei d. o. o. se je vodstvo informatike odločilo za uporabo ORDBMS-a
PostgreSQL (Slika 15).
Slika 15: Logotip objektno-relacijskega sistema za upravljanje s podatkovno bazo PostgreSQL
7 Podrobnejšo primerjavo med PostgreSQL in MySQL lahko preberete v spletnem viru [32].
39
4.3.1. PostgreSQL (Postgres)
PostgreSQL, pogosto tudi Postgres, je odprtokodni objektno-relacijski sistem za upravljanje
podatkovnih baz (ang. ORDBMS). Aktivno razvijanje arhitekture sistema traja že več kot 15
let, v tem času pa je pridobil na slovesu kot sistem, ki je zanesljiv in zagotavlja integriteto ter
pravilnost podatkov. PostgreSQL deluje na vseh glavnih operacijskih sistemih, kot so Linux,
UNIX (AIX, BSD, HP-UX, SGI IRIX, Mac OS X, Solaris, Tru64) in Windows. Poleg vseh
lastnosti, ki jih določa ACID8, omogoča tudi uporabo tujih ključev, združevanje podatkov
(join), poglede (views), sprožilce (triggers) in shranjene procedure v različnih jezikih.
Vključuje večino podatkovnih tipov standarda ANSI SQL:2008, vključujoč INTEGER,
NUMERIC, BOOLEAN, CHAR, VARCHAR, DATE, INTERVAL in TIMESTAMP. Prav tako
omogoča shranjevanje velikih binarnih datotek, kot so slike, zvoki ali videoposnetki. Vsebuje
uporabniške vmesnike za različne programske jezike, kot so C/C++, Java, .NET, Perl,
Python, Ruby, Tcl, ODBC in druge. [11]
Podatkovna baza DEM-a ima preko 100 shranjenih procedur za pridobivanje in obdelavo
podatkov za potrebe EIS-a. Podatki se nahajajo v približno 200 namenskih entitetah (tabel),
ki so med seboj povezane v veliki entitetno-relacijski (ER) diagram. Količina shranjenih
podatkov je približno 70 MB in se povečuje iz dneva v dan. Večjo količino podatkov
predstavljajo računi, ker je EIS zasnovan na viru podatkov, ki izhajajo iz prejetih računov za
energijo. Računi vključujejo vse pomembnejše gradnike računa s postavkami vred in so
praviloma na mesečnem nivoju. V primeru podatkov, ki bi jih pridobili iz merilnikov v 15-
minutnem intervalu, bi bila velikost podatkovne baze znatno večja, vendar še obvladljiva. Več
o izbiri optimalnega časovnega intervala smo pisali v poglavju 3.2.
Za razvoj in upravljanje podatkovne baze potrebujemo tudi uporabniški vmesnik. Obstaja več
plačljivih in odprtokodnih rešitev. Osnovni vmesnik, ki deluje preko ukazne vrstice, je
program psql. Mi smo uporabljali odprtokodni grafični vmesnik pgAdmin.
PgAdmin
PgAdmin je najbolj priljubljena odprtokodna platforma za uporabo PostgreSQL, ki ponuja
bogat nabor funkcij dobrega vmesnika za upravljanje s podatkovno bazo. Aplikacija se lahko
uporablja za večino operacijskih sistemov, kot so Linux, FreeBSD, MacOSX, Solaris in vse
verzije Windows-a, podpira pa tudi vse verzije PostgreSQL 7.3 in več.
PgAdmin je zasnovan tako, da odgovarja na vse zahteve uporabnikov za pisanje osnovnih
poizvedb SQL do razvoja kompleksnejši podatkovnih baz. Grafični vmesnik podpira vse
funkcije PostgreSQL in omogoča enostavno upravljanje. Vključuje tudi napreden urejevalnik,
ki poudarja smiselno povezljivo sintakso, urejevalnik za kodo na strani strežnika, načrtovanje
opravil po urniku in še mnogo več.
Razvija ga skupnost strokovnjakov PostgreSQL iz vsega sveta in je na voljo v jezikih
različnih držav. Je brezplačna programska oprema, izdana pod licenco PostgreSQL.
8 V računalništvu ACID pomeni nabor lastnosti, ki zagotavljajo zanesljivo procesiranje podatkovnih transakcij. Za več informacij obiščite spletni vir [21].
40
4.3.2. Entitetno-relacijski model
Pri načrtovanju podatkovne baze je smiselno uporabljati orodja za risanje entitetno-relacijskih
(ER) diagramov, saj le-ti omogočajo večji vpogled v celotno sliko povezanosti tabel
podatkovne baze.
Model ER zagotavlja sistematično predstavitev entitet in relacij, ki dopolnjujejo filozofski
pogled na entitete, relacije in omejitve, s ciljem zajeti vse neločljive pomene posamezne
aplikacije. Najpomembnejši prispevek modela ER predstavlja diagramska tehnika, ki na
jedrnat in opisen način predstavlja aplikacijo. Diagram ER predstavlja komunikacijsko orodje
za oblikovanje podatkovne baze, zagotavlja notacijo za dokumentiranje oblikovanja PB in s
tem predstavitev najpomembnejših lastnosti le-te. [37]
V fazi razvoja smo za načrtovanje modela ER uporabljali aplikacijo MicroOLAP Database
Designer.
MicroOLAP Database Designer for PostgreSQL
MicroOLAP-ovo orodje za načrtovanje podatkovnih baz v PostgreSQL je enostavno CASE9
orodje z intuitivnim grafičnim vmesnikom za izdelavo ih struktur. Vmesnik nam omogoča
kompleten pregled nad tabelami podatkovne baze, vsemi medsebojnimi povezavami tabel,
shranjenimi procedurami in ostalimi objekti. Orodje omogoča tudi povezavo s fizično bazo,
kar omogoča neposredno generiranje in modificiranje fizične podatkovne baze. Orodje iz
vsake spremembe podatkovnega modela generira kodo, ki jo lahko izvedemo za spremembo
fizične podatkovne baze.
Urejen model ER podatkovne baze DEM-a obsega v natisnjeni obliki mrežo 5 x 5 A4 listov.
Pomanjšana verzija, pridobljena s pomočjo »reverse engineeringa« pa je vidna na Slika 16.
»Reverse engeneering« predstavlja avtomatsko izdelavo modela ER iz shranjene
podatkovne baze. Obstaja veliko orodij, s pomočjo katerih lahko iz podatkovnega modela
baze dobimo model ER.
Slika 16: Entitetno-relacijski diagram DEM-a
9 Več o aplikacijah CASE si lahko preberete v viru [10].
41
4.4. Arhitektura MVC
Model – View – Controller ali MVC je programska arhitektura, ki se že dolgo uporablja pri
izdelavi kompleksnejših aplikacij, pri katerih upravičeno pričakujemo posodabljanje
uporabniških vmesnikov ali celo uporabo več vmesnikov hkrati. Namen arhitekture je
ločevanje programske logike od uporabniškega vmesnika in podatkovnega modela, kar
zagotavlja neodvisen razvoj in testiranje določenega dela aplikacije.
Pri razvoju večjega informacijskega sistema se slej kot prej pojavi potreba po ponovni
uporabi istih delov programske kode in uporabi različnih odjemalcev (spletni brskalniki,
pametni telefoni, namizne aplikacije, ...). Da bi se izognili kopiranju (»copy-paste«) in s tem
oteženemu vzdrževanju programske kode, je smiselno kodo združevati v razrede, ki so
logično zaokroženi. Medtem ko grafični del uporabniških vmesnikov težje združujemo, lahko
poslovno/programsko logiko smiselno združujemo v razrede, ki poskrbijo za obdelavo vseh
iskanih podatkov, ki jih je zahteval odjemalec.
Po sami definiciji arhitekture MVC je ta sestavljena iz treh delov:
1. Model: služi prikazu in delu s podatki oziroma predstavlja podatke, ki jih koristimo v
aplikaciji v obliki objektov.
2. View: služi predstavljanju informacij končnim uporabnikom.
3. Controller: glavna komponenta predstavlja povezavo med prvim in drugim delom
(model in view) ter vključuje vso programsko logiko.
Arhitekturo MVC ne smemo zamenjevati s 3-nivojsko ali n-nivojsko arhitekturo. Topologija
MVC je trikotna (Slika 17), medtem ko je tri-nivojska arhitektura linearna (Slika 18). Bistvena
razlika je v tem, da pri večnivojski arhitekturi klient nikoli ne komunicira neposredno s
podatki, kontrolor pa je zadolžen za sprejemanje vhodnih ukazov (preko miške ali
tipkovnice), ki jih nato preoblikuje v zahteve (HTTP GET in POST) in jih pošlje naprej do
podatkovnega nivoja ali serverja, kjer se nahajajo poslovna logika in podatki.
