Internet of Things (IoT) και domotics στα συστήματα θέρμανσης

Τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης κατέχουν στρατηγική θέση στις φιλοδοξίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης για επίτευξη μιας καθαρής και ανθρακικά ουδέτερης οικονομίας μέχρι το 2025.

Άρθρο του κ. Δημήτρη Μαναγούδη* (έντυπο τεύχος Φεβρουαρίου 2022)

Στη θέρμανση και στην ψύξη οφείλεται περισσότερη από τη μισή παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας –περισσότερη από αυτή που αναλογεί στους τομείς των μεταφορών και του ηλεκτρισμού. Σύμφωνα με μελέτη χαρτογράφησης και ανάλυσης, τη δεκαετία 2020 – 2030 η θέρμανση και το ζεστό νερό χρήσης θα ευθύνονται για το 79% της συνολικής τελικής καταναλισκόμενης ενέργειας στις κατοικίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης (192,5 Mtoe), συμβάλλοντας στην κλιματική αλλαγή και στην αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη.

Από την ανάλυση των στοιχείων της Eurostat προκύπτει ότι σχεδόν το 75% της ενέργειας για θέρμανση και ψύξη παράγεται από μονάδες ορυκτών καυσίμων, και μόνο το 22% προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Για την επίτευξη των στόχων που έχει θέσει η Ε.Ε. για το κλίμα και την ενέργεια, οι τομείς της θέρμανσης και της ψύξης πρέπει απαραιτήτως να ελαχιστοποιήσουν την ενεργειακή τους κατανάλωση και να απεξαρτηθούν από τις μονάδες ορυκτών καυσίμων (decarbonization policy). Η βέλτιστη λύση είναι η χρήση ενέργειας που θα παράγεται από ανανεώσιμες πηγές, και –φυσικά– ο περιορισμός των αναγκών θέρμανσης και ζεστού νερού (κάτι που θα επιφέρει παράλληλα μείωση και των λογαριασμών ενέργειας).

Οι σύγχρονες τεχνολογίες κατασκευών και σχεδιασμού, καθώς και η χρήση αειφόρων υλικών στην κατασκευή ή στην ανακαίνιση κτιρίων, είναι το κλειδί για την επίτευξη των ενεργειακών στόχων της Ε.Ε. Στη σύγχρονη επιστήμη των κατασκευών συναντούμε λύσεις για τη βέλτιστη διαχείριση και τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης, όπως είναι οι «έξυπνοι» θερμοστάτες και τα συστήματα μέτρησης και παρακολούθησης των ενεργειακών καταναλώσεων.

Βέβαια, σε περιπτώσεις παλιότερων υποδομών είναι απαραίτητη η αντικατάσταση των πεπαλαιωμένων συστημάτων θέρμανσης και ζεστού νερού με νέες σύγχρονες μονάδες και με συστήματα που επιτρέπουν τη χρήση αυτοματισμών και «έξυπνων» συσκευών διαχείρισης.

Σύμφωνα με το άρθρο 14 της ευρωπαϊκής Οδηγίας για την ενεργειακή απόδοση (2012/27/EU), οι χώρες-μέλη της Ε.Ε. υποχρεούνται να διενεργούν συνολική αξιολόγηση σχετικά με την αποτελεσματική θέρμανση και ψύξη, και να ενημερώνουν ανά πενταετία την Ευρωπαϊκή Επιτροπή για τα επιτεύγματά τους στην εξοικονόμηση ενέργειας. Η Ελλάδα υπέβαλε στην Ε.Ε. την ανάλυση των αποτελεσμάτων και την αξιολόγησή τους το Μάρτιο του 2016.

Domotics: τα σύγχρονα συστήματα ελέγχου

Η τεχνολογία των «έξυπνων» οικιακών συστημάτων ελέγχου και αξιολόγησης (smart home) είναι πλέον γνωστή και συναντάται σε αρκετές κατοικίες. Τα συστήματα αυτά περιλαμβάνουν συσκευές οι οποίες, μέσω του διαδικτύου, έχουν δυνατότητες ρύθμισης, αξιολόγησης, απομακρυσμένου ελέγχου, εκμάθησης και παρακολούθησης της ενεργειακής κατανάλωσης, αλλά και των ιδιαίτερων ενεργειακών συνηθειών κάθε καταναλωτή.

