انرژی متر یکی از ابزار های اندازه گیری میزان گرمایش و سرمایش مصرفی در ساختمان ها می باشد که به عنوان یکی از پیش نیاز های بهینه سازی و کنترل مصرف انرژی در تاسیسات مکانیک ساختمان است.

انرژی متر چیست؟

انرژی متر یا کنتور تفکیک کننده مصرف دستگاهی است که مصرف آب و انرژی مصرفی سیستم گرمایش و سرمایش را در موتورخانه به صورت مستقل به ازای هر واحد آپارتمانی ، تجاری ، اداری و … محاسبه می کند. همچنین این کنتور تفکیک کننده مصرف آب و گاز می تواند میزان بهینه بودن سیستم گرمایش و سرمایش و همین طور ضریب عملکرد سیستم را محاسبه کند. این تجهیزات اندازه گیری مصرف انرژی، دمای آب ورودی و خروجی را محاسبه کرده و دبی جریان عبوری از سیستم  را به صورت لحظه ای محاسبه کرده و در مانیتور نشان می دهد. در مرحله ی آخر به واسطه ی برنامه های تعریف شده در انرژی متر میزان مصرف انرژی و مقایسه با شرایط عملکرد بهینه را در اختیار کاربر قرار می دهد. در حقیقت کنتور تفکیک کننده مصرف شامل دو قطعه ی فلومتر و دماسنج می باشد و با استفاده از اطلاعات ثبت شده توسط این دو دستگاه و برنامه های نوشته شده بر روی واحد الکترونیکی خود خروجی های لازم را ارائه می دهد.

سامانه تفکیک مصرف انرژی ( انرژی متر و کنتور آب ) در واحدهای های یک ساختمان می باشد که با قرار دادن تجهیزات اندازه گیری با تکنولوژی التراسونیک  در مسیر لوله های ورودی به هر واحد، قابلیت محاسبه انرژی حرارتی و برودتی مصرف شده و نیز مقدار حجم آب بهداشتی مصرفی در هر یک از بخش های ساختمان را برای تفکیک هزینه و تفکیک قبض آب و انرژی به اشکال زیر دارند :

۱-    محاسبه انرژی حرارتی و برودتی هر یک از واحد ها در بخش سرمایش و گرمایش (رادیاتور، فن کویل و …) در فصول سرد و گرم

۲-    محاسبه انرژی حرارتی آبگرم بهداشتی مصرفی هر واحد (آشپرخانه، حمام، سرویس بهداشتی و …)

۳-    محاسبه حجم آب سرد و گرم بهداشتی مصرف شده هر واحد (آشپرخانه، حمام، سرویس بهداشتی و …)

قبوض انرژی چیست ؟

قبوض انرژی لیست مصرف انرژی در دوره های زمانی تعریف شده می باشد که سهم پولی هر بخش (واحد) را در یک ساختمان بابت پرداخت پول آب و انرژی مشخص می نماید که توسط سیستم چاپ شده تا مصرف کنندگان بتوانند نسبت به تفکیک قبض گاز (تفکیک انرژی)، تفکیک قبض آب و تفکیک قبض برق خود اقدام نمایند.

بخش های تشکیل دهنده سامانه انرژی میتر

میترها :

اولین قسمت پکیج انرژی میتر که اصلی ترین بخش مجموعه نیز می باشد میترهایی هستند که بر روی لوله های ورودی به هر بخش (واحد) نصب شده و وظیفه اندازه گیری انرژی و حجم آب را به عهده دارند.

میترها از دو بخش:

فلومیتر و محاسبه گر

به همین خاطر میترها بر اساس نوع فلومیتر دسته بندی می شوند:

الف) میترهای التراسونیک با خطای محاسباتی درحدود 1 درصد.

ب) میترهای مغناطیسی با خطای محاسباتی درحدود 3 درصد.

ج) میترهای توربینی با خطای محاسباتی بیش از ۵ درصد

سیستم شبکه ارتباطی:

جهت ارتباط بین دستگاه اندازه گیر مرکزی و واحد ها نیاز به یک بستر شبکه می باشد، شبکه مورد استفاده از نوع RF بوده و در فرکانس های 915 Mhz و 2.4 Ghz قابل ارائه می باشد.

