Optimalizace provozu základní školy.

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.1500ppm 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.

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.

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.

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.

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.

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.