Енергетска ефикасност у паметним зградама

Информатек Дигитал » Средства » Енергетска ефикасност у паметним зградама

Енергетска ефикасност у паметним зградама постала је главни приоритет за предузећа, владине агенције и многе власнике некретнина. Не ради се само о уштеди на рачунима за струју или гас: ради се о побољшању удобности, смањењу емисија и максимизирању предности технологија попут вештачке интелигенције, интернета ствари (IoT) и напредне аутоматизације зграда.

Последњих година, зграде су еволуирале од пуких контејнера активности до стратешких средстава у оквиру енергетске транзиције . Захваљујући сензорима, дигиталним платформама и централизованим системима за управљање зградама (BMS), зграда може да реагује у реалном времену на оно што се дешава унутра и у њеној околини: подешавање контроле климе, оптимизација коришћења обновљиве енергије, предвиђање кварова и прилагођавање осветљења према попуњености и природном светлу, између осталих функција.

Енергетска ефикасност као приоритет у транзицији инфраструктуре

Недавне међународне студије о инфраструктури истичу да је енергетска ефикасност у објектима и зградама постала приоритет број један за организације које желе да декарбонишу и побољшају своју конкурентност. Пре само неколико година, заузимала је споредно место, али данас се сматра кључним фактором за контролу трошкова и испуњавање климатских циљева.

Према извештају компаније Сименс „Монитор транзиције инфраструктуре 2025“, више од половине анкетираних руководилаца каже да планирају да повећају своја улагања у енергетску ефикасност, технологије паметних зграда и електрификацију објеката у блиској будућности. Конкретно, 57% намерава да више инвестира у ефикасност, 55% у технологије паметних зграда, а 54% у електрификацију грејања и хлађења.

Иста студија показује да многе организације сматрају да су производња обновљиве енергије на лицу места и електрификација грејања и хлађења у зрелој или напредној фази. Другим речима, то више нису „пилот“ пројекти, већ решења која се рутински интегришу у нове пројекте и велике реновације.

Приоритет није само еколошки: већа енергетска ефикасност омогућава значајно смањење оперативних трошкова током целог животног века зграде. У контексту нестабилних цена енергије, поседовање објеката који боље користе сваки потрошени kWh и који максимизирају коришћење обновљивих извора постаје кључни елемент конкурентности.

Упркос томе, исти извештај истиче да, упркос многим модернизацијама које нуде солидан повраћај инвестиције (ROI) , компаније и ентитети и даље се суочавају са значајним „финансијским јазом“ који омета пројекте енергетске рехабилитације, аутоматизације и дигитализације у зградама.

Економски изазови и нови модели финансирања: од капиталних издања до оперативних издања

Једна од највећих препрека за повећање енергетске ефикасности у паметним зградама је почетни трошак инвестиције . Модернизација опреме, инсталирање сензора, имплементација комплетног система за управљање зградама (BMS) или интеграција напредних вештачких интелигенција представљају значајан издатак који многе организације нису у могућности да изврше одједном.

Главне идентификоване препреке укључују недостатак расположивог капитала, растуће цене енергије и високе трошкове нових технологија . У многим случајевима, ово је погоршано тешкоћама у поузданом квантификацији будућих уштеда, што компликује интерно одобравање великих пројеката ефикасности.

Да би превазишли овај проблем, неки водећи добављачи су почели да нуде моделе енергије као услуге (EaaS) . Овим приступом, велики капитални издаци (CapEx) се трансформишу у оперативне трошкове (OpEx) повезане са мерљивим резултатима, као што су уштеда енергије или смањење емисије _CO2.

Ове шеме укључују уговоре засноване на загарантованим циљевима уштеде енергије и смањења емисија . На овај начин, финансирање се ослања на новчане токове које генерише сам пројекат: компанија или власник плаћа услугу користећи остварене уштеде, са већом финансијском сигурношћу и без потребе да улаже толико капитала унапред.