V samem začetku razvoja DEM-a smo uporabljali 2-nivojsko arhitekturo, ki ni bila primerna
zaradi prevelikega števila zahtev uporabnikov; prenašale so se prevelike količine podatkov
preko mreže, ki so se obdelale na računalniku, kjer je bila nameščena aplikacija. Počasno
delovanje nas je primoralo v spremembo arhitekture. Najprej smo se lotili implementacije
MVC-ja, kasneje v novi različici DEM-a, ki je še v beta verziji, pa smo informacijski sistem
preoblikovali tako, da je v popolnosti implementiran s pomočjo 3-nivojske arhitekture. Proces
preoblikovanja je še v fazi razvoja, informacijski sistem pa je popolnoma nova različica DEM-
a z drugačnim nazivom. Vse nadaljnje analize v diplomski nalogi so izdelane v DEM-u, pri
katerem 3.nivojske arhitekture nismo uporabljali.
43
5. NORMALIZACIJA PODATKOV
Namen vsakega energetskega upravljanja je ustvarjanje boljše energetske učinkovitosti z
namenom privarčevati stroške in izboljšati kakovost poslovanja. Da bi dosegli boljšo
učinkovitost, lahko odpravimo mogoče anomalije v delovanju obstoječih sistemov ali pa
obstoječe dele energetskega sistema posodobimo, zamenjamo, popravimo. Preden pa
karkoli naredimo, potrebujemo podatke obstoječe porabe in stroškov, ki jih bomo analizirali
ter se na podlagi ugotovitev odločili za pravo investicijo.
Pri procesu analize podatkov je neizogiben proces primerjanja kazalnikov, ki smo ga opisali v
poglavju 2.2.1. Za realnejše primerjanje kazalnikov je potrebno podatke pred analizo
normalizirati. Podatke lahko normaliziramo glede na različne dejavnike, ki vplivajo na rabo
energije, kot so denimo vremenski podatki, uporabna površina stavbe, število uporabnikov
stavbe itd.
Bistvo normalizacije podatkov je minimalizirati različnost vplivnih dejavnikov in postaviti
podatke v enak okvir, ki omogoča realnejšo primerjavo podatkov. Če želimo primerjati dve
stavbi in ugotoviti, katera je energetsko bolj učinkovita, lahko na primer primerjamo njihove
kazalce kWh/dan, kWh/uporabnika, kWh/m2, kWh/stopinjski dan itd.
Normalizacija podatkov pomeni tudi, da so vsi podatki različnih virov energije shranjeni v
enakem časovnem intervalu. Vsi viri podatkov ne zagotavljajo vedno enakega časovnega
intervala. Če so naš vir podatkov računi, potem se pogosto dogaja, da obdobje zaračunane
storitve ni od prvega do zadnjega dne v mesecu in jih ne moremo vzeti kot verodostojne
podatke za en mesec. V takšnih primerih je potrebno podatke razdeliti na dnevni nivo in jih
prikazati v pravem mesecu. Kaj pa, če nam v nekaterih dneh manjkajo podatki? Bodisi smo
izgubili račun bodisi je bila okvara v merilniku ali pa so odpovedale nekatere naprave in je
bila posledično poraba znatno zmanjšana. Namen normalizacije je tudi nadomestiti
manjkajoče podatke z nekimi predvidenimi vrednostmi, ki jih lahko izračunamo na podlagi
prejšnjih vzorcev oziroma s pomočjo analize linearne regresije, o čemer bomo pisali v
posebnem podpoglavju v nadaljevanju tega poglavja.
V tem poglavju bomo obravnavali normalizacijo podatkov glede na stopinjske dneve. Preden
pa nadaljujemo s samo normalizacijo, posvetimo nekaj pozornosti stopinjskim dnem. Kaj
sploh so stopinjski dnevi in zakaj so uporabni?
44
5.1. Stopinjski dnevi
Obstajati dve glavni vrsti stopinjskih dni, ki sta uporabni pri analizi energetskega poslovanja.
Ti sta temperaturni primanjkljaj (angl. »heating degree days«) in temperaturni presežek
(angl. »cooling degree days«). Izračun obeh vrst je zelo podoben, razlikujeta se le v bazni
temperaturi.
Stopinjski dnevi predstavljajo razliko med zunanjo temperaturo in bazno temperaturo v
določenem obdobju oziroma za koliko stopinj (°C) in kako dolgo (dan) je zunanja
temperatura presegala ali bila pod neko bazno temperaturo. Uporabljajo se za predvidevanje
rabe energije za namene ogrevanja ali hlajenja. [31]
Temperaturni primanjkljaj za ogrevanje je pokazatelj »intenzivnosti zime« in posledično
potreb po ogrevanju, zato se uporablja za klimatsko korekcijo pri izračunu porabe energije za
ogrevanje v stavbah. [22]
Ugotavljanje porabe energije za ogrevalne sisteme je dosti bolj komplicirano od ugotavljanja
porabe energije televizorjev, računalnikov in podobnega. Ogrevalnega sistema ne moremo
kar tako vključiti v merilnik porabe električne energije in ugotoviti, koliko energije porabi na
eno uro, saj se poraba energije za ogrevanje spreminja v skladu s temperaturnimi
razmerami. Hladnejša kot je temperatura zunaj, več energije je potrebne za ogrevanje stavbe
oziroma toplejše kot je zunaj, več energije je potrebne za hlajenje stavbe do določene
temperature.
Če živite v Osrednji Afriki, je tam najverjetneje dovolj toplo, da ne potrebujete dodatnega
ogrevanja. Če živite v Ljubljani, potrebujete ogrevanje pozimi. Če živite na severnem polu,
potem boste najverjetneje želeli celoletno ogrevanje.
Zunanja temperatura se ne spreminja zgolj glede na lokacijo, kjer se nahajamo, ampak se
spreminja vedno, ne glede na to, kje smo. Navadno so noči hladnejše od dni, vsak
dan/teden/mesec/leto pa je navadno toplejši/-e ali hladnejši/-e od prejšnjega
dneva/tedna/meseca/leta.
Glede na lokacijo, kjer se nahajate, in glede na čas se bo vaša raba toplotne energije
spreminjala v skladu s spremembami vremena, če želite vzdrževati neko minimalno ali bazno
temperaturo znotraj stavbe.
Stopinjski dnevi predstavljajo enostaven način, kako ovrednotiti odvisnost rabe toplotne
energije od vremenskih vplivov in temperaturnih sprememb. Za boljše razumevanje bom
predstavil preprost primer.
Primer10:
V veliki poslovni stavbi je zaposlen Janez, ki je energetski upravitelj in je trenutno pod velikim
stresom zaradi pritiska, ki ga nanj izvaja lastnik stavbe. Lastnik je opazil, da se stroški
porabljene energije povečujejo, in se je odločil, da bi jih bilo dobro oziroma se le-ti morajo
zmanjšati s povečanjem energetske učinkovitosti. Lastnik, ki je »človek številk«, se ni veliko
10 Delno povzeto po viru [31].
45
pozanimal o tem, kako doseči večjo energetsko učinkovitost, vseeno pa izvaja določen pritisk
na upravljavca Janeza, ki mora to zagotoviti.
Torej, v začetku leta 2011 Janez porabi velik del proračuna, ki ga vloži v izboljšanje izolacije
stavbe. V tem času je bil Janez prepričan, da bi obnova izolacije stavbe prihranila velik delež
porabljene energije in bi se investicija v kratkem času povrnila, v kar je prepričal tudi lastnika,
ki se je odločil za investicijo.
Leto kasneje lastnik z resnim obrazom pride do Janeza in ga vpraša:
»Janez, kdo je odgovoren za delo, ki sem ti ga zaupal? Rad bi videl neke trdne
dokaze, da denar, ki smo ga težko zaslužili, ni bil porabljen v prazno in da ni pristal v
napačnih žepih!«
Janez postane ves prepoten in rdeč v obraz, pa ne zato, ker je v pisarni preveč vroče, ampak
zato, ker je pred kratkim naredil seštevek porabljene energije in je zaskrbljen zaradi tega, kar
vidi:
Porabljena energija za ogrevanje v letu 2010: 452.976 kWh
Porabljena energija za ogrevanje v letu 2011: 445.241 kWh
Prihranek v porabljeni energiji je sicer obstajal, vendar je Janez pričakoval večji napredek.
Glede na porabljena sredstva je pravzaprav pričakoval veliko večji prihranek toplotne
energije.
