Optimalizace spotřeby energie založené na počasí v horské chatě Monte Rosa Hut ve Švýcarsku
Ačkoli působí trochu jako kulisa z filmu s Jamesem Bondem, horská chata Monte Rosa je ve skutečnosti plně funkční stavbou. A jen těžko byste hledali také stavbu efektivnější. Kromě úchvatného výhledu na Matterhorn (na fotografii nalevo od chaty) totiž nabízí i nejmodernější technologie od společnosti Siemens.
Tok energie, získané převážně ze slunečního svitu, řídí speciální software. Ten v chatě udržuje příjemné podmínky, bez ohledu na venkovní počasí. Švýcarské Alpy nebyly k projektu vybrány náhodně – se svými extrémními výkyvy teplot, bouřkami a dalšími vrtochy počasí jde o ideální lokalitu pro testování nových stavebních a řídicích technologií.
Chata Monte Rosa ze švýcarského alpského klubu je již považována za alpskou chatu budoucnosti.
Chata stojí v nadmořské výšce 2,883 metrů n. m. Tato výška je obecně charakterizována extrémními podmínkami. Bouře a náhlé poklesy teplot od + 20°C do -30°C jsou téměř normální.
Chata také představuje výzkumný projekt švýcarského Federálního technologického institutu (ETH) v Curychu.
Projekt vyvíjí a testuje nové koncepty pro zvýšení energetické účinnosti staveb v obtížných podmínkách, aby bylo možno optimálně navrhovat a provozovat takové domy na udržitelném základě. To zahrnuje i automatizaci budov od společnosti Siemens Building Technologies.
Elektřina z fotovoltaických článků na fasádě, recyklace vody, v případě potřeby kogenerační zařízení používající řepkový olej. Chata může být soběstačná. Například software pro automatizaci budov řídí vytápění a větrání v domě, shromažďuje naměřená data z fotovoltaického zařízení a dobíjecích baterií, zaznamenává údaje z tepelných čidel a z elektroměrů. Zajímavá je zejména funkčnost nové budovy, která využívá z cca 90% energii z obnovitelných zdrojů, zejména propracovaných solárních systémů.
horolezec Ivan Loetscher
Jeho zaměstnanec, inženýr a amatérský sleduje vše na místě a udržuje technologie stanice v provozuschopném stavu. Ale chata je provozována převážně jako soběstačná a plně automatizovaná, a to i když chata není obsazena nebo je téměř neobsazena mimo sezónu. Jednotlivé funkce lze snadno ověřit v provozních stanic.
Data jsou přenášena do Curychu přes satelit v nepřetržitém provozu
Zhruba 150 datových bodů na Monte Rosa Hut jsou měřeny a kontrolovány. Data jsou přenášena do Curychu přes satelit v nepřetržitém provozu, kde je hodnocen pro výzkumné účely.
Celá chata produkuje pouze třetinu toxických látek ve srovnání s menší chatami, který jí předcházeli a je tak testovací půdou pro technologie energeticky efektivních budov a automatizace budov. Po dvou letech intenzivního provozu chata obhájila statut stavby v udržitelném konceptu.
Z případové studie:
Stará chata Monte Rosa Hut se nacházela ve výšce 2,795 metrů v masivu Monte Rosa Zermatt jih a byla velmi oblíbeným místem horolezců a turistů. Nicméně požadavky na komfort návštěvníků se zvýšily a bylo dále nemožné chytu provozovat v původní podobě. 14. července 2011 cca 100 kg výbušnin dokončilo demolici původní chaty. Nová chata je postavena cca 100 m od původní stavby. Stavba byla plánována 6 let, projektování probíhalo v rámci 150. výročí švýcarského Federálního technologického institutu (ETH) v Curychu a otevřena byla v září 2009. Vzhledem k nedostupnosti jakékoliv infrastruktury byla soběstačnost pro chatu klíčová.
Dosažení maximální autonomie a požadované udržitelnosti vyžaduje více než jen optimalizaci jednotlivých stavebních oborů. Muselo se najít inteligentní spojení všech komponentů.
U obvodového pláště byl nejdůležitější výběr prvků a materiálů a jejich fyzické uspořádání. Aktivní dodávka energie je založena na solárních termických kolektorech, fotovoltaickém systému a doplněna vhodnou stavební technologií a ovládacími prvky. V případě potřeby se systém opírá se o kombinovanou výrobu tepla a elektřiny, ze zkapalněného plynu.
Optimalizace spotřeby energie založené na počasí
V parametrech nazývaných “F-E Phase II,” jsou zahrnuty např. "výhrady / vytíženost" a "počasí", systém využívá regionální předpovědi počasí místo klasické aktuální venkovní teploty a slunečního záření. Data jsou následně převedena do systému automatizace budov a výsledkem je prediktivní řízení. Systém aktivně reaguje na to, jaké bude pravděpodobně počasí. Partneři projektu pro FE fáze II je ETH Curych, Lucern Univerzita aplikovaných věd a umění, a Siemens BT.