Оваква решења убрзавају реновирање система грејања, вентилације, климатизације, осветљења, праћења и фотонапонских система, јер смањују финансијски ризик и олакшавају завршетак пројекта чак и у условима ограниченог буџета. На средњи рок, комбинација енергије као услуге (EaaS) са паметним технологијама спремна је да постане један од најмоћнијих покретача модернизације постојећих зграда.

Дигитализација и подаци: тихи мотор паметне зграде

Дигиталне технологије су постале окосница нове генерације зграда. Више од половине организација анкетираних у недавним студијама верује да дигитализација има снажан или трансформативан утицај на енергетску ефикасност , а значајан број очекује и смањење оперативних трошкова захваљујући овим алатима.

Међутим, само око 50% организација извештава да има довољно, висококвалитетних података за доношење информисаних одлука о декарбонизацији и управљању енергијом. Овај недостатак детаљних информација о потрошњи, перформансама и емисијама отежава одређивање приоритета инвестиција, планирање реновирања или спровођење оптималних стратегија одржавања.

Одговор лежи у примени технологија специфичних за зграду: сензора, напредних система мерења, платформи за управљање енергијом, свеобухватног система за управљање зградама (BMS) и решења за праћење у реалном времену. Све је ово повезано са аналитичким слојем (често заснованим на великим подацима и машинском учењу ) који је способан да трансформише податке у практичне увиде.

За управнике зграда и управнике објеката, дигитализација нуди кључну предност: потпуну транспарентност енергетских перформанси зграде . Знање колико свака област, део опреме или инсталација троши, у које доба дана и под којим условима, омогућава им да идентификују неефикасности, упореде се са референтним вредностима и донесу одлуке на основу исправних техничких и економских принципа.

Штавише, добро забележени историјски подаци су основа за развој предиктивних стратегија одржавања , аутоматско подешавање подешавања климатизације или чак предвиђање утицаја који ће промене у попуњености или производњи обновљивих извора енергије имати на укупну потрошњу енергије зграде.

Како се мери енергетска ефикасност зграде?

Енергетска ефикасност зграде није апстрактни концепт: она се мери квантитативним индикаторима који омогућавају поређење између зграда и процену утицаја побољшања. Основна метрика је обично енергија потрошена годишње, изражена у kWh по квадратном метру корисне површине пода (kWh/m²·годишње), узимајући у обзир стандардне услове коришћења и становања.

У шпанском и европском регулаторном оквиру, годишња емисија CO2 по квадратном метру, мерена у kgCO2/m²·годишње, такође се користи као главни индикатор _. На основу ове _{вредности} и других комплементарних индикатора, добија се енергетска оцена зграде, представљена познатом ознаком од А до G.

Зграда са А оценом се сматра високо ефикасном, трошећи до 90% мање енергије од зграде са најнижом оценом. Ова разлика не утиче само на рачуне за енергију и климу, већ и на вредност некретнине, њену атрактивност за закупце и њен имиџ код инвеститора и других корисника.

Додатни индикатори укључују податке као што су годишња потрошња необновљиве примарне енергије , потражња за грејањем и хлађењем и ефикасност система грејања и хлађења. Све ово се уноси у стандардизоване моделе прорачуна који омогућавају симулацију енергетских перформанси зграде под упоредивим условима.

У пракси, једна од главних разлика између традиционалне зграде и паметне зграде јесте то што се код ове друге ови индикатори могу пратити континуирано и у реалном времену , а не само процењивати на основу месечних или годишњих фактура. Ово отвара врата много динамичнијем и проактивнијем управљању.

Архитектонски дизајн као основа ефикасности

Пре него што почнемо са дискусијом о сензорима, вештачкој интелигенцији или аутоматизацији, вреди запамтити да се примарна прилика за уштеду енергије налази у самом дизајну зграде . Оријентација, термички омотач, изложеност сунчевој светлости и ветру, као и избор материјала, све то значајно утиче на потребе за грејањем, хлађењем и осветљењем.

Детаљна анализа архитектуре омогућава оптимизацију елемената као што су изолација фасада, кровова и подова , квалитет прозора (идеално са двоструким или троструким стаклом), херметичност столарије и врата, као и третман топлотних мостова који могу проузроковати нежељене губитке топлоте или хладноће.