Zgodilo se je ravno to, kar je Janez najmanj pričakoval. Zima v letu 2011 je bila veliko
hladnejša od zime 2010. Janez se tega zaveda in ne želi priznati, da so bila njegova
pričakovanja glede energetskega prihranka s pomočjo obnovitve izolacije precenjena. Upa,
da bo lahko lastniku dokazal, da je za majhne prihranke energije krivo vreme v letu 2011.
Janez je poskušal to pojasniti lastniku, vendar mu je ta srdito odgovoril:
»Janez, ne zafrkavaj se z menoj in mi ne mahaj pred nosom s temi neumnostmi!
Sram te bodi, si pozabil, da sem človek številk?!«
Na vso srečo se Janez ni dal tako zlahka, saj je še iz študentskih dni vedel za stopinjske dni
oziroma temperaturne primanjkljaje, ki prikazujejo, kakšna je intenzivnost vremena, in so
namenjeni ogrevanju in hlajenju – če imate 10 % več stopinjskih dni v
dnevu/tednu/mesecu/letu, potem lahko za ta dan/teden/mesec/to leto pričakujete 10 % več
porabljene energije za ogrevanje v primeru, da so vse ostale okoliščine enake.
Janez je tako pridobil podatke o stopinjskih dnevih (temperaturnem primanjkljaju) za najbližjo
vremensko postajo v stavbi in jih predstavil lastniku:
Temperaturni primanjkljaj v letu 2010: 3.32011
Temperaturni primanjkljaj v letu 2011: 4.083
Uporabimo nekaj preproste aritmetike:
kWh na stopinjski dan v letu 2010 = 452.976 / 3320 = ~136
11 Enota temperaturnega primanjkljaja je stopinjski dan. V nadaljevanju bom napisal, kako pridemo do te številke.
46
kWh na stopinjski dan v letu 2011 = 445.241 / 4.083 = ~109
Na podlagi teh dveh podatkov in procentualnega izračuna Janez ugotavlja, da je bila
energetska učinkovitost ogrevanja v letu 2011 za približno 20 % višja kot leta 2010. Lastnik
spet z nasmehom na obrazu:
»Bravo Janez, tvoj plan za obnovitev izolacije se je izkazal za uspešnega in bi moral
ustvarjati visoke prihranke še mnogo let!«
Brez razumevanja vpliva temperaturnih razlik na ogrevanje/hlajenje stavbe je zelo težko
dokazati energetsko učinkovitost stavbe in prepričati investitorje v uspešnost investicije.
Velikokrat se zgodi, da so za dodatne stroške in dodatno porabljeno energijo krivi ravno
vremenski vplivi. Mnogi energetski upravljavci se soočajo s podobnimi težavami, ko morajo
dokazati učinkovitost pri svojem delu. Da bi prepričali potencialne investitorje v donosnost
njihove investicije, morajo pri svoji oceni upoštevati različne okoliščine, ki vplivajo na rabo
energije.
V prejšnjih poglavjih smo govorili tudi o energetskih kazalnikih. Porabljena energija (kWh) na
stopinjski dan predstavlja enega izmed energetskih kazalnikov, ki upošteva spremembe
zunanje temperature. Upoštevanje vremenskih sprememb pri izračunu kazalnikov predstavlja
proces normalizacije podatkov oziroma predstavitev podatkov v istih okoliščinah oziroma na
istem skupnem imenovalcu.
Preden se posvetimo izračunu stopinjskih dni, prikazu in analizi izračunanih podatkov, pa
poglejmo osnovne definicije pojmov, ki so dostopne na uradnih spletnih straneh Agencije
Republike Slovenije za okolje (ARSO).
47
5.1.1. Definicije
Temperaturni primanjkljaj: Temperaturni primanjkljaj v sezoni je vsota dnevnih razlik
temperature med 20 °C in zunanjo povprečno dnevno temperaturo zraka za tiste dni od 1.
julija do 30. junija, ko je povprečna dnevna temperatura nižja ali enaka 12 °C. [34]
Kurilna sezona: Trajanje kurilne sezone je �število dni med začetkom in koncem kurilne
sezone. Začetek kurilne sezone določimo tako, da poiščemo, kdaj je bila zunanja
temperatura zraka ob 21. uri prvič v drugi polovici leta tri dni zapored nižja ali enaka 12 °C.
Naslednji dan je začetek kurilne sezone. Kurilna sezona se konča takrat, ko je zunanja
temperatura ob 21. uri v treh zaporednih dneh višja od 12 °C in po tem datumu v prvi polovici
obravnavanega leta ni več treh zaporednih dni, ko bi se temperatura ponovno znižala na 12
°C ali manj. [34]
Temperaturni presežek: Temperaturni presežek je vsota dnevnih razlik med povprečno
dnevno temperaturo zraka in temperaturo praga (18 °C ali 21 °C ali 23 °C) za tiste dni, ko je
povprečna dnevna temperatura zraka višja od temperature praga. Ker definicije
temperaturnega presežka v svetu niso enotne, so navedeni podatki za prage 18 °C, 21 °C in
23 °C. [34]
Bazna temperatura: V povezavi s temperaturnim primanjkljajem je bazna temperatura stavbe
tista meja, pod katero se temperatura mora spustiti, da bi začeli z ogrevanjem stavbe. V
Sloveniji je ta meja zakonsko predvidena za območje celotne države in se koristi pri
določevanju začetka kurilne sezone. Čeprav je ta meja zakonsko predvidena, se v realnosti
bazna temperatura spreminja (nastavlja) v odvisnosti od mnogih dejavnikov, ki jih je potrebno
upoštevati, če želimo maksimalno izkoristiti nadzor nad porabo energije. Ko določamo bazno
temperaturo, moramo poleg temperature, na katero želimo notranjost stavbe ogreti/ohladiti v
odvisnosti od zunanje temperature, upoštevati tudi vplive iz notranjosti stavbe. Ogrevanju
prostorov stavbe pripomore tudi različna oprema (računalniki, štedilniki, razsvetljava, ...) in
ljudje, ki se v prostorih zadržujejo.
Vsaka stavba ima svojo bazno temperaturo, pri določevanju le-te pa sta pomembni dve
stvari:
Na kolikšno temperaturo želimo ogreti/ohladiti stavbo?
Koliko ogrevanja oddaja oprema in ljudje znotraj stavbe oziroma kolikšen je povprečni
notranji temperaturni pribitek?
Bazna temperatura stavbe v hladilni ali kurilni sezoni bo določala bazno temperaturo pri
izračunu naših stopinjskih dni.
48
5.1.2. Izračun temperaturnega primanjkljaja
Izračune letnega temperaturnega primanjkljaja za posamezne vremenske postaje v različnih
predelih Slovenije lahko najdemo na uradni strani ARSO, za podatke na mesečnem nivoju
pa moramo poskrbeti sami. Implementacija potrebne kode je zelo enostavna, saj je izračun
preprost. Enačbo za izračun temperaturnega presežka lahko vidimo spodaj:
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑛𝑖 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑛𝑗𝑘𝑙𝑗𝑎𝑗 = 20 °𝐶 − T
Kjer je:
T = povprečna dnevna temperatura, kjer velja T ≤ 12°𝐶
Temperaturni primanjkljaj je torej razlika med povprečno dnevno temperaturo in bazno
temperaturo (v Sloveniji zakonsko predvidena 20 °C), pri čemer mora biti povprečna dnevna
temperatura enaka ali manjša od 12 °C. Temperaturni primanjkljaj nam predstavlja
»intenzivnost zime«, kurilna sezona pa se začne, ko je povprečna dnevna temperatura tri dni
zapored manjša ali enaka 12 °C.
Sprememba dnevnih temperatur vpliva na količino stopinjskih dni, ki je linearno sorazmerna
s količino potrebne toplotne energije za ohranitev notranje temperature stavbe nad bazno
temperaturo, tj. 20 °C. Drugače povedano, če imamo v enem dnevu pet stopinjskih dni, v
drugem pa deset, lahko predvidevamo, da bomo v drugem dnevu porabili dvakrat več
energije za ogrevanje stavb. Še ena pomembna prednost, ki nam jo omogočajo stopinjski
dnevi je ta, da lahko stopinjske dneve med seboj seštevamo.
