Obr. Priestory Knižného a informačného centra
Charakteristickým znakom budov s inteligentnými technológiami je adaptovanie systémov vnútorného prostredia v objekte (vykurovania, chladenia atď.) na zmeny sledovaných parametrov, prípadne úprava požadovaných parametrov podľa potreby. Jednoduchým príkladom sú časové režimy vykurovania v budovách či automatické spínanie osvetlenia pomocou senzora prítomnosti osôb. Inteligentné riadenie zabezpečuje okrem zvýšenia komfortu obyvateľov úsporu energií a financií, pretože systémy pracujú s optimálnym prísunom energie, odrážajúcim ich reálnu potrebu. Každá budova je jedinečná, preto je pri zavádzaní systémov energetického manažmentu dôležité poznať samotnú budovu a spôsob a režim jej užívania.
V priestoroch Stavebnej fakulty STU v Bratislave sa momentálne inštalujú systémové riešenia pre inteligentné budovy do priestorov Knižničného a informačného centra. Cieľom je dosiahnuť plne automatickú prevádzku vykurovania, osvetlenia a vetrania, zabezpečiť ideálne vnútorné prostredie pre návštevníkov a pracovníkov a zároveň kvantifikovať potenciál úspor energie vďaka takejto automatizovanej prevádzke. Príspevok informuje o tomto prebiehajúcom projekte, o inštalovaných technológiách, ako aj o zámeroch a cieľoch projektu.
Knižničné a informačné centrum
Knižničné a informačné centrum (KIC) na Stavebnej fakulte je celofakultným pracoviskom, ktoré poskytuje komplexné služby modernej vysokoškolskej knižnice so zameraním na budovanie knižných a časopiseckých fondov. Spolu s neustále sa rozvíjajúcim technicko-informačným zázemím je v KIC vytvorený kvalitný priestor na individuálne vzdelávanie študentov, pedagógov, ako i vedeckých pracovníkov fakulty. Pracovisko KIC sa teší mimoriadnej obľube, čo dokazuje v priemere viac ako 2 500 vstupov za mesiac.
KIC sa nachádza v bloku B Stavebnej fakulty na treťom, najvyššom nadzemnom podlaží, pričom študijný priestor je orientovaný do jedného z átrií (obr. 1). Priestory súčasného KIC prešli v roku 2003 rozsiahlou rekonštrukciou a modernizáciou priestorov a technického vybavenia (obr. 2). Vymenili sa všetky otvorové konštrukcie a dobudovala sa konštrukcia galérie, pričom dvojúrovňová koncepcia priestoru tak dnes ponúka 190 študijných miest na sedenie. Vykurovanie je zabezpečené konvekčnými vykurovacími telesami umiestnenými pod oknami v 1. výškovej úrovni.
Vetrá sa prevažne prirodzeným spôsobom, infiltráciou cez netesnosti v obvodovom plášti, resp. oknami. Je tu však inštalované aj vzduchotechnické zariadenie, ktoré možno využiť na vetranie, resp. chladenie priestorov. Denné osvetlenie priestoru sa zabezpečuje cez okná v obvodovej stene a ihlanové svetlíky v strope. V prípade potreby umelého osvetlenia sa využívajú svietidlá rovnomerne osadené v oboch výškových úrovniach.
Systém automatického riadenia a regulácie
Cieľom je zabezpečiť, aby sa vždy dosiahla požadovaná kvalita vnútorného prostredia s prihliadnutím na aktuálne okrajové podmienky. Na riadenie samotných technologických procesov je použitý voľne programovateľný modulárny riadiaci systém Tecomat Foxtrot umiestnený v rozvádzači v zázemí knižnice. Tento riadiaci systém je napojený do ethernetovej siete, čo zároveň umožňuje diaľkový prístup do systému pomocou grafickej centrály vo výškovej budove či pomocou ovládacieho LCD panela určeného personálu knižnice.
Automatické riadenie vykurovania
Všetkých sedem vykurovacích telies v miestnosti je napojených na dvojrúrový vykurovací rozvod so spodným rozvodom vedeným z objektovej výmenníkovej stanice. Teplá voda sa privádza samostatnými stúpacími potrubiami. Na pripájacie potrubia sú osadené dvojpolohové termoelektrické servopohony ventilov (obr. 3), ktoré regulujú výkon vykurovacích telies v závislosti od priestorovej teploty. Rovnomerne v priestoroch vykurovacej zóny sú rozmiestnené snímače zaznamenávajúce aktuálnu teplotu vzduchu v študovni. Tá sa vyhodnocuje a pomocou regulátora sa servopohony nastavia na požadovaný zdvih ventilu a zabezpečia potrebný prietok vykurovacej vody telesom.