Такође је важно проверити све оне тачке где може доћи до расипњавања енергетских ресурса : цурење топле воде, осветљење остављено у празним просторијама, опрема у сталном стању приправности, превелики вентилациони системи или климатизација која ради ван стварног времена коришћења.

Овај „пасивни“ приступ ефикасности – усмерен на смањење потражње за енергијом кроз добру архитектуру и пажљиво пројектовани омотач зграде – је темељ сваке снажне стратегије одрживости. На овом темељу се затим граде слојеви аутоматизације и дигитализације, омогућавајући прелазак на паметну зграду.

Другим речима, истински ефикасна паметна зграда комбинује пасивну ефикасност (пројектовање и изградња) са активном ефикасношћу (технологија и управљање) , тако да се обе међусобно појачавају и нису ограничене на изоловане делове.

Кључне акције за побољшање енергетске ефикасности у згради

Да би се конвенционална зграда трансформисала у много ефикаснију, неопходан је кохерентан скуп мера. Неке од најважнијих укључују превентивно одржавање система грејања и хлађења . Лоше подешен котао или прљаве јединице за климатизацију могу значајно повећати потрошњу енергије, а да то нико не примети свакодневно.

Познавање животног века енергетске опреме помаже у планирању њене замене на уредан начин. На пример, бојлер може трајати око 10-15 година уз правилно одржавање, али након одређене тачке, може бити исплативије заменити га ефикаснијим моделом него наставити са поправком.

Још једна важна полуга је интеграција обновљивих извора енергије, као што су фотонапонски системи , путем соларних панела на крововима или фасадама. Ови системи омогућавају производњу дела електричне енергије потребне згради на лицу места, смањујући рачун и смањујући угљенични отисак повезан са потрошњом.

Истовремено, препоручљиво је заменити старе расветне елементе високоефикасном ЛЕД технологијом , која троши мање енергије и готово да не генерише топлоту. У комбинацији са сензорима присутности и системима за затамњивање заснованим на природном светлу, светла се пале само када и где је потребно.

Све ово је побољшано дигитализацијом зграде ради оптимизованог управљања енергијом . Добар систем праћења омогућава откривање аномалних образаца потрошње и имплементацију стратегија континуираног побољшања, уместо једноставног реаговања када стигне неочекивано висок рачун.

Од традиционалне зграде до паметне зграде: контрола у реалном времену

У већини традиционалних зграда, власници знају своју стварну потрошњу енергије тек када добију рачун - то јест, накнадно и без простора за маневар . У том тренутку, ништа се не може учинити да се смање трошкови за тај период; могу само да плате и надају се да ће следећи месец бити бољи.

С друге стране, у паметној згради могуће је пратити потрошњу електричне енергије, гаса и других ресурса у реалном времену за сваку зону или систем. Ова тренутна видљивост омогућава тренутну акцију: измену подешавања климатске контроле, подешавање осветљења, реорганизацију распореда рада или проверу опреме која троши више него што се очекује.

Имплементација система за управљање зградама (BMS) пружа централну платформу за интегрисану контролу свих енергетских средстава . Захваљујући повезаним сензорским уређајима, BMS прима податке о температури, влажности, попуњености, протоку, потрошњи електричне енергије и још много тога, и извршава аутоматске радње или радње које води управник зграде.

Типичне функције паметне зграде укључују интелигентну контролу климе , регулисање унутрашње температуре на основу попуњености, спољашњих временских услова и временског распореда, или аутоматско подешавање вентилације према квалитету ваздуха у затвореном простору који мере сензори.

Слично томе, оптимизовани системи за наводњавање могу се управљати у спортским објектима или уређеним подручјима, на основу распореда, влажности земљишта и временских прогноза. Фотонапонска енергија се такође може контролисати како би се дао приоритет коришћењу електричне енергије произведене на лицу места у односу на ону из мреже, максимизирајући уштеде.

