O Instituto Abington tem sido um ponto de encontro central para a vila desde a sua inauguração em 1909. Agora, em 2017, chegou a hora de substituir a antiga caldeira de aquecimento e adicionar um sistema inteligente. aquecimento Sistema de controle para tornar o salão comunitário confortável, economizando energia e dinheiro.
"Precisávamos de um sistema de aquecimento melhor e mais eficiente em termos energéticos para que o Instituto pudesse atender aos moradores da nossa vila e economizar dinheiro."... Comitê de Gestão |  |
Introdução – por que construímos o sistema de controle de aquecimento?
O Comitê de Gestão do Instituto Abington dedicou um tempo considerável à investigação de alternativas às caldeiras a combustíveis fósseis para aquecer o Instituto. Existem inúmeras opções, cada uma com suas vantagens e desvantagens, custos, potenciais planos de retorno do investimento, necessidades de espaço/terreno, etc. Além disso, o governo altera os planos de retorno do investimento mais rapidamente do que o comitê de gestão consegue obter orçamentos, analisá-los, responder e implementá-los, o que tornava impossível encontrar a solução ideal.
Curiosamente, em uma pesquisa independente que solicitamos, descobrimos que tínhamos maior probabilidade de economizar dinheiro (e ser ecologicamente corretos) ao sem desperdiçar calor, independentemente de como ele foi gerado.Assim, a caldeira antiga, excessivamente complexa e problemática (que ninguém conseguia consertar) foi substituída por uma fisicamente menor, com a mesma capacidade de aquecimento, fabricada por um fabricante de caldeiras renomado, para o qual é fácil encontrar técnicos de serviço competentes num raio de 8 quilômetros.
A caldeira antiga tinha um truque inteligente (embora ineficiente): ela ligava automaticamente quando a temperatura externa caía e, em seguida, os termostatos dos radiadores em cada cômodo controlavam a temperatura ambiente. A nova caldeira tem apenas UM termostato (interno) e, portanto, não consegue determinar com precisão quando aquecer todo o prédio. Consequentemente, além da caldeira ficar ligada mais tempo do que o necessário, os usuários chegavam em casa e encontravam cômodos frios porque os termostatos dos radiadores estavam com a temperatura reduzida (como é comum, para economizar dinheiro) e, às vezes, para piorar a situação, aumentar a temperatura no termostato do radiador não surtia efeito, pois a caldeira já estava desligada, tendo atingido a temperatura desejada no termostato de cada cômodo.
Para superar isso, um automação residencial
Foi desenvolvido e instalado um sistema capaz de controlar individualmente a temperatura de ajuste de cada termostato do radiador por controle remoto, e um controlador central baixa a matriz de ocupação prevista do edifício no site do Instituto e liga os radiadores na temperatura desejada para o grupo ocupante, antes do período de ocupação de cada sala, e reduz a temperatura quando a ocupação termina.Dessa forma, aquecemos apenas os cômodos que precisam e pelo menor tempo possível. Proporcionamos o máximo conforto com o menor custo de energia e a mínima intervenção humana."
