Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo MITJA KOŠIR INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA OKOLJA NA OSNOVI UPORABE MEHKE LOGIKE DOKTORSKA DISERTACIJA Ljubljana, 2008 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo L- !¦ IiiTTi lil h ii 1111 ili m finii iHtaH: PODIPLOMSKI ŠTUDIJ GRADBENIŠTVA KONSTRUKCIJSKA SMER DOKTORSKI ŠTUDIJ Kandidat: MITJA KOŠIR, univ. dipl. inž. arh. INTEGRATED REGULATING SYSTEM OF INTERNAL ENVIRONMENT ON THE BASIS OF FUZZY LOGIC USE Doctoral thesis No.: 181 INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA OKOLJA NA OSNOVI UPORABE MEHKE LOGIKE Doktorska disertacija štev.: 181 Temo doktorske disertacije je odobril Senat Univerze v Ljubljani na 16. seji dne 4. julija 2007 in imenoval mentorico doc.dr. Živo Kristl in somentorja prof.dr. Aleša Krainerja. Ljubljana, 9. junij 2008 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Komisijo za oceno ustreznosti teme doktorske disertacije v sestavi doc.dr. Živa Kristl prof.dr. Aleš Krainer prof.dr. Jože Peternelj prof.dr. Borut Zupančič, UL EF je imenoval Senat Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na 6. redni seji dne 28. marca 2007. Komisijo za oceno doktorske disertacije v sestavi doc.dr. Živa Kristl prof.dr. Aleš Krainer prof.dr. Jože Peternelj prof.dr. Borut Zupančič, UL EF je imenoval Senat Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na 17. redni seji dne 23. aprila 2008. Komisijo za zagovor doktorske disertacije v sestavi prof. dr. Bojan Majes, dekan, predsednik doc.dr. Živa Kristl prof.dr. Aleš Krainer prof.dr. Jože Peternelj prof.dr. Borut Zupančič, UL EF je imenoval Senat Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na 18. redni seji dne 28. maja 2008. Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo M ULJI hiTTi lil 1II ll 11 lil n 1 fluii IZJAVA O AVTORSTVU Podpisani MITJA KOŠIR, univ. dipl. inž. arh., izjavljam, da sem avtor doktorske disertacije z naslovom: »INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA OKOLJA NA OSNOVI UPORABE MEHKE LOGIKE«. Ljubljana, 02. junij 2008 (podpis) ERRATA Strani z napako: 1 do (292) Vrstica z napako: sprotni naslov Namesto: Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Naj bo: Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. V Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Bibliografsko-dokumentacijska stran in izvleček UDK 510.6:699.8:721(043.3) Avtor: Mitja Košir Mentor: doc. dr. Živa Kristl Somentor: prof. dr. Aleš Krainer Naslov: Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike Obseg in oprema: 291 str., 50 pregl., 120 sl., 22 ena., 4 pril. Ključne besede: notranje okolje, stavbni ovoj, vizualno udobje, toplotno ugodje, kvaliteta zraka, regulacija notranjega okolja, mehka logika, mehki regulatorji, avtomatski sistem vodenja Izvleček Človeška civilizacija vse bolj obremenjuje svoje okolje, kar se odraža v krčenju življenjskega prostora, obremenjevanju okolja ter pomanjkanju energije. Stavbe neposredno vplivajo na vse tri manifestacije človeškega obremenjevanja naravnega okolja ter zato predstavljao ključen element pri zmanjševanju negativnega vpliva. Poleg izboljševanja karakteristik ovoja stavbe ter smiselne uporabe in načrtovanja urbanega okolja lahko na boljše delovanje stavb znatno vpliva tudi način oblikovanja oziroma uporabe njihovega notranjega okolja, ki se lahko bistveno izboljša z uporabo avtomatskih sistemov vodenja. Pri tem je zelo pomembno, da skrb za večjo energetsko učinkovitost stavb ne pomeni zmanjševanja oziroma poslabšanja bivalnih razmer uporabnikov. Prav nasprotno pri iskanju energetsko učinkovitejših rešitev notranjega okolja stavb mora biti kakovost bivanja in počutja uporabnikov primarnega pomena in se ne sme poslabšati, temveč kvečjemu izboljšati. V pričujoči nalogi smo obdelali vpliv transparentnega stavbnega ovoja kot najbolj interaktivnega člena stavbe na oblikovanje in uravnavanje notranjega okolja. Na podlagi poznavanja delovanja notranjega okolja, stavbnega ovoja ter predhodnih izkušenj na področju reguliranja toplotnih in optičnih tokov v stavbah je bila oblikovana in predstavljena zasnova integralnega regulacijskega sistema notranjega okolja (IRsNO). Zaradi kompleksnosti interakcij med notranjim in zunanjim okoljem ter uporabniki je pri snovanju IRsNO predvidena uporaba regulatorjev na osnovi mehke logike, ki omogoča intuitivnejše opisovanje in reguliranje fizikalno kompleksnih pojavov. Predstavljena zasnova regulacijskega sistema uravnava toplotno in vizualno okolje ter kvaliteto zraka v bivalnih in delovnih prostorih, pri tem pa upošteva kvalitativno-kvantitativne kriterije uporabnikov za določevanje ugodnega in energetsko učinkovitega notranjega okolja. VI Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Bibliographic-Documentalistic Information UDC 510.6:699.8:721(043.3) Author: Mitja Košir Supervisor: Assoc. Prof. dr. Živa Kristl