Monitoraggio e riconciliazione dei contatori termici

La maggior parte degli errori nei dati dei contatori di calore non dipende dalla comunicazione. Il collegamento funziona, ma il sistema memorizza il registro sbagliato: il valore alla scadenza del mese scorso, un registro tariffario o un totale di volume etichettato come kWh. Un valore alla scadenza arriva puntualmente ogni 15 minuti e forma una linea piatta fino alla data di fatturazione successiva. Memorizza ogni valore con contatore, registro, unità e ora, e indica il circuito misurato da ogni contatore prima di confrontare edifici o stimare le perdite di rete.

Confine di misura

Una rete termica può avere contatori alla centrale, sui rami della rete, all'ingresso degli edifici, negli appartamenti o nelle unità di interfaccia termica (HIU) e sui circuiti dell'acqua calda sanitaria. Disegna il confine idraulico e indica il circuito di ogni contatore prima di confrontare i totali.

L'energia in uscita dalla centrale meno la somma dei contatori a valle è un residuo, non ancora una perdita. Se il contatore della centrale registra 1.000 MWh in un mese e quelli degli edifici sommano 780 MWh, i 220 MWh (22%) comprendono le perdite di distribuzione. Comprendono anche eventuali variazioni dell'energia accumulata in un serbatoio termico, rami non misurati, lacune nei dati degli edifici ed errori di ogni contatore della somma. Elimina prima queste cause. La dispersione termica delle tubazioni dipende soprattutto dalla temperatura delle tubazioni e dall'isolamento: varia molto meno della domanda. In estate rappresenta una quota maggiore del calore fornito rispetto all'inverno, e il residuo in una notte estiva è una prima stima utile delle perdite permanenti.

Una temperatura di ritorno elevata in un edificio o in una HIU di solito ha una causa locale: un bypass o una funzione di mantenimento in caldo sempre aperta, una valvola di regolazione guasta o un circuito secondario sbilanciato. Per individuarla, traccia insieme portata e temperatura di ritorno di quel contatore durante la notte. Una portata stabile con temperatura di ritorno vicina a quella di mandata indica un bypass o una valvola aperta.

Dati da memorizzare con ogni valore

Nel M-Bus cablato, il data information field (DIF) di ogni record porta numero di memoria, funzione e tipo di dato; le sue estensioni portano la tariffa. Il value information field (VIF) porta la grandezza e il suo esponente decimale (livello applicativo M-Bus, tabella VIF). Due record di energia dello stesso contatore possono differire soltanto per questi byte:

Un decodificatore che scarta il numero di memoria registra 44 06 come energia corrente. Se ignora l'esponente del VIF 07, registra un decimo dell'energia effettiva. La data associata a un valore memorizzato è un record data separato (VIF 6C) con lo stesso numero di memoria. I record inviati e il contenuto di ogni numero di memoria dipendono da modello e configurazione.

Quando un'interfaccia M-Bus ZHM-21 legge un contatore, Edge mostra indirizzo primario, velocità in baud, identificativo del dispositivo, produttore, versione e mezzo letti dal contatore. Registra l'identificativo del dispositivo. Cambia quando il contatore viene sostituito, anche se quello nuovo usa il vecchio indirizzo primario.

Il valore di energia del contatore è quello di riferimento

Quando il contatore espone l'energia cumulativa di riscaldamento o raffrescamento, registra quel valore. Il suo calcolatore combina la coppia di sensori di temperatura, il sensore di portata e il fluido configurato. Secondo l'allegato VI (MI-004) della direttiva sugli strumenti di misura, un contatore di calore può essere uno strumento completo oppure combinato da tre sottoinsiemi: sensore di portata, coppia di sensori di temperatura e calcolatore (Direttiva 2014/32/UE).

Lo stesso allegato stabilisce l'errore massimo tollerato di un contatore completo come somma di tre componenti. Per un contatore di classe 2, il sensore di portata può discostarsi di (2 + 0,02 qp/q)%, fino a un massimo del 5%. La coppia di temperatura può discostarsi di (0,5 + 3 Δθmin/Δθ)% e il calcolatore di (0,5 + Δθmin/Δθ)%. Il produttore dichiara Δθmin pari a 3 K, 5 K o 10 K. Per un contatore di classe 2 con Δθmin = 3 K:

• alla portata permanente qp e con differenza di 20 K, il limite è 2,02 + 0,95 + 0,65 = 3,6%;
• a qp/10 e con differenza di 5 K, il limite è 2,2 + 2,3 + 1,1 = 5,6%.