V realnosti lahko imamo temperaturne podatke in podatke o rabi energije v različnih časovnih
intervalih. Čar stopinjskih podatkov je, da lahko stopinjske minute, ure, dneve, tedne,
mesece ... seštevamo in jih prilagodimo obdobju meritev porabe energije. Če seštejemo
dovolj natančne podatke, lahko dobimo zelo natančno število stopinjskih dni, ki vključujejo
spremembe vremena in temperature na minimalnem intervalu. Pomembno je razumeti, da če
vzamemo povprečno temperaturo za daljše obdobje, recimo leto, potem bomo težko ugotovili
realno odvisnost porabe energije od vremena, saj povprečna letna temperatura ne pove nič o
spremembah vremena in temperatur skozi leto. Stopinjski dnevi so najbolj koristni, če se
seštevajo največ na dnevnem povprečnem temperaturnem nivoju za ciljni teden/mesec/ciljno
leto.
Na spodnjih slikah je prikazana odvisnost temperaturnega primanjkljaja in porabe energije,
namenjene v ogrevalne namene. Slika 19 prikazuje temperaturni primanjkljaj v stopinjskih
dnevih za leto 2010 za vremensko postajo v Celju. Povprečne dnevne temperaturne meritve
so pridobljene iz uradne spletne strani www.arso.gov.si, preračun v stopinjske dni pa je
izpeljan s pomočjo zgornje enačbe. Funkcija za izračun stopinjskega primanjkljaja je vidna v
prilogi B.
49
Iz zgornjega grafa je razvidno, kako mrzli so bili dnevi na vremenski postaji v Celju. Najbolj
mrzlo je bilo konec januarja, ko je povprečni dnevni temperaturni primanjkljaj znašal dobrih
28 stopinjskih dni oziroma je povprečna dnevna temperatura znašala -8 °C (20 °C - (-8°C) =
28°C). Podobna temperatura je bila ob koncu decembra 2010.
V poletnih dneh ni bilo temperaturnega primanjkljaja od konca maja do začetka septembra.
Takrat je bila povprečna dnevna temperatura pod 12 °C.
Slike so pridobljene s pomočjo vgrajene funkcije JFreeChart za izvoz grafov v slikovnem
formatu, v tem primeru formatu PNG (Portable Network Graphics). Primer klica funkcije za
izvoz grafa v formatu .png je naveden v prilogi A, kjer je podan tudi primer kreiranja črtnega
grafa v Java kodi z že pripravljenimi podatki.
Koristna funkcionalnost, ki jo omogoča JFreeChart, je tudi fokusiranje na določen del
podatkov grafa s pomočjo označevanja z miško. Oznake vrednosti na x- in y-osi se
samodejno prilagodijo glede na fokusirano območje.
Podatki v grafu so na dnevnem nivoju. Pomembno je izpostaviti, da se stopinjski dnevi za
daljše obdobje (teden, mesec, leto) seštevajo med seboj. Primer temperaturnega
primanjkljaja iste vremenske postaje na mesečnem nivoju je viden na Slika 20.
Slika 19: Temperaturni primanjkljaj na dnevnem nivoju [38]
50
Slika 20: Temperaturni primanjkljaj na mesečnem nivoju [38]
Stopinjski dnevi na mesečnem nivoju se seštevajo za vsak dan v mesecu. Iz grafa je
razvidno, da je bil v mesecu januarju temperaturni primanjkljaj najvišji in je znašal približno
675 stopinjskih dni, kar sovpada z dejstvom, da je bila v mesecu januarju povprečna
temperatura najnižja. Povprečna dnevna temperatura se je postopoma zviševala do poletnih
mesecev, temperaturni primanjkljaj pa temu primerno zmanjševal. Tako lahko vidimo, da v
poletnih mesecih ni bilo temperaturnega primanjkljaja, medtem ko se je proti koncu leta 2010
znova začel zviševati.
Na Slika 21 je prikazan graf, ki kaže podatke rabe energije za ogrevanje v letu 2010. Stavba,
na katero se nanašajo podatki, se nahaja na področju Celja, zato so vremenski podatki
relevantni za to območje. Podatki rabe so realni in so pridobljeni iz plačanih računov
anonimnega lastnika, ki uporablja DEM, v katerem je graf tudi izrisan.
51
Slika 21: Poraba toplotne energije v letu 2010 [38]
Zanimivo je, da lahko hitro ugotovimo, da se je poraba energije zviševala v bolj mrzlih dneh
in je dosegla svoj vrhunec v mesecu januarju, ko je bil tudi največji temperaturni primanjkljaj.
Lahko torej sklepamo, da je količina energije, ki je namenjena ogrevanju stavb, odvisna od
zunanje temperature. Količina porabljene energije je sorazmerna s količino stopinjskih dni.
Tako lahko vidimo, da se energija za ogrevanje stavbe ni porabljala v poletnih mesecih in je
bila najvišja v zimskih mesecih, ko je bila povprečna temperatura najnižja.
52
5.2. Normalizacija po temperaturnem primanjkljaju
Energetski upravitelji morajo vse bolj pogosto upravičevati svoj obstoj v menedžmentu.
Pogosto se jim postavljajo vprašanja kot denimo: »Koliko smo prihranili prejšnje leto?«, »Ali
se vaša priporočila že obrestujejo?«, »Glede na to, da prejšnji projekt ni privarčeval denarja,
kako lahko pričakujemo, da bo naslednji projekt uspešnejši?«
Glede na to, da energetski upravitelji upravljajo mnoge projekte energetske učinkovitosti,
nadzirajo različne energetske strategije, uvajajo nova delovna mesta za postopke delovanja
in vzdrževanja strategij, se menedžment pogosto naslanja na rezultate, ki so vidni iz prejetih
računov. Menedžment gleda na stvar z enostavnega vidika – vse se vrti okoli prejetih
računov za energijo, saj le-ti odražajo, koliko energije plačujejo. Ali nam je energetski
upravitelj privarčeval denar ali ne?
Večina energetskih upraviteljev že ima vzpostavljen sistem za spremljanje prejetih računov,
zato bi bilo potrebnih samo nekaj manjših korakov za odgovor na vprašanje, ali so
privarčevali kaj energetskih stroškov ali ne. V teoriji bi lahko enostavno primerjali račune
prejšnjega leta z računi tekočega leta. Ampak, če je stvar tako enostavna, zakaj potem pisati
posebno poglavje o tem? Pa si poglejmo, zakaj.
Spomnimo se primera iz podpoglavja 5.1, v katerem smo opisali projekt, ki ga je dobil
energetski upravitelj Janez. Janez je vložil veliko denarja v obnovo izolacije stavbe in je na ta
račun pričakoval velike prihranke, vendar se je naslednje leto izkazalo, da so prihranki
minimalni in da nikakor ne bo dosegel predvidene povračilne dobe. Ko je Janez lastniku
pokazal porabo energije v letošnjem in lanskem letu, ta ni bil nič kaj zadovoljen. Zavedal se
je, da je na količino porabljene energije v letu po izvedenih ukrepih vplivalo vreme, vendar,
kako to dopovedati lastniku stavbe, ki je »človek številk«. Lastniku je moral dopovedati, da
nižje kot so povprečne dnevne temperature, večja je poraba energije za ogrevanje stavbe in
s tem večji stroški prejetih računov.
hladnejša zima večja potreba po ogrevanju višji računi v zimskem obdobju
Z enostavnim primerjanjem lanskih in letošnjih računov ne moremo ugotoviti dejanskega
prihranka zaradi sprememb vremena, ki vplivajo na količino porabljene energije. Če se
želimo izogniti katastrofalnim kazalnikom, kot v Janezovem primeru, moramo pri primerjanju
podatkov porabe energije upoštevati enake vremenske pogoje pred in po izvedbi ukrepa.
Normalizacija po stopinjskih dnevih počne ravno to.
Energetski upravitelji se vedno bolj poslužujejo normalizacije po stopinjskih dnevih, ker želijo
dokazati učinkovitost sprejetih ukrepov pri izračunu energetskih in stroškovnih prihrankov.
Proces normalizacije ima več nazivov: vremenska normalizacija, normalizacija po stopinjskih
dnevih, uravnavanje z vremenom ali vremenska regresija.
Namesto da primerjamo lansko porabo energije z letošnjo, z normalizacijo po stopinjskih
dnevih primerjamo lansko porabo energije z energijo, ki bi jo letos porabili v enakih
vremenskih okoliščinah oziroma z enakim številom stopinjskih dni.
53
Na Slika 22 je prikazana primerjava porabe energije stavbe, ki se nahaja na območju Celja.
Zeleni stolpci prikazujejo porabo energije za ogrevanje stavbe v letu 2009, modri stolpci pa
porabo energije v letu 2010.
