EXAMENSARBETE INOM INDUSTRIELL EKONOMI OCH PRODUKTION,
Teknik och Ekonomi, högskoleingenjör 15 hp SÖDERTÄLJE, SVERIGE 2017
Förslag på nya
beräkningsmetoder för
årsregistrerad vattenförbrukning
REBECCA GAHLIN JENNY SOMMAR
Förslag på nya beräkningsmetoder för årsregistrerad vattenförbrukning
av
Rebecca Gahlin Jenny Sommar
Examensarbete TMT 2017:3 KTH Industriell teknik och management
Tillämpad maskinteknik Mariekällgatan 3, 151 81 Södertälje
Examensarbete TMT 2017:3
Förslag på nya beräkningsmetoder för årsregistrerad vattenförbrukning
Rebecca Gahlin Jenny Sommar
Godkänt
2017-02-20
Examinator KTH
Alexander Engström
Handledare KTH
Erika Bellander
Uppdragsgivare
Tyréns AB
Företagskontakt/handledare
Krister Törneke
Sammanfattning
Projekt utgår ifrån ett samarbetet mellan Tyréns AB och Svenskt vatten och syftar till att analysera värdenas härkomst, undersöka trovärdigheten hos bokförda värden i debiteringssystem samt föreslå förbättrade metoder för beräkning av vattenförbrukning. Det finns intresse av att undersöka var i processen det kan uppstå oriktiga värden, dess storlek och möjlighet att undvikas. Idag finns
kunskap om att ledningsnäten i Sverige har oundvikligt läckage, uppskattningsvis 10-15 procent. Det finns även omätt vattenförbrukning som kan bestå av samhällsförmånlig förbrukning men även otillåten brukning av det kommunala vattnet. Utöver detta mäts så gott som varje enskild abonnents vattenförbrukning av en manuell eller fjärravläst mätare vilket både inkluderar felaktigheter baserat på den mänskliga faktorn och produktionsfel hos mätaren. Alla dessa faktorer kommer påverka vad debiteringsregistret registrerar och det är av vikt att förstå de skilda komponenterna av problemet.
Syftet med projektet var att undersöka hur dagens beräkning av vattenförbrukning är uppbyggd samt om det finns behov till förbättringar och se över möjligheten att utveckla nya beräkningsmetoder.
Projektet är utfört i flera steg och startade men en grundlig benchmarking. Utifrån analys av dagens beräkningsmetoder utvecklades sedan nya beräkningsmetoder. Dessa beräkningsmetoder svarade mot fler av de egenskaper som önskas hos en beräkningsmetod. Genom tester jämfördes olika typer av beräkningsmetoder för att urskilja lämplighet för beräkningar av årsförbrukning. För att förstå i vilken utsträckning värdefel uppstår i beräkningarna granskades tidigare forskning inom området.
Denna innefattar olika typer av mätare och avläsningsmetoder och det visade sig att det finns en inbyggd osäkerhet i mätare och en osäkerhet vid manuell avläsning. Detta har tagits i beaktning i studien.
Som hjälpmedel för analysen av beräkningsmetoderna har realdata använts för att framställa verkliga fall baserade även konstruerade extremfall. De verkliga exemplens utfall har summerats till en felmarginalstabell som kartlägger olika beräkningsmetoders procentuella felmarginal. Dessa tabeller har sedan sammanställts till ett poängsystem vars syfte är att ta fram den mest lämpade
beräkningsmetoden för beräkningar av årsförbrukning där den med lägst felmarginal segrar.
Resultatet av projektet påvisar behovet av en ny beräkningsmetod och presenterar förslag på nya alternativa beräkningsmetoder baserade på tester och experiment. Slutligen rekommenderas en av beräkningsmetoderna som har visat på stabilitet och god approximationsförmåga att användas vid beräkningar av årsförbrukning. I framtiden kan det komma att bli allt mer vanligt med fjärravlästa
mätare vilket skulle resultera i bättre debiteringsunderlag och ett minskat behov av beräkningsmetoder.
Nyckelord: avläsning, beräkningsmetod, debiteringsregister, debiteringssystem, mätarställning, mätvärden, vattenförbrukning, vattenmätare, årsförbrukning.
Bachelor of Science Thesis TMT 2017:3
Proposals for new calculating methods for annually registration of water consumption
Rebecca Gahlin Jenny Sommar
Approved
2017-02-20
Examiner KTH
Alexander Engström
Supervisor KTH
Erika Bellander
Commissioner
Tyréns AB
Contact person at company
Krister Törneke
Abstract
This project emanates from a cooperation between Tyréns AB and Svenskt Vatten with its purpose to investigate the credibility of recorded values in their debit system through analysis and suggest improved methods for calculation of water consumption. There is an interest in locating areas of the process where value anomalies may occur, the extent of them as well as finding their corresponding countermeasures. Today it is estimated that the water mains in Sweden has an unavoidable leakage of 10 to 15 % percent. There is also an unmeasured water consumption made up for by
unauthorized use of the communal water combined with social favourable consumption. Every individuals water consumption is measured through a manual- or remote meter which furthermore include the possibility for value anomalies due to the human factor and the probability of internal errors within the meter.
The purpose of this project was to examine how todays calculation methods for water consumption were structured to identify the eventual need for improvements. The possibility for new calculation methods was also explored. This is presented in this report and the final presentation of the study.
The project has been executed in several steps and started off with a thorough benchmarking. The development of new calculation methods started with an analysis of the methods being used today.
These new methods contain several of the desirable properties of a calculation method. Different types of methods were compared against each other in experiments to determine the most adequate method for annual calculation. In order to further understand to which extent value inaccuracies occurred, former research on the matter was examined. From the research different kinds of water meters and methods for reading them was presented. It emerged that there is a potential uncertainty in both the meter and the reading procedure, this has been taken into consideration through the study.
The software Excel has been of great assistance in order to make real and constructed cases that was of importance to the analysis of the calculation methods. All the results from the real cases has been summarized into tables with error margins in order to survey the difference of these errors within the methods. The most suitable calculation method was produced by using the error margin in a scoring system where the one with the lowest score was appointed the most suitable.
Results derived from the project proves the need of an improved method for calculating water
consumption. Alternative methods based on series of testing and experiments are presented as viable options for future use. One of the alternative methods is through extensive examination concluded to be stable as well as being able to provide reliable approximations. It is also concluded that in the future remotely managed meters may become more common. This would result in a better debit basis, reducing the need for methods of calculation of value anomalies.
Förord
Detta examensarbete är den avslutande delen av högskoleingenjörsutbildningen Teknik och Ekonomi på Kungliga Tekniska Högskolan. Arbetet omfattar 15 högskolepoäng och har utförts hos Tyréns AB i Stockholm under handledning av Krister Törneke och Erika Bellander.
Ett stort tack till Tyréns för möjligheten att få vara en del av ert arbete. För god vägledning riktas även ett tack till handledarna Krister och Erika.
