מה הקשר בין ניהול אנרגיה למגמות המתפתחות של אנרגיה ירוקה?

דיונים רבים מתקיימים בשנים האחרונות לגבי בניינים שיעמדו ברשות עצמם בהיבט האנרגטי. המשמעות הפרקטית של מגמה זו היא להביא להשוואה (50:50) בין כמות האנרגיה שבניין יכול לייצר ע”י חשיפה לאנרגיות חלופיות (גז, רוח, שמש ועוד) וכמות האנרגיה שהוא צורך. מגמה זו מקבלת משנה תוקף כאשר מסתכלים על הבניין כחלק מקומפלקס גדול של עיר.

על מנת להגיע ליעד אמביציוזי זה (שחצי מכמות האנרגיה מגיעה מאנרגיה חלופית) יש צורך להשקיע מחשבה ומשאבים בבקרת מבנה ומערכות ניהול אנרגיה. במאמר זה ננסה להסביר את החשיבות של הטמעת מערכות מסוג זה על פוטנציאל החיסכון וההתייעלות האנרגטית.

לדוגמא במרכזי אנרגיה חימום / קירור יעלותן של המערכות (COP – coefficient of performance) נמדדת בסך האנרגיה המסופקת ע”י מרכז האנרגיה מול האנרגיה החשמלית הנצרכת. על מנת לשפר מדד זה, מומלץ להטמיע מערכות ניהול אנרגיה הדוגמות ומנטרות את הנתונים הרלוונטיים 24/365, המספקות התרעה על תקלות, הצפה וסימון של צרכנים לא יעילים ועוד, בנוסף ניתן להפיק דוחו”ת חשמל ואנרגיה לצרכני המבנה ונותנת מענה לאיכות החשמל במתקן, המערכות הללו מאופיינות ביכולות למידה עצמיות המאפשרות שיפור מתמיד.

ככל שנטמיע מערכות השולטות על מגוון רחב יותר של שימושים באקוסיסטם שנקרא בניין, כך נוכל להעלות את הניקוד שמקבל הבניין מול תקנים של אנרגיה ירוקה, כגון התקן הישראלי 5281 ,תקן BREEAM האנגלי ותקן LEED האמריקאי.

אז איך זה עובד?

בבניין יש מספר יישומים. מערכות הבקרה מתחילות בחדר הבודד, יוצאות לשטחים הציבוריים ומגיעות לחדרי המכונות, ארונות החשמל ואף לחדרי השרתים. לכל אחד מהיישומים הללו צרכים מיוחדים משלו ומאפיינים ייחודים לו. הכח של מערכת יעילה הוא השיתוף המידע הרלוונטי בין האפליקציות לתוך בסיס נתונים אחוד, המאפשר גישה נוחה ויכולת ניתוח זמינה וקלה.

אחד מהעקרונות עליהם יש לשים דגש בבחירות פתרון כולל מסוג זה הוא נושא השימוש בפרוטוקולים גנריים ויכולת האינטגרציה עם מערכות מגוונות בבניין.

אם ניקח לדוגמא בית מלון, אזי יש לנו את החדר הבודד, הלובי והשטחים הציבוריים, מערכות מיזוג האוויר, מערכות חימום המים, כביסה ואחזקה, ביטחון, ניהול ההזמנות ועוד. מערכת בקרת מבנה במלון מתממשקת למערכת ההזמנות, ומהרגע שלקוח מזמין חדר ועושה צ’ק אין, כבר יודעת להכין את הדלת (מבחינת ביטחון), להכין את החדר לרמת נוחות מקסימאלית, בעזרת בקרת מיזוג אוויר ולעיתים אף סגירה ופתיחה של תריסים על מנת לבקר את כמות האור הטבעי (day light harvesting). כאשר הלקוח נכנס לחדר הוא מקבל אפשרות לשלוט על התאורה, מיזוג האוויר ועל מערכות המולטימדיה של החדר, כמו גם אפשרות להזמין מקום בחדר האוכל או לבדוק עומס באזור הבריכה וכדומה. מה כל זה קשור לניהול אנרגיה? הקשר הוא בקלות של מימוש החיבוריות הזו והעובדה כי המערכת המתווכת את האפשרויות הללו “רואה” את כל ההיבטים של המלון בבסיס נתונים אחד.

איך למעשה “רואה” המערכת את כל בנין?

כאמור, המערכת מבצעת ניטור מתמיד של נתונים הרלוונטיים לנוחות המשתמש מחד (קשר בין מערכות ההזמנות ובקרת החדר) ולתפקוד הבניין מאידך (מערכות המיזוג, מערכות חלוקת הכח וכדומה). מכל רכיב במערכת ניתן לקרוא את הנתונים על גבי תקשורת מבוססת Ethernet כאשר חלק מהגלאים ואביזרי הפיקוד עובדים על פרוטל אלחוטי או BACnet.

המידע נאסף לבקרי DDC שמנהלים את התהליכים מחד ומאפשרים גלישה וצפייה בכל זמן בדוחות מאידך. הבקר עצמו מכיל webserver וממשק גראפי מתקדם המבוסס HTML5.

חלק משמעותי מהתכנון של המערכת מתייחס גם לאבטחת המידע. כל חיבור במערכת, החל מאביזר הקצה, דרך החדר והממשק למשתמש ועד הממשק לאנשי התחזוקה ומנהלי הבניין, מאובטח בפרוטוקול TLS5 וחתום בפרוטוקול SSL.

אינטגרציה עם מערכות צד שלישי כמו מערכות שו”ב (שליטה ובקרה) מתאפשרת בעזרת הפרוטוקולים הגנריים בהם המערכת תומכת כגון restAPI, MQTT, HTTP ועוד.

