ENERGIATEHOKKAAN KIINTEISTÖN OHJAUS, VALVONTA JA RAPORTOINTI

Transkriptio

1 ENERGIATEHOKKAAN KIINTEISTÖN OHJAUS, VALVONTA JA RAPORTOINTI Avoin Automaatio ry 2015

2 Avoin Automaatio ry Teksti ja kuvat: Veijo Piikkilä, Janne Rasi, Toivo Sahlstén Kustantaja Avoin Automaatio ry,

3 Johdanto Kiinteistöautomaatio on kiinteistön käytöstä vastaavan organisaation keskeinen työkalu. Rakennusautomaatiojärjestelmällä ohjataan ja valvotaan kiinteistön talotekniikkaan toimintaa niin, että, asetetut työskentelyolosuhteet saavutetaan mahdollisimman pienellä energiankulutuksella. Valitettavasti vain asennettu kiinteistöautomaatio ei useinkaan riitä takaamaan kiinteistön energiatehokkuutta (energiansäästöä), vaan se vaatii myös jatkuvaa olosuhteiden ja energiankulutusten seurantaa ja automaatiojärjestelmän kehittämistä. On myös tärkeää varmistaa, että järjestelmä toimii jatkuvasti moitteettomasti. Kiinteistön ylläpitäjien tulisi tehostaa automaation käyttöä ottamalla käyttöön erilaisten automaattisesitoimivien mittaustrendien ja energian kulutuksen seurannan sekä tarkastella kerättyjä tietoja säännöllisesti dokumentoiden ja parantaen rakennuksen käyttöä koko rakennuksen elinkaaren ajan. Kiinteistöön liittyvän automaation suunnittelun tehtävänä on määritellä miten sen talotekniset järjestelmät (LVISA) toimivat, jotta halutut olosuhteet tilojen loppukäyttäjille toteutuvat. Automaatiosuunnittelijan on myös määriteltävä mitä olosuhde- ja kulutustietoja automaatio kerää, jotta varmistetaan kiinteistön työskentelyolosuhteet ja energiatehokas käyttö. Pelkkä energiakulutusten seuranta ei tähän riitä. Tämä korostaa ammattitaidon merkitystä suunniteltaessa energiatehokkaita, toimivia ja helppokäyttöisiä talotekniikan ohjaus-, säätö- ja valvontajärjestelmiä. Mutta kiinteistöautomaation tarkoitus ei perustaltaan ole vain säästää energiaa, vaan se mahdollistaa tehokkaasti myös sen. Rakennus ovat automaation ansiosta myös terveellisempi ja turvallisempia, niissä on mukavampia liikkua, oleskella sekä työskennellä. Todellinen kulutus, laskettu tai arvioitu energiamäärä tarvitaan kattamaan erilaiset vaatimukset, jotka liittyvät rakennuksen toiminnan yhdenmukaiseen käyttöön energiatehokkuuden mittaukseen. EU-direktiivissä, "Rakennuksen Energiatehokkuus direktiivi (EPBD; Energy Performance of Building Directive)", lämpöön ja sähköön liittyvät energiamuodot on otettava huomioon määritettäessä seuraavia toimintoja rakennuksen energiatehokkuuden kannalta: Lämmitys Käyttöveden (lämmitys) Jäähdytys Ilmanvaihto Valaistus Ylimääräinen energia 1