Innehåll
1 Inledning ... 1
1.1 Bakgrund ... 1
1.2 Syfte ... 1
1.3 Mål ... 1
1.4 Omfattning och frågeställningar ... 1
1.5 Avgränsningar ... 1
2 Metod ... 3
3 Teoretisk referensram ... 5
3.1 Lagstiftning och regler ... 5
3.2 Funktionsbeskrivning av mekaniska mätare och elektromagnetiska flödesmätare. ... 5
3.2.1 Mekaniska mätare ... 5
3.2.2 Elektromagnetiska flödesmätare ... 6
3.2.3 Osäkerhet hos vattenmätare ... 6
3.3 Funktionsbeskrivning av ultraljudsmätare ... 6
3.4 Avläsningsmetoder ... 7
3.4.1 Manuell avläsning ... 7
3.4.2 Fjärravläsning ... 7
3.5 Interpolering ... 8
4 Nuvarande situation ... 11
4.1 Situationen i stort ... 11
4.2 Kommunernas roll i vattenförsörjning ... 11
4.3 Vattenledningsnät ... 11
4.4 Vattenbalans ... 12
4.5 Läckage ... 12
4.5.1 Orsaker och verkan ... 12
4.6 Svenskt Vatten utvecklingsprojekt ... 13
4.7 Benchmarking av beräkningsmetoder ... 13
4.7.1 Föregående avläsning ... 14
4.7.2 Förbrukningsmönster ... 14
4.7.3 Andra debiteringssystem ... 14
5 Faktainsamling ... 15
5.1 Debiteringsregister ... 15
5.1.1 Debiteringssystemets funktion ... 15
5.2 Statistik över den inbyggda osäkerheten hos vattenmätare ... 16
5.2.1 Elektromagnetiska flödesmätare ... 16
5.2.2 Mekaniska mätare ... 16
5.2.3 Ultraljudsmätare ... 16
5.3 Kvalitetssäkring av vattenmätare ... 16
5.4 Miljömässiga synpunkter av vattenmätning ... 17
5.5 Ekonomiska konsekvenser av vattenmätning ... 17
5.6 Undersökning av Vedertagen beräkningsmetod ... 17
6 Analys av data och information ... 19
6.1 Analysmetodik ... 19
6.1.1 Metod 1 ... 20
6.1.2 Metod 2 ... 20
6.1.3 Metod 3 ... 21
6.1.4 Metod 4 ... 22
6.2 Exkludering av mindre tillförlitliga metoder ... 23
6.3 Analys av realdata från vattenmätningar ... 23
6.3.1 Insamling av data ... 23
6.3.2 Hantering av data ... 23
6.3.3 Experiment ... 23
6.3.4 Poängsystem ... 24
6.4 Utvärdering av metoder ... 25
6.4.1 Trovärdighet hos metoderna ... 25
6.4.2 Beräkningsmetoder med interpolering ... 25
6.5 Fördelar och nackdelar med den vedertagna metoden ... 26
6.6 Felmarginaler ... 27
6.7 Konstruerade fall ... 28
6.8 Metodernas påverkan av datum för avläsning ... 31
6.8.1 Förutsättningar för att den vedertagna metoden ska ge ett representativt resultat ... 32
6.8.2 Förutsättningar för att Metod 4 ska ge ett representativt resultat ... 32
6.8.3 Förutsättningar för att Metod 2 ska ge ett representativt resultat ... 32
6.9 Fjärravläsning skapar positiv trend ... 33
7 Resultat ... 35
8 Diskussion ... 37
8.1 Huvudresultatet ... 37
8.1.1 Mätare och avläsningar ... 37
8.2 Resultatets konsekvenser ... 37
8.3 Faktorer som påverkat resultatet ... 38
8.4 Arbetsmetod ... 38
8.4.1 Verktyg ... 38
8.4.2 Data ... 38
8.5 Frågeställningar ... 39
9 Slutsats och rekommendationer ... 41
10 Litteraturförteckning ... 43
11 Appendix ... 45
11.1 Företagsinterna bilagor ... 48
1 Inledning
Detta arbete är utfört på Tyréns AB och är skrivet av Rebecca Gahlin och Jenny Sommar.
Inledningsvis beskrivs projektets bakgrund och syfte samt vilka frågeställningar projektet arbetat med.
1.1 Bakgrund
Tyréns arbetar tillsammans med Svenskt Vatten med ett projekt som syftar till att undersöka det svenska vattenledningsnäten och dess dimensionering. Under projektets gång har olika
frågeställningar uppkommit som krävt noggrannare efterforskning vilket har resulterat flera examensarbeten inom ämnet. Examensarbeten har bidragit med nya infallsvinklar vilket öppnat upp för ytterligare efterforskningar. Ett av de problem som uppmärksammades i tidigare arbeten är beräkningen av vattenförluster i ledningsnät. För att kunna fortskrida med projektet fordrades djupare undersökningar av de beräkningsmetoder som användes för att jämföra det uppmätta levererade och förbrukade vattnet.
Den aktuella årsförbrukningen är en summa av medelvärden som baseras på mätningar under en viss tidsperiod. Årsförbrukningen behövde dock inte stämma överens med den faktiska
vattenförbrukningen under det kalenderåret. Detta kan skapa problem när den aktuella
årsförbrukningen tas ur register och används som underlag för analyser då det kan ge felaktiga resultat. Detta projektarbete förväntas ge klarhet kring systemets funktioner och ge förslag på förbättringar. Examensarbetet är ett fristående arbete men kan komma att användas som underlag i framtida projekt.
1.2 Syfte
Syftet med projektet var att svara på om dagens metoder för beräkningar av vattenförbrukning är väl befogade eller om det finns utrymme för förbättringar. Syftet var även att undersöka hur underlaget som redovisades i debiteringssystemet är uppbyggt och hur det påverkar slutsatser av den förbrukade vattenmängden.
1.3 Mål
Målet var att undersöka om det var möjligt att få ökad tillförlitlighet hos värden för förbrukat vatten i debiteringssystemen och att dokumentera möjliga förbättringar samt kartlägga osäkerheter.
1.4 Omfattning och frågeställningar
Projektet har genomfört en granskning av orsaker till varför värdefel uppstår i
debiteringsregistret, i vilken utsträckning det förekommer och vilka konsekvenser de medför.
• Vad baseras underlaget i debiteringssystemet på?
- Vilka beräkningsmetoder används idag?
- Finns det behov av att utveckla nya beräkningsmetoder?
• Hur påverkas den uppmätta förbrukningen av mätfel?
- Går det att minska antalet mätfel?
1.5 Avgränsningar
Analysen och metoderna baseras på antagandet att avläsningar görs årligen och tar således ej hänsyn till de fall där de årliga avläsningarna uteblev.
2 Metod
Teorier, analyser och jämförelser baserades på fakta taget från:
• Litteraturstudier - Böcker - Hemsidor
- Föreskrifter angående vattenmätare
- Tidigare examensarbeten inom gemensamma områden
• Kontakter på Tyréns Vattenutredningsavdelning
• Intervjuer med kommuner, vattendistributörer, tillverkare av vattenmätare och systemutvecklare för debiteringssystem
En grundlig undersökning gjordes av hur dagens metoder för årsförbrukning tillämpades och hur trovärdiga resultat som ges. Sedan gjordes en utvärdering av i vilken utsträckning den vedertagna beräkningsmetoden går att tillämpa för syftet av denna studie.
Genom insamlingen av data från olika kommuners debiteringsregister samt litteraturstudier och intervjuer analyserades vilka faktorer som påverkade den beräknade årsförbrukningen. Därifrån gjordes en undersökning om dessa faktorer kunde användas som grund till att beräkna en mer tillförlitliga årsförbrukning.
Data samlades inför områden med goda underlag för förbrukat vatten. Utifrån insamlad data jämfördes olika beräkningsmetoder mot den vedertagna metoden på verkliga fall samt
konstruerade extremfall med syftet att kartlägga beräkningsmetodernas beteendemönster. Med avsikten att bedöma vilken beräkningsmetod som gav trovärdigast resultat utvecklades ett poängsystem.
För att säkerställa kvalitén hos informationen i debiteringssystemet undersöktes vilka parametrar som gav upphov till värdefel i registret. Detta gjordes genom att fastställa osäkerheter hos olika typer av mätare samt studera olika avläsningsmetoder. En analys av skillnader i tillförlitligheten hos olika typer av avläsningsmetoder gjordes genom att jämföra områden som gått från manuellt avlästa mätare till fjärravlästa mätare.
3 Teoretisk referensram
Nedan presenteras tidigare arbeten och forskning inom området som varit till grund för denna studie.
3.1 Lagstiftning och regler
Det finns ett antal lagar och regler vars syfte är att säkerställa att abonnenten debiteras korrekt för sin vattenförbrukning. SWEDAC är den myndighet som utfärdar de regler som gäller för
vattendistributören. I SWEDAC:s föreskrifter ställs kravet att den som ska kontrollera och revidera hushållsmätare måste vara ackrediterad som kontrollorgan. SWEDAC är den myndigheten ackrediterar kontrollorganen i Sverige.