Příkladem výhod přediktivního řízení může být například proces čištění odpadních vod. Pokud je předpovídáno slunečné počasí, baterie nabity a odpadní nádrž je z poloviny plná, regulace spustí čistění odpadních vod, což je energeticky velmi náročný proces. Dojde tak k efektivnímu využití přebytečné sluneční enegie. V případě předpovědi špatného počasí je zastaven proces čištění a je využívána rezerva z baterií, případně potřeby dojde až k přechodu na zkapalněný plyn.
Desigo automatizace budov software od divize Siemens Building Technologies (BT) zajišťuje, aby všechny komponenty systému spolupracovali bez problémů. Software trvale sleduje všechny parametry, přizpůsobí systém na měnící se požadavky uživatelů budovy a později bude také optimalizovat spotřebu energie. Ovládací software je optimalizován průběžně prostřednictvím vzdáleného přístupu, který zvyšuje efektivitu ještě dále.
Source: M. Benz, S. Fux, ETH Zurich
OptiControl výzkumný projekt
V Evropě budovy představují více než polovinu poptávky po primární energii. Nové stavební technologie (např. tepelná čerpadla, tepelně aktivované stavební systémy, solární systémy, noční chlazení pomocí ventilace, atd.) mají velký potenciál pro snížení spotřeby energie, ale za cenu komplexních složitých systémů, které jsou závislé na měnících se podmínkách, jako je počasí, obsazení a dynamické sazby za elektřinu. Optimalizace provozu těchto systémů částečně vyžaduje nové prediktivní kontrolní pojmy, které berou počasí a předpovědi obsazenosti v úvahu.
Prediktivní řízení je navrženo jako součást výzkumného projektu "Optimální Stavební Climate Control" (OptiControl), společného úsilí ETH Curych, EMPA, Veltlínské AG MeteoSchweiz a Siemens BT. Prediktivní kontrolní strategie vyplývající z tohoto projektu jsou zaměřeny na snižování spotřeby energie budov při zachování nízkých investičních a provozních nákladů, zvýšení uživatelského komfortu a omezení maximální poptávky po elektřině.
Zatímco tento inovační koncept ovládání je stejný jako používá Monte Rosa Hut, OptiControl Projekt je zaměřen na další aplikace, zejména použití integrované automatizace místností v kancelářských budovách, tj. optimální ovládání žaluzií, osvětlení, vytápění, chlazení a větrání v jednotlivých stavebních zónách.
Odborníci vyvinuli software, modely a datové sady pro simulace založené na hodnocení strategií omezování emisí, nová pravidla algoritmů, nové algoritmy pro zlepšení předpovídání počasí v místě stavby, stejně jako analýzy možností úspor ve spojení s regulací.
Je zřejmé, že tyto inteligentní systémy vyžadují spolehlivé informace o počasí. Nové modely pro předpovídaní počasí již dodávají místní předpovědi počasí s přesností přibližně 2 km. Tyto numerické předpovědi počasí lze opravit pomocí hodnoty z meteorologických stanic, jakož i z místních senzorů připojených k systému automatizace budov.
Prediktivní zpracování a optimalizace informací v systému automatizace budov vyžaduje vysoce výkonnou elektroniku, které je k dispozici za stále příznivější ceny. Odborníci očekávají, že náklady na zařízení nezbytné pro optimalizaci řízení budov budou rychle kompenzovány snížením energetických nákladů i zvýšením komfortu v budově.
Allschwil Švýcarsko, budova z r. 2007, 6 podlaží, podlahová plocha 6 000 m2, vytápění / chlazení pomocí tepelné aktivovace stavebních prvků, ventilace
Použití prediktivního řízení má smysl i pro ostatní druhy obytných a kancelářských budov, pro školy a nemocnice. Prvním příkladem použití OptiControl je 5 let stará kancelářská budova v Allschwil nedaleko Basileje. Očekává se, že provedené změny včetně přidání několika senzorů na stávající řídicí systém DESIGO společnost BT, dodatky v komunikačních technologiích a naprogramování inteligentních algoritmů a pravidel potřebných pro sledování procesů přinesou úsporu energie až 20%. Efektivnější akumulace tepla např. v betonovýchsloupech bude mít za následek významné snížení spotřeby energie na vytápění. Počínaje letos na podzim, bude OptiControl zkoušen v budově po dobu 18 měsíců. Siemens plánuje začít integrovat komponenty tohoto softwaru do svých produktů již v roce 2013.
Další rozšíření informací k tématu:
Systémy automatizovaného řízení budov, systémy řízení energetických systémů, systémy řízení kotelen a předávacích stanic CZT. Přístroje pro měřicí a regulační techniku, integrované systémy budov, konzultace, projekty, software, dodávky na klíč, projekty ...