Někdy ano, je ale potřeba k tomu přistoupit opravdu vědecky. Jednu takovou možnost přináší třeba systém optimalizace vytápění budov MPC. Základním smyslem prediktivní regulace je snížit energetickou náročnost budov na topení použitím pokročilých metod matematického modelování a regulace. Využitím poznatků moderní matematiky lze totiž ušetřit nezanedbatelnou část energií.
Podle výzkumu OptiControl prestižního švýcarského institutu ETH Zürich & Siemens se jedná o 15-20 %, někdy až 40 %. Oproti tomu náklady na optimalizaci jsou velmi nízké – moderní hardware specializovaný na automatizaci budovy je dnes poměrně levný.
Systém řeší snižování energetické náročnosti tím, že zavádí takové regulační postupy energetických vstupů (elektrické energie k ohřívání vody či ke chlazení a větrání, topné vody obecně, regulace jednotlivých ventilů apod.), které je minimalizují a zároveň v budově udržují tepelný komfort.
Dosavadní technologie jsou v současné době na hranici svých možností a dalších úspor se výrobcům těchto systémů daří dosahovat jen za cenu neúměrného zvyšování investic. Na druhou stranu moderní regulační postupy, jako je MPC, dokáží využívat rezerv, které jsou pro klasické systémy skryté.
Jako příklad může sloužit optimalizace energetické spotřeby budovy Fakulty elektrotechnické a Fakulty strojní ČVUT v Praze – Dejvicích, která byla provedena v rámci projektu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR „Integrace systémů budov, výzkum a aplikace inteligentních algoritmů ovlivňujících spotřeby energií budov a obytných domů.“ V tomto případě bylo v rámci aplikace MPC využito stávajícího systému měření a regulace za současného zavedení nového systému řízení využívajícího algoritmy moderní matematiky. Vstupní náklady zahrnovaly pouze implementaci a přípravu systému a modernizaci stávajícího softwaru. Dosažené roční úspory představují cca 27 %, návratnost investice je tedy v tomto případě přibližně 1 rok.
Hlavní výhodou MPC je predikce zahrnující předpovědí počasí, předpověď vývoje teploty v místnostech a modelování tepelné setrvačnosti budovy.
Jako když se šije oblek na míru
Na rozdíl obdobných řešení dostupných na trhu vychází MPC ze znalosti konkrétní budovy. „Jeden zahraniční partner nás pojmenoval jako „Building doctors“ – budovu detailně vyšetříme a navrhneme řešení přesně na míru,“ prohlašuje Lukáš Ferkl, člen představenstva Energoklastru pro výzkum. Díky velmi dobré znalosti charakteristik budovy (fyzika budovy, obsazenost a využití, zdroje energie) je prostřednictvím MPC možné optimalizovat využití energie a ušetřit více prostředků než v případě jiných srovnatelných systémů. Kromě technické nezávislosti na vlastním provedení systému měření a regulace nabízí MPC řešení, které je zcela otevřené.
Od myšlenky k reálnému projektu
Aplikace MPC probíhá typicky ve dvou fázích. Ve fázi měření jsou naměřeny fyzikální charakteristiky budovy pro matematický model, který je základem predikce. Ve fázi regulace je následně aplikován předem nasimulovaný, na počítači testovaný regulátor MPC.
Z hlediska ceny řešení MPC je třeba investovat do následujících činností a softwarů. V závislosti na stavu budovy je třeba jednak uvést systém vytápění do standardního stavu, to se týká zejména starších objektů, jednak provést automatizaci, přičemž cena je stejná jako v případě běžné rekonstrukce. Navíc je implementována prediktivní regulace; to představuje náklady cca od 150 tisíc Kč, samozřejmě podle velikosti budovy. Předpokládaná návratnost investice je 2 – 5 let. Doba návratnosti může být i kratší, nicméně vždy závisí na konkrétních podmínkách budovy a skutečnosti, zda je nutné pořídit kompletní systém měření a regulace včetně nových čidel či provézt pouze modernizaci softwaru řídicího systému.
Z hlediska technických aspektů realizace MPC je třeba zohlednit zejména stávající vybavení budovy systémem regulace tepla a její specifické vlastnosti. Vhodné pro aplikaci přístupu MPC jsou nicméně stejně tak objekty, které mají systém měření a regulace tepla již instalovaný (jako například v případě výše zmíněného pilotního projektu budovy ČVUT), tak objekty, kde se o instalaci systémů topení (respektive o jejich rekonstrukci) teprve uvažuje.
Podmínky pro aplikaci prediktivní regulace představují zejména vhodně rozmístěné senzory teploty po celé budově, možnost individuální regulace ventilů topení, referenční čidlo slunečního osvitu a venkovní teploty, možnost regulace kotelny nebo tepelného výměníku a řídicí systém založený na modulárních PLC automatech. Tyto požadavky se prakticky shodují se současným standardem běžných systémů měření a regulace tepla v budovách, takže většina velkých budov v ČR je pro aplikaci MPC vhodná.
Jak se podílet na užitečném výzkumu
O tom, že ne každý výzkum musí být dnes užitečný se přesvědčil asi každý, jehož vysoká škola v určité fázi podlehla módnímu trendu reformního snažení. Zde se jedná o poněkud jiný případ.
Regulace budov MPC vznikla jako výsledek několika mezinárodních projektů, ve spolupráci se špičkovými světovými univerzitami ETH Zürich, KU Leuven, NTNU Trondheim a dalšími. Vzhledem k tomu, že neustále probíhá proces zlepšování produktu, uživatelé MPC se mohou zapojit do výzkumných aktivit, což přináší nezanedbatelné výhody. Zejména se jedná o přístup k zajímavým dotačním prostředkům určeným na výzkum a vývoj. Po dobu výzkumných aktivit se navíc dodavatel o systém neustále stará a jeho uživatel má vždy jeho nejnovější (a tím i nejúspornější) verzi. Zároveň tak uživatel přispívá k úsporám energií i na dalších objektech, a tím i k celkovému zlepšování našeho životního prostředí.
