Okosmérés a vízműveknél
Az okosmérők elterjedése a vízműveknél sokáig váratott magára, de napjainkban már a technológia elérhető és az alkalmazásukra is egyre nagyobb igény mutatkozik.
A vízhálózat üzemeltetésével szemben számos, jól meghatározható hatékonysági és egyéb kritérium fogalmazható meg:
- A víz szolgáltatás folyamatosságának biztosítása.
- Energia hatékonyság (szivattyúk üzemeltetése).
- Víznyomás optimális szinten tartása a hálózatban, betartva a szabályozói előírásokat és kiszolgálni a fogyasztói igényeket (például ne legyen se túl magas, se túl alacsony állandó nyomás, vagy gyakori nyomásingadozás a fogyasztási helyeken, amely a háztartási gépek, fűtési rendszerek károsodásához vezet).
- Hálózati veszteségek minimalizálása és mérhetővé tétele a hálózat különböző szegmenseiben (DMA-k).
- A csőhálózat és a szivattyúk élettartamának meghosszabbítása, preventív karbantartás támogatása.
- A tudatos víz használat elősegítése, a fenntarthatósági célok elérése.
Ezen célok elérésben nagy szerepet kapnak az okosmérők.
Ausztrália egyik legnagyobb vízművénél 2023-ban elindított okosmérőrendszer bevezetési projekt során a regionális cég vezetője elmondta, hogy az okosmérők bevezetésének nem is a várható költség-megtakarítás a fő mozgatórugója, hiszen a hagyományos leolvasás folyamat már eddig is nagyon költséghatékonyan működött, hanem az alábbi két fő célt fogalmazta meg:
- Vízveszteség csökkentése: azaz meg kell előzni a csőtörésekből származó veszteségeket, a jogosulatlan vízhasználatot, és minél előbb fel kell ismerni, majd el kell hárítani a nehezen lokalizálható szivárgásokat – mind a közműhálózatban, mind a fogyasztóknál.
- A fogyasztók számára online hozzáférhetővé kell tenni a fogyasztási adataikat, értesíteni kell őket, ha az okosmérési rendszer segítségével víz szivárgás vagy a korábbiakhoz képest megemelkedett fogyasztás tapasztalható – ezzel segítve őket a tudatos, takarékos vízfogyasztásban, így végső soron a fenntartható környezet közös céljának elérésében.
Érdekes tény, hogy egyetlen csöpögő csap óránként 4 liter, évente 35 köbméter vizet pazarol el. Egy szivárgó vécéöblítő tartályból akár napi 600 liter víz folyhat el, ami három fürdőkád feltöltésére is elegendő lenne.
Hogyan működik az okos vízmérő?
A legfejlettebb mérőeszközök ma már mozgó alkatrész nélküli, nagy pontosságú ultrahangos méréstechnológiát használnak és akár olyan helyszínen is telepíthetők, ahol nem áll rendelkezésre áramszolgáltatás, hiszen beépített – a rendkívül alacsony fogyasztás miatt akár 15 évnyi élettartamot biztosító – akkumulátorral rendelkeznek. A vizes okosmérők a villamosmérőkhöz hasonlóan többféle vezetékes és vezetéknélküli kommunikációs megoldást (LoRaWAN, NFC, M-Bus, NB-IoT stb.) biztosítanak a mért adatok elküldésére a központi rendszer felé ütemezetten, vagy eseti távoli leolvasásokon keresztül. Amennyiben már meglévő okos villanyvagy gázóra mellé telepítik lehetőség van arra, hogy azokhoz csatlakoztatva, azok kommunikációs modulján keresztül küldje el a mérési és egyéb adatokat a központ számára. (A különböző kommunikációs technológiák bemutatása nem tárgya cikkünknek.)
A beépített ultrahangos mérési egység piezoelektromos transzduktorokat használ, amelynek adó és vevőegységei a csőben ferde szögben egymással szemben helyezkednek el.
Ellenben a cső belsejében mozgó alkatrészeket tartalmazó hagyományos mérőkkel, ezzel a mechanikai felépítéssel teljesen szabad a vízáramlás a csőben, minimális a nyomásveszteség, mindkét irányba történő áramlás nagyon pontosan mérhető, még alacsony áramlási sebesség (1 l/h DN15 átmérőjű cső, vagy 2 l/h DN20 átmérőjű cső esetén) mellett is. További előnye, hogy a vízben megtalálható apró szemcsék nem károsítják a szerkezetet, így hosszabb élettartam biztosítható, a mérésipontosság idővel sem romlik.