Tabell 1 Regelverk för vattendebitering (Svenskt Vatten, 2009)
Det regelverk som direkt berör alla distributörer av vatten är STAFS2007:2. Utöver ovan beskrivna regelverk finns också lagen (2006:412) om allmänna vattentjänster (vattenlagen).
3.2 Funktionsbeskrivning av mekaniska mätare och elektromagnetiska flödesmätare.
I ett examensarbete av Jakob Ekwall, 2016 förklaras ingående hur de olika typerna av vattenmätare fungerar. Han tar även upp den inbyggda osäkerheten hos mätare och hur installationseffekter påverkar mätvärden.
3.2.1 Mekaniska mätare
Mekaniska mätare har rörliga delar som bestämmer flödet genom att mäta vätskans hastighet när den passerar mätaren eller genom att bestämma hur snabbt en volym fylls upp eller töms.
Volymflöde Q:
Europeiska unionen (vissa gemensamma regler)
Europaparlamentets och Rådets direktiv 2004/22/EG om mätinstrument (MID) Riksdagen
Lag (1992:1514 om måttenheter, mätningar och mätdon.
Lag (1992:1119 om teknisk kontroll.
Regeringen
Förordning (1994:99) om vatten- och värmemätare.
SWEDAC (legal mätteknik) SWEDAC (ackreditering) SWEDAC:s föreskrifter och allmänna råd
(STAFS 2006:4) om mätinstrument och STAFS 2006:5 om vattenmätare vad gäller krav på nya mätare samt STAFS 2007:2 om återkommande kontroll av vatten- och värmemätare.
SWEDAC:s föreskrifter om allmänna råd (STAFS 2007:7) om ackreditering, STAFS 2007:8 om ackreditering av kontrollorgan samt STAFS 2007:2 om återkommande kontroll av vatten- och värmemätare.
Regler som främst riktar sig till distributörer av vatten och värme samt mätarleverantörer.
Regler som främst riktar sig till kontrollorgan ackrediterade för kontroll av vatten- och värmemätare.
Q=A*U [1]
Där U är vattnets medelhastighet över tvärsektionen A.
Det finns flera modeller av mätare som använder sig av den här principen. Två av dessa är vinghjulsmätaren och woltmanmätaren. Vattnet som strömmar genom mätaren ger ett vinghjul eller ett turbinhjul en hastighet som står i proportion med strömningshastigheten. Rotationen hos hjulet överförs till ett räkneverk som registrerar vattenvolymen som passerat genom mätaren.
Skivmätaren använder en volymetrisk metod för att bestämma flödet. I denna modell av mätare finns det en mätkammare som delas upp i två separata volymer av en cirkulär skiva. Skivan vippar över och roterar när vattnet passerar ena kammaren. Varje enskild vipprörelse motsvarar en specifik volym som registreras i ett räkneverk.
3.2.2 Elektromagnetiska flödesmätare
Den här typen av mätare bygger på Faradays lag som innebär att spänningen som induceras i en elektrisk ledare som passar vinkelrätt genom ett magnetfält är proportionellt mot hastigheten som hos ledaren.
Faradays lag beskriver följande samband:
e=B*I*v [2]
Där e är den inducerade spänningen, B det magnetiska flödet, I är längden hos ledaren och v är hastigheten hos ledaren. Den elektromagnetiska flödesmätaren fungerar så att två spolar placerade på varsin sida om röret genererar ett magnetfält. Vinkelrätt mot magnetfältet passerar ledaren som i det här fallet är en strömmande vätska. Två elektroder mäter den inducerade spänningen som genereras i vätskan där den inducerade spänningen motsvarar en viss hastighet.
När hastigheten och rörets tvärsnittarea är kända kan hastigheten beräknas enligt Ekvation [2].
3.2.3 Osäkerhet hos vattenmätare
Ingen mätare kan mäta vattenflödet exakt, hos varje mätare finns det en inbyggd osäkerhet.
Värden om osäkerheten för en specifik mätare står i produktbladet som bifogas vid inköp.
Värdarna är baserade på tester som gjorts i ideala miljöer och under ideala förhållanden. Dessa värden kan därför inte alltid anses vara representativa för de mätningar som sker i verkliga miljöer. Osäkerheten hos en mätare beror på tillverkare, mätartyp och flöde. I regel är osäkerheten större vid mindre flöden.
Det finns specifika installationsinstruktioner för varje mätare. Instruktionernas syfte är att skapa en så bra förutsättningar som möjligt för att mätaren ska kunna uppvisa värden med hög
tillförlitlighet. I instruktionerna finns det bland annat angivet hur lång en rörsträcka bör vara både före och efter mätaren. Installationsosäkerheter inträffar när det inte är möjligt att uppfylla de rekommenderade föreskrifterna vilket bidrar till en större osäkerhet hos mätvärdena.
3.3 Funktionsbeskrivning av ultraljudsmätare
I Bilaga 2 förklaras hur ultraljusmätaren fungerar. Ultraljudsmätaren bygger på ultraljudsteknik som är baserad på löptidsdifferensmetoden. Mätaren är utrustad med en integrerad givare och mottagare som är placerade på vardera ände av mätröret. En mätcykel påbörjas då givaren uppströms skickar en ultraljudsimpuls till mottagaren nedströms. Tidsintervallet mellan sänd och mottagen signal beräknas av flödesmätaren. Efter detta byter sensorerna funktion med varandra.
Ursprungsmottagaren blir nu den sändande sensorn. Nu sänds ultraljudssignalen i motsatt riktning. Tidsintervallet beräknas återigen mellan sänd och mottagen signal. Löptiden i
flödesriktningen är snabbare än löptiden mot flödet. Ultraljudsmätaren beräknar flödet genom att jämföra de två olika tidsdifferenserna. Mätningen genomförs utan rörliga delar vilket innebär at den är fri från förslitningsdelar. Då mätaren inte innehåller några magnetiska delar är den resistent mot vatten med en hög halt av magnetit. Den starka ultraljudsstålen gör att mätningen inte störs av smuts i rörledningarna.
3.4 Avläsningsmetoder
Följande information angående avläsningar är taget ur Svenskt vattenpublikation 100 och handlar om olika typer av avläsningsmetoder. Vid inköp av nya vattenmätare eller komponenter för uppgradering av mätare måste det tas ett beslut angående vilken typ av avläsningsfunktion som önskas. Det finns ett antal olika avläsningsmetoder så som manuell avläsning och fjärravläsning.
De olika metoderna medför ett flertal olika fördelar och nackdelar.
3.4.1 Manuell avläsning
Tidigare har det varit personal från distributören som utfört avläsningarna och fört journal. Idag är det dock vanligare att abonnenten själv läser av mätaren och sedan rapporterar in
mätarställningen med hjälp av ett avläsningskort, telesvar eller via internet.
Fördelar:
• Vattenmätarens funktionsduglighet samt miljön den vistas i inspekteras visuellt relativt ofta.
• Om distributörens personal utför avläsningarna garanteras att mätningen inte manipulerats.
Nackdelar:
• Avläsningarna blir inte alltid gjorda vid exakt samma tidpunkt vilket bidrar till svårigheter vid uppföljning.
• Då en mätare slutat fungera kan den stå stilla långa perioder utan att det upptäcks.
• Avläsningsintervallet blir inte tillräckligt täta för analys av vattenanvändning och kontroll av mätardimensioneringen.