Co-Supervisor: Prof. dr. Aleš Krainer Title: Integrated regulating system of internal environment on the basis of fuzzy logic use Notes: 291 pa., 50 tab., 120 fig., 22 eq., 4 ann. Key words: internal environment, building envelope, visual comfort, thermal comfort, air quality, regulation of internal environment, fuzzy logic, fuzzy controllers, automated control system Abstract Human civilization is ever more pressuring its environment, which is manifested in the reduction of living space, environment pollution and depletion of energy resources. Buildings directly influence ali of the above mentioned aspects and are thus a key element in its reduction. Optimization of building envelope and rational use and planning of urban space can inprove the functioning of built environment. Additional positive effects can be attained with proper design and use of internal environment where automatic control can improve its quality as well as its energy consumption. However, in the search for better energy efficiency of buildings attention has to be paid to the quality of living as it must not be reduced for the sake of energy conservation. In the present thesis the impact of transparent parts of buildings envelope - its most interactive part -on the internal environment was studied. Knowledge about the functioning of internal environment and building envelope as well as previous experiences in the field of regulation of optical and thermal flows in buildings were the starting points in the formation of integrated regulation system of internal environment (IRsNO). Because of complex nature of interactions between users, internal and external environment use of fuzzy logic was adapted in the formation of IRsNO. Fuzzy logic makes the description of complex systems more intuitive than the classical methods. The presented automated system regulates internal thermal and visual comfort as well as air quality in correlation to the qualitative and quantitative preferences of users. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. VII Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ZAHVALE Hvala za vodenje in pomoč pri mojem podiplomskem študiju kot tudi pri izdelavi doktorske naloge mentorici doc. dr. Živi Kristl in somentorju prof. dr. Alešu Krainerju. Hvala staršem, družini, Ini, prijateljem, znancem in sodelavcem za podporo, vzpodbudo in razumevanje v trenutkih slabe volje. Ab imo pectore VIII Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. IX Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. VSEBINA 1 UVOD 1 1.1 Bioklimatsko načrtovanje in integralno reguliranje notranjega okolja 1 1.2 Notranje bivalno-delovno okolje 3 1.2.1 Vizualno udobje 5 1.2.1 Toplotno ugodje 6 1.2.3 Kvaliteta zraka 8 1.3 Regulacija bivalno-delovnih razmer 9 1.3.1 Mehka logika 13 1.4 Namen naloge 14 1.5 Metodologija 16 2 STAVBNI OVOJ IN INTERAKCIJA Z NOTRANJIM OKOLJEM 21 2.1 Interaktivnost stavbnega ovoja 21 2.2 Transparentni del stavbnega ovoja 25 2.2.1 Zasteklitev 25 2.2.1.1 Optične in termične lastnosti zasteklitev – problem izbora 27 2.2.1.2 Vpliv U faktorja zasteklitve 31 2.2.2 Senčila 39 2.2.2.1 Tipi premičnih senčil 41 2.2.2.2 Senčilo kot solarni kolektor 43 2.3 Analiza sistemov reguliranja notranjega okolja 47 2.4 Testni regulacijski sistem KAMRA 49 2.4.1 Značilnosti testne celice KAMRA 50 2.4.1.1 Geometrija testne celice 50 2.4.1.2 Elementi testne celice 51 2.4.2 Opis regulatorja sistema KAMRA 54 2.4.3 Eksperimentalni rezultati 59 2.5 Pregled drugih sistemov 61 2.5.1 Laboratorij za elektroniko Tehnične univerze na Kreti 61 2.5.1.1 Opis regulatorja 62 2.5.1.2 Eksperimentalni rezultati 63 2.5.2 LESO-PB (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) 64 2.5.2.1 Opis regulatorja 65 2.5.2.2 Eksperimentalni rezultati 67 2.6 Primerjava opisanih sistemov 68 2.6.1 Reguliranje osvetlitve 69 2.6.2 Reguliranje toplote 71 2.6.3 Uravnavanje med aspekti toplotne in svetlobne regulacije 75 2.7 Pomen odziva uporabnikov 76 2.8 Izkušnje 77 3 ZNAČILNOSTI TESTNEGA PROSTORA 79 3.1 Geometrijske in funkcionalne značilnosti testnega prostora IRsNO 79 3.1.1 Kabinet III/1 79 3.1.2 Gradbeno fizikalne karakteristike konstrukcijskih sklopov 83 X Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3.1.3 Uporaba prostora 85 3.1.3.1 Simulacija razpoložljive dnevne osvetlitve 86 3.1.3.2 Operativna temperatura prostora 93 3.2 Namen IRsNO 94 3.3 Struktura IRsNO 96 3.4 Merilno-regulacijska oprema IRsNO 98 3.4.1 Merilna oprema 100 3.4.1.1 Notranji pogoji 100 3.4.1.2 Zunanji pogoji 101 3.4.2 Oprema vodenja 102 3.4.3 Izvršni členi 105 3.4.3.1 Senčila 106 3.4.3.2 Umetna osvetlitev 108 3.4.3.3 Ogrevalni in hladilni elementi 108 3.4.3.4 Prezračevanje 110 4 INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA 113 OKOLJA 4.1 Avtomatsko vodenje razmer bivalno-delovnega okolja 113 4.1.1 Sistemi vodenja 114 4.1.2 Klasični regulatorji 115 4.1.2.1 Proporcionalni