ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA ENERGETSKIH PROCESOV

Transcription

1 Slađan Vasić ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA ENERGETSKIH PROCESOV Diplomsko delo Maribor, junij 2013

2 ENERGETSKA UČINKOVITOST STAVB: INFORMATIZACIJA ENERGETSKIH PROCESOV Diplomsko delo Študent: Študijski program: Slađan Vasić Visokošolski študijski program Računalništvo in informatika Smer: Mentor: Lektor(ica): Informatika dr. Bojan Novak Vera Nikić, diplomantka medjezikovnih študij angleščina (UN), diplomantka medjezikovnih študij nemščina (UN) 2

3 I

4 II

5 III

6 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. IV

7 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. I

8 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. II

9 Kazalo vsebine 1. UVOD ENERGETSKA UČINKOVITOST Definicija Energetski in ekonomski kazalniki Primerjava kazalnikov Zakonodaja Kjotski protokol ISO 50001: Sistemi za upravljanje z energijo Protokola BACnet in LonWorks ENERGETSKI INFORMACIJSKI SISTEM (EIS) Vrednost pravočasnih in točnih merjenih podatkov Optimalni časovni interval merjenih podatkov Pridobivanje podatkov Pridobivanje podatkov iz prejetih računov Sistemi za avtomatsko vodenje stavb BAS (Building Automation System) Server za pridobivanje podatkov DAS (Data Acquisition Server) ComBox UPORABLJENA TEHNOLOGIJA V PRAKTIČNEM DELU DIPLOMSKE NALOGE Odprtokodna programska oprema Java (programski jezik) Projekt NetBeans JFreeChart Podatkovna baza PostgreSQL (Postgres) Entitetno-relacijski model Arhitektura MVC NORMALIZACIJA PODATKOV Stopinjski dnevi Definicije Izračun temperaturnega primanjkljaja Normalizacija po temperaturnem primanjkljaju FAKTOR OBREMENJENOSTI Izračun faktorja obremenjenosti ZAKLJUČEK...63 III

10 8. VIRI IN LITERATURA...65 Priloga A...68 Priloga B...70 Priloga C...72 Priloga D...73 IV

11 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 Slika 14: NetBeans logotip 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 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 Slika 27: Faktor obremenjenosti za leto Slika 28: Področja, ki bi jih moral pokrivati celoviti EIS prihodnosti...64 V

12 Kazalo tabel Tabela 1: Tri faze in tehnologije, potrebne za upravljanje z energijo in povečanje energetske učinkovitosti... 7 l VI

13 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 Integrirano razvojno okolje Environment 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 VII

14 JVM Java Virtual Machine Javin virtualni stroj LAN Local Area Network Lokalno omrežje LGPL Lesser General Public Omejeno splošno dovoljenje Licence 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 Protokol za nadzor prenosa Protocol TPG / Toplogredni plini WORE Write Once Run Everywhere Zapiši enkrat, zaženi povsod VIII

15 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 1

16 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 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. 2

17 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. 3

18 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/m 2 ) 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. 4

19 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 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 P max t [1] Tu je: L faktor obremenjenosti D dejanska poraba [kwh] P max 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/m 2 ] tonco 2 : količina porabljenih emisij ogljikovega dioksida v tonah CO 2 /kwh: količina emisij na kilovatno uro porabljene energije /m 2 : stroški na kvadratni meter uporabne površine stavbe /kwh: stroški na kilovatno uro porabljene energije... 5

20 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. 6

21 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«). 7

22 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 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 je določeno kot prvo ciljno obdobje, v katerem bodo države, ki so protokol ratificirale, skušale emisije zmanjšati za najmanj 5 % v primerjavi z letom 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. 8

23 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 ( ) glede na izhodiščno leto 1986, ko so bile emisije CO 2 največje. Obveznost zmanjšanja emisij velja za TGP, in sicer CO 2, CH 4, N 2O, fluorirane ogljikovodike (HFC), perfluorirane ogljikovodike (PFC) in žveplov heksafluorid (SF 6). Za zadnje tri protokol dopušča izhodiščno leto V letu 1986 so bile emisije TGP v Sloveniji 20 milijonov ton, od tega 16 milijonov ton emisij CO 2. Slovensko povprečje znaša 7,9 ton CO 2 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 [20] Slovenija je leta 2003 zmanjšala izpuste emisij TGP le za 1,9 %. Na podlagi načrtov Evropska komisija ugotavlja, da bo Slovenija v obdobju 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] 9

24 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] 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 10

