Prediktivní řízení tepelných úspor

Komplex budov ČVUT v Praze-Dejvicích ušetřil 5,6 milionu korun za vytápění. Díky metodě, kterou poprvé vyzkoušeli čeští vědci.

V roce 2010 aplikovali vědci z katedry řídicí techniky FEL ČVUT jako první v Evropě efektivní metodu, jak ušetřit náklady na vytápění budov. Systém tzv. prediktivního řízení nasadili přímo v komplexu budov ČVUT na adrese Technická 2, kde se od té doby neustále zdokonaluje. Z vyhodnocení v červenci 2017 vyplývá, že za sedm let provozu univerzita ušetřila na vytápění 5,6 milionů Kč, což znamená průměrnou úsporu 18 % (800 000 Kč) za topnou sezónu. Metoda poprvé použitá v Česku se od té doby rozšířila po světě a související články českých vědců patří k nejcitovanějším v oboru.

Za úspěchem stojí pokročilá matematika a práce studentů z katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické ČVUT. Univerzitní budova byla ideálním testovacím prostředím, a tak zde vědci jako první v Evropě použili k řízení vytápění tzv. prediktivní regulátor. Jde o nadřazenou softwarovou vrstvu, počítačový program, který se stará se o optimalizaci veškerých energetických toků budovy. Software v půlhodinových cyklech provádí výpočty založené na matematickém popisu termodynamiky budovy, aktuálním vývoji teploty uvnitř i vně, předpovědi počasí i dalších parametrech, a následně reguluje přívod otopné vody do systému.

Provoz prediktivního regulátoru je velice úsporný (náklady na hardware i software jsou minimální) a nevyžaduje velké zásahy do stávajícího systému vytápění. Tvorba matematického modelu budovy a samotná implementace systému ale vyžaduje špičkové znalosti z oboru řídicí techniky, fyziky budov a v neposlední řadě mnoho zkušeností s napojením řídicích systémů budov.

Řídící algoritmy prediktivního regulátoru vyvinula během několika let skupina působící katedře řídicí techniky FEL ČVUT a v průběhu času se jednotliví členové týmu dělili o zkušenosti v rámci stáží na prestižních zahraničních univerzitách v týmech zabývajících se touto problematikou (ETH Zurich, KU Leuven, UC Berkeley a další). Tím, že implementace prediktivního regulátoru v univerzitní budově byla první reálnou aplikací v Evropě, zahraniční partneři měli obrovský zájem o praktické poznatky našich studentů. Výzkum tématu na katedře řídicí techniky FEL ČVUT pokračuje i dále – například nedávná práce Evy Žáčekové publikovaná v odborném časopise Control Engineering Practice ukázala další možnosti zefektivnění této revoluční metody.

„S odstupem času lze říci, že se jedná o mimořádný úspěch našeho výzkumu a vývoje. Články na toto téma jsou hojně citované a patří mezi základní publikace oboru,“ říká profesor Michael Šebek z katedry řídicí techniky FEL ČVUT, jehož vynikající doktorandka Eva Žáčeková úspěšně převzala štafetu dalšího výzkumu. „Z pohledu na účet za vytápění navíc vyplývá, že metoda v praxi skvěle funguje – šetří miliony,“ dodává profesor Šebek.

Pro svou efektivitu se v letech 2011-2017 metoda aplikovala v mnoha dalších budovách v Česku i ve světě, například v Praze a okolí (kancelářská budova, základní škola, obytný panelový dům), v Belgii (kancelářská budova s tepelným čerpadlem), a dokonce v budově knihovny univerzity v Berkeley. Komerčně dále metodu rozvíjí firmy Feramat Cybernetics a Energocentrum Plus. „V posledním roce jsme prediktivní řízení budovy ČVUT rozšířili o hlídání maximálního odběru tepla, což je limit, který je nastavený s teplárenskou společností,“ říká Jan Široký ze společnosti Energocentrum Plus. „Díky tomu nehrozí penále za překročení tohoto limitu.“

Prediktivní řízení vytápění přináší největší úsporu u budov s velkou tepelnou setrvačností nebo akumulací energie, při dynamických cenách energie nebo v případě více zdrojů s rozdílnými parametry účinnosti. Proto má tato metoda velký potenciál v použití v tzv. chytrých sítích. „Metoda prediktivního řízení vytápění vyvinutá a otestovaná na naší katedře se v budoucnu může stát samozřejmou součástí inteligentních budov na celém světě. Jsme rádi, že jsme k tomu mohli významně přispět,“ říká profesor Šebek.
Zdroj: www.fel.cvut.cz