4 Merkittävä parhaillaan toteutettavana oleva EU-direktiivi on v voimaan tullut energian loppukäytön tehokkuutta ja energiapalveluja koskeva ns. energiapalveludirektiivi, joka edellyttää kaikissa jäsenmaissa mm. tiukkojen säästötavoitteiden asettamista ja niiden saavuttamista tukevien energiapalvelujen ja säästötoimien aikaansaamista sekä myös saavutettujen säästöjen säännöllistä raportointia. Direktiivin mukaan (artikla 13.2) energialaskun tulee perustua todelliseen kulutukseen ja se on tehtävä riittävän usein, jotta kuluttajilla on mahdollisuus säädellä omaa kulutustaan. Lisäksi laskuissa tulisi esittää todelliset energian hinnat, todellinen kulutus, vertailutietoa edellisen vuoden tietoihin ja saman käyttäjäryhmän tietoihin sekä yhteystietoja yms. (artikla 13.2) Energiankuluttajille tulee myös tarjota mittareita, jotka näyttävät todellisen kulutuksen sekä antavat tietoa kulutuksen ajoittumisesta (ns. älykäs mittaus). /GreenPlat/ CO 2-päästöt ja maapallon ilmasto Energian maailmanlaajuinen kysyntä on kasvanut voimakkaasti viime vuosikymmenen aikana ja todennäköisesti jatkuu ennusteiden mukaan. Sisällä osuus fossiilisten polttoaineiden, öljyn todennäköisesti pysähtyvän tai jopa laskevan tulevaisuudessa, kun maakaasua ja kivihiiltä ennustetaan kasvavan huomattavasti. Globaalit CO 2-päästöt kehittyvät synkronoituen lisääntyvään fossiilisten polttoaineiden kulutukseen. Ne ovat lisääntyneet voimakkaasti vuodesta 1970, ja jatkossakin tapahtuu niin. 2

5 CO 2-päästöjen vaikutus ovat jo päivänselvä: Ilman keskilämpötila kasvaa jatkuvasti ja pitkällä aikavälillä sään dynamiikka on lisääntynyt dramaattisesti. Kiinteistöautomaation energiatehokkuuteen on laadittu standardi SFS-EN 15232, joka luokittelee rakennusautomaation tehokkuuden mukaan luokkiin A, B, C ja D. D-luokassa oleva kiinteistö on käytännöllisesti katsoen ilman automaatiota. A-luokassa kiinteistössä on jo automaation lisäksi tehokasta kulutusten ja olosuhteiden seurantaa. Ympäristöministeriön toimesta on laadittu ja julkaistu maaliskuussa 2012 tämän standardin soveltamiseen opas Rakennusten automaation vaikutus energiatehokkuuteen. Perusteet ja opas. Tämä opas on tarkoitettu rakennusautomaatiosuunnittelijoille ja kiinteistön omistajille avuksi rakennuksen automaation toiminnallisuuden määrittelyyn. Oppaalla pyritään helpottamaan kiinteistön omistajan ja suunnittelijan välistä keskustelua rakennuksen automaatiotasosta. /Ympäristöministeriö/ Automaatioastetta ovat vahvistaneet myös monet kysyntä- ja tarjontatekijät. Molemmat liittyvät parempiin sisäilmaolosuhteisiin ja energiatehokkuuteen ja sitä kautta myös säästettyihin euroihin. Suurissa kohteissa etenkin kansainväliset sijoittajat edellyttävät rakennuksilta hyvää luokitusta. Kiinteistön huollon ja ylläpidon kehittäminen on yksi keskeisistä tarpeista tehokkuuden lisäämiseen. Tämä tarkoittaa ei vain järjestelmien ja ohjelmien kehittämistä, vaan myös henkilökunnan koulutuksen lisäämistä, arvostuksen ja palkkauksen parantamista. Vain motivoitunut ja kouluttautunut henkilöstö yhdessä hyvin suunnitellun ja toteutetun kiinteistöautomaation kanssa mahdollistaa energiatehokkaan ja kannattavan kiinteistöpidon. 3

