Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nejsložitější úlohou je integrace dat z vnějších zdrojů, především cen energií a dat meteorologické predikce.
Když v roce 1985 Peter T. Lewis na půdě americké Federální komise pro komunikace hovořil o Internetu věcí, nikdo přesně nevěděl, v jakých všech oblastech se nový fenomén prosadí. Samotný internet byl tehdy doménou superpočítačů a na území Československa měl zůstat ještě sedm let prakticky neznámým pojmem. A nyní přichází Internet budov…
V osmdesátých letech (tehdy ještě teoretický) koncept předpokládal, že jednotlivé přístroje – čidla a akční členy – budou schopny komunikovat prostřednictvím datové sítě. Vybrané prvky by mohly získat unikátní IP adresu a stát se samostatným účastníkem sítě, který může sdělovat informace o svém stavu nebo se stát součástí většího řízeného celku.
Co tehdy znělo jako vzdálená budoucnost již v současnosti představuje rozvíjející se trh s dopadem v sektoru služeb v řádu stovek miliard dolarů. Pod pojmem Internet věcí už se skrývají aplikace určené například pro sledování pohybu zemědělských zvířat a samozřejmě i osob. Výzkumníci z MIT s trochou nadsázky hovoří také o Internetu těl (Internet of Bodies). To se netýká pouze telemedicínských aplikací. Zdraví lidé sledují svoji výkonnost při sportu a denní námaze a naměřená data sdílejí prostřednictvím sociálních sítí. Údaje o tom, kolik kilometrů uběhl váš soused a jakou u toho měl tepovou frekvenci, putují k dalším uživatelům, kteří pak svá vlastní těla pohánějí k vyšším výkonům.
S přibývajícím množstvím aplikací nabývá Internet věcí nové kvality. Například společnost Sigfox předpokládá, že v nejbližších pěti letech bude v domácnosti až 500 samostatných prvků napojených na síť. V sektoru budov tím vznikají nové možnosti, jak data mezi sebou korelovat a na jejich základě řídit složitější systémy. Budovy sbírají data o svých obyvatelích a interagují s nimi, dokážou reagovat na změny uvnitř budov a zpracovávají informace o změnách ve svém okolí. Na budovy je potřeba nahlížet už ne pouze jako na pasivní části měst a obcí, ale jako na aktivní prvky městského prostředí, které na jedné straně komunikují se svými obyvateli, na straně druhé sdílejí informace s dalšími uživateli v jejich okolí. Může jít o facility manažery, obchodníky s energiemi, správce komunikací nebo stavební a developerské firmy, které mohou na dálku zjišťovat stav svých budov.
Z části jde o komunikaci, kdy na jedné straně stojí budova a na druhé straně člověk – uživatel. Stále častěji na druhé straně komunikační výměny však nestojí člověk, ale logický automat, který dokáže vyhodnotit, zda má zapojit uživatele, nebo si s nastalou situací poradí budova sama. Nejen na Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB) už proto začínáme mluvit o Internetu budov, který doprovází komplexnější proměnu měst v informatizovaná Smart Cities.
Výzkumné týmy na UCEEB za poslední dva roky řešily kolem deseti případů komplexní autonomní regulace budovy. Partneři (podniky, samosprávy a nebo bytové domy) nejčastěji přicházejí s dílčím technologickým problémem a hledají příležitost, jak využít výzkumné kapacity centra. Celkově však naše země spíše zaostává. Building Performance Institute Europe (BPIE) hodnotil v minulém roce připravenost budov na přechod k inteligentnímu řízení. Česká republika v evropském srovnání vyšla jako jednoznačně podprůměrná. Objevují se však i zajímavé projekty. Příkladem komplexního autoregulačního řešení energetiky a monitoringu vnitřního prostředí je u nás budova firmy Fénix v Jeseníku, na jejímž pokročilém řízení se UCEEB podílel.