3.4.2 Fjärravläsning
Med hjälp av fjärravläsningssystem kan informationen laddas ner direkt från vattenmätaren utan någon mellanhand. Det finns en mängd olika system för fjärravläsning. (Svenskt Vatten, 2009) 3.4.2.1 Pulsutgång
Pulsutgång med potentialfria Reed-kontakter (magnetkontakter) var tidigare det vanligaste fjärravläsningssystem. Problemet med systemet är att det registrerar förbrukningsvärdet och inte mätarställningen. Om det uppstår en störning på grund av exempelvis en dålig kontakt kan det orsaka att pulsen tappas och då är det omöjligt att veta hur mycket vatten som har förbrukats. Ett annat problem hos det här systemet är att Reed-kontakterna kan utsättas för kontaktsstudsar och påverkas av anliggande spänningskablar. En pulsgivare utav typ transistorutgång kan ersätta Reed-tekniken och då försvinner det flesta av problemen hos den här metoden. Pulsgivaren har induktiv avkänning och kan därför inte påverkas av permanent magnetism. Kontaktsstudsar som innebär avdrift är inte heller något problem eftersom det gäller en elektronisk puls. Plusgivaren är en separat enhet som för det mesta har valfria pulser och funktioner. I de flesta fall kan
plusgivaren enkelt skruvas på en vattenmätare förutsatt att mätaren är tillverkad för möjligt
samarbete med fjärravläsningssystem. Denna typ av teknik kan användas för olika typer av insamlingssystem.
3.4.2.2 Datautgång
Fjärravläsning med datautgång innebär att en kopia av den registrerade mätarställningen skickas.
Den verkliga förbrukningen fås alltid med en mätarställning när kommunikationen återupptas.
Det vanliga protokollet för datautgång på vattenmätare är M-bus (Meter Bus) vilket även är den europeiska standarden för fjärravläsning gällande både vatten och energi. Data från mätare omvandlas till ett protokoll (datatelegram) som avläses från en central på plats. Mätdata kan sedan exporteras till olika dataprogram, så som exempelvis Excel. M-Bus givaren köps som en separat enhet och kan enkelt monteras på en systemförberedd vattenmätare.
Fördelar med datautgång jämfört med andra fjärravläsningssystem är att det inte finns något behov av att mellanlagra all data i en databas eftersom avläsningen görs direkt från mätaren.
Exporteringsmöjligheten till olika format är också en fördel med den här tekniken eftersom det presenterar en samarbetsmöjlighet med redan befintliga system.
Fördelar:
• Underlättar fakturering då abonnenten kan faktureras efter faktiskt förbrukning, exempelvis månadsförbrukning.
• Den automatiska avläsningen är snabb och enkel eftersom ingen behöver åka ut och läsa av mätaren.
• Ger möjlighet till kontroll av mätardimensionering, felaktiga mätare, förbrukning och läckor i nätet.
• Sparar in personal eftersom ingen behöver besöka anläggningen.
• Aktuell data hjälper till att optimera ledningsnäten.
Nackdelar:
• Relativt höga kostnader för drift, insamlingssystem och underhåll.
• Problem med standarder för kommunikation.
• Går miste om den visuella kontrollen av anläggningen.
3.5 Interpolering
Linjär interpolering är en matematisk funktion som förutsätter att det finns vissa givna värden som ger underlag för de sökta värdena. För att förstå hur interpolering fungerar i fall av vattenförbrukning krävs förståelse för hur formeln är uppbyggd.
Ekvation [3] är uppbyggd av kända värden y0 och y1 som är två funktioner av kända värden x0 och x2. Funktionerna ser ut som sådant : y0 = f(x0) och y1 = f(x1). Det som nu söks är X, en punkt mellan värdena x0 och x1. Då endast två punkter är kända i funktionen f(x) går det ej att räkna ut hur Y = f(X) ser ut. Men genom approximation av funktionskurvan går det att beräkna ett godtyckligt närmevärde. En linje som går genom punkterna (x0,y0) och (x1,y1) kallas linjestycke och har ekvationen y = p1(x). Linjen ger en godtycklig funktionskurva till funktionen.
p1(x) =y0+ y1 – y0
x1– x0 (x – x0) [3]
För att få fram ett närmevärde till y = f(X) låtes
Y=p1 X =y0+ yx1– y0
1 – x0(x – x0) [4]
Detta är en linjär interpolation och dess metodik kan tillämpas vid beräkning av godtyckliga mängder. (Löfström, u.d.)
4 Nuvarande situation
I detta kapitel förklaras hur vattendistributionen i Sverige ser ut, hur den fungerar och hur det anknyter till detta arbete.
4.1 Situationen i stort
Sveriges kommuner ansvarar för distribution och debitering av vatten. Det finns närmare 1 750 kommunala vattenverk i Sverige som tillsammans tillgodoser 8,5 miljoner människor med dricksvatten. Majoriteten av dessa verk är grundvattenverk men den störta mängden vatten produceras av ytvattenverk.
Större delen av det producerade vattnet används av hushållen, resterade andel delas upp på industri, allmänna ändamål så som skolor och sjukhus samt vattenverkets egna användningen. I den sistnämnda kategorin räknas även läckage in (Svenskt Vatten, 2016). Hur vattnet fördelas visas i Figur 1.
Figur 1 Fördelning av dricksvatten
4.2 Kommunernas roll i vattenförsörjning
Sveriges vattenverk är kommunägda och drivs av kommunen eller kommunalt ägda bolag. Det är kommunerna som har ansvar för att sina invånare får tillgång till dricksvatten som uppfyller livsmedelsverkets krav. Det är fastighetsägarna som finansierar de kommunala vatten- och
avloppstjänsterna via avgifter. Varje kommun har rätt att sätta en egen taxa för dess invånare men det regleras utifrån självkostnadsprincipen. Verksamheten får inte vara vinstdrivande. I de flesta fall så täcker VA-avgifterna alla de kostnader som verksamheten har. Det är ett fåtal kommuner som låter en mindre del av kommunalskatten gå till VA-verksamheten.
Av de pengar som kommunerna årligen omsätter går ca 60 procent till avledning och rening av avloppsvatten medan resterande summa går till vattenproduktion samt distribution av
dricksvatten. (Svenskt Vatten, 2014) 4.3 Vattenledningsnät
Sveriges ledningsnät utgörs till stor del av gjutjärnsledningar. Dessa ledningar har en livslängd på upp till 100 år beroende på legering och miljön de brukas i. Det görs ständigt nya nedläggningar av ledningar runt om i Sverige och idag läggs det mest plastledningar. PE-plast är mycket vanlig och har visat positiva siffror vad gäller läckage och hållbarhet. Dessa plaströr beräknas ha en livslängd på över 100år (Malm, et al., 2011).
Hushåll 60%
Industri 20%
Allmänna ändamål 10%
Vattenverkens egen förbrukning, inkl utläckage 10%
4.4 Vattenbalans
A B C D E
Levererat
Tillåten Förbrukning
Debiterad förbrukning
Debiterad och mätt förbrukning
Volym som ger intäkter Debiterad men omätt
förbrukning Icke debiterad
förbrukning
Odebiterad men mätt förbrukning
Odebiterad och omätt förbrukning
Vattenförluster
Skenbart utläckage Otillåten förbrukning
Volym som inte ger intäkter Mätarfel
Verkligt utläckage
Utläckage på överförings- och huvudledningar Utläckage och bräddning av reservoarer
Utläckage på serviser Figur 2 Komponenter i vattenbalans för dricksvatten (Ekblad, et al., 2014)
4.5 Läckage
Vattenförluster i ledningsnäten beror ofta på läckage, vilket kan orsakas av bland annat
ålderbaserat slitage eller påfrestande brukningsförhållanden. Byggnationer eller väder kan påverka vattenledningarnas tillstånd.
Det skenbara läckaget består av två faktorer, otillåten förbrukning och mätarfel. Otillåten förbrukning klassas som stöld och ska hanteras därefter. Denna typ av förbrukning är svår att förutse och svår att kontrollera. Mätarfel beror ofta på mätarens flödeskänslighet som vid låga flöden kan underskatta mängden passerat vatten. Leveransmätare belägna hos vattenverken kan även de registrera felaktiga värden. De volymer vatten som ej registreras vid skenbart utläckage klassas som ekonomisk förlust i storlek av försäljningspriset.
