Dom jednorodzinny: jak oszczędzić energię?
Konwencjonalne systemy budowy i wyposażenia domów jednorodzinnych
oparte są na elementach o całkowitym stopniu niezależności. Integracja wszystkich systemów wykonawczych domu staje się niemożliwa. Wynika to ze sposobu produkcji określonych elementów oraz braku uniwersalnych interfejsów komunikacyjnych.
Integracja elementów wyposażenia to kluczowy aspekt budowy inteligentnych jednostek uwzględniających system powiązań pomiędzy systemem zaopatrzenia w wodę pitną, instalacją centralnego ogrzewania a systemem odprowadzenia i przetwarzania ścieków.
Widoczny staje się absolutny brak informacji zwrotnej o stanie kontrolowanej jednostki obsługiwanej przez użytkownika. Przykładowo, działanie systemu hydroforowego składającego się z pompy napędzanej za pomocą przekładni pasowej oraz zbiornika akumulującego ciśnienie wymaga kontroli ciśnienia za pompą hydroforu. Przy zastosowaniu konwencjonalnego sposobu zasilania uzwojeń oraz przełączania rozruchu gwiazda / trójkąt problemem jest stała wydajność silnika. W takim przypadku użytkownik nie ma informacji zwrotnej o stanie elementów systemu. Bezpieczeństwo zapewniają proste elementy, które są częścią składową podzespołów (np. zabezpieczenie termiczne uzwojeń silnika).
W proponowanej koncepcji wszystkie elementy kontrolowane są za pomocą centralnego sterownika PLC, rozszerzonego o dedykowane moduły We/Wy. Dodatkowym atutem proponowanego rozwiązania jest możliwość rozbudowania aplikacji o dodatkowe elementy, bez znaczących nakładów inwestycyjnych. Cały system można określić jako zbiór rozproszonych elementów funkcjonalnych, sprzężonych wspólnym protokołem komunikacyjnym. Kontrola i oddziaływanie na poszczególne elementy realizowana jest przy wykorzystaniu scentralizowanego systemu sterowania przy użyciu prostych i czytelnych ekranów synoptycznych.
Dom samowystarczalny
Rozważanym systemem jest wolno stojący dom jednorodzinny, niezależny od dostawców podstawowych mediów. Zaopatrzenie w wodę pitną następuje na drodze zastosowania układu pompy zasysającej wodę z ujęcia przydomowej studni głębinowej. Woda podlega filtracji, co jest wymaganym warunkiem uzdatnienia umożliwiającego jej spożycie. Pompa działa cyklicznie, po zgłoszeniu zapotrzebowania na medium. Z kolei obsługa basenu może następować na drodze zaimplementowania dwóch równoważnych sposobów zasilania. Pierwszy polega na pompowaniu wody bezpośrednio z ujęcia głębinowego. Drugi sposób wymaga wykorzystania wody deszczowej, która jest magazynowana w specjalnym zbiorniku. Wartości wszystkich parametrów nastawia się za pomocą panelu centralnego. Dzięki temu użytkownik może kontrolować stan i parametry układu z jednego miejsca, bez konieczności wychodzenia z domu. Obsługa sprowadza się do wyboru ekranu wizualizacji oraz ustawienia odpowiednich parametrów. Podtrzymanie systemu zapewniają ogniwa fotowoltaiczne. Mają one kluczowe znaczenie w utrzymaniu wymaganego poziomu bezpieczeństwa. Reszta elementów wymagających zasilania sieciowego jest obsługiwana z sieci wysokiego napięcia lub za pomocą instalacji trójfazowej. W przykładzie (patrz grafika obok) założono wykorzystanie alternatywnych źródeł energii w postaci kolektorów i ogniw słonecznych.
System odprowadzania ścieków oparto na zastosowaniu konwencjonalnych elementów. Dodatkowo rozszerzono je o automatyczny system napowietrzania i dozowania środków wspomagających procesy gnilne. W dalszej części zostaną przedstawione autorskie algorytmy pracy poszczególnych elementów.
ce
Praca zdobyła I miejsce w konkursie organizowanym przez Mitsubishi Electric oraz Control Engineering Polska.
Mariusz Hetmańczyk jest absolwentem Politechniki Śląskiej. Więcej na temat
konkursu czytaj w wydaniu Marzec ’08.
