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SENSEOS---可感应加热操作解决方案
消耗比煮咖啡更少的能量来加热办公室
- 第二届绿色思维奖申请人：G.A. Pagani, F. Nizamic, T.A. Nguyen（计算机科学类-分布式系统组-Nijenborgh 9, 9747AG Groningen）
- 项目实现合作伙伴：P. Hartman（大学生服务部-Blauweborgje 8, 9747ACGroningen）
- 电子邮件: g.a.pagani@rug.nl f.nizamic@rug.nl t.a.nguyen@rug.nl p.j.hartman@rug.nl
执行摘要：
关键特点：1.基于计算机控制的供暖系统用于仍存在手动控制散热器的建筑物中。
2.该解决方案基于信息融合来优化房间的供暖,这些信息关于存在的用户，外部天气状况，天气预报和大学/用户日程。
3.其目的在于控制房间自动加热并且只有当用户在的时候才进行加热。
4.因此，在根据天气情况和居住在房间里的人的实际数量来优化温度。
优点：节约能量，经济节约，改善舒适性和提高学生/大学员工健康生活质量。
节约：15%的加热需要的能量。
实施的目标建筑：Heymansgebouw, RuG大楼
预算：100,000欧元
十年内投资回报：165,000欧元
投资回报期：6年
项目概念：
SESEOS的目的是控制各个办公室/讲堂的加热系统使由于不必要的加热导致的能量浪费达到最小化，该想法是基于来自环境的若干信息（如:用户的房间，室外的温度和天气预报）的融合和房间几何形状和基本的建筑方面（如:房屋面积，窗户数量，门的数量，散热器容量）以及和来自格罗宁根大学的房间预订系统来动态地适应房间的加热系统。我们的解决方案首先基于控制室内单独供暖系统的能力水平，为此，我们使用的加热控制器是以软件来远程控制加热控制器所连接的散热器阀门。随着最小化软件开发工作的发展使这种解决方案可以允许基于其他可以帮助优化室温和能量使用的外部因素来自动调节室温。我们的工程将能够对房间和周围环境温度进行细粒度的控制。我们的解决方案将与格罗宁根大学的房间时间表应用程序接口，因此知道房间是空闲还是没人，使得在没有课程安排的情况下可以切断不必要的加热，此外，具有房间的信息使得需要被加热的空间和房间中最多预期容纳的学生数以及在建筑物中的房间的位置安排更加精确。事实上，考虑到房间的体积，我们可以计算升高房间温度所需的能量并且在讲座开始之前精确地知道预加热阶段的持续时间。我们的解决方案不仅消除了对未使用空间的不必要加热，而且它还通过基于房间的实时占用情况以此提供最佳温度来照顾房间用户的幸福舒适感。例如，我们计划实时监控在讲座或会议中的人数，并且基于实际占用来调整温度。仅仅通过获取连接房间的互联网热点的人的信息使统计不需要额外的成本。通过这种方式，可以避免在人员较少房间或拥挤的房间中过分加热的情况。我们的系统还考虑了气象条件，以便在给定外部条件如温度，云覆盖，风和湿度的情况下优化加热。外部大气条件，以及房间位置和建筑物的材料是实现一个细粒度控制室温，以节省能源和提高学生和大学人员幸福感的必要信息片段。
问题背景和动力部分
动机
我们看到格罗宁根大学在加热方面对于减少建筑物的能源使用的巨大潜力。作为格罗宁根大学的学生，我们经历过，特别是在大学的老建筑，有加热不舒服的情况，例如：有时是房间已经挤满学生还开着强的暖气，有时是暖气不够显得冷。我们也看到了空关的房间，办公室和教室开着暖气。因此，我们想到了必须用一些智能化措施来改善在不必要的空间加热使能量浪费的情况，并且也用来改善房间的居住者的舒适感。
背景和现有技术
加热通风和冷却（HVAC）是住宅和办公环境中最大的能源消耗来源。图1显示了在美国一般房屋内用于特定目的的能量消耗的百分比，房间制热和制冷合计消耗能量超过50％。
图1：美国家庭活动的平均能源消耗比例
其他研究表明，在寒冷气候区（例如：英国和加拿大）HVAC占据了总体能量消耗的60%以上。在过去几年中，为了提高HVAC的节能效率同时保证建筑物中居民的健康状态，学术界和各产业都在努力。通过证明，那些考虑到了用户的日常生活模式，以及对居民是否在房间内具有感知的智能恒温器可以节省近30％的能源。天气信息是影响建筑物内温度条件的另一个宝贵的信息来源，因此，具有可以根据预测天气信息来调整状态的HVAC是构成智能HVAC的另一个重要部分。在美国寒冷的季节，可以感应到居民是否在房间内和天气预报信息的这项研究能够节省约18％的运营成本，感应是智能加热系统的重要组成部分：了解一个房间里的人数，了解人们在建筑中使用空间的模式可以驱动HVAC系统的控制器。
以这种方式，HVAC可以变得智能和灵活在需要的房间调制其输出，实现在节能30％的情况下不损害舒适性。使用从无线传感器技术获得的实时信息已经表明能够判断是否屋中有人和占用的模型，并且可以驱动HVAC的工作时间可以节省42％的能量。越精细控制HVAC的方法使调节系统节省能量的可能性越多，利用无线和非侵入技术检测建筑物中的是否有人存在，在本地控制HVAC的能力中提供了良好的结果，以便节省能量。在真实的科学实验中这种细粒度方法的环境可节省大约15％。
