ما هو عداد الحرارة الذكي؟

يقيس عداد الحرارة الذكي (smart heat meter) كمية طاقة التدفئة التي تتدفق إلى مبنى أو شقة أو جهاز ما، ويرسل هذه القراءة تلقائيًا بدلًا من انتظار من يقرأ شاشته. وهو العداد الذي تجده حيث تدخل شبكة تدفئة المناطق (district heating) إلى المبنى، أو عند مخرج غلاية مركزية، أو على فرع التدفئة الخاص بكل شقة في كثير من المباني الأوروبية.

وعلى عكس عداد المياه أو الغاز، لا يستطيع عداد الحرارة أن يقيس مباشرةً ما يُحتسب في الفاتورة. فالحرارة ليست مادة تتدفق عبر الأنبوب؛ بل ينقلها الماء الساخن. لذا يتعين على العداد أن يقيس أمرين في وقت واحد: كمية الماء المارّة، ومقدار انخفاض درجة حرارته، ثم يحسب الطاقة منهما معًا. وهذا الحساب هو أيضًا ما يجعل بيانات عداد الحرارة مفيدة جدًا للمشغّلين، لأن القياسات نفسها التي تنتج الفاتورة تبيّن مدى كفاءة عمل نظام التدفئة.

باختصار

• يجمع عداد الحرارة الذكي بين مستشعر تدفق، ومستشعري درجة حرارة، ووحدة حساب (calculator) تحسب الطاقة.
• وإلى جانب إجمالي الطاقة، يسجّل التدفق والقدرة ودرجتي حرارة الإمداد والعودة.
• يقدّم كبار المصنّعين وحدات اتصال مثل M-Bus وM-Bus اللاسلكي (wireless M-Bus) وModbus، وفي بعض الطرازات LoRaWAN.
• يحوّل الجمع عن بُعد قيمة فوترة سنوية إلى بيانات كل ساعة تكشف مشكلات التدفئة لحظة حدوثها.

كيف يعمل عداد الحرارة الذكي؟

لكل عداد حرارة، ذكيًا كان أم لا، ثلاثة أجزاء تعمل معًا.

يقيس مستشعر التدفق حجم الماء المارّ. وتستخدم العدادات الذكية في معظمها مستشعرات تدفق بالموجات فوق الصوتية، ترسل نبضات صوتية مع اتجاه التدفق وعكسه، وتحسب السرعة من الفرق في زمن انتقالها. وليس فيها أجزاء متحركة، لذا لا تتآكل، وتتعامل مع الماء المتسخ أفضل من المستشعرات الميكانيكية الأقدم ذات الريش.

ويقيس زوج متطابق من مستشعرات درجة الحرارة حرارة الماء عند دخوله (الإمداد أو الذهاب) وعند خروجه (العودة). ويُعايَر المستشعران كزوج واحد، وهما عادةً مستشعرات مقاومة بلاتينية مثل Pt500 أو Pt1000، لأن ما يهم هو الفرق الدقيق بينهما، لا القيمة المطلقة لكل منهما.

وتجمع وحدة الحساب بين القياسين. فهي تضرب حجم الماء في فرق الحرارة وفي السعة الحرارية للماء عند تلك الدرجات، وتضيف الناتج إلى إجمالي تراكمي للطاقة.

لنفترض أن الماء يتدفق عبر دائرة التدفئة في مبنى بمعدل 1.2 متر مكعب في الساعة، ويصل بدرجة 70 °C ويخرج بدرجة 50 °C. فرق الحرارة إذن 20 كلفن. ويحمل الماء نحو 1.16 kWh لكل متر مكعب لكل كلفن، لذا تبلغ القدرة الحرارية نحو 1.2 × 1.16 × 20، أي 27.8 kW. وعلى مدى ساعة واحدة، يضيف العداد نحو 28 kWh إلى إجماليه. ولو لم يحقق المبنى نفسه سوى فرق قدره 10 كلفن، لاحتاج إلى ضعف التدفق للحصول على الحرارة نفسها، وهذا يعني مضخات أكبر واستهلاكًا أكبر للكهرباء.

