Základní škola Zruč nad Sázavou
FLOWBOX helped the town of Zruč nad Sázavou in streamlining the operations of their local primary school. It ensured healthy conditions for its children thanks to CO2 monitoring. It helped manage energy consumption according to the school’s timetable and attendance.
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.