分布式传感和感测能力融合也是现今在具有可靠且负担得起的技术的广泛环境中可以实现的。该提案的一些作者在实现分布式传感环境这方面也很有经验。
团队
该团队由属于计算机科学部分布式系统组的三位同事组成。该团队还得到格罗宁根大学内部服务和维修部的一名成员的支持。该团队在过去几年通过旨在办公环境的节能的欧洲项目绿色建筑的工作中成熟了对智能系统的深厚了解，团队已经建立了一个基于Plugwise设备的分布式传感器网络的生活实验室，其中几个办公用具的功耗已测量并且在它们不损害办公人员健康的前提下，通过开闭这些设备使能量消耗到最小化。此外，该团队的两名成员还成功地参加了的第一界绿色思维大奖并获得一等奖并且现在正在实践中实施拟议项目的解决方案而且很成功。因此，我们团队还具有实现这种类型项目的经验和能力。此外，团队已经开始实施概念验证软件解决方案来控制基于外部天气条件，占用时间表约束以及与传感器相互作用的散热器以设置房间的温度设定点。概念证明是团队当前研究的一部分，用于研究出减少建筑物能耗的智能解决方案。
接下来呈现对概念的实现证明的更深入的描述。
概念证明
概念证明的实现显示如何控制加热以适应用户数量，外部天气条件和人们的行程的信息。概念证明的实现旨在控制加热系统中不必要的能量浪费，以便在给建筑物供暖时适应外部温度条件和人员的工作行程。换句话说，在暖和的一天中，可以关闭加热系统（在上午或下午，当外部温度达到预定的高值时），或者在需要时打开（例如，在下午晚些时候，当外部温度减少时），或当房间中没有安排讲座时，供暖也可关闭。概念证明的实现逻辑在图2中表示。
进度管理服务中的组件
计划管理服务器中的参数
数据收集器组件的输出
大于或等于
否
是
否
是
保持
升温/降温
升温/降温
是
大于或等于
否
在预定时间前初始化时间
足够时间开始预热/冷
足够时间开始预热/冷
足够时间开始预热/冷
预热/冷所需时间
延迟检查周期
当温度如预期变化时
预热/冷所需时间
当温度变化时，估计预热/冷的时间
启动加热/制冷系统
外部温度
温度预测
检查外部温度
定期检查
房间的预定事件
时间表分析
房间时间表
决定
预热/冷所需时间
房间温度
图2：用于概念验证的流程图
我们实现的自动加热控制概念验证的解决方案分为3个主要部分：输入数据采集器，中央管理器和HVAC上的执行器。输入数据收集器负责从传感器（放置在房间内的温度传感器和运动传感器）和其他来源（天气预报和议程）收集数据。中央管理器包含应用程序的所有逻辑代码，负责执行计算，并且还充当用户的数据记录器。最后一个部件（执行器）包含与HVAC系统交互的命令。房间的信息包括经度和纬度，大小，加热器容量，通风能力和绝缘值。当应用物理公式来计算房间的热传递时，需要所有这些数据。中央经理将估计每个房间的供暖系统的时间表。在当前状态下，执行器部件周期性地连接到中央管理器以获得更新的时间表。
概念证明的实现已经在小花园棚中实现，如图3所示，其中用于模拟的设备被放置成温度传感器，一个可联网运行软件解决方案的PC机和一个由插入式装置控制的电子设备加热器（见图四中的红色椭圆）。插接装置是能够测量连接到其的设备所使用的电力消耗并且无线地共享值的插头。插接装置还用作开关，通过经由具有适当软件和通信装置的计算机发出命令来打开和关闭所连接的装置;和加热器被控制的方式一致。除了我们在实验中已经测试的解决方案，也获得了一个有趣的结果：系统最佳地加热房间，并且预加热阶段的持续时间（因此所使用的能量）紧密地依赖于外部感测温度。
我们的目标是在测试的一周期间使下午两点的温度为10℃。表1显示，我们的解决方案相当准确地实现了预定义的温度为10℃的设置点，并且加热系统在考虑到传感器感知的起始温度时才开始操作。
图3：测试的位置与特征
面积：70平方米
材质：压制木
位置：经度39.235538度，纬度79.013672度
图4：概念证明的实施
|
27/1 |
28/1 |
29/1 |
30/1 |
31/1 |
1/2 |
2/2 |
|
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开启时间 |
13:18 |
13:25 |
12:50 |
12:41 |
12:41 |
13:25 |
13:42 |
|
起始温度 |
3 |
5 |
-1 |
-2 |
-2 |
5 |
7 |
|
持续时间（分钟） |
42 |
35 |
70 |
79 |
79 |
35 |
18 |
|
最终温度 |
9.5 |
11 |
10 |
9 |
9.5 |
10.5 |
12 |
表1：加热时间和与外部温度的相关性的实验结果
实践
在对格罗宁根大学的几个潜在建筑进行了测量并与格罗宁根大学内部服务和维护部门的实施合作伙伴进行了磋商后，我们确定了实施SENSEOS项目的候选建筑物Heymansgebouw。这个大楼拥有行为和社会科学学院。该建筑位于格罗宁根大学的Grot
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