تجهیزات مرکزی:

تجهیزات مرکزی وظیفه دریافت اطلاعات مصرف، محاسبه میزان مصرف و صدور قبض را بر عهده دارند.

این تجهیزات از دو بخش سامانه محاسبه گر و ماژول های صدور قبض تشکیل می شوند.

نحوه محاسبه قیمت انرژی متر:

قیمت انرژی میتر برای هر ساختمان به عوامل زیر بستگی دارد:

1- تعداد واحدهای یک ساختمان

2- تعداد لوله های ورودی به هر واحد: خطوط لوله فن کویل یا رادیاتور (سرمایش و گرمایش) ، خطوط لوله آب سرد و گرم بهداشتی ، خط لوله برگشت آب گرم بهداشتی (در صورت وجود انشعاب در داخل واحد)

3- سایز لوله های ذکر شده در بند 2

4- تعداد روترهای شبکه موجود در یک ساختمان

5- تجهیزات و سرورهای مرکزی

مهم ترین عامل موثر در قیمت انرژی متر تعداد و سایز لوله های ورودی به هر واحد می باشد.

لازم به ذکر است با مشاعات یک ساختمان (مانند لابی، سرایداری، استخر و …) همانند یک واحد برخورد شده و بسته به سرخط لوله های مشاعات تعداد واحد های مشاع محاسبه می شود.

هم چنین یک واحد می تواند کاربری های متفاوتی همچون مسکونی، اداری و یا تجاری داشته باشد، از دید سامانه انرژی میتر هر واحد یک زون مجزا محسوب می شود که ممکن است هر یک از بخش های سرمایش گرمایش و یا آب بهداشتی را داشته باشد.

 

نحوه عملکرد تفکیک کننده مصرف انرژی:

عملکرد انرژی متر را می توان در دو بخش کلی تشریح کرد. بخش اول که مربوط به دستگاه ها و ثبت اطلاعات ورودی می شود و شامل دو قطعه ی فلومتر و دماسنج است و بخش دوم که شامل برنامه های موجود در انرژی متر است. بخش اول تاثیر بسیار بالایی در دقت اندازه گیری و عملکرد کنتور تفکیک کننده مصرف انرژی دارد. دماسنج ها می توانند مستغرق یا جداری باشند. دماسنج های مستغرق از دقت بالاتری برخوردارند ولی محدودیت در نصب دارند و برای مصارف خانگی و تجاری کوچک که قطر لوله ها کوچک هستند مناسب نخواهد بود. فلومتر های مورد استفاده در انرژی متر نیز التراسونیک می باشند. فلومتر های التراسونیک موج های منتشر شده از سیال در حال حرکت را محاسبه کرده و از طریق آن سرعت سیال را محاسبه می کنند. سطح مقطع لوله ها نیز ثابت هستند در نتیجه دبی جریان عبوری با ضرب سرعت سیال در مقطع لوله ها محاسبه می شوند. فلومتر های التراسونیک با دو مکانیزم جریان را محاسبه می کنند روش اول دوپلر بوده که برای لوله های با قطر بالاتر استفاده می شود و روش دوم اختلاف سرعت عبوری است که در مصارف خانگی و تجاری کوچک مناسب هستند.

فلومتر التراسونيک دوپلر

فلومتر مستغرق

بخش دوم انرژی متر که شامل برنامه ها و سیستم محاسبه ی انرژی می شود در ادامه تشریح می شود.

کنتور تفکیک کننده مصرف انرژی از اطلاعات خروجی دماسنج و فلومتر به عنوان اطلاعات ورودی خود استفاده می کند و طبق فرمول زیر میزان انرژی مصرفی را محاسبه می کند.

فرمول محاسبه انرژی در انرژی متر:

Q میزان مصرف انرژی و خروجی انرژی متر می باشد. qm میزان جرم عبوری از مقطع لوله می باشد.این مقدار با ضرب qv در چگالی سیال محاسبه می شود.