regulator 116 4.1.2.2 Integrirni in proporcionalno-integrirni regulator 116 4.1.2.3 Diferencirni in proporcionalno-integrirno-diferencirni regulator 117 4.1.3 Mehka logika 118 4.1.3.1 Mehke množice 119 4.1.3.2 Mehki operatorji 120 4.1.3.3 Mehki regulatorji 124 4.1.3.4 Postopek snovanja mehkih regulatorjev 127 4.2 Osnove za nastavitve regulacijskega sistema IRsNO 131 4.2.1 Eksperimenti s toplotno regulacijsko zanko 135 4.2.1.1 Mehki regulator fuzzy_rol_W 135 4.2.1.2 Mehki regulator fuzzy_rol_S 138 4.2.1.3 Mehki regulator fuzzPD_temp 141 4.2.1.4 Eksperimenti 142 4.2.1.5 Ocena uspešnosti regulacije temperaturnih pogojev 152 4.2.2 Eksperimenti s svetlobno regulacijsko zanko 154 4.2.2.1 Mehki regulator fuzzy_L1_E 155 4.2.2.2 Mehki regulator fuzzy_LP1 158 4.2.2.3 Eksperimenti 160 4.2.2.4 Ocena uspešnosti regulacije notranje osvetlitve 176 4.2.3 Eksperimenti s harmoniziranim delovanjem 178 4.2.3.1 Eksperimenti 179 4.2.3.2 Ocena harmonizirane regulacije 189 4.2.4 Zakonitosti toplotno-optičnega procesa v stavbah 191 4.3 Parametri oblikovanja sistema IRsNO 196 4.4 Nadzorna aplikacija IRsNO 201 4.5 Zagon sistema IRsNO 212 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XI Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.5.1 Osvetljenost prostora 214 4.5.2 Temperaturni odziv prostora 217 4.5.3 Kvaliteta zraka 219 4.6 Nastavitve mehkih regulatorjev IRsNO 221 4.6.1 Mehki regulator osvetljenosti 223 4.6.2 Mehki regulator temperature – režim ogrevanja 226 4.6.3 Mehki regulator temperature – režim hlajenja 228 4.7 Komentarji k sistemu IRsNO 230 5 ZAKLJUČEK 233 5.1 Sklep 233 5.1.1 Stavbni ovoj 236 5.1.2 Regulacija toplotno-optičnih procesov 238 5.1.3 Sistem IRsNO 239 5.2 Nadalnje delo 242 LITERATURA 245 PRILOGE (251) Priloga A: Primerjalna analiza vpliva U faktorja zasteklitve na dnevno (251) osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta Priloga B: Analiza vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na (259) notranje okolje 27-tih naključno izbranih objektov Priloga C: Analizirani eksperimenti sistema KAMRA (269) Priloga D: IDR shema zasnove vodenja sistema IRsNO (286) XII Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XIII Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. KAZALO SLIK 1 UVOD 1 Slika 1.1 Sistem formiranja notranjega bivalno-delovnega okolja. 4 Slika 1.2 Dejavniki oblikovanja regulacijskega sistema bivalno-delovnega 10 okolja. Slika 1.3 Shema zasnove sistema vodenja notranjega bivalno-delovnega okolja. 11 Slika 1.4 Diagram metodologije uporabljene pri razvoju integralnega sistema 17 notranjega delovno-bivalnega okolja. 2 STAVBNI OVOJ IN INTERAKCIJA Z NOTRANJIM 21 OKOLJEM Slika 2.1 Shema konceptualne delitve stavbnega ovoja v kontekstu zunanjega in 23 notranjega okolja. Slika 2.2 Osnovne karakteristike treh konfiguracij uporabljenih v analizi vpliva 33 U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta. Slika 2.3 Sprememba normirane letne porabe ogrevalne energije (?Qn / Au), 35 solarnih pritokov (?Qs) in transmisijskih izgub (?Qt) ob zamenjavi tipa zasteklitve. Slika 2.4 Primerjava spremenjene normirane letne porabe ogrevalne energije 35 (?Qn / Au) in povprečne osvetljenosti prostora z dnevno svetlobo na ekvinokcij (?Eav-eq). Slika 2.5 Primerjava spremembe porabe energije za ogrevanje in nivoja notranje 37 dnevne osvetlitve pri vzorcu 27-tih naključno izbranih objektih ob zamenjavi tipa zasteklitve. Objekti so klasificirani glede na nivo izmenjave zraka (n [1/h]), razmerja stranic (a:b) ter glede na to s koliko strani (1, 2, 3 strani) je obravnavan prostor osvetljen. Slika 2.6 Način delovanja senčila-solarnega kolektorja v dnevnem in nočnem 46 režimu. Slika 2.7 Aksonometrični prerez skozi testno celico KAMRA in prikaz njenih 51 osnovni geometrijskih in konstrukcijskih značilnosti. Slika 2.8 Shema sistema KAMRA s prikazanimi aktuatorji, regulacijsko in 53 merilno opremo ter osnovnimi povezavami. Slika 2.9 Poenostavljena bločna shema svetlobne in toplotno regulacijske zanke 57 sistema KAMRA. Slika 2.10 Bločna shema regulacijske veje sistema KAMRA za aktivacijo grelcev 58 in ventilatorja. 3 ZNAČILNOSTI TESTNEGA PROSTORA 79 Slika 3.1 Pozicija sobe 1 kabineta KSKE III/1 označena na fasadi stavbe FGG, 80 pogledane iz smeri Jamove ceste (jugozahod) in Lepega pota (zahod). Slika 3.2 Tloris in prerez sobe 1 kabineta KSKE III/1, v katerem je nameščen 82 IRsNO. Slika 3.3 Prostorski prikaz osnovnih geometrijskih značilnosti testnega prostora 83 IRsNO. XIV Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 3.4 Dispozicija notranje opreme v kabinetu KSKE III/1 z označenima 85 pozicijama obeh delovnih mest. Slika 3.5 Simulacija osvetljenosti prostora v štirih kritičnih dneh v letu. Za 87 izračun dnevne osvetljenosti je bil uporabljen program SPOTTM v3.1, ki je izračune izvršil ob uporabi CIE-standardnega oblačnega neba. Slika 3.6 Simulacija osvetljenosti prostora v štirih kritičnih dneh v letu. Za 91 izračun dnevne osvetljenosti je bil uporabljen program SPOTTM v3.1, ki je izračune izvršil ob uporabi CIE-standardnega jasnega neba. Slika 3.7 Shema strukture IRsNO s prikazanimi interakcijskimi povezavami 96 vplivov med zunanjim okoljem, uporabnikom, notranjim okoljem ter regulacijskim sistemom. Slika 3.8 Senzorska mreža sistema vodenja IRsNO. 