Características e benefícios
| Recurso | Beneficiar |
|---|---|
| Ajusta a temperatura dos quartos para o grupo reservado. | O grupo chega e encontra a(s) sala(s) pronta(s) para uso. |
| Define a temperatura ambiente dos cômodos quando estiverem vazios. | O instituto não desperdiça dinheiro aquecendo salas vazias. |
| Funciona sem intervenção (a partir das reservas) | Ninguém precisa chegar cedo para ligar os radiadores. |
| Permite intervenção manual através do termostato de parede. | Permite que os grupos ajustem a temperatura. |
| Temperaturas diferentes são definidas para cada grupo/sala. | Para adequar as diferentes atividades em cada sala para cada grupo. |
| Conhece a taxa de aquecimento de cada cômodo. | Pode ligar o aquecimento mesmo a tempo de um quarto |
| Pode ser controlado por meio de uma página da web ou aplicativo para celular. | Quaisquer alterações de última hora podem ser gerenciadas remotamente. |
| Sabe que algumas partes do edifício são de uso comum. | Também podemos garantir que o hall de entrada, etc., seja aquecido quando necessário. |
Equipamentos Utilizados
| Item de equipamento | Quantidade |
|---|---|
| 1 | |
| Raspberry Pi v3 | 1 |
| Qubino | 1 |
| 2 | |
| Cometa | 2 |
| 6 | |
| Danfoss | 4 |
| Diversos componentes elétricos da MK Grid: interruptores momentâneos, indicadores, fusíveis. | - |
Custo total O custo do equipamento para um edifício de tamanho considerável com quatro divisões principais (mais outras divisões menos utilizadas) foi inferior a £1000, valor que esperamos recuperar em alguns anos, reduzindo os nossos gastos com gasóleo de aquecimento de £3000 por ano. Foi muito menos disruptivo e menos dispendioso do que refazer toda a canalização do edifício alterar a zona de aquecimento única (apenas um circuito de entrada/saída a alimentar todos os radiadores e permutadores de calor) para ter 6 zonas.
Todos os equipamentos funcionaram perfeitamente, mas poderei dar uma opinião mais precisa sobre eles assim que forem reintegrados ao sistema estável que temos agora.
Os dois
O Qubino é usado para controlar a válvula de aquecimento central do sistema de aquecimento porque possui contatos livres de tensão que nos permitem interromper a alimentação do controlador de aquecimento central existente (que agora está configurado para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana). Essa opção foi preferível à remoção do controlador existente, pois ele também controla a água quente, que não precisávamos alterar, e permite o retorno ao sistema antigo caso haja algum problema com o novo sistema.
Os componentes elétricos eram necessários para fazer uma instalação elétrica adequada.
Software utilizado
Optamos por usar uma placa Raspberry Pi (v3) com um software que nos permitisse programar exatamente o que precisávamos.
- Servidor de Automação Domoticz para Linux no Raspberry Pi
- Um script Python personalizado para interagir com os dados de ocupação do site de reservas do instituto chamado BkinTRVCtrl.py
- Uma página PHP no site de reservas. Gerar um cronograma contínuo de 7 dias de dados de ocupação em formato JSON.
Domoticz e BkinTRVCtrl.py Ambos são iniciados na inicialização do sistema.
DNS dinâmico
Nós também usamos freedns.afraid.org Para poder acessar o Domoticz e conectar-se via SSH ao Raspberry Pi usando um nome de domínio, já que a BT é nossa provedora de internet e não fornece endereços IP estáticos. No entanto, como a verificação de endereço IP do domínio ocorre a cada 5 minutos, é muito raro não conseguir uma conexão imediata.
Diagrama esquemático de alto nível do sistema de reservas e controle de aquecimento.
O sistema de reservas online já existia, desenvolvido em PHP e MySQL, e gerenciava as reservas e a emissão de faturas para o Instituto Abington. Ele disponibilizava a programação de reservas para os próximos 7 dias em um arquivo JSON, coletado diariamente por um programa em Python executado no Raspberry Pi localizado no Instituto.
Figura 1Diagrama esquemático do sistema de controle de aquecimento de Abington.
O Raspberry Pi também executa o Domoticz, que fornece uma interface detalhada (via aplicativo ou página da web) para todos os dispositivos.
Para permitir o acesso externo à internet para o Domoticz, etc., estamos usando freedns.afraid.org para poder acessar o Pi em xxx.xxx.org.
O Domoticz permite a configuração e o controle de todos os aspectos do sistema e fornece tudo o que é necessário para configurar, controlar e monitorar o status de todos os dispositivos, incluindo válvulas termostáticas, termostatos de parede e interruptores para controlar os trocadores de calor com ventilador no salão principal e a caldeira.
Aqui está um painel com alguns valores cruciais para o desenvolvedor/instalador:
Figura 2Interface do software Domoticz.