وهذه النقطة الأخيرة هي سبب أهمية القيم الإضافية التي يسجّلها العداد الذكي. فالعداد التقليدي يعرض إجمالي الطاقة على شاشته. أما عداد الحرارة الذكي فيخزّن ويرسل معدل التدفق، والقدرة الحالية، ودرجتي الحرارة، والحجم التراكمي، ورموز الأخطاء، وكثيرًا ما يرسل سجلًا شهريًا أيضًا. ويولي مشغّلو شبكات تدفئة المناطق اهتمامًا كبيرًا لدرجات حرارة العودة، لأن ارتفاع درجة حرارة العودة يعني أن الحرارة لا تُستخدم بكفاءة داخل المبنى، كما أن بعض تعرفات التدفئة تتضمن رسومًا أو حوافز مرتبطة بها.

الشركات المصنعة لعدادات الحرارة الذكية في أوروبا

قياس الحرارة سوق ناضجة ومنظَّمة في أوروبا، ويورّد عدد قليل من الشركات المصنعة لعدادات الحرارة الذكية حصة كبيرة من العدادات المركّبة. ومن خطوط المنتجات المعروفة:

• Kamstrup (الدنمارك)، بسلسلة MULTICAL، من عدادات الشقق المدمجة إلى العدادات الكبيرة للمحطات الفرعية في شبكات تدفئة المناطق.
• Landis+Gyr، بسلسلة Ultraheat من عدادات الحرارة بالموجات فوق الصوتية.
• Diehl Metering (ألمانيا)، بسلسلة SHARKY.

كما تصنع Engelmann وZenner وSontex عدادات حرارة واسعة الاستخدام في المباني الأوروبية، وهناك فوق ذلك كثير من الشركات الإقليمية والمتخصصة. والقائمة ليست مرتبة بأي ترتيب معين؛ فالعلامة التجارية المهيمنة تختلف من بلد إلى آخر، وكثيرًا ما تتوقف على ما اعتمدته شركة المرافق المحلية معيارًا لها قبل سنوات.

والقاسم المشترك بين هذه العدادات هو الإطار التنظيمي. ففي الاتحاد الأوروبي، تخضع عدادات الحرارة المستخدمة في الفوترة لتوجيه أدوات القياس (MID)، والمعيار الفني الذي تقوم عليه هو EN 1434، الذي يغطي مستشعر التدفق ومستشعرات درجة الحرارة ووحدة الحساب. ويحمل العداد الحاصل على اعتماد MID فئة دقة، وتذكر شهادة الاعتماد إصدار المعيار الذي اختُبر وفقه. كما تُحدَّد أحجام العدادات بمعدل تدفقها الدائم، الذي يُكتب qp بالمتر المكعب في الساعة: فقد يكون عداد الشقة مصنّفًا عند 1.5 أو 2.5، بينما يُصنَّف عداد المحطة الفرعية لمبنى كبير عند قيمة أعلى بأضعاف كثيرة.

والاتصال عادةً مسألة اختيار وحدة، لا عداد مختلف. فالعداد الأساسي نفسه يمكن عادةً طلبه بواجهة M-Bus سلكية، أو براديو M-Bus لاسلكي، أو بواجهة Modbus، أو بمخارج نبضية، وفي بعض خطوط المنتجات بوحدة LoRaWAN. كما تصنع شركات مستقلة وحدات اتصال قابلة للتركيب لعائلات العدادات الشائعة، وهذا مفيد حين تكون العدادات مركّبة أصلًا في المبنى ولا تريد سوى تغيير طريقة اتصالها.

كيف تتم القراءة عن بُعد لعداد الحرارة الذكي؟

هناك ثلاثة مسارات شائعة من عداد الحرارة الذكي إلى البرنامج الذي يستخدم بياناته.

1. M-Bus السلكي: تتصل العدادات عبر ناقل ثنائي الأسلاك بمسجّل بيانات (data logger) أو بنظام إدارة المبنى في غرفة المعدات. وهذا شائع في المباني الجديدة، حيث يُمدّ الكابل أثناء البناء.
2. M-Bus اللاسلكي: يرسل العداد بياناته لاسلكيًا إلى جهاز استقبال في المبنى أو إلى قارئ محمول يُستخدم أثناء المرور (walk-by). وهو منتشر في المباني السكنية في أنحاء أوروبا.
3. الشبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN): يرسل العداد، أو وحدة مركّبة عليه، بياناته عبر LoRaWAN أو mioty إلى بوابة أو محطة قاعدية يمكنها تغطية عدة مبانٍ في آن واحد.