Det verkliga utläckaget medför endast en ekonomisk förlust motsvarande dess
produktionskostnad men kan beroende på läckagets storlek medföra höga kostnader. Det finns ett flertal konsekvenser av läckage på vattenledningsnät och även små läckage kan medföra samhällsproblem. Några av de risker som finns är utebliven vattenleverans, vattenbrist och inläckage av avloppsledningsnätet. I vissa fall är utläckaget i princip oundvikligt, även i de mest välfungerade vattenledningsnäten. Detta benämns ofta UARL och är en förkortning av
Unavoidable Annual Real Losses, som på svenska kan översättas till Oundvikligt utläckage.
(Ekblad, et al., 2014)
4.5.1 Orsaker och verkan
I ett önskvärt tillstånd levereras vatten utan störningar i varken ledningar eller vattenmätare. Men ett störningsfritt ledningsnät är i princip omöjligt. Läckage i ledningar kostar svenska kommuner och dess invånare över 100 miljoner per år i utebliven intäkt. Orsaker kan vara gamla ledningar eller brist på underhåll. Vid nedläggning av nya ledningar används idag material som har längre hållbarhet. Trots de stora kostnaderna för läckage är det inte självklart att kontinuerligt underhåll och reparation skulle innebära mindre kostnader för kommuner. Det är dyrt med
underhållsarbete och alla kommuner är inte beredda på de utgifterna. Kostnaden för ett utläckage överstiger inte alltid kostnaden för åtgärden.
Mindre utläckage har ingen påverkan på vattenkvalitén och hushåll blir vanligtvis inte påverkade.
Det viktiga är att ledningstrycket inte sjunker då det kan påverka driftsäkerheten. (Svensson &
Edström, 2007)
4.6 Svenskt Vatten utvecklingsprojekt
Sveriges vatten- och avloppsledningsnät består av hela 180 000km ledningar, vilket kan jämföras med nästan fyra varv runt jorden (Svenskt Vatten, 2014). För ett system så omfattande krävs det goda underlag för att säkerställa en hållbar utveckling. Ledningsnätet förnyas ständigt och nätet byggs ut i takt med att befolkningen ökar. Det finns både ekonomiska och samhällsbaserade aspekter i planerandet av vatten- och avloppsledningar. Dessutom finns det idag stort intresse för miljön och en hel del riktlinjer ska följas. Det har framkommit ur tidigare examensarbeten att det kan finnas intressen av ekonomisk karaktär att se över dagens dimensioneringsunderlag.
För att kunna dimensionera vattenledningar behövs underlag på hur mycket vatten som ska distribueras och hur dygns- vecko- och årsvariation ser ut för det specifika området.
Dimensioneringen av ledningarna baseras på bland annat Svenskt Vattens riktlinjer för
vattenförbrukning. Maxtim- och maxdygnsfaktorer beskrivs i publikationerna P83 och P90 som svenskt Vatten tagit fram.
Svenskt Vatten Utvecklingsprojekt syfte är att försöka ta fram nya rekommendationer vad gäller dimensionerade vattenförbrukning och spillvattenavledning. Under 2012 gjordes ett
examensarbete av Emelie Näsman Melander hos Tyréns AB där det tydligt visar att valet av maxtim- och maxdygnfaktorer kan ge varierande konsekvenser på åtgärder för befintliga
ledningsnät när det ska ansluta till nya områden (Näsman Melander, 2012). Senare examensarbete utförd av Mohammed Abdu och Philip Ullén hade som syfte att styrka eller motbevisa dagens dimensioneringsmetoder. Slutsatsen av arbetet blev att de dimensioneringsparametrar som ligger till grund antagligen är onödigt höga (Ullén & Abdu, 2014). Att överdimensionera nya ledningar leder generellt till relativt små konsekvenser. Det som däremot kan leda till stora kostnader är de överdimensioneringar som orsakar onödig förnyelse av långa ledningssträckor.
En frågeställning som skapar osäkerhet handlar om beräkningar av vattenförluster i ledningsnät.
Genom att jämföra värden för producerat vatten med debiterat vatten har det framkommit brister i metoderna som används. Debiteringssystem är utvecklat för att debitera kunderna för rätt mängd konsumerat vatten, vilket fungerat bra. Det kan dock vara intressant att undersöka möjligheten att använda debiteringssystemens mätdata till samhällsplanerande analyser. För att detta ska fungera måste de dokumenterade värdena vara trovärdiga, vilket det idag saknas underlag för. Detta examensarbete ska påvisa om uppgifter ur debiteringssystemet är trovärdiga eller ej.
4.7 Benchmarking av beräkningsmetoder
Benchmarking är ett första steg till förändringsarbete. Att undersöka hur andra aktörer i samma bransch har lyckats lösa problematiken kan ge vägledning i det egna arbetet.
Idag finns det ett fungerade system för att räkna ut årsförbrukning vars syfte är att debitera kunder rätt mängd förbrukat vatten. Bilaga 1 beskriver hur Vismas programvara WebDEB räknar ut ny årsförbrukning varje gång en ny avläsning registreras. För att räkna ut den nya
årsförbrukningen behövs även föregående avläsning. Ingen ny årsförbrukning beräknas om det inte finns någon föregående avläsning eller om ett mätarbyte eller en inflyttning ägt rum närmare än 90 dagar innan den nya avläsningen.
Årsförbrukning=(Ny avläsning-Föregående avläsning)*Summan procentförbrukning
4.7.1 Föregående avläsning
I normala fall används den avläsning som registerareades mer än 299 dagar före den
nya avläsningen. Om anläggningens inflyttningsdatum är mindre än 300 dagar innan den nya avläsningen så används den avläsning gjordes på ett datum närmast före inflyttningsdatumet. I dessa fall brukar det oftast röra sig om ett ägarbyte. Om ett ägarbyte skett mindre än 300 dagar innan den nya avläsningen används den avläsning som gjordes i samband med ägarbytet.
När föregående avläsning är funnen kontrolleras om det gjorts ett mätarbyte senare. Om så är fallet används den nya mätarens uppsättningsdatum och ställning vid beräkning av ny
årsförbrukning.
4.7.2 Förbrukningsmönster
Förbrukningsmönstret beskriver hur stor del av årsförbrukningen som förbrukas per månad.
Normalt är förbrukningsmönstret jämt fördela över året. Det innebär att hänsyn tas till hur många dagar det finns i månaden.
FMÖ Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov dec 100 8,5 7,7 8,5 8,2 8,5 8,2 8,5 8,5 8,2 8,5 8,2 8,5 Procentförbrukning/månad summeras för alla månader mellan föregående avläsningsdatum och nytt avläsningsdatum. Om det exakt ett år mellan avläsningarna blir summan procentförbrukning 100/100=1
Exempel: Föregående avläsning är 1179 m3 och registrerades den 1 december och den nya avläsningen är 1332 m3 registrerades den 1 oktober.
Summan för procentsatserna för december till och med oktober blir följande.
8,5 + 8,5 + 7,7 + 8,5+ 8,2+ 8,5 + 8,2 + 8,5 + 8,5 + 8,2 = 83,3.
Årsförbrukning=(Ny avläsning-Föregående avläsning)*Summan procentförbrukning
=(1332-1179)*(100/83,3)=183,68m3 4.7.3 Andra debiteringssystem
Efter mailkontakt med EDP Consult kunde det konstateras att deras programvara EDP Future beräknar årsförbrukning på likvärdigt sätt som Vismas Webdeb.
5 Faktainsamling
I detta avsnitt beskrivs hur debiteringsregistret används och hur det fungerar. Det redogörs även hur osäkerheten ser ut hos vattenmätare och hur det går att kvalitetssäkra dem. Avsnittet
beskriver hur de ekonomiska och miljömässiga aspekterna för vattenmätning ser ut.
5.1 Debiteringsregister
Sveriges kommuner använder sig av debiteringssystem för att bestämma invånarnas VA-avgifter.