Slika 22: Primerjava porabe energije brez normalizacije [38]
Na grafu so prikazani podatki brez normalizacije, kar pomeni neposredno primerjanje porabe
v letu 2010 s porabo v letu 2009. Razlika med stolpcema v vsakem mesecu predstavlja
prihranek ali izgubo energije v primerjavi z istim mesecem prejšnjega leta. Iz grafa sicer
lahko vidimo presežek/primanjkljaj v primerjavi z referenčno porabo, vendar nikjer niso
upoštevane spremembe vremena in zato rezultat izračuna prihranka ni zanesljiv oziroma
verodostojen podatek.
Za izračun prihranka se uporabi formula:
prihranek = referenčna poraba – realna poraba
Po tej formuli lahko vidimo, da prihranek v mesecu januarju znaša 22.300 kWh (107.270 –
84.970), medtem ko lahko v mesecu aprilu vidimo ogromen primanjkljaj. Primanjkljaj v
mesecu aprilu znaša 22.050 kWh (35.530 – 13.480). Ker imamo v mesecu aprilu največji
primanjkljaj, analizirajmo podatke tega meseca.
Temperaturni primanjkljaj v aprilu leta 2009: 39 stopinjskih dni.
Temperaturni primanjkljaj v aprilu leta 2010: 100 stopinjskih dni.
Stopinjski dnevi v aprilu leta 2009 so znatno nižji od stopinjskih dni v aprilu leta 2010, kar
nakazuje, da je bilo v letu 2010 porabljene več energije za ogrevanje stavb. To je razvidno
tudi iz Slika 22, ki kaže, da je stavba aprila 2010 porabila veliko več energije kot v enakem
54
obdobju leta 2009. Zato je potrebno pred izračunom dejanskega prihranka bazno obdobje
normalizirati in se vprašati, koliko energije bi v baznem obdobju porabili, če bi vremenske
razmere bile podobne tistim v letu 2010.
Preden razložimo postopek, kako bomo izračunali prihranek iz normaliziranih vrednosti, si
poglejmo Slika 23, ki prikazuje normalizirano porabo baznega obdobja oziroma kakšne bi
bile bazne vrednosti, če bi upoštevali vremenske spremembe (stopinjske dni) v tekočem letu
2010.
Slika 23: Primerjava dejanske in normalizirane porabe [38]
Pri izbiri baznega obdobja je zelo pomembno, da si izberemo obdobje, v katerem ni bilo
večjih sprememb ali izrednih okoliščin, kot so zamenjava opreme, ki znatno vpliva na porabo
energije, ali nedelovanje opreme zaradi izrednih vremenskih ali delovnih razmer ipd. DEM je
programiran tako, da za bazno obdobje vzame zadnjih 12 mesecev pred obdobjem, ki ga
analiziramo. V tem primeru je to celotno leto 2009, saj je opazovano obdobje od začetka
januarja 2010 do konca decembra 2010. V nekih drugih modulih DEM-a, kjer se uporabljajo
naprednejše simulacije in analize, lahko bazno obdobje priredimo z ročnim nastavljanjem
vrednosti in ga shranimo pod določenim imenom, ki ga kasneje uporabimo pri različnih
simulacijah.
Iz prikazanih grafov je očitna razlika v prihranku pred in po normalizaciji v aprilu 2010. Od
prvotnega primanjkljaja 22.050 kWh smo dobili primanjkljaj v višini 965,9 kWh, kar pa ni
zanemarljivo. Torej, kako smo prišli do normalizirane vrednosti in normaliziranega prihranka?
Za bazno obdobje smo najprej izračunali porabo v kWh na stopinjski dan, kar pomeni, da
smo količino porabljene energije delili z višino temperaturnega primanjkljaja v baznem
obdobju po formuli:
𝐹𝑥 = 𝑃
𝑆
55
Kjer je:
Fx = kazalnik, ki predstavlja razmerje med količino porabljene energije na
stopinjski dan,
P = količina porabljene energije,
S = število stopinjskih dni.
Ko imamo izračunan kazalnik, ki predstavlja razmerje med porabljeno energijo in stopinjskimi
dnevi za bazno obdobje, lahko ta faktor postavimo v različne vremenske okoliščine, tako da
faktor pomnožimo s stopinjskimi dnevi v enakem ciljnem obdobju (april katerega koli leta). To
pomeni, da bomo za izračun normalizirane porabe v aprilu leta 2010 pomnožili izračunani
bazni faktor za april s stopinjskimi dnevi aprila 2010 in s tem dobili pričakovano porabo
energije v aprilu 2010, če bi na količino energije vplivale samo temperaturne spremembe.
Zato je tudi zelo pomembno izbrati »dobro« bazno obdobje, v katerem na rabo energije niso
vplivali ekstremni dejavniki, kot so zamenjava opreme ali izredne delovne razmere.
Poglejmo si postopek izračuna normaliziranega prihranka s številkami za obdobje 2010/04:
1. Izračun baznega kazalnika za mesec april: bazno porabo energije delimo s
stopinjskimi dnevi v aprilu 2009.
𝐹4 = 13480 𝑘𝑊ℎ
39 𝑠𝑑= 345,641 𝑘𝑊ℎ
𝑠𝑑⁄
2. Izračun normalizirane porabe za mesec april 2010: pomnožimo faktor s
temperaturnim primanjkljajem v aprilu 2010.
𝐹′𝑥 = 345,64 𝑘𝑊ℎ𝑠𝑑⁄ × 100 𝑠𝑑 = 34.564,1 𝑘𝑊ℎ
3. Izračun prihranka energije za april 2010: od energije, ki bi jo porabili v letu 2010
(normalizirane porabe), odštejemo dejansko porabo v letu 2010.
Prihranek = 34.564,1 kWh − 35530 kWh = −965,9 kWh
Kot vidimo, postopek izračuna normalizirane porabe po temperaturnem primanjkljaju ni
zahteven. Seveda pa lahko izračun normalizirane porabe razširimo tako, da v enačbo
vključimo tudi ostale faktorje, ki vplivajo na količino porabljene energije. V literaturi lahko
najdemo različne metodologije normaliziranja podatkov, zgoraj opisano metodologijo pa
uporablja DEM v svojih prvih različicah. V fazi razvoja je že nova verzija EIS-a, ki za izračun
baznih faktorjev uporablja linearno regresijo12. Z linearno regresijo odstranjujemo ekstremne
okoliščine, ki so vplivale na rabo energije, in s pomočjo povprečnih vrednosti izpeljemo
enačbo, s katero izrazimo odvisnost porabljene energije od stopinjskih dni. Obstaja veliko
literature s podrobnimi opisi metodologije linearne regresije. Slika 24 prikazuje graf, do
katerega pridemo s pomočjo linearne regresije. Na grafu je vidna enačba, ki predstavlja
odvisnost porabljene energije od stopinjskih dni.
12 Podrobnosti o metodologiji linearne regresije lahko preberete v virih [23], [4 – str. 329] in v 33. poglavju vira [5].
56
Slika 24: Linearna regresija podatkov rabe energije in temperaturnega primanjkljaja s pripadajočo enačbo
Na osi X se nahaja temperaturni primanjkljaj v stopinjskih dnevih (HDD – Heating Degree
Days). Os Y predstavlja količino porabljene energije za ogrevanje v kWh. Enačba predstavlja
idealno premico, ki predstavlja odvisnost porabe energije od višine temperaturnega
primanjkljaja. R2 predstavlja, kako dober približek je premica v korelaciji z realnimi podatki,
izraženimi s točkami. Bližje kot je R2 številu 1, boljša je korelacija podatkov.
Temperature nihajo iz dneva v dan, kot tudi iz leta v leto. Zaradi takšnih okoliščin je težko
ugotoviti razlog podražitve stroškov porabe energije, saj so le-ti posledica bodisi
temperaturnih nihanj bodisi strategije energetskega upravljanja ali kombinacije teh
dejavnikov. Če želimo na osnovi računov ugotoviti prihranek, ki nam ga je ustvaril nek
energetski ukrep, je pred izračunom prihranka zelo pomembno odstraniti vpliv vremena na
višino porabe. To storimo z normalizacijo po stopinjskih dnevih, kot smo opisali v tem
poglavju. Za primerjavo različnih vrst stavb lahko uporabimo tudi normalizacijo po drugih
dodatnih faktorjih na podoben način. Podatke lahko normaliziramo tudi po zasedenosti
prostorov ali obsegu proizvodnje. Pri izračunu prihranka stroškov pa je pomembno
upoštevati tudi spremembe cen energentov in to upoštevati pri izračunu prihranka.
Spremembe cen lahko pri izračunu prihranka stroškov povzročijo odstopanja od realnega
prihranka, sploh pri večjih količinah porabljene energije.