وقد أصبح مسار LPWAN جذابًا لمشغّلي المباني لأن شبكة واحدة تنقل بيانات العدادات وكل مستشعر آخر في المبنى. وmioty معيار من ETSI (TS 103 357) صُمم مع وضع قراءة العدادات في الحسبان؛ فهو يقسّم كل رسالة إلى دفعات قصيرة، ويستطيع إعادة بنائها حتى عندما يضيع ما يصل إلى نصفها، وفقًا لـ Fraunhofer IIS وmioty Alliance. وهذا يساعد مع عدادات الحرارة الموجودة في الطوابق السفلية العميقة وغرف المحطات الفرعية.

ومع Kilo، تتصل وحدات LoRaWAN وmioty الخاصة بعدادات الحرارة بخوادم الشبكة المدمجة في المنصة، ويمكن تشغيل mioty أيضًا عبر Kilo mioty Service Center مفتوح المصدر إذا كنت تفضّل استضافته بنفسك، أو عبر إصدار Enterprise الذي ترخّصه Kilo وتثبّته في مقرك الخاص عند الطلب. ويمكنك بعد ذلك ضبط قاعدة على درجة حرارة العودة مع خيار التوقيت «Only if it lasts»، فلا يصدر الإنذار إلا عندما تبقى فوق الحد الذي حددته لمدة ساعتين مثلًا، ولا توقظ قفزة قصيرة بعد بدء التدفئة صباحًا أحدًا. ودرجة حرارة العودة واحدة من عدة قراءات يمكنك تتبعها بهذه الطريقة عندما تُعدّ مراقبة الطاقة في المباني عبر محفظة من المباني.

وفاصل الإرسال خيار ينبغي اتخاذه عن قصد. فالفوترة لا تحتاج إلا إلى قيمة شهرية. أما الاستخدام التشغيلي، مثل اكتشاف صمام عالق أو فرق حرارة ضعيف، فيعمل جيدًا مع بيانات كل ساعة. والإرسال كل بضع دقائق يستنزف البطارية أسرع، ونادرًا ما يكشف شيئًا قد تفوته البيانات الساعية.

ومع بيانات ساعية من بضعة مبانٍ، عادةً ما يبرز أولًا فرق حرارة صغير بين الإمداد والعودة. وهو يشير إلى مشعّات أو صمامات تسمح للماء بالمرور دون أن يُطلق كثيرًا من حرارته. أما بيانات الصيف فتخبرك بشيء مختلف: فمع إيقاف تدفئة الغرف، لا يبقى سوى تحضير الماء الساخن وفواقد الدوران، وكثيرًا ما يعني الحِمل الأساسي الصيفي المرتفع على غير العادة أنابيب سيئة العزل أو مضخة دوران تعمل على مدار الساعة. ويظهر أيضًا غياب الخفض الليلي (night setback). فإذا بدت قدرة التدفئة في مبنى ما في الساعة 2 ليلًا مماثلة لها في الساعة 2 ظهرًا، فهذا يعني أن جدول التدفئة لم يُضبط قط أو أنه قد جرى تجاوزه.

أسئلة لطرحها على الشركات المصنعة لعدادات الحرارة الذكية

عندما تختار بين الشركات المصنعة، أو بين طرازات الشركة نفسها، فإن فئة الدقة ليست سوى البداية. فمعظم الأسئلة العملية تتعلق بالتركيب والبيانات:

