Šis straipsnis (autorius – Eugenijus Keras) publikuojamas kaip dalis viso tyrimo, atlikto podoktorantūros stažuotės metu. Podoktorantūros stažuotė finansuojama pagal Europos Sąjungos struktūrinių fondų įgyvendinamą projektą "Podoktorantūros (post doc) stažuočių įgyvendinimas Lietuvoje“.

Vienas iš podoktorantūros stažuotės uždavinių – sukurti pastato adaptyvaus valdymo modelį. Langų uždangalų automatinis valdymas – viena iš šio modelio dalių. Lietuvoje įprasta matyti naudojant vidinius langų uždangalus, tačiau išoriniai – dar itin reti. Lietuvos sąlygomis, karštą vasaros dieną, užtikrinus tinkamą išorinių dangalų valdymą galima nesunkiai sumažinti patalpos temperatūrą keliais laipsniais – kartais to gali pakakti, kad sutaupyti perkant ir naudojant brangią (palyginus su išoriniais lango dangalais) oro vėsinimo įrangą.

Šiuo straipsniu siekiama nustatyti lango uždangalų automatinio valdymo principus. 

Langų uždangalais (žaliuzėmis, roletais, užuolaidomis ir kt.)keičiant uždengiamą pastato lango plotą, galima keisti saulės energijos (tiek šviesos, tiek šilumos) kiekį, patenkantį į patalpą.

 Priklausomai kur montuojami, uždangalai gali būti vidiniai (montuojami pastato viduje) arba išoriniai (montuojami pastato išorėje). Tiek vidiniai, tiek išoriniai įgalina efektyviai valdyti šviesos patekimą į patalpą, užtikrinti vizualinį komfortą. Šiluminio komforto užtikrinimui būtina išskirti papildomas sąlygas: vasarą, kai reikalinga apriboti patenkančios šilumos kiekį, kad temperatūra patalpoje neviršytų nustatytos – efektyvesni išoriniai uždangalai, sulaikantys saulės šilumą išorėje; tačiau žiemą, siekiant maksimaliai išnaudoti saulės šilumą patalpoms šildyti, geriau tinka vidiniai uždangalai, praleidžiantys šiluminę energiją į patalpos vidų, tačiau taip pat įgalinantys reguliuoti vizualinį komfortą, pašalinti akinimą, kuris žiemą dėl nedidelio saulės kampo virš horizonto, ypač aktualus. Uždangalai prisideda ne tik prie vizualinio ir šiluminio komforto užtikrinimo, bet ir prie energijos, suvartojamos šildymo, vėsinimo ir apšvietimo sistemose, mažinimo. Be tinkamo uždangalų tipo pasirinkimo, būtina užtikrinti ir jų valdymą, siekiantį nustatytų tikslų.

Lango uždangalų valdymas gali būti orientuotas: siekti tik komforto patalpose; siekti tik energijos vartojimo komfortui užtikrinti mažinimo, maksimaliai išnaudojant energiją gaunamą iš saulės; ieškoti optimalaus abiejų išvardintų valdymo tikslų derinio. Nesvarbu kuris pasirenkamas valdymo tikslas, tačiau valdymas visada turi užtikrinti, kad bus išvengiama akinimo – šis reiškinys labiausiai įtakoja patalpoje esančių žmonių savijautą ir iššaukia greičiausią reakciją keičiant lango uždangalų poziciją.

Lango uždangalų valdymo mokslinės literatūros apžvalga

Pateikiama [1] naudingos informacijos apie pastato naudotojų įpročius ir juos įtakojančias priežastis parenkant rankiniu būdu valdomų žaliuzių poziciją. Teigiama, kad dažniausiai žaliuzės arba visiškai pakeltos, arba visiškai nuleistos, tačiau retai kad visiškai uždarytos, nes žmonės įpratę matyti išorę. Saulės aukštis turi didžiausią įtaką žaliuzių juostelių posvyrio kampui, ne tiek daug reikšmės žaliuzių vertinime suteikiama vidaus temperatūros svarbai – teigiama, kad dažnai modeliuose temperatūros reikšmės priklausomybė nuo žaliuzių pozicijos pervertinama.. Autoriai nustato, kad 150 W/m² saulės spinduliuotė yra ta riba, prie kurios akivaizdžiai keičiasi naudotojų elgesys valdant žaliuzių poziciją.

