Vyššia účinnosť vykurovacích systémov vďaka zohľadneniu aktuálneho počasia

Spotreba elektrickej energie v budovách a domoch predstavuje až 30 % z celkovej spotreby elektrickej energie na svete.
Vyššia účinnosť vykurovacích systémov vďaka zohľadneniu aktuálneho počasia

Väčšina domov a komerčných budov funguje s tradičnými, veľmi jednoduchými ovládacími prvkami kúrenia. Kotol alebo zdroj tepla je nastavený tak, aby v prípade požiadavky z termostatu bežal na svoju maximálnu teplotu, keď treba zabezpečiť dodávku tepla, a vypne sa, keď termostat zosníma teplotu, ktorá bola nastavená ako žiadaná. Termostat je, samozrejme, umiestnený iba v jednej miestnosti – nie nevyhnutne ideálnej, a systém je ovládaný jednoduchým časovým mechanizmom. Aby sa vykompenzovali nedostatky v ovládaní, sú ohrievacie telesá (radiátory) vo väčšine budov podstatne nadrozmerné a aj kotol je zvyčajne predimenzovaný, aby s rezervou zvládol najhorší scenár z hľadiska tepelnej pohody v celej nehnuteľnosti. Čistým výsledkom je to, že systém značne trpí prehriatím, kotol sa neustále zapína a vypína a systém beží veľmi neefektívne a občas spôsobuje, že miestnosť je prekúrená alebo naopak studená.

Pretože náklady na vykurovanie neustále rastú, je prirodzené, že ľudia chcú čo najskôr odložiť začiatok vykurovacej sezóny. Čakanie na vykurovanie objektu, kým jeho nájomníci necítia chlad, však nie je najúčinnejšou stratégiou. Keď zapnete vykurovanie, systém musí intenzívne pracovať na vykúrení objektu a neskôr, keď sa dosiahne požadovaná teplota, vďaka jednoduchému ovládaniu a predimenzovaniu pokračuje kotol v činnosti. V obidvoch prípadoch využívate energiu neefektívne.

Na druhej strane vykurovacie systémy s kompenzáciou počasia používajú malý vonkajší snímač na nastavenie ovládacích prvkov systému tak, aby automaticky kompenzovali zmeny vonkajšej teploty. Keď sa počasie ochladzuje, systém pracuje intenzívnejšie a produkuje viac tepla a keď sa vonkajšia teplota zvyšuje, systém znižuje svoj výkon. Systém pracuje konzistentnejšie a dodáva energiu do objektu postupne a efektívne počas dlhšieho časového obdobia.

Kľúčové výhody riadenia kúrenia s kompenzáciou počasia sú:

  • Energia sa do budovy privádza postupne v čase a spôsobom, na ktorý je kotol alebo iné vykurovacie zariadenie konštruované.
  • Zdroj tepla bude pracovať s nižším, ale účinnejším výkonom.
  • Tepelné čerpadlo alebo kotol sa zapínajú menej často a znižujú počet cyklov, čo je hlavnou príčinou neefektívnosti a predčasného zlyhania v tradičných systémoch ústredného kúrenia.
  • Objekt sa udržuje pri stabilnej teplote a poskytuje obyvateľom zvýšenú úroveň pohodlia.
  • Nie je potrebné vypnúť vykurovacie zariadenie. Kúrenie sa zapína podľa vonkajšej teploty. To znamená, že počas chladného neskorého letného večera sa kúrenie automaticky zapne, aby sa zabezpečilo určité teplo, a počas teplého jarného dňa sa kúrenie vôbec nezapne.
  • A čo je najdôležitejšie, účinok prevádzkovania systému s kompenzáciou počasia znamená potenciálnu úsporu až 15 % za účty na dodávku tepla. Okrem toho predĺžite životnosť vášho tepelného čerpadla alebo kotla, zlepšíte teplotný komfort v objekte a ochránite životné prostredie, na čom by nám malo záležať všetkým.

Prediktívna regulácia v Monte Rosa Hut

Aj napriek tomu, že pôsobí trochu ako kulisa z filmu s Jamesom Bondom, je alpská horská chata Monte Rosa v skutočnosti plne funkčnou stavbou. A len ťažko by sa jej v rámci efektívnosti hľadala konkurencia. Okrem úchvatného výhľadu ponúka totiž aj najmodernejšie technológie.