Паметне зграде такође омогућавају централну координацију рекламних панела и информативних табли у просторима као што су градске куће или болнице, активирајући их само када је потребно, као и праћење станица за пуњење електричних возила, анализирајући историјске податке како би се одлучило да ли је потребно проширити број места за пуњење или их прерасподелити према стварној потражњи.

Интегрисане платформе за трговање: случај Nexus Integra

Да би управљале целим овим екосистемом система и уређаја, многе организације се одлучују за интегрисане оперативне платформе које им омогућавају да визуелизују, анализирају и контролишу енергију и услуге зграде из једног окружења . Ова решења делују као „мозак“ инфраструктуре.

Одличан пример је Nexus Integra, платформа дизајнирана да централизује управљање комуналним услугама, осветљењем, контролом климе, наводњавањем, видео надзором, контролом приступа, паркингом, Wi-Fi-јем, информативним панелима и управљањем отпадом , између осталих услуга. Сви ови елементи се повезују у једну дигиталну платформу, поједностављујући контролу и анализу.

Филозофија која стоји иза ових решења је да управник зграде може имати 360º поглед у реалном времену , приступати историјским подацима, креирати правила аутоматизације и генерисати детаљне извештаје без потребе да прелази са једног софтвера на други или ручно упоређује табеле.

Овим приступом могуће је комбиновати „пасивну“ енергетску ефикасност зграде (добра изолација, оптимизован дизајн, одговарајући материјали) са активном енергетском ефикасношћу вођеном технологијом , постижући нивое перформанси које је тешко постићи са неповезаним системима.

Штавише, ове платформе олакшавају сарадњу између техничких тимова, менаџера одрживости и менаџмента, јер омогућавају да се сложени подаци претворе у јасне индикаторе и практичне одлуке , подржавајући стратегије декарбонизације и средњорочне и дугорочне инвестиционе планове.

Шта је тачно паметна зграда и како функционише?

Паметна зграда се може дефинисати као она која интегрише иновативне технологије како би оптимално управљала својим објектима и потрошњом енергије , динамички се прилагођавајући потребама корисника и условима околине. Иако се често повезује са великим комерцијалним комплексима, концепт се примењује и на мање зграде, па чак и на куће.

Директива Европске уније о енергетским перформансама зграда експлицитно укључује концепт паметних зграда . Она повезује овај концепт са ефикасним коришћењем енергије, интеграцијом обновљивих извора енергије и безбедном разменом података о зградама са заинтересованим странама (власницима, управницима, корисницима, јавним органима итд.).

У оквиру овог оквира, предлаже се креирање Индикатора паметне спремности , који ће мерити способност зграде да користи информационе технологије, аутоматизацију и електронске системе како би се прилагодила својим станарима и електричној мрежи, побољшавајући њену енергетску ефикасност и укупне перформансе.

Сврха овог индикатора је двострука: прво, да се подигне свест власника и корисника о вредности аутоматизације и електронског праћења , и друго, да се изгради поверење у стварне уштеде које ове технологије пружају. Циљ је да се дигитализација престане доживљавати као „додатак“ и уместо тога да се посматра као структурна компонента квалитета зграде.

Што се тиче њиховог рада, паметне зграде се ослањају на уградњу сензора у опрему и системе (грејање, вентилација и климатизација, осветљење, лифтови, безбедност, наводњавање итд.), који бележе податке у реалном времену о променљивим као што су температура, влажност, попуњеност, нивои CO2 _, потрошња електричне енергије или квалитет ваздуха.

Ови подаци се преносе путем мреже до централног система или BMS-а, који их анализира и доноси одлуке аутоматски или полуаутоматски . На овај начин, зграда у сваком тренутку прилагођава свој рад унутрашњим и спољашњим условима: регулише вентилацију према квалитету ваздуха, прилагођава грејни и хладни капацитет попуњености, координира осветљење са природним светлом и управља расположивим складиштењем енергије.