Den vanligaste VA-avgiften är uppbyggd av en fast avgift som även kan kallas för grundavgift, en lägenhetsavgift samt en rörlig avgift som baseras på antalet levererade kubikmeter vatten
(Lingsten & Söderström , 2007). Att varje abonnent debiteras för sin uppmäta förbrukning anses allmänt vara en lämplig och rättvis kostnadsfördelning mellan de olika abonnenterna.
Debiteringen av den rörliga avgiften baseras på avläsningar av mätarställningen på vattenmätaren.
Avläsningar görs vanligtvis av abonnenten själv. Kommunen skickar ut ett självavläsningskort där brukaren skriver ner den nya mätarställningen och som sedan skickas tillbaka. Idag går det oftast att rapportera in sin mätarställning via kommunens hemsida (Mälarenergi, 2015).
Det finns ett flertal kommuner som har valt ett alternativt debiteringssystem som grundar sig på en så kallad ackordavgift. Den rörliga kostnaden ersätts med en fast årlig kostnad som baseras på exempelvis tomtyta eller våningsyta (Svenska vatten- och avloppsverksföreningen, 1990).
Ägandet av mätvärdena regleras i viss mån. Det kan tyckas självklart att distributören som äger mätaren också äger värdena men abonnenten måste naturligtvis kunna ta del av sin egna värden på något sätt, framförallt det värdena som rör faktureringen (Svenskt Vatten, 2009) (Mälarenergi, 2015).
5.1.1 Debiteringssystemets funktion
Systemets funktion är att se till att en abonnent får betala för sin egen förbrukade vattenmängd.
Detta görs genom att systemet beräknar en uppskattad årsförbrukning när en ny mätarställning registreras. Den beräknade årsförbrukningen baseras på både den nya mätarställningen och den föregående samt på antalet dagar mellan de två avläsningarna. Den beräknade årsförbrukningen används för att uppskatta hur stor volym vatten brukaren kommer konsumera under det
kommande året. Utifrån den beräknade årsförbrukningen debiteras sedan abonnenten, vanligtvis en faktura per kvartal. Skulle det visa sig vid nästa mätning att den uppskattade årsförbrukning inte stämmer överens med det som faktiskt förbrukas regleras det på kommande faktura
(Mälarenergi, 2015). Den beräkning som görs för att uppskatta årsförbrukningen är inte bunden till ett kalenderår. Det innebär att den beräknade årsförbrukningen inte behöver vara den faktiska volymen vatten som förbrukats det kalenderåret. Det sker ingen reglering i efterhand av
årsförbrukningen även om det visar sig att det uppskattade värdet på årsförbrukningen var fel, utan istället registreras endast en ny årsförbrukning kommande år. Systemet är till för debitering och inte för att ta ut den faktiska förbrukade mängden vatten. Debiteringssystemet är det enda registret som dokumenterar och lagrar information om vattenförbrukning. På grund av detta används den uppskattade årsförbrukningen i debiteringssystemet som den faktiska förbrukade vattenmängden vid analyser.
5.2 Statistik över den inbyggda osäkerheten hos vattenmätare
Tabell 2 statistik över den inbyggda osäkerheten hos vattenmätare, (Kamstrup, 2017) (Ekwall, 2016)
5.2.1 Elektromagnetiska flödesmätare
Det finns ett flertal studier som behandlar olika installationseffekters påverkan på mätvärdena hos elektromagnetiska flödesmätare. En undersökning visa hur en ventil som placeras nära en mätare påverkar resultatet med en felmarginal på 0,4 - 0,14 procent när ventilen är stängd. En annan studie visar hur ett rör som är felmonterade påverkar resultatet på en elektromagnetisk mätare med mindre än 1,9 procent felvisning (Ekwall, 2016).
5.2.2 Mekaniska mätare
En virvel som roterar i samma riktning som turbinen eller vinghjulet bidrar till en ökad
rotationshastighet hos woltmanmätaren och vinghjulsmätaren. Det gör att mätaren tror att flödet är större än vad det egentligen är. De roterande delarna hos mekaniska mätare är känsliga för slitage. Felen som uppstår på grund av slitaget kan utvecklas och bli större med tiden. Detta betyder att dessa mätare har en trend att underregistrera det faktiska flödet (Ekwall, 2016).
5.2.3 Ultraljudsmätare
Mätaren innehåller inga rörliga delar som slits över tiden vilket betyder att den har en konstant noggrannhet. Enligt en tillverkare av ultraljudsmätare påverkas inte mätaren av sin omgivning oavsett om den är magnetisk eller elektrisk. Så länge mätaren är hel registrerar den inte fel, antingen mäter den rätt eller inte alls.
5.3 Kvalitetssäkring av vattenmätare
Kommunen äger mätaren och har i och med det ansvaret för både service och utbyte.
Fastighetsägarens ansvar är att se till att mätaren inte kommer till skada. Mätaren kan påverkas av både kyla och värme och bör därför installeras i ett uppvärmt utrymme. För att undvika skador på mätaren bör ventilationsluckor stängas samt att dörr- respektive fönsterspringor tätas. För att underlätta byten och service av mästaren bör den placeras lättillgängligt (Stockholm Vatten , 2016).
För att kunna säkerhetsställa kvalitén hos vattenmätaren tas den in på en mätarrevision vilket är en form av kvalitetskontroll. Varje mätare har en utesittningstid som beror på mätarens
flödeskapacitet. Utesittningstiden bestämmer hur många år en mätare får vara i bruk utan att den behöver tas in på mätarrevision. För en vanlig hushållsmätare som har ett flöde på 2,5m3 är utesittningstiden 10 år. Efter mätarrevisionen genomförts har mätaren antingen blivit godkänd och uppsatt på nytt eller så har den blivit underkänd och kasserats (Svenskt Vatten, 2009).
En mätarrevision innehåller följande moment:
• Avläsning
• Förprovning
• Isärtagning, rengöring, utbyte av slitna delar
• Hopsättning och eventuell nollställning samt och intrimning
Mätartyp Inbyggd osäkerhet
Elektroniska flödesmätare ±0,2 % till ±1 %
Mekaniska mätare ±0,5 % till ±1,5 %
Ultraljudsmätare ±0,25% till ±2%
• Efterprovning
• Plombering
• Uppsättning av protokoll över provningarna
• Arkivering av provningsprotokoll (Svenska vatten- och avloppsföreningen , 1990) 5.4 Miljömässiga synpunkter av vattenmätning
Sverige har stor tillgång till råvatten, vilket används för att framställa dricksvatten. Även om tillgången är stor så finns det många anledningar till att hushålla med denna resurs. Stora uttag av grundvattnet eller ytvatten kan orsaka störningar i ekosystemet. Detta kan ske genom uttag och/eller genom den belastning som orsakas av en ökning av avloppsvatten. Debitering som är baserad på den egnas individens uppmätta förbrukade vattenmängd bidrar till ett sparande av vatten. På så sätt gynnas även miljön av individuell mätning (Svenska vatten- och
avloppsföreningen , 1990).
Det finns flera fördelar med att utföra mätningar vid flera olika punkter på ledningsnätet. Det bidrar till att varje individ får en uppfattning om sin egna förbrukning och den informationen hjälper personen i fråga göra val som kan leder till en minskad förbrukning. Med hjälp av högupplöst vattendata går det att analysera enskilda vattenhändelser i en bostad och utifrån det kategorisera dem i olika slutanvändningsgrupper. Detta ger brukaren en tydlig bild av sitt
förbrukningsmönster och gör det möjligt att upptäcka läckande anordningar i sitt hem. På samma sätt kan mätningar vara ett hjälpmedel till att identifiera läckage i större områden vilket ger en mer effektiv resursanvändning och minskar energiåtgången för att driva olika VA-system (Ekwall, 2016).
5.5 Ekonomiska konsekvenser av vattenmätning
Leverantörer av vattenmätare kan idag tillverka mätare med hög noggrannhet till en låg kostnad med anledning av den höga efterfrågan och den relativt låga tillverkningskostnaden. Kostnaderna för vattenmätning under ett år bör inte överstiga 5 procent av den fakturerade försäljningen.