Tok energie získanej prevažne zo slnečného svitu riadi špeciálny softvér, ktorý v chate udržiava príjemné podmienky bez ohľadu na počasie. Švajčiarske Alpy sa pre projekt nevybrali náhodne – so svojimi extrémnymi výkyvmi teplôt, búrkami a ďalšími vrtochmi počasia predstavujú ideálnu lokalitu na testovanie nových stavebných a riadiacich technológií.

Optimalizácia spotreby energie založená na sledovaní počasia

Systém využíva regionálnu predpoveď počasia namiesto klasickej aktuálnej vonkajšej teploty a slnečného žiarenia. Dáta sa následne odosielajú do riadiaceho systému, kde sa spúšťajú algoritmy prediktívneho riadenia. Systém aktívne reaguje na to, aké bude pravdepodobne počasie. Partnermi projektu v tejto fáze projektu boli ETH v Zürichu, Luzernská univerzita aplikovaných vied a umení a Siemens Building Technologies.

Príkladom výhod prediktívneho riadenia môže byť proces čistenia odpadových vôd. Ak sa predpovedá slnečné počasie, batérie sú nabité a odpadová nádrž je z polovice plná, regulácia spustí čistenie odpadových vôd, čo je energeticky veľmi náročný proces. Dôjde tak k efektívnemu využitiu prebytočnej slnečnej energie. V prípade predpovede zlého počasia sa proces čistenia zastaví a využíva sa rezerva z batérií, v prípade potreby sa prejde až na skvapalnený plyn.

Softvér systému automatizácie budov Desigo, ktorý dodala spoločnosť Siemens, zabezpečuje, že všetky komponenty systému budú bez problémov spolupracovať. Softvér trvalo sleduje všetky parametre a prispôsobí systém meniacim sa požiadavkám užívateľov budovy. Neskôr bude aj optimalizovať spotrebu energie. Ovládací softvér sa priebežne optimalizuje prostredníctvom vzdialeného prístupu, ktorý ešte viac zvyšuje efektivitu.

Podrobnejšie informácie k projektu horskej chaty Monte Rosa Hut:

V záujme úspory energie spresní umelá inteligencia predpoveď počasia

Ak sa v predpovedi počasia objavia dažďové prehánky, pravdepodobne si zoberiete so sebou dáždnik. Pri poklese pod bod mrazu si zase oblečiete teplé veci. Rovnaký druh prípravy sa uskutočňuje v budovách, kde sa dômyselné vykurovacie a chladiace systémy prispôsobujú predpokladanému počasiu.

Nový prístup, ktorý vyvinul Fengqi You, profesor v odbore energetických systémov na Technickej univerzite Cornell, predpovedá presnosť predpovede počasia pomocou modelu strojového učenia natrénovaného na základe údajov o predpovedi a skutočných poveternostných podmienkach. Tento prediktor bol skombinovaný s matematickým modelom, ktorý zohľadňuje vlastnosti budovy vrátane veľkosti a tvaru miestností, stavebných materiálov, umiestnenia senzorov a polohy okien. Na základe týchto informácií môže model zistiť neistotu nielen v oblasti teploty, ale aj v zrážkach, intenzite slnečného žiarenia a rozdieloch v podmienkach podľa polohy. Na základe úrovne neistoty predpovede model automaticky prestaví svoje parametre.

Výsledkom je inteligentný systém riadenia, ktorý môže znížiť spotrebu energie až o 10 %. Tento výsledok bol získaný na základe prípadovej štúdie, ktorú tím profesora F. You realizoval v Toboggan Lodge, takmer 90-ročnej budove v areáli Technickej univerzity Cornell.

Kombinácia algoritmov strojového učenia a metód matematického programovania vytvára riadiaci systém, ktorý je presnejší a inteligentnejší ako ktorýkoľvek z nich sám o sebe. Tento rámec má potenciálne uplatnenie v systémoch riadenia budov a zavlažovaní v poľnohospodárstve a mohol by sa použiť na efektívnejšie riadenie vnútorného prostredia na vertikálnych farmách a v záhradníctvach, ktoré sú čoraz obľúbenejšie vo veľkých mestách.

Prediktívne riadenie prináša sľubné výsledky

Ďalšie zaujímavé informácie k téme riadenia vykurovacej sústavy a zdrojov tepla s využitím moderných metód prediktívneho riadenia na základe predpovede počasia nájdete aj tu: