Καινοτόμο σύστημα ενεργειακής διαχείρισης πανεπιστημιουπόλεων Δ. Κολοκοτσά Επικ. Καθηγήτρια Σχολής Μηχ. Περιβάλλοντος Κ. Βασιλακοπούλου MSc Αρχιτέκτων www.campit.gr
ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πανεπιστημιουπόλεις: Μικρές «κοινότητες» με διάφορες και πολύπλευρες δραστηριότητες. Μεγάλοι ενεργειακοί καταναλωτές Το Πολυτεχνείο Κρήτης απαιτεί ισχύ 1.5 MW. Μείωση ενεργειακού και περιβαλλοντικού αποτυπώματος. Βέλτιστος έλεγχος αλληλεπιδράσεων εσωτερικού και εξωτερικού περιβάλλοντος. CAMP IT: Κάθε κτίριο αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα μίας ευρύτερης περιοχής όπου η αλληλεπίδραση με το εξωτερικό περιβάλλον καταγράφεται και ελέγχεται με κατάλληλες τεχνικές.
ΣΤΟΧΟΙ Η ανάπτυξη ενός έξυπνου συστήματος ελέγχου και διαχείρισης της ενέργειας στις Πανεπιστημιουπόλεις, που να εξασφαλίζει τις συνθήκες άνεσης εξοικονομώντας ενέργεια. Μοντελοποίηση και ενεργειακή προσομοίωση κτιρίων και εξωτερικού περιβάλλοντος. Ανάπτυξη αλγορίθμων ελέγχου και ευφυούς συστήματος για την πρόβλεψη και διαχείριση των ενεργειακών φορτίων. Επίτευξη συνθηκών άνεσης: Θερμικής άνεσης Ποιότητας αέρα Οπτικής άνεσης. Αλληλεπίδραση συστήματος με τον χρήστη μέσω υφιστάμενων τηλεπικοινωνιακών υποδομών. Εφαρμογή και αξιολόγηση πλήρως λειτουργικού συστήματος.
ΤΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΚΤΙΡΙΩΝ / ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Μοντελοποίηση κτιρίων (Google SketchUp / ESPr ) Στοιχεία κτιριακού κελύφους Εξοπλισμός Στοιχεία χρήσης κτιρίου Μετεωρολογικά δεδομένα Μοντελοποίηση εξωτερικού περιβάλλοντος (Envimet) Μορφολογία Υλικά εδάφους Μετεωρολογικά δεδομένα Συσχέτιση εσωτερικού εξωτερικού περιβάλλοντος
ΣΥΖΕΥΞΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΚΑΙ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Έλεγχος των γεωμετρικών παραμέτρων των δύο μοντέλων, Esp-r & Envimet, ώστε να έχουν τις ίδιες διαστάσεις κτιρίων για να είναι εφικτή η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ τους. Τρισδιάστατη αναπαράσταση των κτιρίων χρησιμοποιώντας τις θερμικές ζώνες του Esp-r σε περιβάλλον Python για να υπάρξει αντιστοίχιση των εξωτερικών επιφανειών με τον κάνναβο του Envimet. Υπολογισμός μέσης θερμοκρασίας, ταχύτητας και διεύθυνσης ανέμου για κάθε εξωτερική επιφάνεια των κτιρίων Κ1 και Κ2 από τα δεδομένα του Envimet. Υπολογίστηκε ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή (hc) για κάθε εξωτερική επιφάνεια του κάνναβου και με ωριαίο βήμα. Στη συνέχεια υπολογίστηκε η μέση τιμή του για τις 7 διαθέσιμες χρονικές περιόδους που μπορεί να διαχειριστεί το Esp-r. Κατασκευάστηκε αρχείο καιρού χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα της προσομοίωσης σε περιβάλλον Envimet. Πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση στo Esp-r και συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα.
