Sisäuima-altaat ovat energiaintensiivisiä rakennuksia. Ilmanvaihtojärjestelmien ennakoiva, tekoälypohjainen ohjaus tarjoaa erinomaisen tavan säästää energiaa. Emdenin ammattikorkeakoulu ja HANSA Klimasysteme tekivät yhteistyötä näiden säätimien parissa käyttäen Siemens Industrial Edge -laitteita ja sovelluksia.
Vuoden 2017 lopussa HANSA Klimasysteme GmbH teki yhteistyötä Emdenin ammattikorkeakoulun kanssa Saksan liittovaltion ympäristösäätiön (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) rahoittamassa tutkimushankkeessa. Hankkeen tavoitteena oli saavuttaa sisäuima-altaassa optimaaliset olosuhteet lämpötilan ja kosteuden suhteen ja olla samalla mahdollisimman energiatehokas. Projektiryhmä työskenteli läheisen sisäuima-altaan ja uuden Siemensin tekniikan Industrial Edgen parissa.
Sisäuima-altaiden pitäjien tulisi seurata tarkasti energiakustannuksiaan. Samalla heidän on myös varmistettava, että kävijöillä on miellyttävä kokemus. Tätä varten lämpötilat on pidettävä melko korkeina. Samaan aikaan kosteuden on oltava melko alhainen rakennuksen vahingoittumisen estämiseksi. Se ei ole helppo tehtävä, kun otetaan huomioon, että 30° C:ssa vettä haihtuu noin 0,4 litraa tunnissa neliöjalkaa kohti.
HANSA Klimasysteme GmbH on keskisuuri Saterlandissa Saksassa toimiva yritys, jolla on yli 170 työntekijää. Sen päätuotteita ovat ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmät datakeskuksiin, teollisiin sovelluksiin ja uima-altaisiin. Sen tuotevalikoima on jaettu useisiin tuotelinjoihin, jotka kohdistuvat eri toimialoihin ja sovelluksiin.
Vain muutaman kilometrin päässä HANSA Klimasystemen pääkonttorista sijaitseva Saterlandin virkistysuimakeskus etsi uutta ilmanvaihtojärjestelmää tutkimushankkeen alkaessa vuonna 2017 ja otti yhteyttä yritykseen. Uima-allas varustettiin uudella ilmanvaihtojärjestelmällä ja sitä voitiin käyttää tutkimusprojektissa. Vastineeksi yritys pystyi asentamaan lisäantureita rakennukseen ja järjestelmään ja käyttämään uima-allasta milloin tahansa tutkimustarkoituksiin.
Uimahallin, HANSA Klimasystemen ja Emdenin ammattikorkeakoulun tutkimushankkeen yhteistyössä kerättiin vuoden ajan dataa antureista, kuten lämpötilasta, ilmankosteudesta ja energiankulutuksesta, sekä sääolosuhteista ja kävijämääristä. Samanaikaisesti näillä tiedoilla opetettiin neuroverkkoon perustuvaa mallia. Tämä tekoälypohjainen malli määrittää ja optimoi ohjausparametrit itseoppivasti. Se tunnistaa, mikä toimenpide soveltuu parhaiten tavoiteltujen olosuhteiden saavuttamiseksi uima-allashallissa mahdollisimman korkealla energiatehokkuudella.
Pian kävi ilmi, että mallipohjainen ohjausjärjestelmä tarvitsi käyttöalustan, joka voisi toimia liitäntänä PLC:lle ja tarjota pääsyn tarvittaviin tietoihin. Ja niin HANSA Klimasysteme alkoi etsiä sopivaa teollisuus-PC:tä (IPC) - ja löysi sellaisen pian Siemensin valikoimaan kuuluvasta SIMATIC IPC227E -reunalaskentalaitteesta. Se ei vain täyttänyt vaadittuja turvallisuusstandardeja ja yleisiä alan standardeja, vaan tarjosi myös korkean liitettävyyden, mikä tarkoitti, että se oli helppo integroida olemassa oleviin järjestelmiin.