• الحجم ونطاق التدفق. يجب أن يتوافق التدفق الاسمي للعداد مع الدائرة. فالعداد الأكبر من اللازم يقيس التدفقات المنخفضة بشكل ضعيف، وهذا مهم في الصيف حين يقتصر التسخين على تحضير الماء الساخن.
• موضع التركيب. تحقق مما إذا كان يجب وضع مستشعر التدفق في أنبوب العودة أم أنبوب الإمداد، وكم يحتاج من الأنبوب المستقيم.
• وحدة الاتصال. ما الواجهات وأجهزة الراديو المتاحة لهذا الطراز، وهل يمكن تغيير الوحدة لاحقًا دون استبدال العداد؟
• البيانات المتاحة عن بُعد. هل ترسل الوحدة إجمالي الطاقة فقط، أم ترسل أيضًا درجات الحرارة والتدفق والقدرة ورموز الأخطاء؟
• عمر البطارية بفاصل الإرسال الذي تعتمده. اطلب الرقم الخاص بالفاصل الذي تخطط لاستخدامه، لا أفضل الحالات.
• التشفير والمفاتيح. إذا كان الراديو يشفّر البيانات، فتأكد من أنك ستتسلم المفاتيح الخاصة بعداداتك.
• الاعتماد وإعادة المعايرة. تأكد من اعتماد MID للاستخدام في الفوترة، ومن دورة إعادة المعايرة أو الاستبدال الوطنية لنوع العداد.

والتوقيت مهم أيضًا. فعدادات الفوترة يجب استبدالها أو إعادة معايرتها وفق دورة ثابتة على أي حال، لذا فإن أرخص لحظة لتغيير طريقة اتصال عدادات الحرارة في مبنى هي موعد الاستبدال المجدول التالي. وطلب العدادات الجديدة بوحدة الراديو التي تريدها في تلك اللحظة يجنّبك دفع تكلفة زيارة إضافية للموقع لاحقًا.

ومن الطرق السريعة لمقارنة العروض أن تطلب من كل مورّد عينة من بيانات حقيقية من عداده بفاصل ساعة. فهي تبيّن القيم التي ستتلقاها فعليًا، وبأي صيغة، وما إذا كان هناك مفكّك ترميز (decoder) لهذه الصيغة في البرنامج الذي تستخدمه. والعينة المأخوذة من موسم التدفئة تخبرك أكثر مما تخبرك به عينة صيفية، لأنها تغطي النطاق الكامل للتدفقات.

أسئلة شائعة عن عداد الحرارة الذكي

هل عداد الحرارة الذكي هو نفسه موزّع تكاليف التدفئة؟

لا. فموزّع تكاليف التدفئة (heat cost allocator) يُركَّب على مشعّ واحد ويسجّل وحدات نسبية تُستخدم لتقسيم التكاليف بين الشقق؛ ولا يقيس الطاقة بوحدة kWh. أما عداد الحرارة الذكي فيقيس الطاقة الفعلية، ويُركَّب عادةً حيث تدخل أنابيب التدفئة إلى الشقة أو المبنى.

ما مدى دقة عداد الحرارة الذكي؟

يحدد المعيار EN 1434 فئات الدقة 1 و2 و3، وكثير من العدادات المركّبة في المباني من الفئة 2 أو الفئة 3. ويتوقف الخطأ على التدفق وفرق الحرارة، ويزداد حين يكون فرق الحرارة صغيرًا جدًا.

كم مرة يجب استبدال عداد الحرارة الذكي؟

يتوقف ذلك على القواعد الوطنية. ففي ألمانيا مثلًا، يجب إعادة معايرة عدادات الحرارة المستخدمة في الفوترة أو استبدالها كل ست سنوات. واستبدال العداد بدلًا من إرساله لإعادة المعايرة خيار شائع عند ذلك الموعد.

هل يستطيع عداد الحرارة الذكي قياس التبريد؟

بعضها يستطيع. فعدادات الحرارة والتبريد المدمجة تقيس الطاقة في الاتجاهين على الأنبوب نفسه، وتحتفظ بسجلّات عدّ (registers) منفصلة. وتختلف قواعد اعتماد قياس التبريد عن قواعد قياس الحرارة، لذا تحقق من شهادة العداد إذا كانت قيمة التبريد تُستخدم في الفوترة.

إذا كانت عداداتك تقبل وحدة LoRaWAN أو mioty، فاربط عداد الحرارة في المحطة الفرعية الرئيسية وأربعة عدادات شقق في المبنى نفسه، واعرض درجة حرارة الإمداد ودرجة حرارة العودة والقدرة جنبًا إلى جنب في رسم بياني. وعادةً ما تكفي بضعة أسابيع باردة من البيانات الساعية لتبيّن ما إذا كانت المحطة الفرعية تعيد ماءً أدفأ من اللازم، وأي الشقق تسهم في ذلك أكثر من غيرها. وهذه العدادات الخمسة تقع ضمن الخطة المجانية في Kilo.