Debitering med en rörlig kostnad som är baserad på den enskilda individens egen förbrukning leder i regel till sparsamhet av vatten. En minskad vattenförbrukning påverkar
investeringsbehovet i ledningsverk, vattenverk och avloppsreningsverk och på så vis minskas vattenverkens årskostnader. Det i sin tur leder till ett minskat behov av utbyggnad av ledningar och vattenverk vilket påverkar energibehovet hos VA-verksamheter. Dock så bidrar hög vattenförbrukning till ökad omsättning i ledningarna vilket bidrar till en högre vattenkvalité.
Genom att mäta den individuella vattenförbrukningen kan vattendistributörer lättare upptäcka läckage vilket gör att vattenförluster lättare kan kontrolleras (Svenska vatten- och
avloppsföreningen , 1990) (Ekwall, 2016).
5.6 Undersökning av Vedertagen beräkningsmetod
För att kunna förstå hur den vedertagna metoden beter sig konstruerades en mängd olika fall i syfte att upptäcka vilka faktorer som påverkar beräkningen. Fallen konstruerades så att varje månad fick en godtycklig förbrukningsvolym, vilket innebär att årets faktiska förbrukning var känd. Genom att undersöka resultatet av beräkningen vid olika avläsningsdatum kunde det konstateras att avläsningsdatum hade en stor betydelse. Avläsningsdatum fastställer vilken information som tas med i beräkningen och i vilken utsträckning. Vid stora variationer i
förbrukningsmönstret blev det tydligt att avläsningsdatumet spelade en avgörande roll eftersom avvikande beteenden inte alltid registreras i rätt år.
Det är viktigt att förstå att den vedertagna metoden är uppbyggd för debitering och grundar sig helt på förbrukningsmönstret för tidigare år. Beräkningen ger endast en uppskattning på vad som tros bli förbrukningen för kommande år.
6 Analys av data och information
Den önskvärda beräkningen för årsförbrukning är baserad på kalenderår för att möjliggöra jämförelser mellan den faktiska förbrukade vattenmängden och den levererade vattenmängden.
Genom att kunna fastställa vattenförluster går det i sin tur att bedöma läckaget. Detta i sin tur underlätta vid dimensionering av generell vattenförsörjning. Beräkningen bör grundas på faktiska avläsningar och inte på beräknade värden för framtiden. För att uppnå detta bör metoden endast beräkna årsförbrukningen för tidigare år och inte göra antaganden om framtida förbrukning. Ur den önskvärda beräkningen av årsförbrukning har fyra nya metoder tagits fram inom ramen för examensarbetet, som alla har visat sig intressanta i uträkningen av faktiskt årsförbrukning.
6.1 Analysmetodik
Analysen utgör en viktig grund i det slutgiltiga resultatet. Genom att analysera den vedertagna metoden kunde en del brister påvisas. För att kunna definiera bristernas storlek och betydelse krävdes det en djupare förståelse för vad den vedertagna metoden tar hänsyn till och vad som går den förbi.
Den vedertagna metoden för att beräkna årsförbrukning fungerar bra för dess syfte, att kunna debitera sina kunder rätt summa för rätt mängd förbrukat vatten. Men i systemet kan det bli fel mängd vatten som dokumenteras som årsförbrukning. Detta beror på att den vedertagna metoden ej tar hänsyn till när vattnet förbrukas, utan nöjer sig med att dokumentera hur mycket vatten som förbrukats. Det tas heller ingen hänsyn till när det mätta vattnet förbrukades utan det görs en ospecifik årsförbrukning baserat på senaste förbrukningsmönstret. Den vedertagna metoden baserar årsförbrukningen på en aktuell förbrukning, utan hänsyn till det årets faktiska vattenförbrukning. Utifrån faktainsamling och hänsyn till önskvärda egenskaper genererades fyra nya metoder. Metoderna har i avsikt att ge svar på den årliga förbrukningen för ett kalenderår, detta gör det enklare att jämföra med andra siffror då de baseras på samma start- och
slutposition.
Metod 1: Årsförbrukning = A1- A2
V1 * k1 + AV2-A3
" * k2 [5]
Metod 2: Årsförbrukning = A1P- A2
1 * n1 + AP2-A3
2 * n2 [6]
Metod 3: Årsförbrukning = (A1- A2) * 100
V1 [7]
Metod 4: Årsförbrukning = A1P- A2
1 * 365 [8]
Vedertagen metod: Årsförbrukning = (A2- A3) * 100
V2 [9]
Variabler
A1 = Avläst värde från den senaste avläsningen
A2= Avläst värde för året vars årsförbrukning ska beräknas A3= Avläst värde från tidigare år
k1= Summa procentförbrukning mellan A1 och A2 k2= Summa procentförbrukning mellan A2 och A3 V1= Mätperiod mellan avläsning A1 och A2 i procent V2= Mätperiod mellan avläsning A2 och A3 i procent
n1 = Antal dagar från årsskifte till dagen när avläsning A2 registerarades.
n2 = Antalet dager från dagen då A2 registerarades tills årsskifte.
P1= Antal dagar mellan avläsning A1 och A2 P2= Antal dagar mellan avläsning A2 och A3
6.1.1 Metod 1
Årsförbrukning = A1V- A2
1 * k1 + A#2-A3
" * k2 [5]
A = Avläst värde [m3] V = Mätperioden [%]
k1 = Från avläsningsdatum fram till årsskifte [%]
k2 = Från föregående årsskifte fram till avläsningsdatum [%]
Denna metod har som minimumkrav på data tre avlästa värden som sträcker sig över tre år.
Trovärdigast resultat ges vid årlig avläsning under andra och tredje kvartalet. Den årliga förbrukningen är då uppdelad i två separata avläsningsår men här räknas perioderna om till procentsatser. För att få ett trovärdigt resultat för det faktiska kalenderåret tas hänsyn till de båda mätperioderna som befinner sig inom samma år.
Figur 2 Illustration av metod 1
Metoden tror sig kunna svara mot ett mer trovärdigt resultat, där den genomsnittliga förbrukningen tar hänsyn till perioder både före och efter avläsningen.
Metoden bygger på att dela upp den mätta förbrukningen över mätperioden. Den förbrukade vattenmängden delas med periodens procentuella storlek. Procenten är baserade på månadernas storlek gentemot året. Detta ger ett medelvärde i procent som senare multipliceras med den perioden som är intressant. Denna period betecknas k. Variabeln k1 är procentsumman av månaderna som skiljer avläsningen från årsskifte, medan k2 betecknar den procentuella summan av månader från föregående årsskifte. Storleken på k1 och k2 är beroende av datum för avläsning.
Efter att periodens procentuella storlek har multiplicerats med sitt matchande k-värde, adderas de båda summorna och resultatet är den beräknade årsförbrukningen.
6.1.2 Metod 2 Årsförbrukning = A1- A2
P1 * n1 + A2-A3
P2 * n2 [6]
A = Avläst värde [m3] P = Mätperioden [dygn]
n1 = Från avläsningsdatum fram till årsskifte [dygn]
n2 = Från föregående årsskifte fram till avläsningsdatum [dygn]
På samma sätt som Metod 1 har denna beräkningsmetod som minimumkrav på data tre avlästa värden som sträcker sig över tre år. Datum för avläsningen är en förutsättning. Trovärdigast resultat ges vid årlig avläsning under andra och tredje kvartalet. Den årliga förbrukningen är då uppdelad i två separata avläsningsår. För att få ett trovärdigt resultat för det faktiska kalenderåret
tas hänsyn till de båda mätperioderna som befinner sig inom samma år. I denna metod används gångna och kommande dagar till/från årsskifte för att räkna ut en faktiskt förbrukad
vattenmängd för föregående år.
Metoden består av två delar som adderas och resulterar i en årsförbrukning. Den första delen beräknas genom att dividera den förbrukade vattenmängden mellan de två avläsningarna på antal dagar som passerat mellan avläsningarna. Detta ger ett uppskattat medelvärde för förbrukning per dag under avläsningsperioden. Sen multipliceras detta med antalet dagar som finns mellan datumet för årets avläsning och den 31 december samma år. Nästa del bygger på samma princip.