Повезивање, еколошка ефикасност и аутоматизација: стубови паметне зграде

Прва главна карактеристика паметне зграде је повезаност између њених простора, система и објеката . Захваљујући робусној комуникационој мрежи, уређаји могу размењивати информације и деловати координисано, множећи могућности за оптимизацију.

Ова повезаност се ослања на технологије као што су Интернет ствари (IoT) , велики подаци, рачунарство у облаку, машинско учење и вештачка интелигенција . Ови напредци омогућавају транспорт и обраду огромних количина података за веома кратко време, нешто што је било незамисливо пре само неколико деценија у грађевинском сектору.

Други стуб је еколошка ефикасност као централни циљ . Технологија која стоји иза паметне зграде тежи да максимизира уштеду енергије, ефикасно управља ресурсима (вода, енергија, материјали), минимизира отпад и смањи еколошки отисак, уз истовремено обезбеђивање безбедности, удобности и приступачности за станаре.

Информације у реалном времену омогућавају прилагођавање грејања, хлађења, вентилације и осветљења стварним потребама, спречавајући превелико димензионисање и расипање. На пример, проток свежег ваздуха може се модулирати према броју људи у просторији, или се ниво вештачког светла може подесити према сунчевом зрачењу у било ком тренутку.

Трећи стуб је напредна аутоматизација . Дигитални сензори стално снимају податке који се шаљу у централни систем, где се тумаче за аутоматско извршавање радњи. Резултат је континуирани рад који се прилагођава стварним потребама зграде без потребе за сталном људском интервенцијом.

Штавише, у великим комерцијалним зградама - као што су канцеларије компанија, болнице, тржни центри, стадиони или владине зграде - аутоматизација такође обухвата моћне системе безбедности, контроле приступа и детекције пожара , који имају користи од исте логике праћења и брзог реаговања на догађаје или аномалије.

Кључне технологије: вештачка интелигенција, интернет ствари, сензори, аутоматизација кућа и зграда

Унутар екосистема паметне зграде, вештачка интелигенција игра све важнију улогу . Путем алгоритама машинског учења, системи могу да идентификују обрасце потрошње, предвиде потражњу, предвиде кварове или препоруче оперативна прилагођавања без потребе за ручним програмирањем сваког могућег сценарија.

Интернет ствари (IoT) омогућава интероперабилност између уређаја различитих произвођача , повезујући их на јединствену платформу која олакшава даљинско управљање и интеграцију података. Захваљујући стандардизованим комуникационим протоколима, могуће је релативно лако додати нове уређаје и креирати сложене рутине које истовремено укључују осветљење, контролу климе, ролетне или безбедносне системе.

Сензори чине „дигиталну кожу“ зграде. То укључује сензоре за присуство, температуру, влажност, осветљење, квалитет ваздуха, квалитет воде, потрошњу енергије и детекцију покрета , између осталог. Ови жични или бежични уређаји шаљу континуиране информације централном систему, који их користи за оптимизацију укупних перформанси.

Разлика између кућне аутоматизације и аутоматизације зграда помаже у разјашњавању проблема: кућна аутоматизација се односи на аутоматизацију у кућама , док се аутоматизација зграда примењује на нестамбене зграде . У кућама и становима, кућна аутоматизација омогућава, на пример, аутоматско подизање и спуштање ролетни, укључивање или искључивање грејања са мобилног телефона, регулисање осветљења помоћу гласовних асистената или симулацију присуства ради повећања безбедности.

У пословним зградама, хотелима, образовним центрима или здравственим установама, аутоматизација зграда фокусира се на оптимизацију енергије, безбедности и удобности у великим размерама . Пошто је потрошња енергије много већа него у једнопородичној кући, потенцијал за уштеде је такође значајан, а паметни системи могу да надокнаде инвестицију у релативно кратким периодима.

Предности и изазови аутоматизације у домовима и великим зградама

Кућна аутоматизација, иако у мањем обиму него у комерцијалном сектору, може донети значајне уштеде. Многе студије показују да кућна аутоматизација повећава свест корисника о њиховој потрошњи енергије , што само по себи доводи до рационалнијег коришћења енергије и смањења између 25% и 30% у одређеним случајевима, у зависности од интегрисаних функција.

