Các bể bơi trong nhà vốn tiêu tốn nhiều năng lượng. Giải pháp điều khiển hệ thống thông gió ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), có khả năng dự báo, giúp tối ưu vận hành và nâng cao hiệu quả tiết kiệm năng lượng. Trường Đại học Khoa học Ứng dụng Emden đã phối hợp cùng HANSA Klimasysteme phát triển giải pháp này, dựa trên các thiết bị và ứng dụng Siemens Industrial Edge.
Cuối năm 2017, HANSA Klimasysteme GmbH hợp tác với Trường Đại học Khoa học Ứng dụng Emden triển khai một dự án nghiên cứu, với sự tài trợ từ Quỹ Môi trường Liên bang Đức (Deutsche Bundesstiftung Umwelt). Dự án hướng tới việc thiết lập điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tối ưu trong bể bơi trong nhà, đồng thời tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng. Nhóm dự án đã tiến hành thử nghiệm tại một bể bơi trong nhà trong khu vực, kết hợp ứng dụng công nghệ Siemens Industrial Edge.
Các đơn vị vận hành bể bơi trong nhà cần kiểm soát chặt chẽ chi phí năng lượng, đồng thời vẫn phải đảm bảo mang lại trải nghiệm thoải mái cho người sử dụng. Nhiệt độ cần duy trì ở mức đủ ấm để tạo cảm giác dễ chịu, trong khi độ ẩm phải được kiểm soát ở mức thấp nhằm hạn chế ảnh hưởng đến công trình. Đây là một bài toán không đơn giản, bởi ở mức nhiệt khoảng 30°C, nước có thể bay hơi với tốc độ xấp xỉ 0,4 lít mỗi giờ trên mỗi foot vuông (tương đương khoảng 4,3 lít mỗi giờ trên mỗi mét vuông) diện tích bề mặt.
HANSA Klimasysteme GmbH là doanh nghiệp quy mô vừa, có trụ sở tại Saterland (Đức), với hơn 170 nhân viên. Công ty chuyên cung cấp các hệ thống thông gió và điều hòa không khí cho trung tâm dữ liệu, ứng dụng công nghiệp và bể bơi. Danh mục sản phẩm được phát triển theo nhiều dòng khác nhau, đáp ứng nhu cầu của từng lĩnh vực và mục đích sử dụng cụ thể.
Khi dự án nghiên cứu khởi động vào năm 2017, trung tâm bơi lội Saterland – nằm cách trụ sở HANSA Klimasysteme chỉ vài km – đang tìm kiếm một giải pháp thông gió mới và đã liên hệ với công ty. Sau đó, bể bơi được lắp đặt hệ thống thông gió mới và đồng thời trở thành địa điểm phục vụ nghiên cứu. Đổi lại, HANSA Klimasysteme có thể lắp đặt thêm các cảm biến trong toàn bộ công trình và trên hệ thống, cũng như linh hoạt tiếp cận bể bơi bất cứ lúc nào để phục vụ công tác nghiên cứu.
Trong quá trình hợp tác, bể bơi Saterland, HANSA Klimasysteme và nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Khoa học Ứng dụng Emden đã cùng thu thập dữ liệu cảm biến trong suốt một năm, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, mức tiêu thụ năng lượng, cùng với thông tin về thời tiết và lượng khách. Dựa trên nguồn dữ liệu này, một mô hình mạng nơ-ron được xây dựng và liên tục hoàn thiện. Mô hình AI có khả năng tự học, từ đó tự điều chỉnh các tham số vận hành và lựa chọn phương án phù hợp nhất để duy trì điều kiện mong muốn trong khu vực bể bơi, đồng thời tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng.
Trong quá trình triển khai, nhóm nhận thấy hệ thống điều khiển dựa trên mô hình cần một nền tảng vận hành ổn định, có thể kết nối với PLC và truy cập trực tiếp dữ liệu cần thiết. Vì vậy, HANSA Klimasysteme đã tìm kiếm một máy tính công nghiệp (IPC) phù hợp và nhanh chóng lựa chọn thiết bị điện toán biên SIMATIC IPC227E trong danh mục của Siemens. Thiết bị không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn bảo mật và tiêu chuẩn công nghiệp chung, mà còn hỗ trợ kết nối linh hoạt, giúp tích hợp dễ dàng vào các hệ thống hiện có.
