Evropská unie si v rámci Evropské zelené dohody (European Green Deal) stanovila cíl dosáhnout do roku 2050 klimatické neutrality, tedy hospodářství s nulovými čistými emisemi skleníkových plynů.
Tento závazek zároveň vychází z mezinárodních klimatických opatření definovaných Pařížskou dohodou (Paris Agreement). Potřeba dekarbonizace se významně dotýká také sektoru budov, který patří mezi největší spotřebitele energie v Evropě.
Globální oteplování se na území Slovenska již projevilo nárůstem průměrné roční teploty vzduchu přibližně o 1,1 °C za posledních 100 let. Podle Územní studie Slovenska o změně klimatu lze v budoucnu očekávat další zvýšení průměrné teploty vzduchu o 2 až 4 °C do roku 2075. Tyto skutečnosti vytvářejí rostoucí požadavky na energetickou hospodárnost budov, efektivní systémy chlazení a řízení kvality vnitřního prostředí.
Významnou úlohu v procesu dekarbonizace budov hrají právě systémy technických zařízení budov, především větrání, klimatizace a chlazení. HVAC systémy představují významnou část celkové energetické spotřeby moderních administrativních, laboratorních i obytných budov. Z pohledu provozní energetické efektivity je proto nezbytné zajistit jejich inteligentní a adaptivní řízení. Důležitou součástí moderních řešení se stávají systémy zpětného získávání tepla, optimalizace výměny vzduchu a integrace nízkouhlíkových technologií využívajících obnovitelné zdroje energie.
Efektivní řízení HVAC systémů však není možné bez relevantních vstupních údajů o kvalitě vnitřního prostředí. Parametry jako koncentrace, CO₂, teplota, relativní vlhkost vzduchu nebo koncentrace těkavých organických látek významně ovlivňují nejen tepelný komfort a zdravotní kvalitu vnitřního prostředí, ale také samotný provoz systémů větrání a klimatizace. Nedostatečné nebo nepřesné měření těchto veličin může vést k neefektivnímu provozu zařízení, zvýšené spotřebě energie a zbytečnému nárůstu uhlíkové stopy budovy.
Z uvedených důvodů byl v rámci výzkumně-vývojových aktivit vyvinut senzor kvality ovzduší určený pro monitorování parametrů vnitřního prostředí v budovách. Senzor je navržen pro využití v administrativních prostorách, laboratořích, učebnách, společných prostorách budov a dalších aplikacích, kde je nutné zajistit kontinuální monitorování kvality vzduchu jako podkladu pro efektivní řízení HVAC systémů.
Elektrické a snímací vlastnosti zařízení
Navržený senzor kvality ovzduší integruje několik typů snímacích prvků, které umožňují komplexní a souběžné monitorování hlavních parametrů ovlivňujících vnitřní prostředí budov.
Zařízení kontinuálně měří koncentraci pevných částic v rozsazích PM₁, PM₂.₅, PM₅ a PM₁₀ (0–1000 µg/m³, přesnost ±10 %), koncentraci, CO₂ v rozsahu 0–40 000 ppm, relativní vlhkost (0–100 % RH), teplotu vzduchu a indexové veličiny kvality ovzduší reprezentované VOC a NOx. Součástí měření je také detekce úrovně okolního osvětlení, což umožňuje rozšířit využití zařízení i pro doplňkové řídicí funkce v inteligentních budovách.
Takto definovaný rozsah snímaných veličin poskytuje komplexní obraz o kvalitě vnitřního prostředí z jednoho kompaktního zařízení a umožňuje použití senzoru nejen pro řízení větrání, ale také pro širší aplikace v oblasti facility managementu a energetického managementu budov.
Z pohledu elektrických vlastností a integrace do stávající infrastruktury je zařízení navrženo jako univerzální prvek s podporou několika napájecích a komunikačních standardů. Primárním způsobem napájení je technologie Power over Ethernet (PoE) dle standardů IEEE 802.3af/at, která umožňuje přenos napájení i dat prostřednictvím jediného ethernetového kabelu. Maximální příkon zařízení nepřesahuje 6,5 W, což umožňuje jeho snadnou integraci do stávajících síťových prvků bez nutnosti budování dodatečné napájecí infrastruktury.
Alternativně lze zařízení napájet také externím stejnosměrným napětím v rozsahu 12–24 V DC, což rozšiřuje možnosti nasazení zejména ve specifických průmyslových nebo rekonstruovaných objektech.
Z hlediska komunikace a integrace do systémů řízení budov (BMS) nabízí zařízení několik paralelních rozhraní. Ethernetové rozhraní podporuje průmyslový protokol Modbus TCP, který představuje standard pro IP-based řízení a umožňuje přímou integraci do SCADA systémů nebo nadřazených řídicích platforem.
Pro aplikace vyžadující deterministickou komunikaci v průmyslovém prostředí je k dispozici rozhraní RS485 s galvanickým oddělením využívající protokol Modbus RTU. Toto řešení zajišťuje vysokou odolnost vůči elektromagnetickému rušení a umožňuje spolehlivou komunikaci s PLC systémy a stávajícími průmyslovými sběrnicemi.
V prostředích s důrazem na flexibilitu instalace lze využít bezdrátové Wi-Fi připojení v pásmu 2,4 GHz, které zachovává jednotnou komunikační vrstvu prostřednictvím Modbus TCP bez ohledu na fyzické médium.
Z pohledu moderních IoT aplikací je zařízení dostupné také ve variantě s integrovanou NB-IoT konektivitou, která umožňuje jeho plně autonomní provoz nezávislý na lokální IT infrastruktuře. Tento režim je vhodný zejména pro dodatečné nasazení senzoriky ve stávajících budovách, historických objektech nebo v případech, kdy není možné nebo ekonomicky efektivní realizovat kabeláž či integraci do stávajících systémů. K dispozici je IoT portál Metrix, prostřednictvím kterého je zajištěn šifrovaný přenos dat k uživatelům.
Díky kombinaci přesných snímacích prvků, nízké energetické náročnosti a podpoře standardizovaných průmyslových protokolů představuje zařízení vhodný nástroj pro implementaci datově řízených strategií v oblasti řízení HVAC systémů a optimalizace kvality vnitřního prostředí.
T-Industry, s.r.o.
Tel.: +421 907 712 955
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.tind.sk
Tato práce byla financována z programu EU NextGenerationEU prostřednictvím Plánu obnovy a odolnosti pro Slovensko v rámci projektu č. 09I04-03-V02-00033.