Y ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΣΤΟ ENVI-MET Περιβάλλων χώρος των κτιρίων Κ1 και Κ2 Θερμοκρασία αέρα σε ύψος 1.8m στις 12:00 120.00 90.00 Θερμοκρασία αέρα < 25.00 C 25.50 C 26.00 C 26.50 C 60.00 27.00 C 27.50 C 28.00 C 28.50 C 29.00 C > 29.50 C 30.00 0.00 0.00 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00 X N o C 35 30 25 20 15 10 5 Envimet - 11m (oc) Μετρούμενη (oc) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Day time (24h)
ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ & ΑΡΧΙΚΗ ΑΠΑΙΤΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ
ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ Με τη χρήση Νευρωνικών Δικτύων, λαμβάνοντας υπόψη δεδομένα από μετρήσεις θερμοκρασίας περιβάλλοντος, σχετικής υγρασίας, ταχύτητας και διεύθυνσης ανέμου και ηλιακής ακτινοβολίας, υλοποιείται πρόβλεψη της εξωτερικής θερμοκρασίας με χρονικό ορίζοντα 24 ωρών. Παράλληλα έχει αναπτυχθει μοντέλο νευρωνικού δικτύου που προβλέπει τα θερμικά φορτία που απαιτούνται για την διασφάλιση θερμικής άνεσης και ποιότητας αέρα κατά τις επόμενες 8h,χρησιμοποιώντας δεδομένα που αφορούν τη θερμική άνεση και την ποιότητα αέρα καθώς και παράμετροι που επηρεάζουν τη μεταβολή τους όπως η χρήση των κλιματιστικών και του μηχανικού αερισμού, τα εσωτερικά κέρδη κλπ. Επιλέγει βέλτιστο επίπεδο θερμικής άνεσης και ποιότητας αέρα σε χρονικό ορίζοντα 8h Ελαχιστοποίηση κατανάλωσης ενέργειας Βελτιστοποίηση ποιότητας αέρα Βελτιστοποίηση θερμικής άνεσης Ελέγχει την επιθυμητή τιμή εσωτερικής θερμοκρασίας και τη λειτουργία του συστήματος εξαερισμού και του συστήματος θέρμανσης/ ψύξης.
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΒΛΕΨΗΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ
ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΒΛΕΨΗΣ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΜΕ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ Πρόβλεψη εξωτερικής θερμοκρασίας, ενεργειακών φορτίων & ποιότητας αέρα Αντικειμενική Συνάρτηση Γενετικός Αλγόριθμος Βελτιστοποίησης Επιλογή τιμών επιθυμητής εσωτερικής θερμοκρασίας & αερισμού Ελεγκτής Ενεργοποιητής Κεντρικές Κλιματιστικές Μονάδες Αισθητήρες Κτίρια
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΕΣΗΣ / ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ Αρχική Τελική Εξοικονόμηση κατανάλωση κατανάλωση ενέργειας 32.72 MWh 22.84 MWh 30.22%
ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΦΩΤΕΙΝΟΤΗΤΑΣ ΑΣΑΦΟΥΣ ΛΟΓΙΚΗΣ Διασφαλίζεται η οπτική άνεση Βασίζεται σε κανόνες ασαφούς λογικής Η εσωτερική φωτεινότητα καταγράφεται από αισθητήρες Καθορίζει τη λειτουργία του συστήματος φωτισμού Η αξιολόγηση του αλγορίθμου ελέγχου έγινε με χρήση του λογισμικού Radiance
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ ΦΩΤΕΙΝΟΤΗΤΑΣ Αρχική Τελική Εξοικονόμηση ενέργειας κατανάλωση ανά χώρο κατανάλωση ανά χώρο 315 kwh 247 kwh 22%
AΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Ethernet Room controller Room controller HVAC Room controller HVAC Room controller Light sensors Door Switch Door Switch sensors Door Switch Door Switch Presence Presence Sub Meters Presence Presence Sub Meters 1 st Floor Ground Floor 1 st Floor Ground Floor K! Building K2 Building
K2 ΚΤΙΡΙΟ
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διασφάλιση της θερμικής, οπτική άνεσης & ποιότητας αέρα Αξιοποίηση πρόβλεψης εξωτερικής θερμοκρασίας, ενεργειακών αναγκών και ποιότητας αέρα Εφαρμογή ευφυών αλγορίθμων ελέγχου για κλιματιστικά συστήματα, συστήματα μηχανικού αερισμού και συστήματα φωτισμού Υλοποίηση συστήματος λήψης αποφάσεων βασισμένο σε τεχνικές βελτιστοποίησης Τα αποτελέσματα σε επίπεδο εξοικονόμησης ενέργειας και άνεσης είναι πολύ σημαντικά (30% περίπου εξοικονόμηση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη) Εφαρμοσιμότητα σε κτίρια ή συγκροτήματα κτιρίων διαφορετικής χρήσης μέσω της χρήσης τεχνολογιών δικτύου www.campit.gr
WWW.CAMPIT.GR