Zmniejszenie kosztów związanych z ogrzewaniem można osiągnąć stosując termomodernizację starych budynków oraz rozwijając i wdrażając budownictwo energooszczędne. Oprócz technologii budowlanych, duży wpływ na zużycie energii elektrycznej i cieplnej w budynku mają instalacje budynkowe, od których zależy bezpieczeństwo i komfort użytkowania budynku oraz oszczędność energii. Nowoczesne instalacje budynkowe są w Polsce rzadko stosowane, choć zainteresowanie nimi stale rośnie. Panuje jednak ogólne przekonanie, że instalacje takie są drogie, a oszczędności energii możliwe do uzyskania dzięki ich zastosowaniu – trudne do oszacowania. Dlatego w Instytucie Elektroenergetyki Politechniki Poznańskiej, przy współpracy z firmą Merten, zostało zorganizowane Laboratorium Instalacji KNX, którego celem jest między innymi oszacowanie w warunkach polskich możliwych oszczędności energii elektrycznej i cieplnej dzięki zastosowaniu technologii KNX. Zagadnienie to wydaje się ważne również ze względu na wchodzące w życie od przyszłego roku przepisy dotyczące wymagania oceny efektywności energetycznej budynków nowych i sprzedawanych na rynku nieruchomości. Można oczekiwać, że przepisy te uzależnią ceny mieszkań od wyników oceny energetycznej budynku i przyczynią się do wzrostu zainteresowania również nowoczesnymi instalacjami umożliwiającymi zmniejszenie energochłonności budynków.
straty energii w budynku i możliwości ich ograniczenia
Oszacowanie możliwych oszczędności energii cieplnej przeprowadzono na przykładzie pomieszczenia laboratoryjnegoznajdującego się w budynku Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Poznańskiej, który jest budynkiem wolno stojącym, wybudowanym w latach siedemdziesiątych,nieocieplanym. Budynek posiada nową instalację grzewczą tradycyjną (kaloryfery z zaworami) oraz starą instalację elektryczną. Instalacje te są niesterowane, istnieje więc możliwość na przykład pełnego otwarcia zaworów grzejnikowych i okien, palenia się lamp w słoneczny dzień, ogrzewania i oświetlenia pomieszczeń w czasie, gdy w budynku nie przebywają pracownicy. Opracowany został projekt termomodernizacji budynku oraz wymiany oświetlenia i instalacji elektrycznej umożliwiający sterowanie tymi instalacjami oraz instalacją grzewczą w systemie KNX, a także pomiar zużycia energii elektrycznej i cieplnej. Projekt modernizacji budynku, a w szczególności instalacji w systemie KNX, został oparty na częściowej kalkulacji energetycznej budynku przed i po jego modernizacji. Realizacja tego projektu ma na celu opracowanie takiego sterowania budynkiem, przy którym zachowując komfort użytkowania osiągnie się maksymalne ograniczenie zużycia energii elektrycznej i cieplnej. Umożliwi również porównanie wyników obliczeń zapotrzebowania na ciepło z rzeczywistym zużyciem energii cieplnej.
sterowanie ogrzewaniem w systemie instalacji KNX
Przedstawiony na rysunku 1. schemat blokowy regulacji temperatury jest dobrze znany. Zasadniczym elementem w tym układzie jest regulator, który odbiera informacje z czujnika temperatury znajdującego się w pomieszczeniu, porównuje ją z wartością zadaną i wypracowuje sposób sterowania zaworem grzejnikowym. Najprostszym sposobem jest sterowanie 2-położeniowe. Element sterujący przełącza zamknij/otwórz w zależności od przejścia temperatury pomieszczenia przez określone nastawy. Wadą tego typu algorytmu jest duża bezwładność czasowa przy zmianach temperatury otoczenia oraz możliwość częstych przestawień zaworu przy niewielkiej różnicy między wartościami zadanymi załączania i wyłączania. Natomiast nastawienie większej różnicy między tymi wartościami może być odbierane przez użytkownika jako dyskomfort. Zaletą takiego sterowania jest możliwość zastosowania tańszych zaworów dwupołożeniowych zamknij/otwórz. W opracowanym projekcie sterowania instalacją grzewczą budynku zawory dwupołożeniowe zastosowano w pomieszczeniach, w których rzadko przebywają ludzie oraz w laboratoriach badawczych, w których nie wykonuje się pracy siedzącej, zakładając, że w takich warunkach wahania temperatury będą mniej odczuwane. W pomieszczeniach, w których rzadko przebywają ludzie, oraz na korytarzach stosowany będzie algorytm sterowania dwupołożeniowego zamknij/otwórz, natomiast w laboratoriach sterowania długością wypełnienia cyklu otwarcia zaworów PWM (Pulse Width Modulation).
Sterowanie zapewniające najmniejsze wahania temperatury wykorzystuje algorytm proporcjonalno-całkowy PI (Proportional-Integral). Jest to najlepsze sterowanie, jednak najdroższe, gdyż wymaga zaworów o ciągłej regulacji statusu położenia. W rozpatrywanym budynku będzie ono stosowane w pomieszczeniach jednego piętra, w których przewiduje się długotrwałe przebywanie ludzi. Zastosowanie zaworów o regulacji ciągłej i dwupołożeniowej oraz trzech najczęściej stosowanych algorytmów sterowania ma na celu porównanie ich wpływu na jakość sterowania oraz warunki cieplne uzyskiwane w pomieszczeniach. Do sterowania urządzeniami grzewczymi zastosowano przycisk czteroklawiszowy firmy Merten z regulatorem temperatury
