Zmanjšanje porabe energije v stavbah s predvidevanjem nadzora
20.8.2021
Gotovo 40 % ukupne svjetske potrošnje energije otpada na zgrade, a ponajviše na grijanje i hlađenje, što ih, uz industriju i promet, svrstava među najveće potrošače. Današnji način gradnje i moderni materijali omogućuju znatno manju potrošnju energije u novoizgrađenim i obnovljenim zgradama. Ipak, to nije jedini način smanjivanja potrošnje energije u zgradama.
Klimaoprema u suradnji s Fakultetom elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu kroz projekt „PC-ATE Buildings“ (Razvoj sustava prediktivnog upravljanja i autonomnog trgovanja energijom u zgradi, projekt KK.01.2.1.01.0069) koji sufinancira EU razvija „pametniji“ način upravljanja u zgradama koji se temelji na modelskom prediktivnom upravljanju (MPC-u). Taj način upravljanja prepoznat je kao jedno od najprimjenjivijih rješenja za poboljšavanje energetske učinkovitosti u zgradarstvu. Trenutne uštede ostvarive ovom metodom u simulacijskom okruženju dosežu visokih 70 %, dok se eksperimentalno potvrđene uštede nalaze u intervalu od 5 % do 63 %.
Za razliku od klasične metode upravljanja temperaturom u zonama zgrade koja se temelji na lokalnim upravljačkim petljama i upotrebljava samo trenutna lokalna mjerenja iz razmatrane zone, MPC koordinira rad svih podsustava zgrade, od onih zaslužnih za oblikovanje potrošnje toplinske energije u zonama do onih na razini energetskih razvoda zgrade ili tzv. mikromreže zgrade.
Pojednostavljeno gledajući, MPC je podijeljen na 4 dijelova:
U donja dva grafa vizualizirani su neki od ulaznih podataka koje MPC upotrebljava za upravljanje (predikcija sunčeve ozračenosti, temperature vanjskog zraka i cijena električne energije).
U razdoblju niže cijene električne energije (kroz noć i jutro) MPC pregrijava prostor točno onoliko koliko je potrebno da uz predviđenu sunčevu ozračenost temperatura zraka u zoni bude unutar zadanog komfora tijekom radnog vremena. Referentna temperatura u radnom vremenu postavljena je na 23 °C.
Iznimno su važne daljnje mogućnosti koje MPC otvara u zgradama s obzirom na to da putem MPC-a zgrada fleksibilno mijenja svoju potrošnju u skladu s vanjskim uvjetima cijena i razmjene energije s mrežom, i to na optimalan način za zgradu. To su mogućnost da zgrada pruža pomoćne usluge odgovora potražnje različitim entitetima u energetskom sustavu, kao i mogućnost da zgrade međusobno trguju energijom ili obvezama za pružanje pomoćnih usluga. Obje navedene mogućnosti moguće je vrlo učinkovito kombinirati pod okriljem agregatora fleksibilnosti većeg broja zgrada.
Ovaj način upravljanja implementiran je na svega nekoliko zgrada kao znanstveno-istraživački rad tima s FER-a, gdje su ostvarene uštede između 5 % i 63 %, ovisno o sveobuhvatnosti instalacije i opsegu obuhvaćenih usluga odgovora potražnje, a MPC kao gotov komercijalni proizvod razvija se u Klimaopremi u odjelu KOER. U sklopu projekta PC-ATE Buildings verifikacija tehnike MPC-a bit će provedena na poslovnoj lokaciji Klimaopreme u Gradni.
Klimaoprema u suradnji s Fakultetom elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu kroz projekt „PC-ATE Buildings“ (Razvoj sustava prediktivnog upravljanja i autonomnog trgovanja energijom u zgradi, projekt KK.01.2.1.01.0069) koji sufinancira EU razvija „pametniji“ način upravljanja u zgradama koji se temelji na modelskom prediktivnom upravljanju (MPC-u). Taj način upravljanja prepoznat je kao jedno od najprimjenjivijih rješenja za poboljšavanje energetske učinkovitosti u zgradarstvu. Trenutne uštede ostvarive ovom metodom u simulacijskom okruženju dosežu visokih 70 %, dok se eksperimentalno potvrđene uštede nalaze u intervalu od 5 % do 63 %.
Za razliku od klasične metode upravljanja temperaturom u zonama zgrade koja se temelji na lokalnim upravljačkim petljama i upotrebljava samo trenutna lokalna mjerenja iz razmatrane zone, MPC koordinira rad svih podsustava zgrade, od onih zaslužnih za oblikovanje potrošnje toplinske energije u zonama do onih na razini energetskih razvoda zgrade ili tzv. mikromreže zgrade.
Pojednostavljeno gledajući, MPC je podijeljen na 4 dijelova:
- MPC Zona – optimizacija na razini zone
- MPC HVAC – optimizacija sustava koji priprema i razvodi medij za predaju energije za grijanje ili hlađenje svim zonama (npr. klima komora)
- MPC Microgrid – optimizacija potpisa zgrade na spoju s distribucijskim energetskim mrežama
- Interface moduli – funkcije koje preračunavaju izlaze iz MPC-a u aktuacijske signale za pojedine upravljane elemente.MPC također uzima u obzir dopuštene granice komfora, predikciju vremena (temperaturu zraka i sunčevo zračenje) i ostale nemjerljive poremećaje poput rasvjete i elektroničke opreme, a kao svoj izlaz daje signale za optimalno upravljanje zgradom s ciljem maksimalne uštede.
U donja dva grafa vizualizirani su neki od ulaznih podataka koje MPC upotrebljava za upravljanje (predikcija sunčeve ozračenosti, temperature vanjskog zraka i cijena električne energije).
U razdoblju niže cijene električne energije (kroz noć i jutro) MPC pregrijava prostor točno onoliko koliko je potrebno da uz predviđenu sunčevu ozračenost temperatura zraka u zoni bude unutar zadanog komfora tijekom radnog vremena. Referentna temperatura u radnom vremenu postavljena je na 23 °C.
Iznimno su važne daljnje mogućnosti koje MPC otvara u zgradama s obzirom na to da putem MPC-a zgrada fleksibilno mijenja svoju potrošnju u skladu s vanjskim uvjetima cijena i razmjene energije s mrežom, i to na optimalan način za zgradu. To su mogućnost da zgrada pruža pomoćne usluge odgovora potražnje različitim entitetima u energetskom sustavu, kao i mogućnost da zgrade međusobno trguju energijom ili obvezama za pružanje pomoćnih usluga. Obje navedene mogućnosti moguće je vrlo učinkovito kombinirati pod okriljem agregatora fleksibilnosti većeg broja zgrada.
Ovaj način upravljanja implementiran je na svega nekoliko zgrada kao znanstveno-istraživački rad tima s FER-a, gdje su ostvarene uštede između 5 % i 63 %, ovisno o sveobuhvatnosti instalacije i opsegu obuhvaćenih usluga odgovora potražnje, a MPC kao gotov komercijalni proizvod razvija se u Klimaopremi u odjelu KOER. U sklopu projekta PC-ATE Buildings verifikacija tehnike MPC-a bit će provedena na poslovnoj lokaciji Klimaopreme u Gradni.