57
6. FAKTOR OBREMENJENOSTI
Faktor obremenjenosti ali faktor obremenitve predstavlja razmerje med skupno porabljeno
energijo v nekem obdobju in največjo možno porabo v enakem obdobju glede na zaračunano
odjemno moč (obračunska moč). Faktor obremenjenosti je izražen kot decimalno število, ki
je manjše od 1 in večje od 0, kjer velja, da višji kot je faktor, boljši je izkoristek zaračunane
odjemne moči. Lahko ga izrazimo tudi v odstotkih, pri čemer dobljeno decimalno število
pomnožimo s številom 100. Vse, kar potrebujemo za izračun faktorja obremenjenosti, se
nahaja na prejetem računu za električno energijo, izračuna pa se po sledeči formuli:
𝐿 = 𝐷
𝑃𝑚𝑎𝑥×𝑡
Kjer velja:
L – faktor obremenjenosti je število med 0 in 1,
D – porabljena energija v izbranem obdobju,
Pmax – obračunska moč,
t – obdobje, za katero imamo podatek porabljene energije.
Elementa za obračunavanje dobavljene električne energije odjemalcem sta: [36]
obračunska moč, ki se ugotavlja z omejevalci moči oziroma z vrednostjo obračunskih
varovalk,
prevzeta delovna energija, ki se ugotavlja z merjenjem.
Za razumevanje faktorja obremenjenosti je bistvenega pomena razumeti način, kako se
določa obračunska moč. V gospodinjstvih je le-ta določena z velikostjo obračunskih varovalk,
ki so nameščene na odjemnem mestu. Varovalke gospodinjskega odjema se delijo v tri
tarifne skupine, ki določajo tudi obračunsko moč. Tarifne skupine gospodinjskega odjema so
[36]:
I. V I. skupino gospodinjskega odjema se uvrščajo odjemalci gospodinjskega odjema z
omejevalci moči 3 kW oziroma pri obstoječih električnih inštalacijah z nazivno močjo
obračunskih varovalk do vključno 1 × 16A in 1 × 20A.
II. V II. tarifno skupino gospodinjskega odjema se uvrščajo odjemalci gospodinjskega
odjema z omejevalci moči 7 kW oziroma pri obstoječih električnih inštalacijah z
nazivno močjo obračunskih varovalk 1 × 25A, 1 × 35A, 3 × 16A in 3 × 20A.
III. V III. tarifno stopnjo gospodinjskega odjema se uvrščajo odjemalci gospodinjskega
odjema z omejevalci moči 10 kW oziroma pri obstoječih električnih inštalacijah z
nazivno močjo obračunskih varovalk 3 × 25A.
V katero tarifno skupino spada gospodinjstvo je odvisno od nameščenih naprav in opreme v
električnem omrežju gospodinjstva. Večja kot je skupna moč naprav, večjo zmogljivost mora
imeti odjemno mesto, na katerega so priključene naprave. Najvišjo moč, ki jo omrežje v
nekem obdobju dobavi, imenujemo konična moč (angl. »Peak load«). Poglejmo si enostaven
primer:
58
»Uporabnik 1 odvzema iz sistema moč 1000 kW in to 24 ur dnevno, uporabnik 2 pa odvzema
moč 2000 kW in to samo 12 ur dnevno. Poraba energije je v obeh primerih enaka, 24 MWh
(predpostavimo enake izkoristke, ...). Toda oprema distributerja (transformatorji, vodniki, ...),
da dobavi energijo uporabniku 2, mora imeti v drugem primeru kar dvakratno zmogljivost. To
pa seveda stane. Distributer to dejstvo upošteva v računu za električno energijo z dodatkom
za konično moč. Distribucijski sistem prenese kratkotrajne preobremenitve, zato se za
izračun konične moči upošteva nek razumen daljši interval (v SLO je to navadno 15 min).«
[33].
V industrijskih obratih ali večjih objektih je konična moč odvisna tudi od drugih dejavnikov.
Predpostavimo, da uslužbenci v neki javni ustanovi zjutraj ob prihodu v službo vsi hkrati
vključijo klimatske naprave in jih nastavijo na minimalno ciljno temperaturo. Konična moč bo
v tem primeru silovito narasla. Ali če se v nekem industrijskem obratu istočasno zaženejo
vse naprave za proizvodnjo. Konična moč tudi v tem primeru silovito naraste, špica pa določi
višino obračunske moči, po kateri nam ponudnik zaračuna dobavljeno energijo.
Razumljivo je pričakovati, da oprema v obračunskem obdobju (1 mesec) ne bo delovala
vedno z maksimalno odjemno močjo, ampak bo le-ta primerno razporejena. Če bi oprema
delovala v celotnem obračunskem obdobju neprekinjeno z maksimalno močjo, potem bi bil
faktor obremenjenosti enak 1, kar pa je malo verjetno in se skoraj nikoli ne zgodi.
Torej, višji kot je faktor obremenjenosti, večji je izkoristek zmogljivosti električne omrežja. V
nadaljevanju si bomo pogledali izračun faktorja obremenjenosti na realnih podatkih
anonimne stavbe.
59
6.1. Izračun faktorja obremenjenosti
Poglejmo si izračun faktorja obremenjenosti na realnih podatkih srednje šole za leto 2010.
Srednja šola bo ostala neimenovana zaradi zaščite osebnih podatkov, vsi potrebni podatki za
izračun faktorja obremenjenosti pa so pridobljeni iz EIS-a DEM, ki je v lasti podjetja Atei d. o.
o.
Na Slika 25 je prikazana poraba električne energije omenjene stavbe na enem stroškovnem
mestu za leto 2010.
Slika 25: Poraba električne energije v letu 2010 za izbrano odjemno mesto. [38]
Iz grafa na Slika 25 je razvidna poraba električne energije anonimne srednje šole. V poletnih
mesecih, torej v času počitnic, se lepo vidi zmanjšana poraba električne energije zaradi
odsotnosti dijakov. V tem času bi morala biti manjša tudi odjemna moč in višji faktor
obremenjenosti, saj je v tem času manj anomalij, kot so hkratno prižiganje naprav in
podobno.
Na Slika 26 je prikazana višina odjemne moči [kW] v letu 2010 s pripadajočimi stroški
odjemne moči [€].
60
Slika 26: Višina odjemne moči s pripadajočimi stroški za leto 2010 [38]
Kot pričakovano lahko na grafu vidimo znatno zmanjšano odjemno moč v poletnih mesecih,
ko je v srednji šoli čas počitnic. Črta, ki je narisana nad stolpci odjemne moči, prikazuje
gibanje stroškov odjemne moči v letu 2010.
Na podlagi podatkov iz zgornjih grafov lahko izračunamo faktor obremenjenosti po formuli, ki
smo jo zapisali v začetku poglavja. V prilogi C je podana koda Java, ki smo jo zapisali za
izračun faktorja obremenjenosti po posameznih mesecih. Rezultat je prikazan na grafu na
Slika 27.
61
Slika 27: Faktor obremenjenosti za leto 2010 [38]
Zgornji graf prikazuje faktor obremenjenosti, ki je izražen v odstotkih. Kot pričakovano je
faktor najvišji v mesecih, ko so dijaki na počitnicah. Najvišji je v mesecu juliju, ko se povzpne
na približno 40 %. Iz grafa lahko razberemo tudi, da se faktor obremenjenosti znižuje, bližje
kot smo poletnim mesecem. To je lahko posledica neučinkovite rabe energije, za
podrobnejšo analizo pa bi bilo potrebno preučiti navade uporabnikov in učinkovitost naprav,
za kar so navadno zadolženi energetski upravitelji. Vsekakor se bolj ko se bližamo poletju
dogajajo čudne stvari , kar bi bilo vredno dodatno raziskati.
Preverimo pravilnost izračunanih podatkov z uporabo zgornje formule. Vsi potrebni podatki
so na prejetih računih in so prikazani na zgornjih grafih:
D = 18.527 kWh
Pmax = 73 kW
t = 31 * 24 h = 744 h (mesec januar ima 31 dni, vsak dan pa 24 h)
𝐿 = 18.527 𝑘𝑊ℎ
73kW × 744ℎ≅ 0,3411
Če faktor pomnožimo s 100, dobimo faktor obremenjenosti izražen v odstotkih, tj. približno
34 %.
Naredimo še izračun za mesec julij:
D = 4.508 kWh
62
Pmax = 15 kW
t = 31 * 24 h = 744 h
𝐿 = 4.508 𝑘𝑊ℎ
15 kW × 744 ℎ≅ 0,4039
Če faktor pomnožimo s 100, dobimo približno 40 %, kar je tudi razvidno iz priloženega grafa
na Slika 27.
