Kestävä asuminen ja ympäristö, K-EASY 7.3.2014 Ennakoiva talotekniikka Kristian Bäckström kristian.backstrom@posintra.fi
Tavoitteet ja toteutus Projektin tavoitteet Sääennusteet Sähkön spot-hinnat Käyttäjän ilmaisemat mukavuustoleranssit Aurinko- ja/tai tuulienergian ennakointi ja hyödyntäminen Energian väliaikainen varastointi Ennakoiva lämmönohjaus, joka välttää kalliit hintapiikit. Projektin tavoitteena ei ollut kehittää valmista tuotetta kuluttajille, vaan open source demo, josta jokin muu taho voi rakentaa kaupallisen tuotteen Projektin totetutus: LivingLab-toiminta Energiaseuranta Skaftkärr-alueella Porvoossa Demotalo, OKT Porvosssa kattava seuranta ennakoivaa lämmönohjausta demonstroidaan avataan kiinnostuneille tuotevalmistajille
Energiaseuranta-Living Lab Skaftkärr-alueella LivingLab-sopimuksen pääkohdat Porvoon Kaupunki: Skaftkärr-alueelta tontinostaja tai -vuokraaja saa 1000 alennusta mikäli liittyy Living Labiin Posintra myy seurantalaitteet (300 ) ja, tontinostaja vastaa asennustöistä, kaapeloinnista ja Internetliittymän hankinnasta. Tontinostaja suostuu luovuttamaan kulutustiedot Posintralle kahden vuoden seurantajakson aikana. Anonymisoituja kulutustietoja voidaan käyttää tutkimus-, kehitys- ja tilastointikäyttöön. LivingLab-sopimuksesta ei veloiteta kuukausikuluja LivingLab-toiminnan hyödyt Asukkaat osallistuvat kehittämiseen Porvoon kaupunki haluaa valistaa asukkaita energiatietoisammaksi Posintralle muodostuu kattava aineisto t&k-käyttöön
Asemo-palvelu - Living Lab:in tietokanta Perustehtävät: Vastaanottaa mittausdataa livinglab-kohteista Varastoita mittausdataa Visualisoida mittausdataa
Living Lab, tekninen ratkaisu Sähkönkulutuseuranta Optinen silmä mittarin lediin Silmän radiolähetin Näyttölaite / radiovastaanotin Integrointialusta
Demotalo
Maakaasu Demotalon lämmitysjärjestelmä
Hybridivaraaja
Demotalon energiaselvitys Rakennettu 2012, energiaselvitys 2011 Paul Santos 570DC 40cm SPU, u=0,059 W/m 2 K Lammi, u=0,17 W/m 2 K 40cm EPS, u=0,06 W/m 2 K
Integrointeja demotalossa
Demotalon älykäs ohjausjärjestelmä OpenHAB Helppo käyttöliittymä HTML Android app ios app Datan visualisointi Ohjaus, etäohjaus Rule engine
Aurinkolämpö kerääjistä kwh 50 Valoisuus (ulkona varjossa) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
250 Aurinkolämpö + LTO-piipun energia 200 150 100 50 0
Aurinkolämpö + LTO-piipun energia Aur. energia kumul. kwh LTO-p. Energia kum kwh 12000 10000 8000 5348 kwh 6000 4000 2000 5238 kwh 0
Demotalossa IV-koneen esilämmitys
Demotalossa IV-koneen esilämmitys 49W kiertopumpulla Viilennystä kesällä Esilämmitystä talvella
IV-koneen kanavien lämpötilat LTO poiskytketty
Lattialämmitys C Lisä-älyn vaikutuskeino säätökäyrän pudotusarvo 40 30 20 10 asetusarvo LL menovesi C 40 0-20 -10 0 10 20 Ulkolämpötila C 35 30 25 20 15 10 5 0-20 C -10 C 0 C +10 C +20 C Pudotus C jälkilaskettu LL tavoite
Vuorokauden ulkolämmön sahausliikkeet Korostuvat keväällä Kylmät yöt aiheuttavat (hitaiden) lattioiden liiallista lämmittämistä vuorokauden kokonaislämmitystarpeen nähden Ratkaisu: rullaavaa 24 h keskiarvolämpötila sääennusteesta ************************************************************ Outdoor now: 0.1, forecasted next 24h avg: 3.1, replacing floor temp: 24.91500000 --> forecast correction:1.05000000, Indoor now: 22.34, indoor setpoint: 22.7 --> room correction: -0.36, Spotprice now: 35.86, spotprice avg: 33.39 -->price correction:-0.99999951. Orig. floor temp:25.96500000 optimized floor temp:26.27499951, correction: -0.30999951 ************************************************************
Lattioiden tavoitelämpö vs. ulkolämpötila 34 32 lämmitys lämmitys 25 30 15 28 26 5 24 22-5 20-15 18 16-25
Varaajan lämpötilat 90 80 70 60 50 40 30 20 Ylä C Kesk C Ala C varaaja keskiarvo
Huonelämpötilat + ulkolämpötila
Energiakulutuksen time shifting mistä? Sähkön loppukäyttö asunnoissa (ei tilojen lämmitys)