Först divideras skillnaden mellan årets mätarställning och det tidigare årets ställning med antalet dagar mellan det två ställningarna. Efter det multipliceras detta med antalet dagar från 1 januari till datumet för årets avläsning. För att få hela årsförbrukningen adderas de båda delarna.
Figur 3 Illustration av metod 2
Uträkningen är baserad på kalenderår vilket underlättar analyser och jämförelser av årsvärden.
Beräkningen innehåller mätvärden från tre år vilket kan vara både en fördel och en nackdel.
Metoden använder ett medelvärde som kan inkludera ovanligt höga och låga förbrukningar.
Detta betyder att den kan vara missvisande om åren för avläsningarna har väldigt stora avvikelser.
Även om medelvärdet är korrekt går det inte att säkerställa att värdet är representativt för den perioden som det ska representerar.
6.1.3 Metod 3
Årsförbrukning = (A1- A2) * 100
V1 [7]
A = Avläst värde [m3] V = Mätperioden [%]
Denna metod bygger på den vedertagna metoden för årsförbrukning. Det som skiljer metoderna åt är åren de svarar emot. Metod 3 är liksom tidigare beskrivna metoder ett sätt att få ut den faktiskt förbrukade vattenmängden för ett tidigare år medan den vedertagna metoden försöker ge svar på kommande års förbrukning.
Metod 3 använder sig av de senaste två avläsningarna och multiplicerar den differensen med en procentsats. Procentsatsen baseras på V1 som står för mätperioden. I likhet med Metod 1 och den vedertagna metoden används här den procentbaserade årsuppdelningen.
Figur 4 Illustration av metod 3
6.1.4 Metod 4
Årsförbrukning = A1- A2
P1 * 365 [8]
A = Avläst värde [m3] P = Mätperioden i dygn
365 symboliserar dygn för ett år
Metoden räknar årsförbrukningen med hjälp av ett dagligt medelvärde. För att få ut
förbrukningen under ett år så multipliceras det dagliga medelvärdet med 365 dagar. Denna metod kan tillämpas på kalenderår med principen svarar även åt en mer generell årsförbrukning mellan två datum.
Den förbrukade mängd vatten mellan de två avläsningarna delas på antal dagar som passerat mellan avläsningarna. Detta ger ett medelvärde för den dagliga förbrukningen. Metoden tar inte hänsyn till variationer i förbrukningen, utan nöjer sig med genomsnittligt värde. Därefter multipliceras värdet med antalet dagar på ett år, oftast 365. Svaret representerar den årliga vattenförbrukningen.
Figur 5 Illustration av metod 4
6.2 Exkludering av mindre tillförlitliga metoder
Vid första försöket att förbättra den vedertagna beräkningsmetoden uppstod Metod 1. Denna
beräkningsmetod är uppbyggd med avseende att beräkna förbrukat vatten utifrån faktiska avläsningar.
Den vedertagna beräkningsmetoden har delat upp årens månader i procentsatser, vilket Metod 1 efterliknade. Det som senare skapade problematik var att den vedertagna metoden hade avrundat procentsatserna och därför inte fått med all information som månaderna innehöll. Detta är inte försvarbart och Metod 1 utvecklades till Metod 2. Denna beräkningsmetod använder sig av dagar istället för procentsats, vilket ger ett mer exakt resultat än vad Metod 1 gav. En annan lösning till problemet hade varit att i beräkningarna ta med procentsatsens alla decimaler.
Metod 3 är ytterligare ett sätt att utveckla den vedertagna metoden. Men även här speglades problematiken med den avrundade procentsatsen. För att komma runt problemet byttes
procentsatserna ut till dagar även här, den nya beräkningsmetoden fick namnet Metod 4 och ger ett mer exakt resultat än Metod 3.
Framöver kommer Metod 1 och Metod 3 exkluderas från exempel och analyser då de genererar resultat på falska grunder.
6.3 Analys av realdata från vattenmätningar
För att kunna analysera de olika beräkningsmetoderna behövdes det experiment baserade på verklig data. Experimenten krävde underlag med goda dokumentationer på levererat vatten för en längre period. Då den levererade vattenmängden finns dokumenterad är även den faktiska årsförbrukningen känd. Tack vare grundligt underlaget kunde det användas som ett facit mot vilket
beräkningsmetodernas resultat jämfördes mot. Det är viktigt att poängtera att dessa experiment bygger på att den levererade vattenvolymen är känd. Information om levererat vatten är sällan
väldokumenterat och tillgänglig i den grad som beskrivs här. Dessa exempel syftar till att kartlägga de olika metodernas svagheter och styrkor för att sedan kunna dra slutsatser som kan tillämpas i
verkligheten då denna typ av information saknas.
6.3.1 Insamling av data
Realdata är taget från området Guldheden i Göteborg och Flottiljgatan i Västerås. Tillgänglig data från Göteborg och Västerås är timbaserad för åren 2012-2015. Ur underlaget kunde ett
förbrukningsmönster konstateras.
6.3.2 Hantering av data
För att underlätta beräkningarna räknades timbaserad data om till månadsbasis. Med så omfattande data kunde ett godtyckligt avläsningsdatum användas. Därefter testades de olika beräkningsmetoderna på underlaget och det blev tydligt att resultaten påverkades starkt av när avläsningen utfördes. För att styrka denna teori krävds grundligare experiment med syfte att fastställa hur och i vilken omfattningar resultaten beror på avläsningsdatum.
6.3.3 Experiment
Utifrån realdata kunde tre verkliga fall framställas. Fall 1 baseras på området Guldheden i Göteborg och beräknar förbrukning för år 2013. Fall 2 baseras på samma område men beräknar förbrukning för år 2014. Fall 3 baseras på Flottiljgatan i Västerås och beräknar förbrukning för år 2014. Varje fall består av data för tre år i följd. Sedan är varje år uppdelat i kvartal och en godtyckligt avläsning görs i mitten av varje kvartal vilket ger fyra möjliga avläsningar per år. Varje kvartalavläsning paras sedan ihop med de resterande årens olika möjliga kvartalsavläsningar. Vilket resulterar i 64 olika exempel per fall.
Figur 6 Exempel 1-16 för Guldheden, Göteborg
I Figur 6 visas hur varje avläsning paras ihop men alla möjliga avläsningar från övriga år. På detta sätt täcker experimentet in avläsningar gjorda under hela året och bevisar att avläsningsdatum påverkar resultatet.
Utifrån de 64 olika exemplen har en felmarginalstabell skapats som anger största och minsta felmarginal för varje metod per fall. Detta ger en tydlig bild av hur spridda resultat en metod kan ge. Tabellen visar vilken metod som ger jämnast resultat vilket också påvisar metodernas stabilitet.
6.3.4 Poängsystem
För att kunna bekräfta vilken metod som gav bäst resultat applicerades ett poängsystem på metodernas felmarginal. Poängsystemet är konstruerat så att alla 64 exempel per fall är inkluderade. Utifrån varje exempel rangordnas de olika felmarginalerna i storleksordning. Marginalerna får poäng för sin placering i storleksordningen. Den som har minst felmarginal ges en 1a, den med näst minst felmarginal ges en 2a och lägst felmarginal ges en 3a. För att få den slutgiltiga poängsumman multipliceras antalet 1:or med 1, 2:or med 2 och 3:or med 3. Den beräkningsmetod som slutligen har lägsta poängsumman är den metod som har presterat bäst.
Flottiljgatan 2014 Metod 2 Metod 4 Vedertagen metod
1 22 15 27
2 42 1 21
3 0 48 16
Poäng 106 161 117
Tabell 3 Poängtabell Flottiljgatan 2014
Guldheden 2013 Metod 2 Metod 4 Vedertagen metod
1 8 30 26
2 56 8 0
3 0 26 38
Poäng 120 124 140
Tabell 4 Poängtabell Guldheden 2013