Ban đầu, HANSA Klimasysteme liên hệ với chúng tôi để tìm giải pháp máy tính công nghiệp (IPC) có thể thiết lập kết nối VPN. Tuy nhiên, khi nhận thấy lượng dữ liệu cần xử lý rất lớn, chúng tôi đã tư vấn chuyển sang sử dụng thiết bị điện toán biên.
SIMATIC IPC 227E được vận hành như một thiết bị điện toán biên trong hệ sinh thái mở Industrial Edge của Siemens. Nhờ giao diện đồ họa với các chức năng được cấu hình sẵn, ứng dụng điện toán biên Flow Creator giúp việc xây dựng các giải pháp xử lý dữ liệu và kết nối trở nên nhanh chóng và thuận tiện hơn. Bên cạnh đó, ứng dụng LiveTwin cũng được đưa vào sử dụng. Khi dự án bắt đầu, LiveTwin vẫn đang trong quá trình phát triển tại Siemens, vì vậy HANSA Klimasysteme đã triển khai thử nghiệm ở giai đoạn thí điểm. Ứng dụng này cho phép tích hợp các mô hình mô phỏng trực tiếp trên thiết bị điện toán biên, hỗ trợ triển khai các chức năng điều khiển dự báo như trong dự án nghiên cứu. Christian Seltz chia sẻ: “Nhờ ứng dụng điện toán biên, chúng tôi có thể đưa các mô hình xây dựng trong Matlab Simulink vào vận hành trực tiếp trên IPC."
Trước đây, hệ thống thông gió chủ yếu vận hành theo kiểu phản ứng, chỉ xử lý khi có biến động như lượng khách tăng hoặc độ ẩm cao. Hiện nay, hệ thống đã có thể chủ động điều chỉnh dựa trên dự báo, tức là can thiệp trước khi các thay đổi xảy ra. Trong bốn tháng gần đây, giải pháp này đã giúp bể bơi giảm khoảng 20% mức tiêu thụ năng lượng. Bước tiếp theo là triển khai rộng rãi giải pháp tại các bể bơi trong nhà khác. Thực tế, hệ thống đã được lắp đặt tại thêm bốn bể bơi và hiện đang trong quá trình đánh giá hiệu quả.
Giải pháp này không chỉ giới hạn trong lĩnh vực bể bơi. Trong thời gian tới, hệ thống sẽ từng bước được mở rộng sang các dòng sản phẩm khác, đồng thời tiếp tục hoàn thiện để phù hợp với các ngành như dược phẩm hoặc thực phẩm và đồ uống. Mô hình có thể được điều chỉnh trong Matlab Simulink theo yêu cầu cụ thể của từng khách hàng và điều kiện thực tế tại từng địa điểm, sau đó triển khai lên thiết bị điện toán biên thông qua SIMATIC LiveTwin. Nhờ đó, nhiều doanh nghiệp có thể đạt được hiệu quả tương tự như bể bơi Saterland: kiểm soát khí hậu một cách thông minh, tiết kiệm năng lượng và tối ưu sử dụng tài nguyên dựa trên dữ liệu thời gian thực.
Các bể bơi trong nhà có dư địa tiết kiệm năng lượng rất lớn do nhu cầu tiêu thụ luôn ở mức cao. Tuy vậy, các nguyên lý này cũng có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác, giúp tiết kiệm năng lượng ở bất cứ đâu có sử dụng hệ thống thông gió.
Nền tảng điện toán biên Industrial Edge của Siemens tích hợp thiết bị biên, ứng dụng và khả năng kết nối trong một hệ thống quản lý tập trung. Trên nền tảng này, IPC vận hành hệ thống điều khiển dựa trên mô hình cùng ứng dụng Flow Creator, đảm bảo kết nối thông suốt giữa IPC, PLC và môi trường đám mây.
.jpg?auto=format%2Ccompress&w=640&h=360&fit=crop&crop=faces%2Cedges&q=60)