ΔH آنتالپی یک ماده است و شاخصی از انرژی حرارتی آن ماده می باشد. آب در هر دمای خاصی آنتالپی متناظری دارد. انرژی متر با استفاده از اطلاعات دماسنج ، مقدار آنتالپی را محاسبه می کند.

t نیز معرف زمان می باشد. در نتیجه انرژی متر با اطلاعات ورودی دما، جریان حجمی و زمان میزان انرژی مصرف شده توسط مصرف کننده را مشخص می کند. مقدار به دست آمده می تواند با میزان مصرف سوخت و انرژی تولیدی مقایسه شود در این حالت راندمان سیستم گرمایشی و یا سرمایشی سنجیده می شود و در صورت لزوم مصرف آن مدیریت می شود.

 

سيستم کامل يک انرژی متر:

به عنوان جمع بندی در یک سیستم فرضی نحوه ی عملکرد سیستم مورد بررسی قرار می گیرد.  در هنگام راه اندازی سیستم  در لوله ها جریان شکل می گیرد و انرژی متر دمای آب در لوله ی رفت و برگشت را محاسبه می کند. اگر دمای لوله ی رفت پایین تر از دمای لوله ی برگشت باشد برنامه ی سرمایش در انرژی متر راه اندازی می شود و اگر دمای لوله ی رفت بیشتر از لوله ی برگشت باشد انرژی متر برنامه ی گرمایشی را راه اندازی می کند. به کمک دمای رفت و برگشت اختلاف انتالپی توسط پردازنده ی انرژی متر محاسبه می شود و همین طور میزان اختلاف حرارت نیز محاسبه می شود. از طرف دیگر فلومتر در هر لحظه جریان عبوری از مقطع لوله را محاسبه کرده و جریان متناظر با هر لحظه را ثبت می کند. در مرحله ی آخر پردازنده محاسبات لازم را برای محاسبه ی مصرف انرژی انجام داده و به عنوان خروجی میزان مصرف انرژی را ارائه می دهد. برنامه ی محاسبات گرمایش و سرمایش بعد از محاسبه ی میزان انرژی متفاوت عمل می کند. انرژی متر در گرمایش میزان مصرف سوخت را تعیین کرده و در سرمایش بسته به نوع سیستم سرمایشی میزان انرژی مصرف شده برای ایجاد سرمایش را محاسبه می کند.

 

کاربرد انرژی متر:

برای کنترل هر چیزی باید در ابتدا آن را اندازه گیری کرد. این اصل به عنوان یکی از اصول اولیه ی کنترل در نظر گرفته می شود. لذا به منظور کنترل میزان مصرف انرژی و همین طور اطمینان از عملکرد صحیح موتورخانه های گرمایش و سرمایش از انرژی متر استفاده می شود. علاوه بر این در سیستم های مرکزی مانند ادارات ، فروشگاه ها می توان الگوی مصرف انرژی در واحد های متفاوت را مدیریت و کنترل کرد. در کاربری های مستقل مانند مجتمع های تجاری و آپراتمان های مسکونی کاربرد مهم انرژی متر تفکیک میزان مصرف انرژی و تخصیص بودجه ی مستقل هر واحد برای تامین هزینه های مصرف انرژی می باشد.

هم چنین استفاده از انرژی متر لازمه ی تبدیل یک ساختمان به ساختمان سبز  LEED و بهینه سازی مصرف انرژی آن است. انرژی متر در یک سیستم می تواند استراتژی های کنترلی متفاوتی داشته باشد. به این صورت که در هر سیستم می توان چند مصرف کننده ی اصلی در نظر گرفت که در هر مصرف کننده چندین مصرف کننده ی مستقل وجود دارند. این نوع دسته بندی در کنترل میزان مصرف و تخصیص بودجه ی هزینه های مصرف انرژی کاربرد بالایی دارد. به عنوان مثال یک مجتمع با سه ساختمان را در نظر بگیرید که در هر ساختمان چند واحد مستقل وجود دارد. برای محاسبه ی میزان مصرف انرژی این مجتمع به تفکیک ساختمان و واحد ها می توان به روشی که در شکل نشان داده شده است انجام داد.

