Wykrywanie obecności i adaptacyjne sterowanie zużyciem klimatyzacji / ogrzewania w zależności od użytkowników pomieszczeń

Współcześnie stawiane budynki, w tym zarówno domy jednorodzinne, jak i biura czy obiekty komercyjne, coraz częściej funkcjonują niemalże jak organizmy wyposażone w zmysły i inteligencję. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu zaawansowanych czujników, algorytmów i systemów automatyki, które powodują, że obecnie stosowane instalacje grzewcze i klimatyzacyjne potrafią po pierwsze wykryć obecność człowieka, po drugie przeanalizować sposób użytkowania pomieszczeń, a po trzecie – dynamicznie dostosowywać do niego parametry swojej pracy. Takie rozwiązania jak sterowanie adaptacyjne całkowicie zmieniają sposób, w jaki zużywana jest energia, pociągając za sobą wzrost komfortu i spadek kosztów, bez konieczności świadomego sterowania systemem grzewczym czy klimatyzacyjnym.

Na czym polega adaptacyjne sterowanie ogrzewaniem i klimatyzacją?

Adaptacyjne sterowanie stanowi nowoczesną metodę zarządzania temperaturą, która odpowiada na bieżące potrzeby użytkowników. Taki system jest w stanie wykrywać obecność osób w pomieszczeniu, analizować nie tylko ich aktywność w danym momencie, ale i harmonogram dnia, czy nawet preferencje cieplne, ale również dopasowywać temperaturę automatycznie, optymalizując przy tym zużycie energii, gdy nikogo nie ma w środku. Zatem to nie jedynie wygoda, ale również przykład praktycznej, codziennej implementacji idei inteligentnych budynków.

W jaki sposób system może wykryć obecność użytkowników?

Wykrywanie obecności czujnik użytkownika w pomieszczeniu może mieć różnoraki charakter. Może opierać się na prostych czujnikach ruchu, jak i zaawansowanych sensorach, które analizują mikrodrgania czy sygnaturę ciepła ludzkiego ciała.

Czujniki korzystające z pasywnej podczerwieni to najpopularniejsze rozwiązanie. Działają na zasadzie wykrywania ruchu poprzez analizę zmian promieniowania podczerwonego, a ich zalety to niskie zużycie energii oraz wysoka niezawodność. Pewnym ograniczeniem jest tu natomiast mniejsza skuteczność przy braku ruchu użytkownika.

Z kolei radarowy czujnik obecności to technologia wykrywająca mikroruchy i tętno użytkownika, jest więc niemal niemożliwa do oszukania. Sprawdza się szczególnie w sypialniach, biurach, salach konferencyjnych oraz pomieszczeniach, gdzie ludzie pracują w pozycji statycznej. Mikrofalowy czujnik obecności jest obecnie jednym z najbardziej zaawansowanych rozwiązań technologicznych.

Pośrednie możliwości wykrycia obecności użytkowników dają również czujniki dwutlenku węgla oraz jakości powietrza, które opierają się właśnie na wzroście zawartości CO₂ w pomieszczeniu. W oparciu o pozyskane dane, system może zwiększyć wentylację, czy obniżyć temperaturę – wzrost dwutlenku węgla oznacza więcej osób. To system, który sprawdza się w przestrzeniach publicznych oraz biurach open space.

Kamery z analizą obrazu to z kolei technologia stosowana głównie w budynkach komercyjnych, umożliwiająca precyzyjne liczenie osób, analizę ich rozmieszczenia w pomieszczeniu, a także reakcję systemu HVAC w czasie rzeczywistym. Przy odpowiedniej konfiguracji działa anonimowo, bez zapisywania wizerunku.

Jeszcze inny sposób na wykrywanie obecności użytkowników czy dostosowywanie warunków do pożądanych wartości to analiza zużycia energii oraz technologia IoT, a także urządzenia takie, jak smartfony, które pozwalają wykrywać lokalizację użytkownika w obrębie domu. Oznacza to w praktyce, że np. gdy zbliżamy się do domu, ogrzewanie podnosi temperaturę, a gdy wychodzimy, to automatycznie przechodzi w tryb ekonomiczny.

Na jakiej zasadzie działa adaptacyjne sterowanie ogrzewaniem?

System, po wykryciu obecności użytkowników, za pomocą czujnika obecności, działa według zaawansowanych algorytmów. Po pierwsze reguluje temperaturę w czasie rzeczywistym, analizując liczbę osób w pomieszczeniu, ich aktywność, biorąc przy tym również pod uwagę porę dnia i tygodnia, poziom nasłonecznienia czy temperaturę zewnętrzną. W oparciu o te parametry natomiast dostosowuje moc ogrzewania bądź intensywność chłodzenia, a także zakres wentylacji.

Zaawansowane sterowniki mogą także działać na zasadzie uczenia się nawyków użytkowników (machine learning), przewidując, kiedy domownicy wracają z pracy, o której godzinie korzystają z łazienki, kiedy przebywają w salonie lub sypialni, uwzględniając przy tym, jakie temperatury preferują. W efekcie tej analizy i działania algorytmu, temperatura dostosowuje się automatycznie, zanim użytkownik zdąży poczuć dyskomfort.

Ważną, z punktu widzenia ekonomicznego, jak i ekologicznego funkcją jest tryb oszczędny, gdy pomieszczenie jest puste. Zatem, gdy użytkownik opuści pomieszczenie, system natychmiast lub po określonym wcześniej czasie przechodzi bądź w tryb eco, bądź nocny czy też minimalny. To zaś pociąga za sobą spadek zużycia energii, kosztów ogrzewania i chłodzenia, a do tego – brak pracy systemu bez potrzeby.

Dodatkowo inteligentny system wyposażony w tego typu czujniki obecności może być zintegrowany z systemem smart home, dzięki czemu będzie dodatkowo współpracował z roletami zewnętrznymi, czujnikami nasłonecznienia, wentylacją, rekuperacją czy fotowoltaiką.

Jakie korzyści dla użytkowników i inwestorów wynikają ze sterowania adaptacyjnego?

Przede wszystkim zmniejszeniu ulegają koszty energii, ze względu na brak zbędnej pracy klimatyzacji i ogrzewania, oznaczających realne oszczędności. Użytkownicy uzyskują przy tym komfort termiczny na najwyższym poziomie w sposób bezobsługowy – bez konieczności ustawiania czegokolwiek, ponieważ system sam dba o temperaturę, reaguje szybciej niż człowiek, a do tego przewiduje potrzeby domowników. To skutkuje także brakiem przegrzania i wychłodzenia pomieszczeń, ponieważ systemy sterowania adaptacyjnego reagują w czasie rzeczywistym, eliminując gwałtowne zmiany temperatury. A dodatkowo, nie przeciążone niepotrzebną pracą urządzenia instalacji HVAC mogą cieszyć się dłuższą żywotnością.  

Z zastosowania inteligentnych rozwiązań wynika jeszcze jedna zaleta – wyższa wartość nieruchomości. Wynika to z faktu, że domy i budynki wyposażone w inteligentne sterowanie są atrakcyjniejsze na rynku, spełniając wymagania dotyczące nowoczesnego budownictwa i energooszczędności.

Gdzie stosuje się systemy czujników i systemy adaptacyjne w klimatyzacji i ogrzewaniu?

Zastosowanie czujników obecności jest bardzo szerokie – począwszy od domów po inteligentne biurowce. W przypadku domów jednorodzinnych i mieszkań największe korzyści takich rozwiązań to komfort, oszczędność, a także szybkie reagowanie systemu. Są one szczególnie popularne w domach z fotowoltaiką oraz w budownictwie energooszczędnym.

W przypadku biurowców i budynków komercyjnych, wykrywanie obecności ludzi w pomieszczeniach daje olbrzymie oszczędności, ponieważ w takich miejscach obłożenie pomieszczeń jest zmienne, dodatkowo duża liczba ludzi mocno wpływa na temperaturę, a przy tym klimatyzacja działa zwykle cały dzień. System dostosowuje przy tym parametry w każdej strefie oddzielnie.

Również goście hotelowi mają różne preferencje cieplne, a do tego pomieszczenia często przez większość dnia są puste. Zastosowanie systemu adaptacyjnego odpowiada zaś oba wyzwania. Czujniki obecności pozwalają także na precyzyjne sterowanie energią w obiektach użyteczności publicznej i edukacyjnych, jak biblioteki, sale wykładowe czy treningowe, w których obłożenie jest niezwykle dynamiczne.

Sterowanie adaptacyjne i rozpoznawanie obecności – jaka jest ich przyszłość?

Sterowanie obecnością tworzy budynki, które myślą i przewidują, a kierunek rozwoju takich systemów zmierza do pracy autonomicznej, w oparciu o sieć czujników, uczenie maszynowe, analizę predykcyjną, a także integrację z energią odnawialną. Istotna jest tu także personalizacja na poziomie użytkownika. Można przewidywać, że w najbliższych latach standardem stanie się identyfikacja użytkownika po jego smartfonie, możliwość indywidualnego ustawienia komfortu, stosowanie jeszcze bardziej czułych czujników obecności, jak również wdrożenie systemów predykcyjnych, które będą analizowały pogodę godzina po godzinie. Oznacza to wszystko, że ogrzewanie i klimatyzacja będą działać tak, jakby wyczuwały potrzeby domowników zanim oni sami je zidentyfikują.

Inteligentne systemy HVAC to technologia, która realnie zmienia codzienność, sprawiając, że energia w domu czy biurze jest wykorzystywana dokładnie wówczas, kiedy jest na nią zapotrzebowanie i do tego czyni to w sposób optymalny.