Obecně objekt v ideálním případě pracuje se třemi sadami vstupních dat, na jejichž základě se pak rozhoduje, jak se bude řídit. Jde o předem definované vstupní modely, vnitřní zdroje dat a externí údaje o podmínkách, které ovlivňují chování budovy. Specialisté nejprve musí budovu „identifikovat“, tedy vytvořit dostatečně přesný model. Především jde o tepelně-dynamický, na jehož základě zná své tepelně akumulační vlastnosti. Budova se také od počátku naučí předpokládané uživatelské energetické profily svých nájemníků, a ty pak dále zpřesňuje, jak postupně poznává preference svých nájemníků. Na základě historických dat z dané lokality objekt dostane do vínku prvotní nastavení pro využití obnovitelných zdrojů, které jsou na něm instalovány.
Ve chvíli, kdy budova získá základní povědomí o vstupních parametrech, začne získávat informace z řady vnitřních zdrojů, které jsou už dnes běžně dostupné na trhu, počínaje nástroji pro Smart Metering (měření spotřeb zdrojů v reálném čase), přes čidla kvality vnitřního prostředí, po veškerá koncová zařízení intenetu věcí, resp. Smart Home. Nejsložitější úlohou je smysluplná integrace dat z vnějších zdrojů, tj. především cen energií a dat z meteorologické predikce. Na budově Fénixu v Jeseníku UCEEB jako na jednom z prvních objektů v České republice pilotně použil algoritmus řízení na základě lokalizované predikce slunečního osvitu PV Forecast. Budova díky ní dokáže určit, kdy má spotřebovávat energii a kdy ji má ukládat do zásobníků, protože přibližně ví, kolik jí v nejbližších 24 hodinách dokáže vyrobit. Výsledkem je, že budova se dlouhodobě přibližuje k maximálnímu možnému využití lokálně vyrobené energie.
Evropané tráví v budovách mezi 80 a 90 procenty svého života. Drtivá většina z nich chce dožít v domácím prostředí. Možnost přizpůsobit budovu aktuálním potřebám jejich obyvatel přitom zdaleka nekončí kolaudací nebo nastěhováním. Požadované informace pro úpravu kvality prostředí lze zjišťovat průběžně. Ne všechny parametry lze měřit objektivně pomocí čidel a nejlepší metodou je často dotazování se přímo uživatelů. Platí přitom, že jednou vyjádřená preference se může stát součástí paměti budovy a může sloužit k nalezení optimálního modelu užívání. V případě tepelného komfortu může komunikace mezi člověkem a budovou probíhat pomocí interaktivního termostatu se zpětnou vazbou.
Při hledání ideálního uspořádání prostoru může posloužit elektronicky zpracované hlasování či pouhý optický monitoring využívání místností. Zatímco pro uživatele hraje největší roli subjektivní komfort, pro správce budovy je zajímavá ekonomická úspora daná například optimálním využitím pracovních prostor. Výzkumníci UCEEB už tři roky zkoumají modely interakce mezi budovou a uživateli a hledají vhodné způsoby jejich zapojení pro optimalizaci vnitřních podmínek.
Vazba mezi člověkem a budovou však zdaleka nekončí pouhým hledáním optima vnitřního uspořádání místností a ideální kvality prostředí. V následujících letech budeme svědky vzniku databází pro rozšířenou realitu, které umožní s pomocí jednoduchých zobrazovacích zařízení (například chytrého telefonu) snáze provádět běžnou údržbu tím, že potřebný návod promítnou přímo na displej. Stejně tak můžeme čekat vznik navigačního softwaru pro rozšířenou realitu, který si uživatel stáhne při příchodu do budovy.
Největší potenciál vzájemné interakce budov leží v energetice. S přechodem k chytrým sítím vznikne předpoklad pro to, aby se budovy, které dokážou samy vyrábět energii, začaly chovat jako autonomní obchodníci na trhu s energiemi. Podobně jako dnes funguje například automatizovaný burzovní systém, který pomáhá vyrovnat kurzové rozdíly, může i na trhu s energiemi vzniknout v budoucnu decentralizovaná síť autonomních budov – elektráren. UCEEB podniká spolu s partnery první kroky v této problematice (projekt Arrowhead). V současnosti je takový systém v České republice ještě relativně vzdálenou vizí, která ve výsledku nepochybně umožní lépe využívat dostupné zdroje.
autoři: Michal Kuzmič a Jan Včelák
Publikováno v magazínu ČVUT Tecnicall 1/2017