Από τη λατινική λέξη «domus», που σημαίνει δομή, προήλθε ο όρος «domotics» που χρησιμοποιήθηκε για τα σύγχρονα συστήματα ελέγχου. Τα συστήματα domotics εξασφαλίζουν, μεταξύ άλλων, ασφάλεια, άνεση και ευκολία, καθώς επίσης ενεργειακή αποδοτικότητα, ενώ βασικό χαρακτηριστικό τους είναι η διαχείρισή τους μέσω μιας κινητής τηλεφωνικής συσκευής ή άλλων συσκευών που συνδέονται στο διαδίκτυο.

Ως μέρος της εξέλιξης του Internet of Things (IoT), τα συστήματα smart home και οι επιμέρους συσκευές συχνά λειτουργούν παράλληλα και μοιράζονται μεταξύ τους πληροφορίες κατανάλωσης και ενεργειακές συμπεριφορές, ώστε να αλληλοεπιδρούν κατά τη διαχείριση του χρήστη, να διευκολύνουν την καθημερινότητά του και να συμβάλλουν στην εξοικονόμηση ενέργειας.

Τα σύγχρονα συστήματα ελέγχου θέρμανσης, εκτός από άνεση, ευκολία και εξοικονόμηση ενέργειας, συνήθως διαθέτουν και τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης.

Διαχείριση ανά δωμάτιο

Τα διάφορα δωμάτια και οι διαφορετικοί χώροι μιας κατοικίας είναι απίθανο να έχουν τις ίδιες ενεργειακές ανάγκες. Είτε λόγω διαφορετικού προσανατολισμού, είτε εξαιτίας κατασκευαστικών λεπτομερειών ή αστοχιών, είτε ακόμα λόγω διαφορετικής χρήσης και λειτουργικότητας του εκάστοτε χώρου, οι ανάγκες συχνά είναι διαφορετικές, επιβάλλοντας τη χρήση ενός συστήματος που δεν θα συμπεριφέρεται με κεντρικό αισθητήρα αλλά με τοπικούς, που θα προσαρμόζουν τη θέρμανση ή την ψύξη στις συγκεκριμένες ανάγκες του κάθε χώρου ή δωματίου.

Επιπλέον, τα σύγχρονα συστήματα ελέγχου και διαχείρισης επιτρέπουν ευκολότερη μετάβαση από μια θερμοκρασιακή κατάσταση σε μια άλλη, διατηρώντας σταθερά τα επίπεδα άνεσης και χωρίς να επηρεάζονται από τις συνθήκες υγρασίας και αερισμού.

Ευκολία χρήσης

Οι συνθήκες θερμοκρασιακής άνεσης σε ολόκληρη την κατοικία ελέγχονται από θερμοστάτες σε κάθε ζώνη ή δωμάτιο, με remote control, επιτοίχιους ελεγκτές, «έξυπνες» συσκευές, smartphone ή ακόμα και με φωνητική εντολή ή μέσω οθόνης.

Επιπλέον, με ένα πρόγραμμα ημέρας, τα συστήματα μπορούν να αλληλεπιδρούν είτε μόνα τους είτε με την ελάχιστη παρέμβαση από το χρήστη για την εκκίνηση, τη διακοπή και τη ρύθμισή τους στο επιθυμητό επίπεδο.

Βάσει των παραπάνω δυνατοτήτων, όλα εκτελούνται σχεδόν αυτόματα, αλλά αυτό εξαρτάται και από το επίπεδο γνώσεων του χρήστη, καθώς και από το πόσο επιθυμεί ο ίδιος να ασχοληθεί με το σύστημά του. Καθώς ο χρήστης έχει δυνατότητα πρόσβασης στα δεδομένα του κάθε στιγμή, ακόμα και απομακρυσμένα, οι αυτοματοποιημένες λειτουργίες διευκολύνουν την καθημερινότητά του.