Il secondo caso corrisponde a una notte estiva in molte reti. Una differenza di temperatura piccola amplifica anche gli scostamenti dei sensori. A 3 K, una differenza di 0,1 K fra sensori di mandata e ritorno produce un errore energetico del 3,3%. Per questo i due sensori di temperatura sono forniti e sostituiti come coppia abbinata.

Il contatore è marcato per installare il sensore di portata nella tubazione di mandata oppure in quella di ritorno, e il calcolatore usa tale posizione per scegliere la densità dell'acqua. Con mandata a 70 °C e ritorno a 50 °C, la densità dell'acqua differisce di circa l'1% fra le due tubazioni. Un contatore installato sulla tubazione errata presenta già circa questo scostamento, prima di ogni altro errore. BS EN 1434-6 tratta installazione, messa in servizio e controlli operativi del contatore completo.

Per l'acqua tra 40 e 90 °C, la densità è da 965 a 992 kg/m³ e il calore specifico da 4,18 a 4,21 kJ/kg·K. Un controllo rapido di scala e direzione è:

potenza termica (kW) ≈ densità (kg/m³) × calore specifico (kJ/kg·K)
                      × portata (m³/h) × differenza di temperatura (K) ÷ 3.600

Per 10 m³/h di acqua a 70 °C in mandata e 50 °C in ritorno, il controllo dà circa 228 kW:

Il controllo individua errori di segno, unità e ordine di grandezza. Non è un secondo contatore. Usa le proprietà dell'acqua, quindi non coinciderà con un contatore su un circuito con glicole. Una soluzione al 30% di glicole propilenico ha un calore specifico di circa 3,9 kJ/kg·K, circa il 7% sotto quello dell'acqua (Engineering ToolBox). Su tale circuito, conferma che il contatore sia configurato per quel fluido. Un contatore combinato per riscaldamento e raffrescamento mantiene registri energetici separati: mappali entrambi e non sommarli. L'energia è la potenza integrata nel tempo, quindi una sola lettura di potenza non dà l'energia di un intervallo.

M-Bus, impulsi o Modbus

La ZHM-21 legge un contatore M-Bus cablato a una velocità da 300 a 9.600 baud su un cavo lungo fino a 1.000 m e invia i record sulla rete mesh Zigbee al Gateway ZGW-20 che esegue Edge. Un locale tecnico con tre contatori di calore richiede tre interfacce. La guida alla messa in servizio del M-Bus cablato tratta carichi unitari, indirizzamento e mappatura dei record.

Molti contatori di calore recenti per appartamenti usano invece il M-Bus wireless (EN 13757-4, di solito modalità T1 o C1), con telegrammi cifrati da una chiave AES-128 specifica di ciascun contatore. La ZHM-21 legge soltanto il M-Bus cablato. Se il produttore offre un modulo M-Bus cablato per il contatore, monta quel modulo.

Modbus su un contatore di calore indica di solito un modulo di comunicazione aggiuntivo. L'interfaccia Modbus ZMB-31 legge fino a 30 registri da contatori su un bus RS-485. Un totale a 32 bit occupa due registri; l'ordine delle parole viene dalla mappa dei registri del modulo. Un totale energetico di 12.345.678 (esadecimale 00BC 614E) letto con le parole scambiate diventa 1.632.501.948.

Un'uscita a impulsi trasporta di solito una sola grandezza. Un impulso energetico rappresenta una quantità fissa dell'energia calcolata dal contatore. Un impulso di volume fornisce solo il volume, da cui non si può ricavare l'energia termica senza le temperature. Registra se il peso è espresso in kWh per impulso o impulsi per kWh. Se 10 impulsi per kWh sono inseriti come 10 kWh per impulso, l'energia registrata risulta 100 volte troppo alta. Il contatore di impulsi ZPC-20 conta fino a 40 Hz e richiede alimentazione di rete. Lo ZPC-10 a batteria conta fino a 4 Hz. Usa il calcolatore di conversione degli impulsi prima della messa in servizio.

Quattro intervalli di tempo

Una serie di «letture ogni 15 minuti» può comprendere quattro intervalli distinti:

Conserva l'ora del contatore quando la invia (record di data e ora, VIF 6D), l'ora di acquisizione e lo scostamento UTC. Un valore ripetuto fra aggiornamenti del contatore è un dato corretto, e il totale cumulativo rimane valido.

