Inteligentní domy - tady a teď

Ing.Václav Vymětal - CONDATA s.r.o. Olomouc

O aplikacích Inteligentních domů lze slyšet stále častěji. Poskytují uživatelům netušené možnosti v oblasti sběru dat a řízení technologií ve vytápění, zpracování dat pro energetické manažerství budov, v oblasti vizualizace, komunikace a uživatelského komfortu. Do těchto oblastí je zaměřen i vývoj a realizace produktů firmy CONDATA s.r.o. Olomouc.

O Inteligentních domech

Aplikace nazývané Inteligentní domy jsou význačným vývojovým trendem v oblasti využívání budov ve vyspělém světě. Jsou to aplikace, které s pomocí sítě měřících, akčních a komunikačních prvků, počítače a programového vybavení dokáží rychle, předvídavě, úsporně a účelně řídit požadované činnosti v domě z jednoho centra. Navíc mohou zpracované údaje zprostředkovat na libovolně vzdálené místo.
Při realizaci dosud známých aplikací se dával důraz buď na stránku vnitřní a vnější komunikace, na koordinaci funkcí různých domácích spotřebičů, na ovládání provozních a varovných stavů v budovách nebo na ovládání technologií budov. Zde předkládaná řešení jádro činnosti inteligentního domu koncentrují do oblasti inteligentního řízení vytápění, kde přináší největší úspory.
Jedním z hlavních úkolů takového systému je sladění chodu všech zdrojů energií tak, aby pracovaly v optimálním provozu a současně maximálně ekonomicky. To je důležité zejména pro provoz tepelného čerpadla a solárních kolektorů.
Neméně důležitým úkolem pro tento systém je řízení tepelné pohody v jednotlivých místnostech dle skutečné potřeby v čase. To umožňuje síť elektronických hlavic na termostatických ventilech u radiátorů nebo v rozdělovačích podlahového vytápění. Hlavice obsahují čidlo teploty, vyhodnocovací jednotku a pohon pro ovládání ventilu. Na základě porovnání skutečné a požadované teploty provede pohon nastavení ventilu.
Inteligentní souhrou zdrojů a spotřebičů, která je nepřetržitě optimalizována, se dosahuje největších úspor energie.
Dalším aspektem těchto aplikací je schopnost získat data, zpracovat je a následně přenést i na vzdálené místo k uživateli. Tyto aplikace jsou pak základem pro energetickou správu budov, kdy každý nesoulad mezi předpokládanou potřebou energie a skutečnou spotřebou spustí celou řadu opatření k nápravě. Využití dat pro ekonomické potřeby, jako je rozúčtování nákladů mezi jednotlivými odběrateli, je dostatečně využíváno již nyní. Nová však je možnost využít tato data jako podklad pro projektování následných cílených opatření v oblasti snižování energetické náročnosti budov.
Množství možností využití je tedy natolik široké, že není omezeno ani velikostí či typem aplikace.

Malé domy ale velká řešení

Jako vstup do světa malých a středních aplikací byl definován firemní pilotní projekt rodinného inteligentního domu v Bystrovanech u Olomouce. Jedná se o řadový rodinný domek o vytápěné ploše 122 m2. Je vybaven tepelným čerpadlem o výkonu 6 kW, fototermickými vakuovými kolektory o ploše 6 m2 , pomocným elektrokotlem a stávajícím kotlem na tuhá paliva. Energie je akumulována v nádrži 1 700 litrů vody. Teplo je dodáváno do okruhu radiátorů, podlahového vytápění a do předehřevu teplé užitkové vody. Technologické schema zapojení ukazuje následující obrázek:

Celý tento systém zdrojů energií, přenosových cest a spotřebičů je neustále měřen, data jsou průběžně vyhodnocována a na jejich základě je optimalizován chod technologie výroby a spotřeby tepla.
Dle dosavadních výsledků byla díky nasazení inteligentního systému řízení vytápění, následné instalaci alternativních zdrojů energií a cílenými tepelně technickými opatřeními postupně snížena spotřeba energie na vytápění a přípravu TUV z 34 tisíc kWh v roce 1998 na současných 10 tisíc kWh.