99 Slika 3.9 Vgrajeni moduli PLC-ja; 1. napajalnik, 2. procesna enota, 3. 103 komunikacijski modul, 4. digitalni vhodi, 5. digitalni izhodi, 6. analogni vhodi. Slika 3.10 Pogled na operaterski pult MAC/MTA E200. 104 Slika 3.11 Dispozicija aktuatorjev sistema IRsNO v kabinetu KSKE III/1. Vsi 105 grelno-hladilni paneli (G/H panel) so na spodnji strani obloženi z 1.25 cm debelo mavčno kartonsko ploščo, razen G/H panel 2, ki je obložen z masivno kamnito ploščo debeline 2 cm ter G/H panel 3, ki je obložen z 1.5 cm ALU-kamnito kompozitno ploščo (3 mm kamna + 12 mm aluminijasto satovje). Slika 3.12 Detajl lamel in bočnega vodila venecianskih žaluzij tipa »KRPAN«. 107 Slika 3.13 Tloris in prerez grelno-hladilnega nizkotemperaturnega radiacijskega 109 panela, ki so nameščeni v kabinetu KSKE III/1. V tlorisnem pogledu so prikazani utori za razvod cevi. 4 INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA 113 OKOLJA Slika 4.1 Osnovna shema sistema vodenja. (Zupančič, 1996, str.: 2) 114 Slika 4.2 Bločni diagram zaprtozančnega regulacijskega sistema. (Zupančič, 114 1996, str.: 6) Slika 4.3 Predstavitev lingvistične spremenljivke temperatura v mehkem 120 prostoru. Slika 4.4 Inferenčni postopek mehkega odločanja pri dveh vhodnih signalih v0 in 125 u0. Uporabljen je MAX - MIN operator, za določitev končne izhodne vrednosti pa je bila uporabljena težiščna metoda. Slika 4.5 Shema osnovnega delnega postopka mehkega regulatorja s 128 pripadajočimi podpostopki. (Đonlaič, 1995, str.:53) Slika 4.6 Shema postopka Mamdanijevega in Larsenovega operatorja. 130 Slika 4.7 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke rad. 136 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/102) Slika 4.8 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke Etem. 136 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/102) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XV Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.9 Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju temperature za 137 zimski čas. Matrika predstavlja zapis ČE – POTEM pravil (IF – THEN) pri vhodnih parametrih rad (y os) in E_tem (x os) in izhodni veličini rolet (z os). Primer pravila: IF E_tem = LN pro (izbran logični operater) rad = VS THEN rolet = 100. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/103) Slika 4.10 Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno- 137 izhodnih povezav med količinami E_tem, rad in rolet pri mehkem regulatorju temperature za zimski čas. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Slika 4.11 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke rad. 138 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Slika 4.12 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke E_tem. 138 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Slika 4.13 Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju temperature za 139 poletni režim. Matrika predstavlja zapis ČE – POTEM pravil (IF – THEN) pri vhodnih parametrih rad (y os) in E_tem (x os) in izhodni veličini rolet (z os). (Trobec-Lah, 2003, str.: II/105) Slika 4.14 Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno- 139 izhodnih povezav med količinami E_tem, rad in rolet pri mehkem regulatorju temperature za poletni čas. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/106) Slika 4.15 Mehki vhodni prostor jezikovne spremenljivke E regulatorja 140 fuzzyPD_temp. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s enakostraničnimi trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/108) Slika 4.16 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke dE. 140 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s enakostraničnimi trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/108) Slika 4.17 Logična matrika odločanja pri mehkem fuzzPD_temp. Matrika 142 predstavlja zapis ČE – POTEM pravil (IF – THEN) pri vhodnih parametrih E (x os) in dE (y os). (Trobec-Lah, 2003, str.: II/109) Slika 4.18 Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno- 142 izhodnih povezav med količinami E, dE in U pri mehkem fuzzyPD_temp. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/109) Slika 4.19 Eksperiment z odprto roleto in izključenimi notranjimi viri prikazuje 144 temperaturni odziv notranjosti testne celice. Slika 4.20 Regulacija notranje temperature z pozicioniranjem rolete brez 146 vključenih dodatnih virov. Slika 4.21 Regulacija notranje temperature z notranjimi viri (grelci) ob 148 konstantno odprti roleti. Slika 4.22 Diagrama prikazujeta delovanje regulacijskega sistema KAMRA v 150 času eksperimenta v poznem pomladnem času ob regulaciji notranje temperature zraka s pozicijo rolete kot tudi aktivacijo ventilatorja in grelca. XVI Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.23 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke SP. 155 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Slika 4.24 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke ERR. 155 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Slika 4.25 Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju osvetljenosti testne 157 celice. Matrika predstavlja zapis ČE – POTEM pravil (IF – THEN) pri vhodnih parametrih ERR (y os) in SP (x os) in izhodni veličini Err. Primer pravila: IF SP = SS pro (izbran logični operater) ERR = MN THEN Err = 80. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/41) Slika 4.26 Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno- 157 izhodnih povezav med količinami SP, ERR in Err pri mehkem regulatorju osvetljenosti L1_E. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Slika 4.27 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke SP. 158 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Slika 4.28 Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke ERR. 158 Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostimi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Slika 4.29 Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju osvetljenosti. 159 Matrika predstavlja zapis ČE – POTEM pravil (IF – THEN) pri vhodnih parametrih ERR (y os) in SP (x os) in izhodni veličini Err. Primer pravila: IF SP = SS sum (izbran logični operater) ERR = MN THEN Err = 75. Logični operaterji pro (produkt) so na robovih zamenjani z operaterjem sum (vsota). (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Slika 4.30 Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno- 159 izhodnih povezav med količinami SP, ERR in Err pri mehkem regulatorju osvetljenosti testne celice. Sprememba nekaterih mehkih operaterjev pro v obliko sum se odraža v bolj razgibani površini lupine. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/52) Slika 4.31 Eksperiment z odprto roleto brez vključene regulacije osvetljenosti 162 nazorno kaže na trenutno odražanje sprememb v zunanjem vremenu na notranjih nivojih osvetljenosti. Slika 4.32 Poletni eksperiment z regulatorjem osvetlitve tipa fuzzy_L1_B. 164 Regulator v času trajanja eksperimenta ni zadovoljivo sledil referenčnim vrednostim. Slika 4.33 Diagram eksperimenta izvedenega v zgodnjem avgustu kaže na 166 primerno odzivnost regulatorja osvetljenosti, ki je zmožen slediti želenim notranjim nivojem osvetljenosti v zastavljenem tolerančnem območju. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XVII Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.34 Podobno kot pri predhodnem eksperimentu (EX-SVET-136) je tudi na 168 zgornjem diagramu vidna učinkovitost mehkega regulatorja fuzzy_L1_E. Med 12:00 in 15:00 je lepo viden izrazit padec direktnega sončnega sevanja, ki se je dogodil zaradi nastopa poletne nevihte. Slika 4.35 Zožano definicijsko območje vhodne mehke spremenljivke ERR pri 170 regulatorju fuzzy_L2_A povzroči bolj natančno sledenje referenčnim vrednostim notranje osvetljenosti. Slika 4.36 Graf prikazuje delovanje regulatorja fuzzy_LP1 z zoženim 172 definicijskim območjem ter spremenjenimi logičnimi operaterji. Razvidno je bolj tesno sledenje referenčnemu profilu ter hkrati bolj skokovito premikanje rolete. Slika 4.37 Prikaz delovanja mehkega regulatorja za osvetljenost (tip fuzzy_LP1) 174 v času jesenskega dneva med 3.30 in 16.00. Razvidno je zelo učinkovito in tesno sledenje referenčnim vrednostim – večja odstopanja se pojavljajo le ob skokovitih spremembah direktnega sončnega sevanja. Slika 4.38 Harmonizirana regulacija osvetljenosti in notranje temperature celice 180 KAMRA. Prikazana je notranja osvetljenost med 9.30 in 18.30. Iz diagrama je razvidno hitro in oscilirajoče gibanje rolete, kar se odraža tudi na nivoju notranje osvetljenosti. Slika 4.39 Harmonizirana regulacija osvetljenosti in notranje temperature celice 181 KAMRA. Prikazana je notranja temperatura zraka med 9.30 in 18.30. Iz diagrama je razvidno hitro in oscilirajoče gibanje rolete, kar pa se zaradi zakasnitve temperaturnega odziva ne odraža na krivulji notranje temperature zraka. Slika 4.40 Harmonizirana regulacija osvetljenosti in notranje temperature celice 183 KAMRA. Prikazana je notranja osvetljenot med 9.30 in 18.30. Očitni so nezaželjeni hitri premiki rolete, kar se odraža na notranji osvetljenosti celice. Slika 4.41 Harmonizirana regulacija osvetljenosti in notranje temperature celice 184 KAMRA. Prikazana je notranja temperatura zraka med 9.30 in 18.30. Vidni so hitri in zelo pogosti premiki rolete, kar pa se zaradi zakasnitve temperaturnega odziva celice ne odraža na krivulji notranje