Základní škola Zruč nad Sázavou
FLOWBOX pomohl městu Zruč nad Sázavou zefektivnit provoz školních budov. Přinesl zdravé podmínky pro děti díky sledování úrovně CO2. Pomohl s řízením spotřeby energií dle rozvrhu a docházky. Město má nyní dohled nad bezpečným provozem školy a sjednocené ovládání svých technologií.
Optimalizace provozu základní školy
FLOWBOX pomohl městu Zruč nad Sázavou zefektivnit provoz školních budov. Přinesl zdravé podmínky pro děti díky sledování úrovně CO2. Pomohl s řízením spotřeby energií dle rozvrhu a docházky. Město má nyní dohled nad bezpečným provozem školy a sjednocené ovládání svých technologií.
V roce 2020 zvítězilo město Zruč nad Sázavou v soutěži časopisu Moderní obec v kategorii Chytrá obec.
O klientovi
Město Zruč nad Sázavou – 7 pavilonů základní školy, základní umělecké školy a sportovní hala. Platforma města je připravena dále integrovat libovolné technologie nebo budovy, které město spravuje jako např. školy, školky, nemocnice, sportoviště, domy s pečovatelskou službou atd., ale i např. veřejné osvětlení, kanalizační a odpadní systémy, dopravní a obslužné systémy, parkoviště a kamerové systémy.
POČÁTEČNÍ STAV
Špatné ovzduší vlivem zateplení a utěsnění školních budov.
Plýtvání s energiemi ve školních budovách.
Výpadky a poruchy technologií vlivem nedostatečné kontroly.
Nepropojenost zabezpečovacích systémů.
POŽADOVANÝ STAV
Zdravé podmínky pro děti díky hlídání CO2.
Řízení spotřeb energií dle rozvrhu a docházky.
Dohled nad provozem, jednotné ovládání technologií.
Integrace zabezpečovacích systémů.
Špatné ovzduší vlivem zateplení a utěsnění školních budov.
Vysoké koncentrace oxidu uhličitého ve školách jsou často skloňovaným problémem dnešní doby. Paradoxně za to může snaha o efektivní hospodaření a ochranu životního prostředí. Poté, co školy byly v minulých letech pečlivě zatepleny a utěsněny (zateplením fasád a novými okny) s cílem uspořit energii, totiž roste úroveň CO2 ve třídách.
Žáci v průběhu vyučovací hodiny svým dýcháním zvyšují obsah tohoto plynu mnohonásobně nad úroveň vhodnou pro výuku (max. 1500 ppm jednotek), což zhoršuje jejich schopnost učit se a učitelům ztěžuje jejich práci. S vyššími hodnotami CO2 roste u žáků únava a nepozornost. S tímto problémem se potýkala i základní škola ve Zruči nad Sázavou.
Pokles CO2 je markantní a tepelná energie budovy není ztracena.
Výstražná signalizace edukativně a cíleně upozorňuje na problém, který je však řešitelný a nutí tak žáky a učitele k okamžité reakci.
Zdravé podmínky pro děti díky hlídání CO2.
Řešením problému s CO2 je přirozené větrání pomocí rekuperace vzduchu. To by však vyžadovalo značnou investici zřizovatele školy, resp. města do modernizace školy a instalace technologií vzduchotechniky, které z krátkodobého hlediska nejsou realizovatelné. V budoucích investičních plánech by toto měl však být strategický projekt.
Do doby instalace rekuperačních technologií je však nutné minimálně upozornit učitele a žáky na zvyšující se množství CO2 během vyučování v reálném čase, kdy je alespoň světelnou výstražnou signalizací v jednotlivých učebnách při dosažení max. hygienické úrovně docíleno přirozeného vyvětrání učeben obyčejným otevřením oken a dveří na krátký čas během přestávek.
Řízení spotřeb energií dle rozvrhu a docházky.
Jednotlivé objekty a učebny byly rozděleny do topných zón a každá zóna je regulována samostatně dle učebního plánu a docházky, stavu objektu (zajištěno/odjištěno), vlivu počasí a také predikce počasí.
Úspory na energiích ve výši 15 % ročně.
Obvyklý rozsah výuky v základní škole je do 16hod, pak přechází do útlumu, naopak základní umělecká škola začíná být v provozu až v odpoledních hodinách. Víkendy a dny volna jsou automaticky tlumeny.
Regulace „natápí“ ty prostory, které to potřebují, a naopak tlumí nevyužívané prostory. Hospodář školy má kdykoli možnost jednotlivé režimy upravovat dle aktuálních požadavků. V neposlední řadě dochází k regulaci tepelného výměníku dodávající tepelnou energii (zdroj tepla) dle stavu a požadavků jednotlivých topných zón. Graf spotřeby tepla vlevo ukazuje spotřeby a náklady na provoz během vyučování a razantní útlum během víkendů.
Touto efektivní regulací byl docílen vyšší teplotní komfort v učebnách (o 1–2 °C), vymizel „pocit chladu“ a zároveň regulace v porovnání s předchozím topným obdobím dosáhla úspor na energiích ve výši 15 % ročně.
Porovnání topných období 2018 a 2019.
Od nasazení řešení FLOWBOX v létě 2018 má EnPi základní školy klesající trend. V meziročním srovnání je na jaře 2018 patrná velká nehospodárnost, která byla nasazením systému Flowbox odstraněna.
Výsledkem je úspora 332GJ/rok a 162.000 Kč/rok.
Pro korektní porovnání efektivity řízení vytápění v ZŠ, ZUŠ a ve sportovní hale v objektech města Zruč n. Sázavou je použita metoda porovnání spotřeb tepla s ohledem na tzv. denostupně (Ds21).