Εξοικονόμηση ενέργειας

Τα συστήματα «έξυπνου» ελέγχου και διαχείρισης συγκεντρώνουν όλα τα δεδομένα ενεργειακής κατανάλωσης και συμπεριφοράς μιας κατοικίας στο smartphone ή σε οποιαδήποτε άλλη συσκευή συνδέεται με το διαδίκτυο. Έτσι, μπορούμε να γνωρίζουμε την ενέργεια που καταναλώνουμε σε καθημερινή βάση, και αξιολογώντας την ενεργειακή μας κατανάλωση να προβαίνουμε σε λύσεις εξοικονόμησης ή ελαχιστοποίησης της άσκοπης σπατάλης.

Για παράδειγμα, μπορούμε να μετρήσουμε την ενέργεια που καταναλώνεται κατά τη νυχτερινή λειτουργία των συσκευών της κατοικίας μας και να κάνουμε τις κατάλληλες ρυθμίσεις. Επιπλέον, η διαδικασία μετρήσεων και αξιολόγησης μπορεί να μας οδηγήσει πιο εύκολα στην αντικατάσταση μιας ενεργοβόρας συσκευής, όπως, για παράδειγμα, μιας παλιάς μονάδας θέρμανσης.

Η καταγραφή των δεδομένων σε μία βάση επιτρέπει στο χρήστη να σχηματίσει ακριβή εικόνα για τις ενεργειακές ανάγκες του και να λάβει τις σωστές αποφάσεις για τις μελλοντικές επενδύσεις του, περιορίζοντας σημαντικά τις λάθος προσεγγίσεις.

Τεχνητή νοημοσύνη

Τα συστήματα «έξυπνου» ελέγχου προσδίδουν στοιχεία νοημοσύνης στο σύστημα θέρμανσης. Τα συστήματα θέρμανσης θεωρούνται συνήθως πολύπλοκα και οι περισσότεροι χρήστες αδυνατούν να αξιοποιήσουν τις δυνατότητές τους. Άλλωστε, το περιβάλλον λειτουργίας κάθε συσκευής και ο πίνακας ελέγχου ποικίλλουν, και δεν επιτρέπουν εύκολη χρήση και αξιοποίηση.

Τα έξυπνα συστήματα αλληλοεπιδρούν μεταξύ τους, ώστε να διατηρούν τις καθορισμένες συνθήκες άνεσης, κι αυτό το επιτυγχάνουν με συστήματα εκμάθησης τα οποία αξιοποιούν πληροφορίες που αφορούν τις συνήθειες των ενοίκων, τις ιδιαιτερότητες της θέσης της κατοικίας, τις κατασκευαστικές τεχνικές, τον προσανατολισμού κλπ.

Τα συστήματα αυτά δίνουν στο χρήστη τη δυνατότητα να διαβαθμίσει τις συνθήκες άνεσης σε κάθε χώρο σύμφωνα με τις καθημερινές του ανάγκες, και κατόπιν επιτρέπουν τη διατήρηση των συνθηκών αυτών, λαμβάνοντας υπόψη εσωτερικές και εξωτερικές μεταβολές των συνθηκών (π.χ. απότομη συννεφιά και κρύο, το άνοιγμα μιας πόρτας ή παραθύρου κλπ.).

Κάποια συστήματα είναι ακόμα και σωτήρια σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης, καθώς μπορούν για παράδειγμα να μετρήσουν τη στιγμιαία αύξηση της περιεκτικότητας του εσωτερικού αέρα σε μονοξείδιο του άνθρακα και να επέμβουν κατάλληλα, με σκοπό την αποτροπή υψηλής συγκέντρωσης που είναι επιβλαβής για την υγεία ή ακόμα και θανατηφόρα.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Ένα από τα σημαντικότερα οφέλη του αυτόματου ελέγχου μέσω έξυπνων συστημάτων είναι η ηρεμία του χρήστη, ο οποίος μπορεί να παρακολουθεί την ενεργειακή συμπεριφορά της οικίας του απομακρυσμένα, ελαχιστοποιώντας την ενεργειακή κατανάλωση, αποτρέποντας π.χ. την αυξημένη θέρμανση όταν το σπίτι παραμένει κλειστό για αρκετές ώρες μέσα στην ημέρα.