25 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 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). Opravi energetski pregled, vzpostavi izhodišče, kazalnike energetske učinkovitosti in sprejmi akcijski načrt, ki bo zagotovil povečanje energetske učinkovitosti v skladu s smernicami organizacije. Izvedi akcijski načrt energetskega upravljanj a (korektivni in preventivni ukrepi). Planiraj Izvedi Preveri Ukrepaj Spremljaj in meri procese ter ključne značilnosti operacij, ki določajo energetsko učinkovitost v skladu z energetsko politiko organizacije in poročaj o rezultatih. Sprejmi ukrepe za nenehno izboljševanje energetske učinkovitosti in sistema za upravljanje z energijo. 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 zahteva vzpostavitev formalne energetske politike, ki bo usmerjala vsa prizadevanja za upravljanje in merjenje rabe energije. Politika predstavlja splošne namene in 11

26 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: 12

27 Preverjanje Energetska politika Energetsko planiranje Pregled upraviteljev Izvajanje in delovanje Spremljanje, merjenje in analiziranje Preverjanje Uporaba Intenzivnost Raba Kvaliteta Neskladnosti, popravljanja, korektivni in preventivni ukrepi Notranja revizija Učinkovitost Slika 4: Program upravljanja z energijo 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 in je temeljil na enaki metodologiji PDCA. ISO je tudi v celoti nadomestil BS EN zaradi podrobnejših in jasnejših navodil v nekaterih energetskih procesih znotraj organizacije, zaradi večje zavezanosti k napredku ter povečanja energetske učinkovitosti. 13

28 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 ISO 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 [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] 14

29 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/odziv 1 ) 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. 15

30 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] 16

31 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 17

32 3.1. Vrednost pravočasnih in točnih merjenih podatkov 2 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] 18

33 »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. 19

34 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 ( 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 20

35 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 ( 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 21

36 Ko se je navdušenje nad rezultati poleglo, pa je lastnik stavbe opazil zanimivo anomalijo. To je bila maloprodajna trgovina s tipičnim obratovalnim časom (približno ), 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 22

37 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 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. 23

38 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 EISa močno upade. 24

39 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. 25

40 Pridobivanje podatkov iz prejetih računov 3 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 26

41 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). 27

42 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 28

43 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 ( 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. 29

44 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 30

45 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] 31

46 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 Odprtokodna programska oprema 4 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] 32

47 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. 33

48 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. 34

49 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 nizkonivojskih 5 (»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]. 35

50 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 komponent 6 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 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]. 36

51 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. 37

52 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]. 38

53 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 ACID 8, 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]. 39

54 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 CASE 9 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]. 40

55 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 DEMa z drugačnim nazivom. Vse nadaljnje analize v diplomski nalogi so izdelane v DEM-u, pri katerem 3.nivojske arhitekture nismo uporabljali. 41

56 Slika 17: Struktura MVC Slika 18: 3-nivojska arhitektura 42

57 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 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/m 2, 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? 43

58 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. Primer 10 : 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]. 44

59 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: kwh Porabljena energija za ogrevanje v letu 2011: 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 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 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: Temperaturni primanjkljaj v letu 2011: Uporabimo nekaj preproste aritmetike: kwh na stopinjski dan v letu 2010 = / 3320 = ~ Enota temperaturnega primanjkljaja je stopinjski dan. V nadaljevanju bom napisal, kako pridemo do te številke. 45

60 kwh na stopinjski dan v letu 2011 = / = ~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 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). 46

61 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. 47

62 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 preračun v stopinjske dni pa je izpeljan s pomočjo zgornje enačbe. Funkcija za izračun stopinjskega primanjkljaja je vidna v prilogi B. 48

63 Slika 19: Temperaturni primanjkljaj na dnevnem nivoju [38] 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 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

64 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 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. 50

65 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. 51

66 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. 52

67 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 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 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 kwh ( ), medtem ko lahko v mesecu aprilu vidimo ogromen primanjkljaj. Primanjkljaj v mesecu aprilu znaša kwh ( ). 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 53

68 obdobju leta 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 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 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 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 Od prvotnega primanjkljaja 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: F x = P S 54

69 Kjer je: F x = 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 F 4 = kwh 39 sd = 345,641 kwh sd 2. Izračun normalizirane porabe za mesec april 2010: pomnožimo faktor s temperaturnim primanjkljajem v aprilu F x = 345,64 kwh sd 100 sd = ,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 Prihranek = ,1 kwh 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 regresijo 12. 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]. 55

70 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. R 2 predstavlja, kako dober približek je premica v korelaciji z realnimi podatki, izraženimi s točkami. Bližje kot je R 2 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. 56

71 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 P max t Kjer velja: L faktor obremenjenosti je število med 0 in 1, D porabljena energija v izbranem obdobju, P max 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: 57

72 »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. 58

73 6.1. Izračun faktorja obremenjenosti Poglejmo si izračun faktorja obremenjenosti na realnih podatkih srednje šole za leto 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 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 [ ]. 59