Automatická regulácia osvetlenia
Regulácia osvetlenia v priestore závisí od intenzity slnečného žiarenia v exteriéri a osvetlenosti v interiéri. Osvetlenosť v interiéri možno regulovať nastavením vertikálnych tieniacich lamiel, ako aj umelým osvetlením. Pred každým zásahom sa vyhodnocuje prítomnosť osôb v danej zóne, čím sa predchádza nepotrebnému zapínaniu svietidiel. Celá plocha KIC je pre potreby regulácie osvetlenia rozdelená do 13 zón. V technickom zázemí a na recepcii je ovládanie osvetlenia primárne manuálne, v ostatných zónach je regulácia plne automatická. Potrebné vstupné údaje sa získavajú zo snímačov intenzity slnečného žiarenia v exteriéri, snímačov osvetlenosti
v interiéri a z pohybových snímačov na zisťovanie prítomnosti osôb v priestore. Akčnými členmi vykonávajúcimi regulačný zásah sú elektromotory tieniaceho systému (obr. 4) a spínače svietidiel.
Pri dostatočnej úrovni intenzity slnečného žiarenia v exteriéri a zároveň pri nedostatočnej osvetlenosti vnútorných priestorov sa najskôr žalúzie prestavia do polohy úplného otvorenia. Ak tento zásah nestačí, dochádza na základe obsadenosti jednotlivých zón k postupnému spínaniu svetiel (obr. 5). Ak je úroveň intenzity slnečného žiarenia v exteriéri nedostatočná, tak sa v prípade zistenia prítomnosti osôb v zóne automaticky zapína umelé osvetlenie, pričom žalúzie sú plne otvorené. Aby sa zamedzilo častému zapínaniu a vypínaniu svietidiel, je v systéme nastavený dobehový čas, počas ktorého ostáva umelé osvetlenie v činnosti, i keď nie je zistená žiadna aktivita v zóne.
Regulácia vetrania
Ukazovateľom kvality vzduchu v miestnosti je úroveň koncentrácie CO2, snímanej v oboch výškových úrovniach miestnosti. Namerané výstupy zo snímačov slúžia na spustenie, resp. zastavenie chodu vzduchotechnickej jednotky. Pri zaznamenaní zvýšenej koncentrácie sa vzduchotechnická jednotka uvedie do činnosti, pri dosiahnutí žiadanej úrovne koncentrácie CO2 sa vzduchotechnická jednotka zastaví. Takto sa šetrí energia na ohrievanie, resp. chladenie privádzaného vzduchu a na pohon ventilátorov, pretože riadené vetranie sa využíva len v nutných prípadoch pri zhoršenej kvalite vzduchu.
Meranie spotreby energie
Riešenia pre inteligentné budovy inštalované v KIC majú napomáhať k optimalizácii spotreby energie. Na vyhodnotenie vplyvu jednotlivých automatických regulačných zásahov na spotrebu tepla sú na vratných pripájacích potrubiach vykurovacích telies inštalované kompaktné merače tepla (obr. 6). Vďaka ich pripojeniu do grafického rozhrania v PC možno sledovať okamžitý stav kumulovanej spotreby tepla a vyhodnotiť vplyv systému inteligentnej regulácie na spotrebu energie.
Termoelektrické pohony, mechanika tieniacich žalúzií či adaptívny režim osvetlenia závisia od dodávky elektrickej energie. Podrobný prehľad o spotrebe elektrickej energie pre jednotlivé zariadenia umožňuje desať elektromerov (obr. 7). Dva merajú spotrebu svietidiel v knižnici, dva sú umiestnené na rozvádzačoch merania a regulácie, ďalší zisťuje spotrebu servopohonov ventilov a jeden spotrebu pohonov žalúzií. V systéme riadeného vetrania sa zaznamenáva spotreba elektrickej energie na chladenie a na chod samotnej vzduchotechnickej jednotky. Dva elektromery sa nachádzajú vo výškovej budove a sú určené na meranie spotreby počítačového servera na zber údajov a vzdialený prístup do systému energetického manažmentu a osvetlenie miestnosti s týmto zariadením.
Záver
V priestoroch Knižničného a informačného centra na Stavebnej fakulte STU v Bratislave sa inštalovali systémy monitorovania a riadenia vnútorného prostredia a sledovania spotreby energie. V ďalšom výskume sa budeme zaoberať rôznymi stratégiami dosiahnutia zdravého prostredia pre študentov a personál, ako i svetelnej a tepelnej pohody a kvality vzduchu pri čo najnižšej spotrebe energie. Cieľom je kvantifikovať možnosti úspory energie vplyvom inteligentného riadenia ako súčasti energetického manažmentu inteligentných budov.
Poďakovanie
Tento článok vznikol vďaka podpore v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt: Kompetenčné centrum inteligentných technológií pre elektronizáciu a informatizáciu systémov a služieb, ITMS: 26240220072, spolufinancovaného zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.
Literatúra
[1] http://www.asb.sk/architektura/stavby/administrativa/inteligentne-budovy-a-trvala-udrzatelnost
[2] http://www.asb.sk/architektura/stavby/inteligentny-dom/inteligentna-budova-co-to-v-skutocnosti-znamena
Ing. Lucia Kudiváni
Ing. Michal Krajčík, PhD.
STU v Bratislave, Stavebná fakulta
Radlinského 11, 810 05 Bratislava
lucia.kudivani@gmail.com
michal.krajcik@gmail.com