Energiakulutuksen time shifting Sähkönkulutus (Liian) kallista varastoida Vain pieni osa on siirettävissä, ja suurin osa ei ole (tai asukkaat eivät ole halukkaita siihen) Lämmitys Useiden tuntien aikasiirrot helppoa varastoimalla rakenteisiin ja vesivaraajaan Hyödyt: Ilmaista lämpöä (esim auringosta) voidaan varastoida koko vuorokauden tarpeelle CHP-laitokset hyötyisi siitä, että kaukolämmönkulutus olisi aina samassa suhteessa sähkönkulutuksen kanssa. Tuntitariffeja kaukolämmölle? Perinteisen tyyliin varaava lämmitys kuten yö-sähköllä
Sähkön pörssihinta /MWh
Sähkön pörssihinnan viikkorytmi 250.00 2.2.2013-26.2.2014 200.00 199.95 210.01 150.00 100.00 73.90 85.93 50.00-1.38 3.72 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Sähkön pörssihinnan viikkorytmi 2.2.2013-26.2.2014 60.00 55.07 50.00 40.00 40.21 30.00 30.48 30.78 20.00 10.00-00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00 00:00 06:00 12:00 18:00
(1) 00:00 (1) 04:00 (1) 08:00 (1) 12:00 (1) 16:00 (1) 20:00 (2) 00:00 (2) 04:00 (2) 08:00 (2) 12:00 (2) 16:00 (2) 20:00 (3) 00:00 (3) 04:00 (3) 08:00 (3) 12:00 (3) 16:00 (3) 20:00 (4) 00:00 (4) 04:00 (4) 08:00 (4) 12:00 (4) 16:00 (4) 20:00 (5) 00:00 (5) 04:00 (5) 08:00 (5) 12:00 (5) 16:00 (5) 20:00 (6) 00:00 (6) 04:00 (6) 08:00 (6) 12:00 (6) 16:00 (6) 20:00 (7) 00:00 (7) 04:00 (7) 08:00 (7) 12:00 (7) 16:00 (7) 20:00 Demotalon sähkön viikkoprofiili 1800 3.1.2013-25.2.2014 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Sähkön viikkoprofiilit kahdelta asuntoalueelta 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 1.6.2013-31.12.2013 (n1=21, n2=32)
Kaukolämmön viikkokulutusprofiili Heat load patterns in district heating substations Henrik Gadd,, Sven Werner http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0306261913001803
Demoratkaisun hyviä puolia Taipuu huomisen tarpeisiin: Modulaarinen Toimittajariippumaton Standardiriippumaton Yhteisö kehittää jatkuvasti tukea uusille integroinneille Tapahtumaväylä (event bus) Oma Binding-moduuli jokaiselle protokollatuelle Jokaiselle arvolle (esim KNX, Modbus, 1-wire) määritellään oma Item OpenHAB:issa. Sääntötiedostoista alla olevat protokollat ovat abstrahoitu pois, eli ne ovat protokollariippumattomia
Sääntökoneisto (Rule engine) Ihanteellinen ympäristö toteuttaa älytoimintoja jotka voivat hyödyntää esimerkiksi: Talon tila (kotona/poissa) Liiketunnistimet, ovikytkimet, muut anturit Kulutustiedot, esim sääntö voi reagoida vedenkulutukseen jos kukaan ei ole kotona Tietoja internetistä KNX-tiedot: sääasema, releet, pulssilaskurit, jne Tietoja LVI-laitteista: esim Ouman lämmönohjausjärjestelmän arvoja
Alustaesimerkkejä Raspberry PI B MK808 MK908 700 MHz ARM (1176JZF-S) 8 Gt SD-kortti (esim) 512 Mt RAM (hinta ilman SD-kortti, kotelo ja virtalähde noin 40 ) 1.2 GHz ARM dual core (RK 3066 CORTEX-A9) 8 Gt Flash 1 Gt RAM 802.11B/G/N Wifi 1.2 GHz ARM quad core (RK 3188T CORTEX-A9) 8 Gt Flash 2 Gt RAM 802.11B/G/N Wifi
Ennakoiva talotekniikka Lisättiin älyä jo itsenäisesti toimivaan kokonaisuuteen Lämmönohjausta Rakennuksen termisen massan hyödyntäminen ja huomioimen Ulkolämpötilan sahausliikkeiden haittavaikutuksen välttäminen Aurinkoenergian saannin ennakointi Ostoenergian hintapiikkien välttäminen (energiahintaennusteiden perusteella) Käyttäjän kulutustapojen huomioiminen Tilanneohjausta, varaajan lämpötilan pudotus poissa-tilassa Älytalotoimintoja Ajastimet monipuoliset logiikat Rikosilmoitintoiminnot Valaistuksen tilanneohjaus jne
Lämmityskulutuksen mittaushaasteet Jos ulkolämpötila on menossa alaspäin, lattioiden tavoitelämpötila nousee. Laittioden lämpömuutos vaatii paljon energiaa. välipohjat väliseinät kantava pohjalaatta ulkoseinät (eristeiden sisäpuolella) 54500 kg 34500 kg 75000 kg 95000 kg 259000 kg ~62 kwh/ C
Kiitos! kristian.backstrom@posintra.fi 040-5166116