74 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 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

75 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 = kwh P max = 73 kw t = 31 * 24 h = 744 h (mesec januar ima 31 dni, vsak dan pa 24 h) L = 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 = kwh 61

76 P max = 15 kw t = 31 * 24 h = 744 h L = 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 Vsi računi DEM-a se vnašajo ročno, za kar skrbijo uporabniki sami. 62

77 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

78 Slika 28: Področja, ki bi jih moral pokrivati celoviti EIS prihodnosti 64

79 8. VIRI IN LITERATURA [1] Agencija Republike Slovenije za Okolje: Izpusti toplogrednih plinov. Dostopno na: [ ] [2] Benchmarking na slovenski različici Wikipedije. Dostopno na: [ ] [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: [ ] [8] Domača spletna stran NetBeans-a. Dostopno na: [ ] [9] Energetska učinkovitost v stavbah vpliv na rabo energije. Dostopno na: [ ] [10] Informacije o CASE orodju na Wikipediji. Dostopno na: [ ] [11] Informacije o PostgreSQL na domači spletni strani. Dostopno na: [ ] [12] Informacije o programskem jeziku Java na angleški različici Wikipedije. Dostopno na: [ ] [13] Informacije o programskem jeziku Java na slovenski različici Wikipedije. Dostopno na: [ ] [14] Informacije o protokolu BACnet na Wikipediji. Dostopno na: [ ] [15] Informacije o protokolu LonWorks na Wikipediji. Dostopno na: [ ] [16] Java knjižnica za delo z grafi. Dostopno na: [ ] [17] JFreeChart na Wikipediji. Dostopno na: [ ] 65

80 [18] Kjotski protokol na angleški različici Wikipedije. Dostopno na: [ ] [19] Kjotski protokol na slovenski različici Wikipedije. Dostopno na: [ ] [20] Kjotski protokol. Dostopno na: [ ] [21] Koncept, ki se uporablja pri razvoju podatkovnih baz. Dostopno na: [ ] [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, Dostopno na: [ ] [23] Stopinjski dnevi s pomočjo linearne regresije. Dostopno na: [ ] [24] Makarechi, Shariar: Automation Performance Index: Georgia Institute of Technology, Dostopno na: [ ] [25] NetBeans na Wikipediji. Dostopno na: [ ] [26] Nizkonivojski jezik. Dostopno na: [ ] [27] Odprtokodna programska oprema. Dostopno na: [ ] [28] Osnovne informacije o razvojnih gradnikih Swing. Dostopno na: [ ] [29] Piette M. A., Granderson J., Ghatigar G., Price P.: Energy Information Systems and Buildings: Lawrence Berkeley National Labaratory. Dostopno na: [ ] [30] Podjetje Opower. Dostopno na: [ ] [31] Predstavitev stopinjskih dni. Dostopno na: [ ] [32] Primerjava MySQL in PostgreSQL. Dostopno na: [ ] [33] Smotrna raba električne energije razlaga konične moči: Katedra za energetsko strojništvo. Dostopno na: [ ] 66

81 [34] Temperaturni primanjkljaj in presežek ter kurilna sezona. Dostopno na: [ ] [35] Tomšič M., Zavrl J. M.: Primerjava kazalnikov porabe energije v stavbah kot pomoč pri energetskih odločitvah: Gradbeni inštitut ZRMK d. o. o., Dostopno na: [ ] [36] Uredba o tarifnem sistemu za prodajo električne energije: Uradni list RS, Dostopno na: [ ] [37] Welzer-Družovec T.: Informatika v medijih III. Dostopno na: [ ] [38] Aplikacija DEM, v lasti Atei d. o. o. [39] Energetska izkaznica: [ ] [40] ComBox: [ ] 67

82 Priloga A 13 Koda Java za shranjevanje poljubnega JFreeChart-a v formatu PNG. Za delovanje kode je potrebno prenesti knjižnico JFreeChart. /** * Shrani poljuben graf kot PNG sliko. destinationfile Ciljna datoteka (PNG slika). chart Graf za shraniti width širina slike. 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. width širina slike. 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. 68

83 } } outputtofileimage(chart, filename, width, height); 69

84 Priloga B 14 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. 70

85 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); 71

86 Priloga C 15 Koda Java za izračun faktorja obremenjenosti. /** * Metoda izračuna in vrača faktor obremenjenosti na podlagi podanih parametrov. pbsid ID stroškovnega mesta period Knjigovodsko obdobje (npr. 02/2010), za katerega računamo faktor energyconsumption Poraba v podanem obdobju customerload Odjemna moč v podanem obdobju 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. 72

87 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. 73