Pilotní projekty pro budoucnost

Téměř před rokem vznikla na Integrované střední škole elektrotechnické v Lipníku nad Bečvou koncepce pilotního projektu Inteligentní dům v ISŠE Lipník n/B. Jeho předmětem byla příprava teplé užitkové vody pro 120 osob v budově domova mládeže s použitím alternativních zdrojů energií, řízení vytápění budovy dílen, komunikace mezi oběma budovami a zřízení školícího střediska, které by získaná data a zkušenosti poskytovalo jak žákům školy, tak široké i odborné veřejnosti.
Na financování tohoto projektu byly získány prostředky z pilotního programu Investiční podpora pro mikroregion Haná, národní program Phare CZ 9807-0401. Firma CONDATA s.r.o. tuto aplikaci realizovala.
V části řízení alternativních zdrojů energií byly pro celoročně stálou denní spotřebu 7 000 litrů navrženy solární kolektory typu Heliostar 202N o celkové ploše 32 m2. Dále bylo instalováno tepelné čerpadlo typu VA3 o příkonu 3 kW. Zdrojem tepla je zemní kolektor o délce 400 m uložený v hloubce 1,2 m. Zdroje dodávají teplo do nádrže 1500 litrů, která je předřazena stávající nádrží 1600 litrů. Sada alternativních zdrojů byla doplněna 2 m2 fotovoltaických článků typu SSW72-08 pro zálohování a demonstrační využití.
Umístění solárních kolektorů a fotovoltaických článků na střeše budovy ukazuje následující obrázek :

Celý systém zapojení byl realizován tak, aby především v zimním období umožnil zachování dotápění TUV ve stávající nádrži z plynové kotelny objektu. V letním období pak systém maximálně využívá obou alternativních zdrojů. V závislosti na vnějších podmínkách a velikosti odběru umožňuje systém souběžné nahřívání předřazené nádrže oběma zdroji, předehřev media ze zemních kolektorů solárním výměníkem, ukládání tepla ze solárů do země, rotaci vody mezi zásobníky a řízení cirkulace vody po budově.

Systém je realizován jednotnou technologickou datovou sítí komunikačních jednotek pro čidla teploty a řídících jednotek pro ovládání technologie.
Uživatelským rozhraním jsou počítače v datové síti objektů. Ty umožňují oprávněným uživatelům parametrizaci řídících algoritmů, přímé povelování, sledování varovných hlášení a analýzu a zpracování dat.
V části řízení vytápění místností v budově dílen bylo zohledněno nesoučasného využívání jednotlivých učeben, dílen a pracoven. Uživatelé si pouze nastaví kalendáře a časové tabulky požadovaných teplot a ostatní realizuje technologická datová síť elektronických hlavic ventilů a čidel teploty.
Pro komunikaci datových technologických sítí obou budov bylo realizováno mikrovlnné spojení. To navíc umožňuje přenášení Internetu v areálu budov. Závěrečnou etapou bylo zřízení školícího střediska, které je přímo napojeno na datovou síť, a uspořádání zahajovacího školení pro odbornou veřejnost.
Dosažené úspory ze zkušebního provozu se vyhodnocují, lze předpokládat, že cílové úspory 50% energií pro přípravu TUV v budově domova mládeže a 30% energií pro vytápění v budově dílen budou dosaženy. Přesné hodnoty budou známy po této topné sezoně. Přínosy školícího střediska jsou nesporné.

Místo závěru

Snižování energetické náročnosti provozu domů a budov není jen reakcí na krátkodobé energetické tlaky, ale i na dlouhodobý trend zmenšování se zásob fosilních paliv a současné zhoršování se životního prostředí.
Prostředky, které v sobě nese řešení Inteligentního domu, umožňují, aby jakékoliv opatření, ať už stavebně technické, technologické nebo organizační, bylo nejen okamžitě účinné, ale i dlouhodobě udržitelné, přičemž dává uživateli do ruky nástroj, kterým je možno se přesvědčit o skutečných přínosech realizovaného opatření.

[zpět]