Међутим, контекст је важан. У земљама јужне Европе, где је потрошња грејања у стамбеним објектима обично нижа него у хладнијим регионима, повраћај инвестиције за искључиво енергетски ефикасну кућну аутоматизацију може бити ограниченији. У неким сценаријима, трошкови сложеног система кућне аутоматизације могли би премашити економске уштеде постигнуте током животног века инсталације, па је препоручљиво пажљиво анализирати сваки случај.

У случају високоенергетских зграда (канцеларије, хотели, болнице итд.), аутоматизација има много значајнији утицај у смислу апсолутних уштеда , због обима коришћења. Овде је потенцијал за смањење потрошње и емисија веома висок, а инвестиције се лакше оправдавају, како у смислу повраћаја инвестиције, тако и у смислу циљева корпоративне одрживости.

Један од практичних изазова у стамбеним условима је корисничко искуство контролних интерфејса . Није увек ефикасније користити паметни телефон, отворити апликацију и тражити дугме за укључивање светла, када традиционални физички прекидач може бити бржи и интуитивнији. Проналажење равнотеже између аутоматизације и једноставности коришћења је кључно за осигуравање да технологија не постане препрека.

Још један уобичајени изазов је интеграција уређаја различитих произвођача . Многи корисници купују паметне утикаче, повезане сијалице, звучнике активиране гласом, ИП камере и тако даље независно, без осигуравања да се све ове компоненте могу координисати путем једног система. Ово ствара изоловане системе аутоматизације којима је тешко управљати на јединствен начин.

Са становишта сајбер безбедности, паметне зграде и повезани домови се суочавају са ризицима који произилазе из све већег броја IoT уређаја повезаних на мрежу . Заштита од потенцијалних напада и неовлашћеног приступа је неопходна, посебно када аутоматизација утиче на врата, алармне системе, камере или критичну HVAC и енергетску опрему.

Стога се интегрисана решења за аутоматизацију са робусним безбедносним архитектурама и редовним ажурирањима генерално препоручују уместо хетерогене колекције повезаних уређаја без заједничке стратегије. Како број IoT уређаја расте глобално, интеграција и безбедност ће остати кључна питања у наредним годинама.

Додатне предности: здравље, удобност и предиктивно одржавање

Поред директне уштеде енергије, паметне зграде имају веома позитиван утицај на здравље и благостање својих станара . Захваљујући сензорима који прате квалитет ваздуха, температуру, влажност и осветљење, могуће је одржавати унутрашње услове који подстичу удобност и продуктивност.

На пример, паметни систем може повећати вентилацију када детектује висок ниво угљен-диоксида _, подесити осветљење како би се смањио одсјај и напрезање очију или спречити изненадне промене температуре које сметају онима који раде или живе у згради.

У радном окружењу, ови фактори се претварају у побољшано перципирано благостање, мање жалби на нелагодност у окружењу и често повећану продуктивност . У болницама и установама за негу старијих особа, одговарајући услови у затвореном простору су посебно важни за здравље пацијената и станара.

Предиктивно одржавање је још једна велика предност дигитализације. Континуираним прикупљањем података о раду опреме могуће је открити аномалије пре него што постану озбиљни кварови , што омогућава планирање интервенција када су јефтиније и мање ометају коришћење зграде.

Ова способност предвиђања проблема смањује застоје, спречава неефикасно коришћење енергије због старења опреме и продужава век трајања имовине. У суштини, паметна зграда је она која „слуша саму себе“ и исправља се пре него што се проблеми погоршају.

Све указује на то да ће комбинација ефикасног дизајна, дигиталних технологија, иновативних модела финансирања и све већег регулаторног притиска значити да ће, у року од неколико година, већина нових зграда и значајан део постојећег зградног фонда укључивати паметна решења за управљање енергијом . Како ове технологије сазревају и постају приступачније, граница између конвенционалних и паметних зграда ће се замаглити све док оно што је заиста изузетно не буде, управо, то што није ефикасно.