Teigiama, kad svarbiausi faktoriai įtakojantys žaliuzių poziciją yra langų orientacija, metų sezonas, dangaus sąlygos, paros laikas [2]. Konstatuojama, kad žmonės formuoja savo požiūrį į žaliuzių valdymą savaitėmis ar mėnesiais, bet ne dienomis ar valandomis. Taip pat viena iš išvadų yra, kad reikalinga sukurti žaliuzių valdymo algoritmus, kurie užtikrina naudotojų pasitenkinimą, tačiau gerina ir energijos taupymo potencialą.

 Eksperimentiškai lyginama [3] rankiniu būdu ir automatizuotai (pagal standartinį gamintojo algoritmą) valdomų žaliuzių veikimą; jų įtaką patalpos energijos vartojimui, apšviestumui ir vartotojų pasitenkinimui. Teigiama, kad efektyviam žaliuzių valdymui tik išorinės aplinkos parametrų nepakanka, būtinas pažangesnis valdymo metodas įvertinantis patalpos apšviestumo lygį, temperatūrą.

Optimizuojant žaliuzių juostelių posvyrio kampą, siekiama, kad išlaikant vizualinį komfortą, pasiekti kuo didesnį energijos sutaupymą [4]. Posvyrio kampo optimizavimas atliekamas naudojant genetinius algoritmus ir neraiškiąją logiką.

[5] analizuoja įprastų ir galinčių vieno lango žaliuzių juosteles pakreipti skirtingais kampais (split-blinds)(žaliuzės, kurios gali nustatyti tris skirtingus juostelių kampus vienu metu: žemutinė 1/3 lango dalis – vienu kampu, vidurinė – kitu kampu, viršutinė – dar kitokiu). Apibendrinant tyrimo rezultatus teigiama, kad reikalinga įvertinti saulės poziciją dangaus skliaute (siekiant geriau kontroliuoti akinimo reiškinius) ir vartotojo pageidavimus valdymo procese.

Pateikiama svarbios informacijos apie parinkimą parametrų, kuriuos būtina stebėti, kad užtikrinti efektyvų žaliuzių valdymą [6]. Autorių teigimu stebint daugiau nei tris parametrus nebedidėja valdymo efektyvumas, geram valdymui pakanka ir dviejų parametrų. Parametrų išdėstymas svarbumo mažėjimo tvarka: 1.Patalpos vidaus temperatūra; 2.Išorės temperatūra, vertikali saulės spinduliuotė; 3. Saulės padėtis Pasaulio šalių atžvilgiu (azimutas), saulės padėtis virš horizonto. Parametrai labiausiai įtakojantys energijos vartojimą (svarbumo mažėjimo tvarka): 1. Patalpos vidaus temperatūra, išorės temperatūra; 2. Vertikali saulės spinduliuotė; 3. Saulės padėtis virš horizonto, saulės padėtis Pasaulio šalių atžvilgiu (azimutas).

-   konstatuoti, kad rankinio valdymo pakeitimas automatizuotu gali padidinti tiek vartotojo komfortą, tiek energijos panaudojimo efektyvumą;

-   identifikuoti sistemos įėjimo parametrus, kuriais remiantis gali būti įgyvendintas adaptyvus valdymas;

-   konstatuoti, kad sistemos išėjimo parametrai yra uždangalais dengiamo lango plotas ir/ar žaliuzių juostelių posvyrio kampas;

-   konstatuoti, kad matematiškai sudėtingesni valdymo algoritmai reikalingi tik kai kurioms adaptyvumo funkcijoms užtikrinti (pvz. dirbtiniai neuroniniai tinklai vartotojo elgsenos vertinimui ir viso valdymo algoritmo koregavimui atsižvelgiant į vartotojo poreikius).