temperature zraka. Slika 4.42 Regulacija notranje osvetljenosti testne celice s premiki rolete, 186 temperatura notranjega zraka je uravnavana ločeno z grelci in ventilatorjem. Zaradi nizkih referenčnih vrednosti notranje osvetljenosti in visoke intenzitete sončnega sevanja je bila rolete večino dneva zaprta. Slika 4.43 Diagrama prikazujeta regulacijo notranje temperature z dodatnimi viri 187 ob sočasni regulaciji osvetljenosti celic s premikanjem rolete. S pomočjo izmenične aktivacije grelcev in ventilatorja, sistem uspešno sledi referenčnemu profilu notranje temperature zraka. Slika 4.44 Prikaz količine in razmerja direktnega in difuznega sončnega sevanja v 191 poletnem času. Slika 4.45 Prikaz količine in razmerja direktnega in difuznega sončnega sevanja v 192 zimskem času. XVIII Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.46 Vpliv sončnega sevanja na notranje in zunanje temperature zraka. 193 Slika 4.47 Kombiniran vpliv sončnega sevanja in odstopanj zunanjih temperatur 195 od notranjih (želenih) temperatur. (Furlan, 1999, str.: 123) Slika 4.48 Vstopno okno v računalniški nadzorni aplikaciji IRsNO. 203 Slika 4.49 Okno »Main« je glavno okno aplikacije IRsNO, na katerem so 204 predstavljene vse merjene in želene količine ter stanja aktuatorjev. Slika 4.50 V oknu »Trendi« so grafično prikazani trendi izbranih merjenih 205 količin. Slika 4.51 V oknu »Eksperiment« je omogočeno zaganjanje in shranjevanje 206 predhodno definiranih eksperimentov, prikazane so želene vrednosti definirane v eksperimentu ter tudi trenutne vrednosti. Slika 4.52 V oknu »Regulator« je uporabniku z administratorskimi pravicami 207 omogočeno spreminjanje režimov, referenčnih vrednosti, histereznih zank ter načinov vodenja (ročno, avtomatsko). Slika 4.53 V tabeli »Alarmi« je možen pregled in potrditev vseh izbranih alarmov 208 ali samo posameznega alarma sistema. Alarmi uporabnika opozarjajo na delovanje sistema, ki je bilo sproženo zaradi nepričakovanih dogodkov kot je dež, močan veter in podobno. Slika 4.54 Zgodovina alarmov omogoča ogled alarmnih sporočil za poljuben 209 razpon datumov v preteklosti. Slika 4.55 Osnovni podmeni za dostop do urnikov sistema IRsNO. 210 Slika 4.56 Meni za vnos urnikov omogoča časovno določevanje urnikov za vsak 210 dan posebej ali pa za skupine dni z istimi značilnostimi (npr.: delavniki, prazniki). Slika 4.57 Urejevalnik urnikov, v katerem je možno definirati časovno način 211 delovanja sistema. Slika 4.58 Primerjava med notranjo osvetljenostjo delovnega prostora 2 in 214 zunanjo osvetljenostjo. Pričujoči dan je bil izredno oblačen z občasnimi snežnimi padavinami. Slika 4.59 Notranja osvetljenost na obeh delovnih mestih. 215 Slika 4.60 Notranja osvetljenost na obeh delovnih mestih ob vključeni avtomatski 216 regulaciji notranje osvetljenosti prostora kabineta KSKE. Slika 4.61 Notranja in zunanja temperatura s prikazanima želenima vrednostima v 217 delovnem času (T-setpoint-del) in nočnem času (T-setpoint-red). Slika 4.62 Korelacija med notranjo in zunanjo relativno vlažnostjo zraka. Manjši 218 skoki v drugače konstantnem nivoju notranje vlažnosti zraka so posledica prezračevanja. Slika 4.63 Prikaz vsebnosti CO2 v kabinetu KSKE III/1 prikazuje vpliv 219 uporabnikov, prezračevanja in nezrakotesnosti ovoja stavbe. Slika 4.64 Z uporabniki močno obremenjen prostor, viden je učinek avtomatskega 220 prezračevanja prostora s sistemom IRsNO. Slika 4.65 Vhodna spremenljivka SP-T mehkega regulatorja IRsNO_ill_1. 224 Slika 4.66 Vhodna spremenljivka ER mehkega regulatorja IRsNO_ill_1. 224 Slika 4.67 Matrika odločitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO_ill_1. 225 Slika 4.68 Vhodna spremenljivka RAD mehkega regulatorja IRsNO_temp_o. 226 Slika 4.69 Vhodna spremenljivka ER-T mehkega regulatorja IRsNO_temp_o. 226 Slika 4.70 Matrika odločitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO_temp_o. 227 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XIX Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.71 Vhodna spremenljivka RAD mehkega regulatorja IRsNO_temp_h. 229 Slika.4.72 Vhodna spremenljivka ER-T mehkega regulatorja IRsNO_temp_h. 229 Slika 4.73 Matrika odločitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO_temp_h. 230 XX Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XXI Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. KAZALO PREGLEDNIC 2 STAVBNI OVOJ IN INTERAKCIJA Z NOTRANJIM 21 OKOLJEM Preglednica 2.1 Karakteristike zasteklitev. Podatki veljajo za proizvode podjetja 29 Pilkington in so izračunani s pomočjo Pilkington Spectrum v02.01.01 [Pilkington SpectrumTM 2007] računalniške aplikacije, ki pri izračunu vrednosti U, ?v in g upošteva standarda EN 673 [EN 673 1997] in EN 410 [EN 410 1998]. Izračuni veljajo za čista stekla ob pravokotnem vpadu sočnega sevanja. Preglednica 2.2 Primerjava osnovnih značilnosti treh opisanih sistemov 70 regulacije notranjega okolja –način harmonizacije, način optimizacije in eksperimentalni rezultati. Preglednica 2.3 Primerjava osnovnih značilnosti treh opisanih sistemov 72 regulacije notranjega okolja – načina regulacije toplotnih in svetlobnih tokov. 