Dati mancanti e discontinui

Memorizza una lacuna come null con un indicatore di qualità. Uno zero nella tabella degli intervalli significa assenza di consumo e riduce il totale mensile. Stati di qualità utili sono: nuovo, obsoleto, errore del contatore, guasto di comunicazione, duplicato, azzeramento o sostituzione, e discontinuità non risolta.

Il byte di stato M-Bus segnala errori applicativi nei bit 0 e 1, alimentazione insufficiente nel bit 2, errore permanente nel bit 3 ed errore temporaneo nel bit 4. I bit da 5 a 7 sono specifici del produttore (livello applicativo M-Bus). I record di errore del produttore riguardano spesso un sensore di temperatura aperto o in cortocircuito, aria o assenza di acqua nel sensore di portata, e flusso inverso. I codici variano secondo il modello. Un errore del contatore rimane attivo finché il contatore non lo cancella, anche quando la comunicazione funziona.

Se un registro ha un modulo documentato M e viene confermato un solo ritorno a zero per superamento del limite, la differenza è (M − precedente) + corrente. Un totale in calo può anche indicare sostituzione, azzeramento, registro diverso o dato corrotto: non dedurre un ritorno a zero dalla sola aritmetica. Rifiuta un intervallo se non puoi escludere più di un ritorno a zero o un cambio di contatore.

• 12.345,6 → 12.349,1 kWh in esattamente 15 minuti sono 3,5 kWh, equivalenti a una potenza media di 14 kW in quel periodo. Non è una lettura di potenza istantanea.
• 0,1 kWh/impulso × 37 impulsi sono 3,7 kWh. Impulsi poco frequenti fanno apparire a gradini i valori su intervalli brevi, anche quando il flusso fisico è continuo.
• 9.998 → 3 con modulo noto di 10.000 e un solo ritorno a zero confermato sono 5 incrementi. Le stesse letture dopo la sostituzione del contatore appartengono a due contatori diversi: la correzione per il limite non si applica.

Riconciliare con il contatore

Confronta lo stesso contatore, registro, unità, tariffa e direzione. Leggi il display all'inizio e alla fine di almeno 24 ore e confronta la differenza con quella dei totali memorizzati. Accetta uno scostamento non superiore a una cifra del display, più il peso di un impulso per un ingresso a impulsi. Un solo confronto in un istante può fallire senza un guasto, perché display, dati M-Bus e valore memorizzato si aggiornano in momenti diversi.

La corrispondenza prova il percorso dei dati, non la correttezza metrologica del contatore. L'uso per la fatturazione dipende dall'approvazione del contatore secondo MI-004, dalla corretta installazione e dalle norme nazionali.

Guasto, ripristino e sostituzione

Verifica la gestione dei guasti prima della consegna:

1. Conferma che ogni contatore invii dati per almeno due intervalli di invio.
2. Scollega il cavo M-Bus o l'ingresso a impulsi di un contatore per più di due intervalli di invio.
3. Controlla che il contatore scollegato non mostri nuove letture e che sia segnalato per nome.
4. Controlla che gli altri contatori continuino a inviare dati.
5. Ricollega il contatore. Verifica che il primo nuovo totale prosegua dall'ultimo totale memorizzato e che nessuna lettura sia registrata due volte.
6. Riavvia il Gateway. Verifica che i totali proseguano.
7. Verifica che non siano stati creati valori d'intervallo per la lacuna. L'energia usata durante l'interruzione è nota soltanto come totale dell'intera lacuna.

Quando sostituisci un contatore, avvia una nuova identità e un nuovo valore iniziale. Non collegare il nuovo contatore al vecchio registro cumulativo. Annota sulla scheda di sostituzione:

• identificativo del vecchio contatore, totali finali di energia e volume, data e ora;
• identificativo del nuovo contatore, totali iniziali, data e ora;
• record usati, con unità ed esponenti, oppure peso dell'impulso;
• chi ha eseguito il lavoro.

La guida applicativa del M-Bus cablato elenca l'hardware per un insieme di contatori, mentre la guida all'acquisizione degli impulsi tratta i contatori a impulsi. System Builder parte dall'elenco dei contatori e dai confini dei circuiti.