Fontos jellemzőjük még, hogy a mérési pontosság szinte független a csővezeték futási irányától, míg a hagyományos mechanikus, szárnykerekes mérőknél ez jelentősen befolyásolhatja a mérés pontosságát (Pontosabb mérést ad a vízszintesen futó csőre, fejjel felfelé beszerelt számlálóművel, míg kevésbé pontossat, ha függőlegesen futó csőre szerelik fel.).
Az ultrahangos technológia használatának további előnye, hogy tolerálja a különböző típusú folyadékok mérését, legyen az hideg ivóvíz, vagy akár tisztított víz („szürke víz”). Ez utóbbi egyre több országban elérhető szolgáltatás, hiszen WC-k öblítésére vagy locsolásra a tisztított víz is megfelelő, de ehhez különálló csőhálózat és mérés szükséges.
A vízfogyasztás mellett képesek mérni a külső és víz hőmérsékletet és víz nyomást is, valamint riasztást küldenek vízhiány, túlnyomás, túl magas hőmérséklet, visz irányú áramlás, fagyásveszély, vagy külső beavatkozási kísérlet esetén. Egyes készülékek akusztikus szivárgásérzékelővel is rendelkeznek, képesek meghatározni a szivárgás hozzávetőleges helyét (távolságát a mérőtől), abból az elvből kiindulva, hogy a csővezeték sérülése – például repedés – esetén a sérülés helyén keletkező zaj felismerhető, elkülöníthető a sérülésmentes csőben keletkező hangmintától. A repedés növekedésével a zaj is változik.
Mennyire pontos a mérés?
A vizes mérőeszközökre is kiterjedő MID MI–001 (Measuring Instruments Directive – 2004/22/CE) 2004-es Európai uniós irányelvben meghatározott mérési pontosság A, B és C osztályok szerint, legfeljebb rendre 2, 1 és 0,5%-os hibahatár engedélyezett. Az észak-amerikai vízműveket tömörítő társaság (AWWA) által előírt mérési pontosságnak 98,5 és 101,5%-os tartományba kell esni
A mérő pontosságát a mérőn áthaladó ismert vízmennyiség és a mérő által rögzített mennyiség összehasonlításával határozzák meg. Az átlagos súlyozott mérőpontosság a mérőórák átlagos pontossága egy adott áramlási sebességhez tartozó mérőből vett minta alapján, figyelembe véve az egyes áramlási sebességek térfogati súlyozását.
Példa metrológiai görbe, amely a különböző áramlási sebesség (l/h) mellett mutatja a mérési hibaszázalékot egy 15DN átmérőjű csővezetékre szerelt ultrahangos okosmérő esetén:
Fontos mutató még a Q3/Q1 arányszám („R”), ahol a Q3 az állandó (vagy névleges) térfogatáram mértéke (m3/h), a Q1 pedig a minimális térfogatáram mértéke (l/h) a megengedett maximális hibaszázalékon belüli mérési pontosság mellett. Ez az arány megadja a hibahatáron belüli mérési tartományt, minél magasabb, annál nagyobb tartományban képes pontos mérést végezni a mérő. A hagyományos mechanikus mérőköz képest az ultrahangos mérők jellemzően sokkal alacsonyabb Q1 értékekkel rendelkeznek, vagyis jóval érzékenyebbek, így nagyságrenddel magasabb R arányszámot produkálnak.
A szivárgások felismerése adatelemzéssel
Az okos mérők által mért fogyasztási és egyéb adatok (pl. nyomás) begyűjtésével lehetőség adódik a fogyasztási görbék adatainak automatikus elemzésére, amelyekért az úgynevezett MDM (Meter Data Management) rendszerek VEE algoritmusai felelősek. A különböző típusú fogyasztók víz felhasználási szokásai alapján profilokhoz rendelhetők és a rendszer képes a „szokásos” fogyasztási mintáktól való eltéréseket azonosítani.