3 ZNAČILNOSTI TESTNEGA PROSTORA 79 Preglednica 3.1 Osnovne dimenzijske karakteristike testnega prostora IRsNO. 81 An – površina netransparentnih elementov, At – površina transparentnih elementov stene. Preglednica 3.2 Značilnosti in sestava netransparentnih konstrukcijskih sklopov. 84 Preglednica 3.3 Značilnosti in sestava transparentnih konstrukcijskih sklopov. 84 Preglednica 3.4 Izvleček rezultatov simulacije dnevne osvetljenosti obeh 88 delovnih mest v prostoru kabineta KSKE III/1 pri CIE-standardnem oblačnem nebu. Preglednica 3.5 Osončenost oziroma osenčenost okna v kabinetu KSKE III/1 v 88 času zimskega solsticija. Preglednica 3.6 Osončenost oziroma osenčenost okna v kabinetu KSKE III/1 v 89 času spomladanskega in jesenskega ekvinokcija. Preglednica 3.7 Osončenost oziroma osenčenost okna v kabinetu KSKE III/1 v 90 času poletnega solsticija. Preglednica 3.8 Izvleček rezultatov simulacije dnevne osvetljenosti obeh 92 delovnih mest v prostoru kabineta KSKE III/1 pri CIE-standardnem jasnem nebu. Preglednica 3.9 Izvleček kriterijev za načrtovanje notranjih bivalnih pogojev 94 predlaganih v standardu CR 1752 za samostojne (celične) pisarne. Definirane so tri kategorije z različnimi odstotki nezadovoljnih uporabnikov (PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied) ob zasedenosti 0.1 oseb/m2 in stopnji aktivnosti 1.2 met. Preglednica 3.10 Oznake in karakteristike vgrajenih modulov PCL-ja sistema 102 IRsNO. XXII Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4 INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA 113 OKOLJA Preglednica 4.1 Posplošeni operatorji osnovnih operacij. 123 Preglednica 4.2 Povzetek eksperimentalnega dela in rezultatov sistema 132 KAMRA. Preglednica 4.3 Pomen na diagramih označenih in predstavljenih veličin. 143 Preglednica 4.4 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 147 TEMP-019. Preglednica 4.5 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 149 TEMP-098. Preglednica 4.6 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 151 TEMP-056. Preglednica 4.7 Ocena različnih načinov reguliranja notranjih temperaturnih 153 pogojev v testni celici KAMRA. Preglednica 4.8 Pomen na diagramih označenih in predstavljenih veličin. 161 Preglednica 4.9 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 165 SVET-132. Preglednica 4.10 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 167 SVET-136. Preglednica 4.11 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 169 SVET-137. Preglednica 4.12 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 171 SVET-141. Preglednica 4.13 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 173 SVET-147. Preglednica 4.14 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 175 SVET-148. Preglednica 4.15 Ocena različnih načinov reguliranja notranje osvetljenosti 177 pogojev v testni celici KAMRA. Preglednica 4.16 Pomen na diagramih označenih in predstavljenih veličin. 179 Preglednica 4.17 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 182 HARM-027. Preglednica 4.18 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 185 HARM-028. Preglednica 4.19 Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX- 189 SVET-013. Preglednica 4.20 Ocena načinov harmonizirane regulacije notranjega okolja celice 190 KAMRA. Preglednica 4.21 Vpliv sončnega sevanja na notranje temperaturno okolje stavbe. 194 Prikazana je relacija med absolutnimi vrednostimi in opisnimi oziroma mehkimi definicijami. Preglednica 4.22 Vpliv zunanjih temperatur na notranje okolje definirano s 194 pomočjo razlike med notranjo in zunanjo temperaturo (?T). Prikazana relacija definira povezave med opisnimi in absolutnimi vrednostimi. Preglednica 4.23 Oris osnovnih parametrov vodenja osvetljenosti kabineta KSKE 197 III/1. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XXIII Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 4.24 Oris osnovnih parametrov vodenja temperature kabineta KSKE 199 III/1. Preglednica 4.25 Oris osnovnih parametrov vodenja kvalitete zraka kabineta 200 KSKE III/1. XXIV Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. XXV Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. KAZALO PRILOG PRILOGE Priloga A: Primerjalna analiza vpliva U faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta Priloga B: Analiza vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na notranje okolje 27-tih naključno izbranih objektov Priloga C: Analizirani eksperimenti sistema KAMRA Priloga D: IDR shema zasnove vodenja sistema IRsNO XXVI Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi uporabe mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 1 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 