6 Energiatodistus ei ole jatkuvasti ajan tasalla, mutta kun se sidotaan kiinteistöä ohjaavaan ja valvovaan automaatiojärjestelmään siirrytään reaaliaikaisuuteen. Jos esimerkiksi energian kulutusta ja olosuhteita sekä laatua seurataan ja kehitetään jatkuvasti ja se liittyy reaaliajassa esimerkiksi edellä mainittuun energiatodistukseen, antaa se todellisen kuvan kiinteistöstä ja sen kulutustasosta. Tätä kautta voitaisiin myös ohjata käyttäjiä tekemään oikeita toimenpiteitä ja korjauksia omassa toiminnassaan. Tulevaisuudessa on entistä enemmän saatavissa erilaista mittaus ja tilatietoa kiinteistöstä ja vääjäämättä energiatehokkuus lisää kiinteistöautomaation merkitystä. Tämä puolestaan edellyttää entistä laajempaa integraatiota kiinteistön eri järjestelmien välillä, kuten esimerkiksi valaistus, kulunvalvonta, palo- ja murtojärjestelmien sekä LVI-järjestelmien välillä. Toimintaympäristö ja mahdollisuudet Osa kiinteistöjen omistajista ei näe kiinteistöä tuotannon välineenä, josta voidaan saada suurempi kate parantamalla käytettävyyttä, tehokkuutta ja laatua. Tällä hetkellä löytyy jo tehokkaita työkaluja mittaroida ja seurata kiinteistön toimintaa eri tarpeiden mukaan. Voidaan kohdentaa seuranta oikeaan kohtaan prosessia. Ei tarvita erityistä ammattimaisuutta huomaamaan tarvittavat toimenpiteet, vaan indikointi tulee automaattisesti havainnollistavassa muodossa vaikka nopeusmittarina. tarvitaan siis järjestelmä joka kerää, muokkaa, jalostaa ja kertoo vaikka erilaisilla trendeillä laadullisia ja tehokkuuteen liittyviä tietoja. Seuraavassa kuvassa esimerkki Helsingin RAUnet rakennusautomaation periaatteesta. 4

7 Kuva 1. Helsingin RAUnet rakennusautomaatio. Datan jalostaminen tulee kehittymään entisestään. Raakadata pitää jalostaa jo ennen talletusta jalostetumpaan muotoon. Pelkän datan keräämisellä ei ole merkitystä, jos ei ole selvää visiota mihin sitä tuullaan tarvitsemaan. Varsinainen trendin keruu pystytään tekemään työkalussa. Järjestelmän tulee käsitellä kerättyä dataa annettujen kriteereiden perustella jatkuvasti ja tuoda esille prosessit joissa on ongelmia. Näin voidaan korjaustoimenpiteet kohdistaa heti niihin kohteisiin joissa on ongelmia. Näin pystytään hyödyntämään järjestelmien keräämiä tietoja tehokkaasta säästämään energia sekä myös ihmistyötä. Kaikkea kerättyä dataa ei kannata sillä silloin massa laajenee liian suureksi ja menettää merkityksensä. Datan keruussa pitäisikin keskittyä jalostamaan siitä poikkeamat, jolloin esimerkiksi historiatiedoista saadaan turha tieto pois. Otetaan tarpeen mukaan esimerkiksi lämpötila-arvot ja sen poikkeamat sekä esitetään ne käyttäjälle havainnollisesti ja ohjaten. Tällaisia toimintoja voisi olla esimerkiksi kuinka hyvin on onnistuttu pysymään annetuissa tavoitteissa niin olosuhteiden, kuin kulutustenkin osalta. Kuten edellä mainittiin, kiinteistöjen ja niiden energiankulutusta sekä mm. sisäolosuhteita ja käyttöä kuvaavien tietomassojen analysointiin tarvitaan lisäksi tiedonlouhintaa ja jalostamista tukevia laskenta, analyysi- ja diagnostiikkamoduuleja (ohjelmakomponentteja), joilla voidaan pureutua em. tietovarastojen sisältämään dataan ja tuottaa siitä nopeasti päätöksentekoa tukevaa informaatiota, jota omistajat, palveluntuottajat ym. partnerit voivat käyttää energiatehokkuuden arvioinnissa ja erilaisten tehostamistoimenpiteiden suunnittelussa. /GreenPlat/ 5