A szabad szemmel sokszor nehezen azonosítható szivárgásokból adódó veszteség minimalizálásának a kulcsa a korai felismerés. Vegyünk egy konkrét példát. Az átlagos háztartási fogyasztásra jellemző, hogy az éjszakai időszakban vannak olyan időperiódusok, amikor nincs víz felhasználás, a család alszik, nincs mosdóhasználat, az éjszakai órákra ütemezett automata mosási, mosogatási programok befejeződnek, a kerti öntözőrendszer sem működik. Ilyenkor a mérőórák negyedóránkét rögzített idősoros adatai között találnunk kell egy vagy több olyan mérési pontot, amikor a fogyasztás nullával egyenlő. Ha a periodikusan, például naponta gyűjtött adatsorok gördülő ablakos elemzése talál olyan összefüggő, hosszabb időszakot, amikor annak minden adatpontjánál egy megadott szint fölötti folyamatos fogyasztást mérünk, az annak jele lehet, hogy valahol a mérőóra után a fogyasztó épületében vagy kertjében folyamatos szivárog el a víz.
Veszteségek a hálózatban
A KSH idei jelentése szerint Magyarországon az éves hálózati vízveszteség átlagosan 25 százalékos a 2017 és 2023 közötti időszakot vizsgálva. Ez pedig azt jelenti, hogy az ivóvíz negyedét nem fizeti ki senki.
Fontos cél tehát, hogy a közmű saját csőhálózatában is képes legyen azonosítani és mérni a veszteséget. Erre az úgynevezett DMA-k (District Metered Area) szolgálnak. A koncepció lényege, hogy a vízhálózatot olyan területekre kell osztani, ahol az egyes területek minden befolyási és kifolyási pontja mérhető, figyelembe véve a területen elhelyezkedő víztározókban és a csőhálózatban lévő víz mennyiségének változását is. Ehhez elengedhetetlen az okosmérőórák használata. Leegyszerűsítve, egy adott DMA adott időszakra eső összes mért – esetleg modell alapján számított – befolyó mennyiségéből kivonva az okosmérőkön keresztül mért elfogyasztott víz mennyiségét (figyelembe véve a korábban említett víztárolók víz menynyiségének változását is), megkapjuk azt a mennyiséget, amely a közmű számára valós vagy látszólagos veszteségként jelentkezik. A valós veszteség az a mennyiség, amely a csőtörések, szivárgások miatt keletkezett. Látszólagos veszteség a mérési és elszámolási hibákból, jogosulatlan fogyasztásból eredő veszteség. Minél kisebb a DMA-k mérete, annál pontosabban be lehet határolni, hogy a hálózat mely részeiben található kiugróan magas veszteség.
Összefoglalva, milyen előnyei vannak az okosmérők bevezetésének a vízművek, a lakossági és egyéb fogyasztók számára?
Közművek számára:
Javítja a gazdálkodást
- Leolvasások és a számlázási folyamatok automatizálása, amely jelenthet költségmegtakarítást a helyszíni, manuális leolvasáshoz képest, de elsősorban a pontosabb és gyorsabb számlázással segítheti a cégek gazdálkodását.
- Az MDM-rendszerben pontosabban és automatikusan kiszámíthatóvá válnak a hálózati vízveszteségek DMA szinten.
Javítja a hálózat üzemeltetetés hatékonyságát, a szolgáltatás meghízhatóságát
- Az okosmérők és a vízmű-hálózatban különböző pontjain elhelyezett szenzorok által szolgáltatott adatok alapján jobban felismerhetők a hálózati anomáliák (abnormális nyomásingadozás, túl magas, vagy alacsony állandó nyomás, víz szivárgások), tervezhetőbbé és pontosabbá válnak a karbantartási feladatok, nagyobb arányban megelőzhetők a szolgáltatás-kieséssel és víz veszteséggel járó csőtörések.
- A megfelelő nyomásszint kialakításával csökkenthető a szivattyúk energiaigénye, növelhető az élettartamuk, amely szintén jelentős költségcsökkenést eredményezhet.
Fogyasztók számára: Az okosmérők használata megfelelő ügyfélkommunikációval elősegítheti a tudatos vízhasználatot.
Szöveg: Óvári Szilárd, R&D igazgató, Sagemcom Magyarország Kft.