איך נראית התמונה הגדולה?

כאשר ישנם קמפוסים או רשתות השולטות על בניינים הממוקמים ברחבי העיר או העולם, יש אפשרות להעביר את המידע הנצבר בבניין לאחסון וניהול בענן. בצורה כזו יכול מנהל הרשת לצפות במידע של בניין בודד או בכל הנכסים שלו לפי חיתוכים שונים ועל ידי כך למדוד יעילות, לבנות את תפיסת האחזקה הלוקאלית והגלובאלית וכמובן להתמודד בעזרת משאבים מקומיים או ריכוזיים עם תקלות או אירועים בזמן אמת.

כאשר מדובר על ניהול בענן, אחד השיקולים שצריכים לעמוד לנגד עיני המתכנן הוא זמינות המערכת. זו הסיבה שבד”כ מתכננים מערכת אחת המוגדרת כ-production ושניה המוגדרת כ-DR ( ). שתי המערכת עובדות בצמידות כאשר ה DR דוגם כל הזמן את המערכת הראשית ובמקרה של תקלה נכנס במידי לעבודה במקומה. לקוח הקצה לא מזהה הבדל בתפוקות המערכת, אך מנהל המערכת מקבל מיד מידע אודות התקלה ויכול להידרש (לוקאלית או מרחוק) לתיקונה.

גם לוחות החשמל (לוחות החלוקה) יכולים “לדבר”. יש מידע תפעולי רב שניתן וחשוב לאסוף מלוחות החשמל. מידע זה מקל על עבודת אנשי האחזקה, הרואים בזמן אמת תמונת מצב של העומס הנוכחי על מערכת החשמל ויכולים להגיב בהשלת עומסים. במקרה אחר יכול איש האחזקה לקבל מידע המצביע על עומס יתר על מעגל מסוים ולקשר אותו לתקלה המתפתחת באזור זה. מידע זה יכול להוביל להתמודדות מוקדמת ולמניעה של תקלה משביתה שעלותה יקרה מאוד. מידע זה ניתן לנתב לאנשים רלוונטיים על ידי שימוש במסרונים, הודעות מייל ופרוטוקול SNMP .מעבר למידע התפעולי שמגדיל בצורה משמעותית את הזמינות של מערכת החשמל, ניתן להשתמש בנתונים המגיעים מלוחות החשמל על מנת לבדל את אזורי הצריכה השונים ולבצע השוואות וחיתוכים של “בזבוז” האנרגיה בבניין, דבר שמוביל אף הוא לשיפור מתמיד בחיסכון כי מה שלא מודדים לא ניתן לחסוך.

בואו נחזור לחדר (או המשרד, או הדירה, זה לא משנה) ונדבר על המתודות שמופעלות על מנת לבקר וליעל את רמת צריכת האנרגיה, מול השמירה על הנוחות של המשתמש בחדר. בחדר חכם אנחנו מוצאים בקר השולט על התאורה והאקלים כאשר האינדיקציות אותן הוא מקבל יכולות להיות שונות ומגוונות.

החיבור בין האינדיקציות ליציאות של הבקר הם תרחישים המוגדרים בתוכנת הבקר. תוכנה זו, מבוססת על שעון זמן אמת ומגוון גדול של בלוקים בתוכנה, המאפשרים המון תרחישים לשיפור חווית האורח. לדוגמא: תרחיש אחר הצהרים – כבר בשעות אחר הצהריים יתחיל הבקר לבצע רגולציה בין טמפרטורת הסביבה- אותה מודדים במספר נקודות במבנה ומשדרים לכל החדרים בו, לבין הטמפרטורה בחדר. עוצמת התאורה תשתנה ביחס לתאורה הטבעית הנמדדת בחדר עצמו, ביחס לגלאי הנוכחות הנמצא בו על מנת להתאים לאזור הרלוונטי בחדר (ישנם חדרים גדולים בהם יש מספר מוקדי תאורה). ככל שנעשה את השינויים הללו בצורה חכמה יותר נוכל לחסוך בעלויות האנרגיה המושקעות במיזוג ובתאורה וכאשר מכפילים את החיסכון הזה במספר החדרים אנו מגיעים לחיסכון משמעותי מאוד בשנה.

תרחיש נוסף ושכיח הוא זה הקורה כאשר החדר לא מזהה נוכחות. החיווי הוא גלאי הנוכחות המוטמע בחדר והתוצאה היא ירידה בתפוקת המזגן, כיבוי אורות, כיבוי מכשירי חשמל כמו טלוויזיה למשל ועוד. כוח של מערכת בקרה טובה וממשק חכם יאפשר בקלות להגדיר צרכנים שאנו מכבים עם יציאת האדם מהחדר לעומת צרכנים המחוברים לשקעים אחרים (כמו מטענים של מחשבים ו/או טלפונים ניידים, מקררים ועוד) שנשארים דולקים.

במאמר זה הסברנו את הקשר בין ניהול נכון של האנרגיה בבניין לחיסכון אנרגטי התורם לתפיסת האנרגיה הירוקה. מערכת בקרה אחודה, פתוחה מבחינת הפרוטוקולים בהם היא משתמשת, מאובטחת בהקשר של המידע הזורם בה והממשקים שהיא פותחת, קלה לתפעול מול רבדים שונים של משתמשים – מאורח או משתמש בחדר ועד מנהלי הבניין ואנשי האחזקה וזמינה מבחינת היתירות שלה לוקאלית ובענן, היא המפתח לניהול אנרגיה נכון.

הכותב הוא מנהל מוצר בקרת מבנה וניהול אנרגיה שניידר אלקטריק ישראל