V prilogi D, ki je na voljo na zadnjih straneh diplomske naloge, je poleg kode Java za izračun
faktorja obremenjenosti priložen tudi račun za mesec januar leta 2010. Vsi računi DEM-a se
vnašajo ročno, za kar skrbijo uporabniki sami.
63
7. ZAKLJUČEK
V diplomski nalogi smo poskušali predstaviti osnovne značilnosti informacijskih sistemov za
upravljanje z energijo. Prvenstveno je cilj takšnega informacijskega sistema povečati
energetsko učinkovitost in s tem prihraniti stroške. Predstavili smo različne možnosti za
pridobivanje podatkov, ki se uporabljajo v EIS-u, in podrobneje opisali načelo, ki se uporablja
v svetu menedžmenta, tj. »if you don't measure it, you can't manage it«. To načelo je
bistvenega pomena za vsak informacijski sistem, čigar namen je nadzor in upravljanje s
podatki.
Podatke o porabljeni energiji lahko pridobivamo na več načinov. V svetu informatike in
energetike obstaja več informacijskih sistemov, katerih vir podatkov temelji na prejetih
računih, ki jih izdajo ponudniki različnih vrst energije. Takšen način ima določene
pomanjkljivosti, ki smo jih opisali v tretjem poglavju. Drugi način pridobivanja podatkov je s
pomočjo merilnikov. Takšen pristop je veliko kompleksnejši zaradi navidez previsokih
stroškov namestitve merilnih naprav in povezovanja le-teh s podatkovno bazo
informacijskega sistema. Prav tako je potrebno imeti dobro strukturirano podatkovno bazo, ki
bo lahko hitro obvladovala velike količine merjenih podatkov na čim bolj natančnem nivoju.
Strokovnjaki na energetskem področju predlagajo uvedbo 15-minutnega intervala merjenih
podatkov. Kadar imamo dostop do merjenih podatkov v realnem času, lahko zelo hitro
ugotovimo anomalije, zaradi katerih se pojavljajo energetske in stroškovne izgube. Ko
razmišljamo o merilnikih kot viru energetskih podatkov, ne smemo pozabiti, da današnji
merilniki v veliki večini omogočajo tudi neposredni nadzor nad merjeno opremo, kar
omogoča nastavljanje urnikov delovanja opreme, sporočanje okvar preko spletne pošte ali
informacijskega sistema in še mnogo več, kar s podatki iz prejetih računov ni mogoče doseči.
Naslednja pomembna stvar, ki jo mora omogočati EIS , je možnost primerjanja podatkov
oziroma primerjanje kazalnikov. Podatke porabe lahko primerjamo neposredno, vendar je
primernejše izbrati ustrezen kazalnik. Naprednejši EIS-i omogočajo pred primerjavo
kazalnikov normalizacijo podatkov. V praktičnem delu diplomske naloge smo opisali
normalizacijo podatkov po stopinjskih dnevih, ki se uporablja za odpravljanje vpliva
vremenskih sprememb na porabo energije (predvsem toplotne energije). Prav tako smo
opisali kazalnik faktorja obremenjenosti, ki se uporablja za analizo izkoristka dobavljene
električne energije. Prikazali smo celoten postopek izračuna faktorja obremenjenosti, opisali
potrebne podatke za sam izračun in analizirali pridobljen rezultat.
Možnosti za razvoj EIS-a so res ogromne in za opis vseh ali večine, je ena diplomska naloga
premalo. Bistvo diplomske naloge je predstaviti probleme, s katerimi se lahko srečujemo pri
snovanju takšnega informacijskega sistema. Z razvojem IT se razvijajo tudi EIS-o. Le-ti bodo
v prihodnosti maksimalno izkoristili možnosti spleta in prenosa podatkov ter povezovanja
preko spleta.
EIS prihodnosti bo vključeval različne vidike energetskega poslovanja, kot so stavbe in
upravljanje z njimi, upravljanje s človeškimi viri, razvoj in raziskave, upravljanje odnosov s
strankami, povezovanje z dobavitelji energije in upravljanje s financami. Vse to z nekaterimi
ključnimi energijami je prikazano na Slika 28.
65
8. VIRI IN LITERATURA
[1] Agencija Republike Slovenije za Okolje: Izpusti toplogrednih plinov. Dostopno na:
http://kazalci.arso.gov.si/?data=indicator&ind_id=396 [12.11.2012]
[2] Benchmarking na slovenski različici Wikipedije. Dostopno na:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Ben%C4%8Dmarking [12.11.2012]
[3] Capehart B. L.: Information Technology for Energy Managers: The Fairmont Press, 2004
[4] Capehart B. L., Lynne C. C., Allen P., Green D.: Web Based Enterprise Energy and
Building Automation Systems: The Fairmont Press, 2007
[5] Capehart B. L., Lynne C. C.: Web Based Energy Information and Control Systems: Case
Studies and Applications: The Fairmont Press, 2005
[6] Capehart B. L., Turner W. C., Kennedy J. W.: Guide to Energy Management, 6th Edition.
Lilburne: The Fairmont Press, 2008
[7] Center odprte kode v Sloveniji: Vse o odprti kodi. Dostopno na:
http://www.coks.si/index.php5/Vse_o_Odprti_kodi [12.11.2012]
[8] Domača spletna stran NetBeans-a. Dostopno na: http://netbeans.org/about/index.html
[12.11.2012]
[9] Energetska učinkovitost v stavbah – vpliv na rabo energije. Dostopno na:
http://www.energetska-ucinkovitost.si/energetska-ucinkovitost-v-stavbah/vpliv-na-rabo-
energije/ [12.11.2012]
[10] Informacije o CASE orodju na Wikipediji. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_software_engineering [12.11.2012]
[11] Informacije o PostgreSQL na domači spletni strani. Dostopno na:
http://www.postgresql.org/about/ [12.11.2012]
[12] Informacije o programskem jeziku Java na angleški različici Wikipedije. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/Java_(programming_language) [12.11.2012]
[13] Informacije o programskem jeziku Java na slovenski različici Wikipedije. Dostopno na:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Programski_jezik_java [12.11.2012]
[14] Informacije o protokolu BACnet na Wikipediji. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/BACnet [12.11.2012]
[15] Informacije o protokolu LonWorks na Wikipediji. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/LonWorks [12.11.2012]
[16] Java knjižnica za delo z grafi. Dostopno na: http://www.jfree.org/jfreechart/ [12.11.2012]
[17] JFreeChart na Wikipediji. Dostopno na: http://en.wikipedia.org/wiki/JFreeChart
[12.11.2012]
66
[18] Kjotski protokol na angleški različici Wikipedije. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/Kyoto_Protocol [12.11.2012]
[19] Kjotski protokol na slovenski različici Wikipedije. Dostopno na:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Kjotski_protokol [12.11.2012]
[20] Kjotski protokol. Dostopno na: http://kolednik.wordpress.com/kjotski-protokol/
[12.11.2012]
[21] Koncept, ki se uporablja pri razvoju podatkovnih baz. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/ACID [12.11.2012]
[22] Kranjčevič E., Al-Mansour F., Merše S., Visočnik P. B., Pečkaj M.: Metode za izračun
prihrankov energije pri izvajanju ukrepov za povečanje učinkovitosti rabe energije in večjo
uporabo obnovljivih virov energije: Inštitut Jožef Stefan, 2010. Dostopno na:
http://www.petrol.si/sites/www.petrol.si/files/attachment/ijs_metodologija_26_09.pdf
[12.11.2012]
[23] Stopinjski dnevi s pomočjo linearne regresije. Dostopno na:
http://www.degreedays.net/regression-analysis [12.11.2012]
[24] Makarechi, Shariar: Automation Performance Index: Georgia Institute of Technology,
2006. Dostopno na: http://smartech.gatech.edu/xmlui/handle/1853/14063 [12.11.2012]
[25] NetBeans na Wikipediji. Dostopno na: http://en.wikipedia.org/wiki/Netbeans [12.11.2012]
[26] Nizkonivojski jezik. Dostopno na: http://sl.wikipedia.org/wiki/Nizkonivojski_jezik
[12.11.2012]
[27] Odprtokodna programska oprema. Dostopno na:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Odprtokodna_programska_oprema [12.11.2012]
[28] Osnovne informacije o razvojnih gradnikih Swing. Dostopno na:
http://en.wikipedia.org/wiki/Swing_(Java) [12.11.2012]
[29] Piette M. A., Granderson J., Ghatigar G., Price P.: Energy Information Systems and
Buildings: Lawrence Berkeley National Labaratory. Dostopno na:
http://www.cee1.org/cee/mtg/01-10mtg/files/BuildingsGhatikar.pdf [12.11.2012]
[30] Podjetje Opower. Dostopno na: http://en.wikipedia.org/wiki/Opower [12.11.2012]
[31] Predstavitev stopinjskih dni. Dostopno na: http://www.degreedays.net/introduction
[12.11.2012]
[32] Primerjava MySQL in PostgreSQL. Dostopno na:
http://www.wikivs.com/wiki/MySQL_vs_PostgreSQL [12.11.2012]
[33] Smotrna raba električne energije – razlaga konične moči: Katedra za energetsko
strojništvo. Dostopno na: http://lab.fs.uni-lj.si/kes/raba_energije/re-predavanje-05.pdf
[12.11.2012]
67
[34] Temperaturni primanjkljaj in presežek ter kurilna sezona. Dostopno na:
http://meteo.arso.gov.si/uploads/probase/www/climate/table/sl/by_variable/cooling-heating-
degree-days.txt [12.11.2012]
[35] Tomšič M., Zavrl J. M.: Primerjava kazalnikov porabe energije v stavbah kot pomoč pri
energetskih odločitvah: Gradbeni inštitut ZRMK d. o. o., 2008. Dostopno na:
http://www.slovenija-co2.si/arhiv11/arhiv/aktualno/tomsic.pdf [12.11.2012]
[36] Uredba o tarifnem sistemu za prodajo električne energije: Uradni list RS, 2004.