Langų uždangalų adaptyvaus valdymo principai

Siūlomas langų uždangalų valdymo algoritmas matuoja vidaus ir išorės temperatūras, tiesioginę vertikalią saulės spinduliuotę, fiksuoja vartotojo buvimą patalpoje, identifikuoja sezoną, saulės aukštį virš horizonto ir azimutą. Specifinis parametras, reikalingas tik uždangalams valdyti ir nenaudojamas kitose pastato energetinėse sistemose – saulės padėtis dangaus skliaute – akinimo tikimybei nustatyti. Algoritmo valdomas parametras: uždangalo pozicija (taip pat žaliuzių juostelių posvyrio kampas). 

Įvertinus apžvelgtą literatūrą, atsižvelgiant į adaptyvaus valdymo principus, siūlomos tokios pagrindinės adaptyvaus lango (išorinių / vidinių) uždangalų valdymo algoritmo (valdymo taisyklių) nuostatos:

-   Pagrindinis prioritetas: vengti akinimo;

-   Jei saulė arti horizonto, ir jei saulės spinduliuotė pakankama, kad trikdytų vartotoją, uždangalas uždengia langą. Turint informacijos apie saulės poziciją dangaus skliaute ir vartotojo vietą patalpoje, galimas efektyvesnis/lankstesnis šio principo įgyvendinimas;

-   Jei nėra tiesioginių saulės spindulių į fasadą, siekiama užtikrinti vizualinį komfortą;

-   Sistema siekia sumažinti šildymo/vėsinimo sistemų energijos vartojimą atsižvelgiant į sezoną. Vasaros dieną uždangalai maksimaliai dengia lango plotą (tačiau užtikrina vizualinį komfortą), naktį langas atidengiamas siekiant netrukdyti pastate sukauptą šilumą atiduoti į išorę. Žiemą viskas priešingai;

-   Jei vartotojas patalpoje, siekiama vizualinio komforto, jei vartotojo nėra – persijungiama į šiluminio komforto užtikrinimo režimą, t.y. siekiama maksimaliai išnaudoti išorės pritėkius;

-   Naudotojui suteikiama galimybė rankiniu būdu keisti uždangalų poziciją, tuos keitimus valdymo sistema registruoja, vertina ir, jei reikalinga, koreguoja automatinį valdymą pagal vartotojo pageidavimus;

-   Lango uždangalų valdymas dažniausiai atliekamas realiu laiku; prognozavimas gali būti reikalingas tik tam tikrais atvejais, pvz. jei lango uždangalais siekiama reguliuoti iš saulės patenkančios ir pastate akumuliuojamos bei vėliau panaudojamos energijos kiekį – tokiu būdu minimizuojant išlaidas energijai.

Pateikiami tik bendri langų uždangalų valdymo principai. Kiekvienu atveju, konfigūruojant valdymo sistemą, būtina įvertinti daug faktorių susijusių su pastato padėtimi, orientacija Pasaulio šalių atžvilgiu, patalpos naudotojo įpročiais ir poreikiais vizualiniam komfortui, pačios langų uždangalų sistemos diegimo ypatumais ir t.t.   

1.      Yufan Zhang*, Peter Barrett. Factors influencing occupants’ blind-control behavior in a naturally ventilated office building. Building and Environment, 54 (2012), pp. 137–147.

2.      Kevin Van Den Wymelenberg. Patterns of occupant interaction with window blinds: A literature review. Energy and Buildings, 51 (2012), pp. 165–176.

3.      Ji-Hyun Kim, Young-Joon Park, Myoung-Souk Yeo, Kwang-Woo Kim. An experimental study on the environmental performance of the automated blind in summer. Building and Environment, 44 (2009), pp. 1517–1527.

4.      Velimir Čongradac, Marta Prica, Marija Paspalj, Dubravka Bojanic´, Darko Čapko.   Algorithm for blinds control based on the optimization of blind tilt angle using a genetic algorithm and fuzzy logic. Solar Energy, 86 (2012), pp. 2762–2770.

5.      Svetlana Olbina, Jia Hu. Daylighting and thermal performance of automated split-controlled blinds. Building and Environment, 56 (2012), pp. 127-138.

6.       David Daum, Nicolas Morel. Identifying important state variables for a blind controller. Building and Environment, 45 (2010), pp. 887–900.

Komentarai (0)