8 Ei ole samantekevää, millaista sisäilmaa hengitämme. Suomalaiset oleskelevat sisätiloissa noin 90 % ajastaan ja hengittävät vuorokaudessa keskimäärin litraa ilmaa keuhkojensa kautta. Sisäilman laadun määrittelyyn on luotu kolme luokkaa, S1, S2 ja S3. Luokka S1 on paras. Esimerkiksi luokassa S2 sisäilma on vedoton ja laadultaan hyvä ja tähän sallitaan vähäiset poikkeamat esimerkiksi lämpötilan nousu kesäaikaan. On mahdollista määritellä indikointi siitä ollaanko pysytty vaikka 90 % sallitulla alueella. Jos poikkeamaa esiintyy, ei ole välttämätöntä tehdä hälytystä vaan selvitetään mistä ongelmat johtuvat ja korjataan toiminta vastaamaan tavoitteita. Suunnitellusti toimivien prosessien dataa ei tarvitse tallentaa, vaan ne voidaan poistaa, näin talletettava data ei kasva kohtuuttoman suureksi. S3 luokassa ilma on tyydyttävää (mitä tämä tarkoittaa!!). S3 luokassa ei ole määritelty sisäilman laadulle raja-arvoja, mutta esim. Helsingin kaupungilla on niillekin määrätty raja-arvot. Sisätilojen ilma täyttää silloin minimivaatimukset laadun ja lämpöolojen suhteen. Yleisimmät hetkelliset poikkeamat sallitaan, esimerkiksi kesäkuumuus ja järjestelmässä ei ole jäähdytystä. Tällöin järjestelmässä on paljon muuttujia säätöehdoissa. Energiapalveludirektiivin vaatimuksia ei kaikilta osin ole vielä Suomessa viety kansalliseen lainsäädäntöön, mutta vuoden 2009 alkupuolella tuli voimaan uusi asetus mittauksesta ja taseselvityksestä, jonka mukaan viiden vuoden kuluttua ( ) lähes kaikki sähkön kuluttajat tulee olla varustettu älykkäillä etäluettavilla vähintään tuntikulutuksia rekisteröivillä mittareilla. Asetuksessa lähdetään myös siitä, että asiakkaalla on oikeus ilman korvausta ko. mittareiden keräämiin kulutustietoihin ja ko. tieto on saatettava asiakkaan käyttöön samanaikaisesti kuin se on verkonhaltijan käytettävissä. Asiakkaan suostumuksella tiedot ovat myös kolmannen osapuolen (esim. palveluntarjoajan) käytettävissä. /GreenPlat/ Mikä ratkaisuksi? Edellä mainittujen tarpeiden ratkaisuksi on löydettävä universaali työkalu. Näitä työkaluja on kehitetty vuosien varrella useita. Heikki Ihasalo on väitöskirjassaan Transforming building automation data into building performance metrics design, implementation and evaluation of use of a performance monitoring and management system tutkinut tällaisia työkaluja. /Ihasalo/ Helsingin Kaupungin Rakennusviraston HKR-Rakennuttaja on yhteistyössä VTT:n kanssa toteuttanut projektin GreenICT Platform and Applications for Energy Performance Services in Existing Building Stocks. Tämän projektin suunnitelmassa on tiivistetty tavoitteeksi: Hankkeen tavoitteena on kehittää ICT-pohjainen tietoja sovellusympäristö (platform), joilla rakennuksissa tapahtuva energiankulutus ja sisäilmaolosuhteet saadaan näkyväksi ja luodaan edellytykset siihen vaikuttavien eri tekijöiden nykyistä paremmalle ymmärtämiselle ja hallitsemiselle. Samalla kehitetään so- 6

9 velluksia ja työkaluja smart meter/smart gridja AMR (automated meter reading) teknologian tuottaman tiedon sekä muun mittaus ym. tiedon laajapohjaiselle hyödyntämiselle rakennusten energiatehokkuuden parantamiseksi. Näin luodaan perustaa GreenICT-tyyppisten uusien palvelujen kehittämiselle ja pilotoidaan niitä potentiaalisissa vientikohteissa yhteistyössä kv. partnereiden kanssa. Kehitystyö liitetään myös osaksi IEA:n puitteissa tehtävää laajapohjaista kv. yhteistyötä. Em. projektissa VTT toteuttaa yhdessä kotimaisten yritys- ym. partnereiden kanssa uuteen ICTteknologiaan perustuvat alusta (platform) ja sovelluksia, joita hyödynnetään käytännössä rakennusten energiatehokkuuden arvioinnissa ja monitoroinnissa (oheinen kuva). Kuva 2. Palvelualustan ylätason alustava rakenne. /GreenPlat/ MMEA Toinen esimerkki on Mittaus, monitorointi ja ympäristöarviointi (MMEA) tutkimusohjelma: WP2 Ympäristötehokkuuden hallintajärjestelmä. Projektissa tutkittiin ympäristötehokkuuden määritelmää ja sen arviointimenetelmiä. Tutkimusohjelman konkreettisina tavoitteina oli kehittää: yhteensopivia ja toimivia mittausjärjestelmiä ympäristötehokkuuden arvioinnin hallintajärjestelmiä uusia on line- ja kaukokartoitusmenetelmiä 7