Dostopno na: http://www.uradni-list.si/1/objava.jsp?urlid=200436&objava=1573 [12.11.2012]
[37] Welzer-Družovec T.: Informatika v medijih III. Dostopno na: http://lpt.uni-mb.si/lpt/student/im3/files/INFORMATIKA%20V%20MEDIJIH%20III.pdf [12.11.2012] [38] Aplikacija DEM, v lasti Atei d. o. o.
[39] Energetska izkaznica: http://energetskaizkaznica.si [6.12.2012]
[40] ComBox: http://www.solvera-lynx.com/?produkti/combox [6.12.2012]
68
Priloga A13
Koda Java za shranjevanje poljubnega JFreeChart-a v formatu PNG. Za delovanje kode je
potrebno prenesti knjižnico JFreeChart.
/**
* Shrani poljuben graf kot PNG sliko.
* @param destinationFile Ciljna datoteka (PNG slika).
* @param chart Graf za shraniti
* @param width širina slike.
* @param height Višina slike.
*/
protected final void outputToFileImage(JFreeChart chart, String
destinationFile, int width, int height)
{
File folder = new File(destinationFile);
try
{
ChartUtilities.saveChartAsPNG(folder, chart, width, height);
}
catch (IOException ex)
{
LOG.log(Level.SEVERE, null, ex);
}
}
/**
* Shrani sliko kot PNG sliko. Pred shranjevanjem se prikaže pogovorno okno
* za izbiro ciljne datoteke.
* @param width širina slike.
* @param height Višina slike.
*/
protected final void outputToFileImage(JFreeChart chart, int width, int
height)
{
// starš
Frame parentFrame = WindowManager.getDefault().getMainWindow();
// okno
JFileChooser fileChooser = new JFileChooser();
fileChooser.setFileSelectionMode(JFileChooser.FILES_AND_DIRECTORIES);
fileChooser.setMultiSelectionEnabled(false);
final String pngExt = "png";
FileNameExtensionFilter filter = new FileNameExtensionFilter(
"PNG slike", pngExt);
fileChooser.setFileFilter(filter);
int returnVal = fileChooser.showSaveDialog(parentFrame);
if (returnVal == JFileChooser.APPROVE_OPTION)
{
File file = fileChooser.getSelectedFile();
String fileName = file.getPath();
if (!fileName.endsWith(pngExt))
{
fileName += "." + pngExt;
}
13 Programska koda v prilogi je last podjetja Atei d. o. o.
70
Priloga B14
Spodaj je podana metoda za izračun stopinjskih dni. V metodi se uporablja razred
DataHolder. To je interni razred podjetja Atei d. o. o. in je namenjen zbiranju podatkov iz
podatkovne baze v obliki dvodimenzionalne tabele. DataHolder v metodi že vključuje
podatke o temperaturah za vsak dan določenega obdobja izbranega mesta.
private int baseDeficitTemperature = 20;
private int baseExceedTemperature = 18;
/**
* Metoda v dataHolder temperatur na dnevnem nivoju doda stolpce s
* preračunanim stopinjskim primanjkljajem in presežkom
* /
private void recalculateDegreeDays()
{
dataHolder = dataHolder.applyRowCalculator(new
DataHolderRowCalculator()
{
int dateIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("date");
int periodIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("period");
int monthIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("month");
int yearIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("year");
int degreeDayIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("degree_day");
int tempDayIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("temperature");
int weekIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("week_of_year");
int dayMonthIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("month_day");
int exceedIndex = dataHolder.getColumnIndexByName("exceed");
int yearWeekIndex =
dataHolder.getColumnIndexByName("year_and_week");
public void calculateRow(Vector<Comparable> row)
{
Date date = (Date) row.get(dateIndex);
String period = DateCommons.getPeriodFromDate(date);
row.add(periodIndex, period);
int month = DateCommons.getMonthFromPeriod(period);
row.add(monthIndex, month);
int year = DateCommons.getYearFromPeriod(period);
row.add(yearIndex, year);
Calendar cal = DateCommons.getCalendarFromDate(date);
int day = cal.get(Calendar.DAY_OF_MONTH);
String dayString = "";
String monthString = "";
dayString = day < 10 ? "0" + day : dayString + day;
monthString = month < 10 ? "0" + month : monthString + month;
row.add(dayMonthIndex, monthString + "/" + dayString);
14 Programska koda v prilogi je last podjetja Atei d. o. o.
71
BigDecimal temperature = (BigDecimal) row.get(tempDayIndex);
// Izračun primanjkljaja v primeru ko je temperatura manjša ali
// enaka 12°C
BigDecimal deficit = BigDecimal.ZERO;
if (temperature.doubleValue() <= 12)
{
deficit = BigDecimal.valueOf(baseDeficitTemperature -
temperature.doubleValue()).setScale(2, RoundingMode.HALF_UP);
}
row.add(degreeDayIndex, deficit);
// Izračun presežka, ko je temperatura višja od bazne
BigDecimal exceed = BigDecimal.ZERO;
if (temperature.doubleValue() - baseExceedTemperature > 0)
{
exceed = BigDecimal.valueOf(temperature.doubleValue() -
baseExceedTemperature).setScale(2, RoundingMode.HALF_UP);
}
row.add(exceedIndex, exceed);
// Teden v letu
int weekOfYear = cal.get(Calendar.WEEK_OF_YEAR);
String week = "";
if (weekOfYear < 10)
{
week = "0" + weekOfYear;
}
else
{
week += weekOfYear;
}
if (day > 20 && weekOfYear == 1)
{
year = year + 1;
}
row.add(weekIndex, week);
String yearAndWeek = year + "/" + week;
row.add(yearWeekIndex, yearAndWeek);
}
});
}
72
Priloga C15
Koda Java za izračun faktorja obremenjenosti.
/**
* Metoda izračuna in vrača faktor obremenjenosti na podlagi podanih
parametrov.
* @param pbsId ID stroškovnega mesta
* @param period Knjigovodsko obdobje (npr. 02/2010), za katerega računamo
faktor
* @param energyConsumption Poraba v podanem obdobju
* @param customerLoad Odjemna moč v podanem obdobju
* @return Faktor obremenjenosti
*/
public Double getActualLoadFactor(
Integer pbsId,
String period,
Double energyConsumption,
Double customerLoad)
{
int days = 0;
Calendar calPeriod = DateCommons.getCalendarFromPeriod((String)
period);
days = calPeriod.getActualMaximum(Calendar.DAY_OF_MONTH);
Double loadFactor = null;
if (customerLoad != null && energyConsumption != null && days != 0d)
{
// izračun faktorja obremenjenosti
loadFactor = (energyConsumption / (customerLoad * days * 24)) *100;
}
return loadFactor;
}
15 Programska koda v prilogi je last podjetja Atei d. o. o.
73
Priloga D
Primer poročila izdanega računa za mesec januar v letu 2010 za stavbo, za katero smo v
poglavju 6.1 izračunali faktor obremenjenosti. Račun je pridobljen iz IS-a DEM. Podrobnosti
plačnika in ponudnika storitev so skrite zaradi zaščite osebnih podatkov.