HANSA Klimasysteme otti meihin alun perin yhteyttä etsiessään teollisuus-PC:tä (IPC) VPN-yhteyden muodostamiseen. Tajusin kuitenkin pian, että he tulisivat käsittelemään valtavia tietomääriä, ja suosittelin heille siirtymistä reunalaskentalaitteeseen (edge device).
SIMATIC IPC227E toimii reunalaskentalaitteena (edge device) Siemensin avoimessa Industrial Edge -ekosysteemissä. Graafisen käyttöliittymän sekä valmiiden toimintolohkojen ansiosta Flow Creator -sovellus helpottaa tiedonkäsittelyn ja yhteyksien luomista. Lisäksi käytössä on LiveTwin -reunalaskentasovellus joka oli projektin alussa vasta kehitysvaiheessa Siemensillä, joten HANSA Klimasysteme toimi sen pilottikäyttäjänä. LiveTwin mahdollistaa simulointimallien integroinnin reunalaskentalaitteisiin. Tämä mahdollistaa esimerkiksi tutkimushankkeessa tarvittavat ennakoivat säädöt. "Edge-sovelluksen avulla olemme pystyneet kääntämään Matlab Simulinkissä luomamme mallit teollisuus-PC:n (IPC) kielelle", sanoo Christian Seltz.
Aiemmin ilmanvaihtojärjestelmän ohjaus reagoi tapahtumiin vasta niiden ilmettyä, kuten kävijämäärän kasvuun tai kohonneeseen ilmankosteuteen. Nyt järjestelmä kykenee tekemään ennakoivia säätöjä – eli jo ennen kuin muutokset edes tapahtuvat. Viimeisten neljän kuukauden aikana nämä säädöt ovat mahdollistaneet uimahallin energiankulutuksen vähentämisen noin 20 prosentilla. Seuraava askel on ottaa tämä kokonaisratkaisu käyttöön muissakin sisäuimahalleissa. Itse asiassa se on jo asennettu neljään uuteen kohteeseen, ja tuloksia analysoidaan parhaillaan.
Ratkaisu ei kuitenkaan rajoitu tulevaisuudessa vain uimahalleihin. Suunnitelmana on laajentaa kokonaisratkaisu vähitellen muihinkin tuotelinjoihin ja kehittää sitä edelleen esimerkiksi lääke-, elintarvike- ja juomateollisuuden tarpeisiin. Malli tarvitsee vain mukauttaa Matlab Simulinkissä kunkin asiakkaan ja kohteen vaatimusten mukaan, minkä jälkeen se ladataan reunalaskentalaitteelle SIMATIC LiveTwin -sovelluksella. Monet teollisuusasiakkaat voivat saavuttaa samanlaisia tuloksia kuin Saterlandin uimahalli: älykkään, energiatehokkaan ja siten resursseja säästävän ilmanvaihdon ohjauksen reaaliaikaisen datan perusteella.
Säästöpotentiaali on uimahalleissa luonnollisesti erittäin suuri, sillä niiden toiminta on hyvin energiaintensiivistä. Samoilla periaatteilla voidaan kuitenkin saavuttaa energiansäästöjä myös muilla aloilla – kaikkialla, missä ilmanvaihtojärjestelmiämme käytetään.
Siemensin uusi reunalaskenta-alusta (edge computing) koostuu reunalaskentalaitteista, sovelluksista ja liitettävyysratkaisuista osana keskitettyä hallintainfrastruktuuria. Teollisuus-PC (IPC) ajaa mallipohjaista ohjausjärjestelmää sekä Flow Creator -sovellusta, mikä varmistaa sujuvan tiedonsiirron IPC:n, logiikkaohjaimen (PLC) ja pilvipalvelun välillä.
.jpg?auto=format%2Ccompress&w=640&h=360&fit=crop&crop=faces%2Cedges&q=60)