10 demonstroida näiden käyttöä ja niistä saatavien uusien tuotteiden esittämistä MMEA Testbed- järjestelmässä toteuttaa pilotteja, jotka koordinoivat monitorointiin ja ympäristötehokkuuden arviointiin liittyviä aktiviteetteja eri työpakettien, CLEENin eri ohjelmien ja eri Strategisten huippuosaamisen keskittymien (SHOK) välillä. Tässä ympäristössä rajapinnat ovat avoimia ja voidaan vertailla erilaisten kiinteistöjen arvoja keskenään. Platformi tarjoaa mahdollisuuden jolla voidaan laskea esimerkiksi 100 kiinteistön keskiarvon ja tarkastaa samalla tuleeko data vai ei kaikista kiinteistöistä. Tämän lisäksi on mahdollista saada muuten piilossa olevaa anturitietoa. Näin esimerkiksi huolto ja muu toiminto yksinkertaistuu. Luonnollisesti kiinteistön omistajilla on oltava jokin syy luovuttaa omia tietoja muiden käyttöön. Tällainen syy voi olla esimerkiksi saada itse vertailutietoa ominaisuuksista vastaavista kiinteistöistä ja kehittää omaa ympäristöä tämän tiedon pohjalta. avaa myös mahdollisuuden osittaa tehokkaat olosuhteet, joka voi vaikka korreloida kiinteistön arvoon. Mitä tietoa kiinteistöstä - kiinteistöön? Suomessa luontevana lähtökohtana koko maan rakennuskantaa ajatellen on valtakunnallinen rakennus- ja huoneistorekisteri, joka sisältää runsaasti ominaisuus ym. tietoja kaikista maan rakennuksista sekä myös niiden käytöstä (esim. asuinrakennuksista asukastiedot). Se on kansainvälisestikin ainutlaatuinen julkisin varoin ylläpidetty tietovarasto, jonka käyttö on toistaiseksi painottunut erilaisiin viranomaistarpeisiin ja sitä on hyödynnetty verraten huonosti esim. rakennusalan yrityksissä ja T&K-toiminnassa. Em. laajaan olemassa olevaan tietovarastoon on kehitteillä sen ylläpitäjän (Väestörekisterikeskus) toimesta webservice-tyyppisiä rajapintoja, joita hyödyntäen sen tiedot (yksittäisestä rakennuksesta tai vapaasti valittavasta rakennusjoukosta) saadaan erilaisten palvelutuottajien ja muiden tarvitsijoiden käyttöön. /GreenPlat/ Em. yleisen tietopohjan lisäksi hyödynnetään omistajakohtaisia tietojärjestelmiä ja selvitetään niiden sisältämän tiedon hyödyllisyyttä. Keskeisinä tiedonhallintajärjestelmiä tulevat kysymykseen mm. erilaiset tilojen hallintaa ja kiinteistönhoitoa palvelevat sovellukset ja esim. sähköiset huoltokirjat. Haasteena on rakennuksen teknisiin järjestelmiin liittyvien tietojen ohella erityisesti rakennusten käyttöön sekä hoidon ja ylläpidon laatuun liittyvien tietojen käyttöön saanti. Tähän liittyen pyritään löytämään myös uusia tietolähteitä (kulunvalvonta, tietoverkot, uudet sensorit jne), joiden avulla voitaisiin saada uutta tietämystä erityisesti inhimillisen toiminnan/käyttäytymisen ja energiankäytön 8