Também permite exibir uma planta baixa com quantos detalhes importantes você desejar. Novamente, usamos isso para uma visão detalhada do que está acontecendo, caso necessário, o que tem sido muito útil durante o desenvolvimento do programa em Python.
Figura 3Planta baixa do Domoticz.
Na planta baixa, estamos mostrando todos os dispositivos. Se pudéssemos alterar a imagem usada para os termostatos de parede Danfoss, isso os diferenciaria dos demais.
Figura 4Gráfico de aquecimento do Domoticz.
O Domoticz também é muito útil para avaliar a taxa de aquecimento de cada cômodo, um dado vital para calcular o momento ideal para iniciar o aquecimento. Alguns cômodos são bastante grandes e demoram bastante para atingir a temperatura desejada. Naturalmente, um próximo passo para o programa em Python seria registrar a própria taxa de aquecimento para que ele possa aprender como ela varia de acordo com a temperatura inicial, mas isso fica para uma versão futura.
No final das contas, provavelmente usaremos o Domoticz apenas para exibir a temperatura e os valores definidos dos termostatos de parede Danfoss nos quatro cômodos principais e no
Além disso, e de forma muito útil, o Domoticz permite o acesso ao nível mais baixo de
Figura 5Controle de dispositivos OpenZWave.
Aqui você pode ver que limitamos a temperatura máxima que os usuários podem solicitar a 22°C para frustrar os usuários impacientes que acreditam que quanto maior a temperatura solicitada, mais rápido o ambiente aquecerá. Imagino que isso venha de milênios de queima de lenha; quanto mais lenha se usa, mais rápido o ambiente esquenta, e levará pelo menos uma geração para que essa característica seja eliminada da nossa população.
Interface Web simples
No entanto, embora o Domoticz ofereça tudo o que um desenvolvedor possa desejar, sentimos a necessidade de uma interface ultraclara e simples que mostrasse:
- Hora atual
- Os quartos
- Quem os ocupa, se é que alguém o faz.
- Os horários de ocupação desse usuário nessa sala.
- Reservas futuras
- A temperatura real de cada cômodo
- A temperatura solicitada para cada quarto
- Estado da bateria
- Se a caldeira está ligada ou desligada.
Esta será a interface de monitoramento mais fácil para o nosso grupo de administradores voluntários.
Figura 6Interface principal de aquecimento via web.
Caso o administrador sinta necessidade de alterar a temperatura solicitada em uma sala, clicar na temperatura desejada permite inserir um novo valor:
Figura 7Interface Web individual para radiadores.
Se a temperatura real estiver em vermelho, significa que ainda está abaixo da temperatura desejada; se estiver em verde, significa que a temperatura foi atingida. Na imagem principal acima, você pode ver que o Salão Principal ainda está aquecendo, teoricamente chegando a 21°C no horário da reunião do WI, uma hora e quarenta e cinco minutos depois, às 19h. O Foyer, uma área comum do prédio, já atingiu a temperatura desejada porque foi usado mais cedo para o café. A página foi desenvolvida em AngularJS e funciona usando feeds JSON e requisições HTTP.
Resumo
Assim, após considerarmos todos os sistemas disponíveis, desde sistemas de controle de válvulas termostáticas (TRVs) prontos para uso, que infelizmente não possuem capacidade de receber dados de outros sistemas, até TRVs alimentadas pela rede elétrica e controladas por múltiplos PiZeros, decidimos optar por...
Construímos o sistema e ele funciona. Os grupos que utilizam o Instituto exclamaram maravilhados ao encontrar tudo aquecido, mesmo logo pela manhã. Temos um sistema simples de monitoramento e controle que envia e-mails quando algo dá errado ou quando as baterias estão fracas. Nunca mais o aquecimento ficará ligado em um cômodo por três dias sem que alguém perceba.
Daqui a 5 anos, essas coisas serão a norma, mas eu encorajaria os administradores de prédios públicos mais antigos com sistemas de aquecimento simples a abraçarem a ideia de que tais sistemas podem ser modernizados para se tornarem mais inteligentes com notável facilidade e praticamente sem transtornos.
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