Denostupně jsou hodnoty, které zohledňují délku topné sezóny a průměrnou teplotu venkovního vzduchu.
Pro účely korektního porovnání jednotlivých let bylo stanovení Energetického KPI, tzv. EnPi – Energy Performance Indicator. V našem případě definujeme EnPi jako dodanou energii na jeden denostupeň (EnPi=Spotřeba Tepla/Denostupeň).
Čím nižší hodnota EnPi tím vyšší efektivita (je potřeba méně energie na denostupeň).
Pro účely kalkulace dosažených úspor energií je použito srovnání topného období 2018 a 2019. Rok 2019 dále obsahuje kalkulaci s přepočtem na potřeby tepla a dalších nákladů na provoz s ohledem na denostupně roku 2019 (topné období a venkovní teploty) a zároveň pokud by se neimplementovalo řízení vytápění, tj. byl by zachován topný režim roku 2018.
Návratnost investice do řízení vytápění jsou 3 roky + další získané benefity jako je vyšší teplotní komfort v učebnách a prostorách sportovní haly, vzdálený dohled a uživatelské ovládání nebo případný včasný zásah na poruchy topeného systému.
Odběrná místa energií začala měřit svoji spotřebu.
Pro jednotlivé objekty a odběrná místa bylo implementováno měření spotřeb energií včetně technického maxima (tzv. rezervovaného příkonu), spolu s analytickým nástrojem pro odhalování anomálních stavů a neefektivit v reálném čase.
Byla odhalena dvojnásobná rezervace příkonu elektrické energie.
Měřením a analýzou byla odhalena zbytečně vysoká rezervace příkonu elektrické energie (reálné využití do 50 %), což představuje potenciál úspor v řádech desítek tisíc korun ročně.
V jednotlivých objektech je dále monitorován, kontrolován a vyhodnocován nadměrný odběr vody daný např. nenadálým únikem vody např. prasklým potrubím nebo čistě jen protékáním toalet nebo neuzavřených vodovodních baterií v prostorách toalet a umýváren školy a sportovní haly.
V případě poruchové události je správce objektu neprodleně informován textovou zprávou na mobilní zařízení pro zajištění bezprostřední kontroly a opravy. Tím dochází k zamezení finančních ztrát a potřebě investic do oprav poškozeného majetku.
Dohled nad provozem, jednotné ovládání technologií.
- Řízení vzduchotechniky a rekuperace tepla sportovní haly, fitness centra a šaten.
- Řízení a ovládání osvětlení.
- Řízení a ovládání venkovních žaluzií.
- Řízení opon pro rozdělování jednotlivých sportovišť.
- Motorické řízení basketbalových košů.
Integrace zabezpečovacích systémů.
Integrací bylo dosaženo jednotného uživatelského prostředí pro obsluhované bezpečnostní systémy školy a sportovní haly od různých dodavatelů.
Architektura řešení.
Pro město Zruč nad Sázavou byla vytvořena modulární topologie a architektura města s prvky “SMART CITY”. V datovém centru byl vytvořen dedikovaný cloud města, který je přes internet propojen s jednotlivými budovami. V budovách jsou pak instalované vlastní podružné a decentralizované řídící a obslužné prvky technologií – tzv. FLOWBOX Edge podružné řídící servery a PLC kontroléry na které jsou pak napojeny jednotlivé periferie (technologie a senzorové prvky).
Platforma města je připravena integrovat libovolné technologie nebo budovy, které město spravuje jako např. školy, školky, nemocnice, sportoviště, domy s pečovatelskou službou atd., ale i např. veřejné osvětlení, kanalizační a odpadní systémy, dopravní a obslužné systémy, parkoviště, kamerové systémy a mnohé další.
Veškeré řízení probíhá na lokální úrovni, správa a údržba je vzdálená přes cloud města.
V rámci základní školy byly do jednotlivých učeben nainstalovány multi-senzory monitorující aktuální teplotu, vlhkost a CO2. Jednotlivé senzory byly napojeny na páteřní sběrnicovou infrastrukturu s komunikačním protokolem MODBUS RTU. Senzory jsou připojeny na agregační uzle (GW > GATEWAY), které konvertují MODBUS RTU komunikaci na TCP/IP standard. Pro řízení topných okruhů je využito řízení servo-pohonů topných okruhů jednotlivých zón, které jsou připojeny na obslužné PLC kontrolery.
Pro oblasti, kde nebylo možné instalovat kabelové trasy a sběrnicové systémy (kabinety, chodby apod.) byly nainstalovány teplotní senzory připojené na tzv. FLOWBOX Wi-Fi Node, který využívá lokální Wi-Fi sítě pro přenos informace ze senzoru. Výhodou je rychlé řešení a nízká cena. Využití Flowbox Wi-Fi node je však mnohem širší, jelikož dokáže nabídnout mimo jiné i měření spotřeb energií nebo ovládat koncová zařízení.
Alternativním řešením v našich jiných instalacích využíváme také bezdrátovou IoT technologii LoRaWAN, kdy celý školní kampus pokryjeme vlastní (dedikovanou) bezdrátovou sítí. V tomto případě není nutné instalovat žádné kabelové trasy pro senzorové prvky a jednotlivé učebny nebo zóny jsou osazeny bezdrátovými multi-senzory (teplota, vlhkost a CO2) s bateriovým napájením (popř. s napájením ze zdroje 230 V). Výdrž baterií senzoru je cca 3 až 5 let podle četnosti odesílání dat ze senzoru.
FLOWBOX pomohl městu Zruč nad Sázavou zefektivnit provoz 7 pavilonů základní školy.