 

مزایای انرژی متر:

انرژی متر در هر سیستم می تواند با استراتژی و سیستم خاصی پیاده سازی شود و هم چنین نوع تجهیزات به کار رفته در کنتور تفکیک کننده مصرف گاز و  آب می تواند مزایای و محدودیت های خاصی بر روی سیستم پیاده سازی کند. در حالت کلی انرژی متر می تواند در بهترین شرایط عملکرد خود مزایای زیر را برای سیستم داشته باشد:

1. راندمان عملکرد تجهیزات سنجیده شده و کنترل می شود.
2. میزان پرت حرارتی در شبکه ی انتقال و لوله کشی محاسبه شده و کنترل می شود.
3. راندمان تجهیزات پخش کننده ی حرارت سنجیده و کنترل می شود.
4. هزینه ی مصرف انرژی تفکیک شده و الگوی مصرف انرژی مدیریت و بهینه سازی می شود.

محدودیت های کنتور تفکیک کننده مصرف انرژی:

همان طور که در قبل بیان شد انرژی متر مزایای زیادی در زمینه مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی دارد و تفکیک هزینه های مصرف انرژی به عنوان  پرکاربرد ترین مزیت این سیستم بیان شد. اما نکته حائز اهمیت این است که کالیبره بودن انرژی متر تاثیر بسیار زیادی در دقت محاسبات و نحوه عملکرد سیستم دارد. در فلومترهای التراسونیک دو قسمت سنسور و مبدل وجود دارد که خطا در ورودی و خروجی هرکدام از آن ها موجب خطا در مقادیر خروجی انرژی متر می شود. هم چنین خطای دماسنج ها موجب ایجاد خطا در آنتالپی و اختلاف دما شده و خطای انرژی محاسبه شده چند برابر می شود. کاهش دقت در محاسبات انرژی متر نیز موجب ایجاد مشکلات می باشد. انجمن مهندسان مکانیک آمریکا ASHRAE طی تحقیقات به عمل آمده خطای موجود در انرژی متر کالیبره شده را حدود ۱٫۲ تا ۱٫۸ درصد محاسبه کردند در صورتی که در انرژی متر کالیبر ه نشده این مقدار تا ۲۰ درصد افزایش پیدا کرده بود.

ملاحظات نصب انرژی متر:

انرژی متر به منظور دستیابی به عملکرد مناسب در سنجش مصرف نیازمند ملاحظات خاصی در نصب می باشد. مهم ترین این ملاحظات موقعیت نصب فلومتر می باشد. کنتور تفکیک کننده مصرف انرژی باید در مسیر لوله ای مستقیم باشد. طول قبل و بعد از فلومتر تاثیر زیادی در نحوه ی عملکرد و دقت محاسبه ی دبی جریان دارد. دلیل این امر پروفیل سرعت آب در مقطع لوله می باشد. هنگامی که لوله تغییر مسیر می دهد آب به صورت غیر یکنواخت در طول لوله حرکت می کند. منظور از یکنواختی در سرعت سیال این است که سرعت سیال در هر قسمت از مقطع لوله متفاوت است. برای اینکه سرعت آب در طول لوله یکنواخت شود لازم است تا آب مسیر مستقیمی را طی کند تا سرعت آن یکنواخت شود. طول این مسیر به صورت نسبتی از قطر لوله تعریف می شود. به طور کلی شکل زیر مکان مناسب برای نصب فلومتر را نشان می دهد.

محل صحيح قرار گيری انرژی متر:

انرژی مترها به منظور کنترل و مدیریت مصرف انرژی سرمایش و گرمایش مورد استفاده قرار می گیرند. این تجیهزات اندازه گیری انرژی شامل یک فلومتر التراسونیک، دو دماسنج در لوله های رفت و برگشت و برنامه های خاص و استراتژی کنترلی می باشند. کنتور تفکیک کننده مصرف انرژی می تواند هزینه های مصرف انرژی را کاهش دهد و برای هر واحد به صورت مستقل هزینه ی مصرف انرژی را تعیین کند. کالیبره بودن تجهیزات اندازه گیری انرژی از الزامات مهم در عملکرد دقیق این دستگاه است. باید توجه داشت تا در صورت استفاده از انرژی متر ملاحظات نصب آن به درستی در نظر گرفته شود.