Τα συστήματα domotics είναι επίσης πολύ χρήσιμα για άτομα με ειδικές ανάγκες ή κινητικές δυσκολίες, δίνοντάς τους δυνατότητα διαμονής με ασφάλεια και άνεση 24 ώρες την ημέρα και 7 ημέρες την εβδομάδα.

Επιπλέον, τα συστήματα αυτά επιτρέπουν στο χρήση καλύτερη χρήση των συστημάτων, αφού με τα συστήματα εκμάθησης ή απομακρυσμένου ελέγχου μπορεί κάποιος που λείπει από το σπίτι να προετοιμάσει τις εσωτερικές συνθήκες της κατοικίας του για την επερχόμενη ενεργειακή απαίτηση, ώστε με την άφιξή του να έχει επιτευχθεί θέρμανση σε υψηλότερες θερμοκρασίες και ζεστό νερό χρήσης.

Ομοίως, μετά την αποχώρησης του χρήστη από την κατοικία του, τα συστήματα μπορούν να εφαρμόζουν προγράμματα «stand by», εξοικονομώντας ενέργεια αλλά διατηρώντας ένα φιλόξενο εσωτερικό περιβάλλον. Με τη χρήση των έξυπνων συστημάτων ελαχιστοποιείται η ενεργειακή κατανάλωση και αποτρέπεται η άσκοπη χρήση υδάτινων πόρων.

Όπως, όμως κάθε εφαρμογή, έτσι και τα συστήματα αυτά μπορεί να παρουσιάζουν δυσλειτουργίες που οφείλονται συνήθως σε τεχνικής φύσεως θέματα. Τα έξυπνα συστήματα, όπως θα ανέμενε κανείς, είναι περισσότερο πολύπλοκα, καθώς φέρουν hardware και software, κάτι που αποθαρρύνει χρήστες που δεν είναι εξοικειωμένοι με συστήματα προγραμματισμού και ελέγχου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μένουν αναξιοποίητες οι προηγμένες δυνατότητες των «έξυπνων» συσκευών.

Οι κατασκευαστές, ωστόσο, αναπτύσσουν ολοένα και πιο φιλικές προς το χρήστη τεχνολογίες, με σκοπό να δημιουργήσουν ένα πιο προσιτό περιβάλλον (interface) και να επιτύχουν μια διασκεδαστική χρήση, ώστε τα «έξυπνα» συστήματα να αξιοποιούνται από χρήστες κάθε και επιπέδου γνώσεων.

Για την κατάλληλη χρήση και την εύρεση του αποτελεσματικότερου εξοπλισμού, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε ότι τα συστήματα πρέπει να έχουν το ίδιο πρωτόκολλο επικοινωνίας μεταξύ τους (όπως είναι το πρωτόκολλο επικοινωνίας KNX). Επιπλέον, κάτι πολύ σημαντικό που θα μας απασχολήσει στο μέλλον είναι η προστασία των συστημάτων αυτών από χάκερ που θα θελήσουν  να ενεργήσουν κακόβουλα σε εξοπλισμό και να έχουν πρόσβαση σε πληροφορίες που τον αφορούν.

*Ο κ. Δημήτρης Μαναγούδης είναι μηχανολόγος μηχανικός, MSc in Energy & Environmental Investments.

Ελέγξτε επίσης

Calda Energy: Πολυλειτουργική αντλία θερμότητας από την Aermec*

Την 6-σωλήνια αντλία θερμότητας πολλαπλών χρήσεων της Aermec προτείνει η Calda Energy, για απαιτητικές ειδικές …

Τα Περιοδικά μας