11 välisistä riippuvuuksista/vaikutuksista. Tällöin törmätään väistämättä myös yksilön tietosuojaan liittyviin kysymyksiin, joihin on etsittävä eri osapuolia tyydyttävät ratkaisut. /GreenPlat/ Säätietojen käyttö ennakoimaan tilanteita, on mahdollista Ilmatieteen laitoksen 500 säähavaintoaseman kautta ympäri Suomenniemeä. Tämän tiedon käyttöön ottaminen on helppo ymmärtää tärkeäksi osaksi energiatehokkuuden mittaamista ja em. tiedot palvelevatkin energiankäytön tilastoinnissa, suunnitteluvaiheen laskennassa yms. ilmeneviä tarpeita. Paikallisten ilmiöiden havainnointia ajatellen Ilmatieteen laitoksen sääasemat ovat kuitenkin verrattain harvassa ja niiden säätiedotus uusitaan useimmilla asemille vain muutaman kerran päivässä. Tiheästi luettavien energiamittareiden yleistyessä myös rakennuskohtaiset sääasemat ovat yleistymässä osana rakennusten automaatioratkaisuja. /GreenPlat/ Energiahallinnan optimointia ajatellen on tärkeää, että käyttäjä saa realiljassa käyttöönsä energialaitosten kiinteistön kulutusmittareiden tiedot, kiinteistön automaatiojärjestelmään jolloin niiden perustella on mahdollista tehdä esim. kulutuksen rajoitusta kiinteistössä kun se uhkaa mennä yli sovittujen huippuarvojen. Myös uuden mittariteknologian tuottamaa tietoa voidaan täydentää muilla automaattisilla mittauksilla, joilla voidaan selvittää esim. sähkönkäytön jakautumista rakennuksessa (prosessissa), jonkin järjestelmän/laitteen toimintaa, vallitsevia sisäolosuhteita jne. Kun kulutustiedot ostoenergiasta saadaan realiljassa niin rakennuksen energiankulutusta ja sen vaihtelua voidaan seurata esim. minuuttiaikataululla vuorokauden ympäri. Tämä mahdollistaa myös energiankulutukseen vaikuttavien muutosten (esim. ilmastoinnin ohjaus, lämpötilojen vuorokausisäätö) tehokkaan optimoinnin sekä kulutuksen ohjauksen esim. dynaamisten energiatariffien yleistyessä smart meterteknologian myötä. Optimointi ja kysyntäjoustopalveluista yhdistettynä tähän kokonaisuuteen voi näin syntyä myös merkittävä liiketoimintaa. /GreenPlat/ Yksi keskeinen asia on tietysti nimetä automaatiosta saatavat mittauspisteet yhtenäisesti tiedonsiirron automaattista analysointia varten. Tämä siksi, että olisi mahdollista syöttää tiedot useisiin tai useista kiinteistöautomaatiotoimittajien järjestelmistä loogisesti. Tällöin on tarpeellista sopia yhtenevästä käytännöstä kuinka järjestelmään syötettävät mittauspisteet nimetään. Tulevaisuuden visiot Kiinteistöautomaatiosta voidaan kerätä paljon tietoa ja ottaa tarpeellinen käsiteltäväksi. Tällöin erilaisten palvelun tarjoajia voivat olla pienistä yrityksistä kansainvälisiin yrityksiin. Tällöin voi olla esimerkiksi, että suuremmilla toimijoilla palveluun liittyy erilaisia lisenssimaksuja. 9

12 LÄHTEET Ihasalo Heikki Ihasalo, Aalto-yliopisto, Transforming building automation data into building performance metrics design, implementation and evaluation of use of a performance monitoring and management system, väitöskirja, 2012, df GreenPlat Jorma Pietiläinen, VTT, GreenICT Platform and Applications for Energy Performance Services in Existing Building Stocks, Ympäristöministeriö Rakennusten automaation vaikutus energiatehokkuuteen, 2012, 10