1 UVOD 1.1 Bioklimatsko načrtovanje in integralno reguliranje notranjega okolja Oblikovanje in načrtovanje energetsko učinkovitih zgradb postaja vse bolj pereč problem gradbene stroke in širšega sociološko-ekonomskega okolja. To področje pa poleg tega, da predstavlja veliko težavo sodobnega graditeljstva, odpira tudi številne priložnosti za aplikacijo novih in inovativnih konceptov, prav tako pa tudi novih tehnologij. Kot nujno se za dosego cilja energetske učinkovitosti izkaže upoštevanje načel bioklimatskega načrtovanja stavbe, kar predvideva izkoriščanje klimatsko-geomorfoloških značilnosti makro, mezo in mikro lokacije stavbe. To omogoča učinkovito zmanjšanje energetske porabe že na nivoju same zasnove stavbe brez dodatnih tehnoloških posegov. Zgodovinsko gledano bioklimatski pristop k oblikovanju ter izbiri bivalnega in delovnega okolja ne predstavlja sodobne inovacije, ampak spremlja človeka že od časov paleolitskih lovcev in nabiralcev, ki so s posebno skrbnostjo izbirali svoja naravna zavetišča (jame). V umetno ustvarjenem, grajenem okolju se principi bioklimatskega načrtovanja pojavljajo že v prvih človeških stalnih naselbinah z začetka neolitske revolucije pred približno 15000 leti. Natančno in zavestno razumevanje pretoka energije skozi stavbo in njeno interakcijo z okolico v pisnih virih prvič srečamo v času antične Grčije v tako imenovanem konceptu »Sokratove hiše« [Xenophon 1997]. Podobno 400 let kasneje rimski arhitekt Vitruvij poda natančna navodila za oblikovanje bivalnih prostorov, temelječih na poznavanju značilnosti lokacije in vpliva energetskih tokov v stavbi. Prav Vitruvijevo delo Deset knjig o arhitekturi [Vitruvius 2002] kot edini ohranjeni antični arhitekturni traktat ključno vpliva na nadaljnji razvoj bioklimatskih principov v evropskem arhitekturnem prostoru. S pomočjo tega teksta se antična spoznanja o oblikovanju bioklimatskega grajenega prostora v času renesanse zasidrajo v mišljenje in ravnanje evropskih arhitektov, ki jih nadalje razvijajo in širijo. Z začetkom industrializacije pa se zaradi dostopnosti energetskih virov prične izločevanje stavb iz interakcijskega sistema okolje – stavba – človek, kar posledično vodi do večje energetske potratnosti objektov. S prvo energetsko krizo v 70. letih prejšnjega stoletja in s trenutno tendenco k energetski učinkovitosti zaradi globalnega segrevanja in pomanjkanja energetskih 2 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. virov bioklimatsko oblikovanje spet prodira v arhitekturo in graditeljstvo ter s tem omogoča že na nivoju zasnove objekta zmanjševanje porabe fosilnih goriv in emisij toplogrednih plinov ter tudi znižanje stroškov delovanja in vzdrževanja stavbe. Najbolj razširjen in obilen energetski vir, ki ga lahko izkoristimo za zmanjšanje porabe klasičnih energentov v grajenem okolju, je seveda sonce. Poleg zelo razširjenega energetskega vira pa sonce predstavlja tudi vir dnevne svetlobe, ki primarno vpliva na kvaliteto bivalnega okolja, ker omogoča višjo storilnost ter na splošno izboljšuje počutje uporabnikov prostorov. Prav kombinacija toplotnega in svetlobnega vpliva sonca je najpomembnejši in hkrati tudi najkočljivejši vidik bioklimatskega načrtovanja stavb in bivalnega okolja. V notranjem grajenem okolju namreč velikokrat prihaja do nasprotujočih si zahtev glede osvetljenosti in toplotnega ugodja (npr.: v poletnem času se v prostorih pojavlja potreba po dnevni osvetlitvi ter tudi preprečevanju vstopa sončnega sevanja zaradi pregrevanja). Zato je nujno omogočiti primerno uskladitev toplotnega in optičnega vpliva sončnega sevanja tako, da ni negativnih vplivov na bivalno okolje, saj lahko to v nasprotnem primeru vodi do nerazumnega odziva uporabnikov, kot sta zasenčenost oken in prižgana umetna osvetlitev v sončnem vremenu. Kot najbolj primeren način uravnavanja toplotnih in optičnih energetskih tokov skozi transparenten del ovoja stavbe se je že v preteklosti izkazala aplikacija fleksibilnih elementov, ki lahko selektivno prepuščajo ali zadržujejo sončno sevanje. S tem so predvsem mišljeni različni tipi premičnih zunanjih senčil na transparentnih delih ovoja stavbe ali pa uporaba naprednih tipov zasteklitev, kot so elektrokromna ali gasokromna stekla. Te naprave skupaj s transparentnimi deli ovoja stavbe predstavljajo kontinuirani vmesnik med zunanjim okoljem in notranjim bivalnim prostorom stavbe. Namen takšnega vmesnika je regulacija vplivov med dvema okoljema, pri čemer ima notranje okolje specifične bivalne zahteve, ki jih želimo zagotoviti s pomočjo dinamične regulacije stavbnega ovoja glede na zunanje danosti. Gledano s tehnološkega vidika, vmesnik predvsem uravnava pretok toplotne energije, dnevne svetlobe, stratifikacijo in kvaliteto zraka ter ob zadovoljivem nivoju avtomatske regulacije tvori učinkovit sistem uravnavanja notranjega okolja. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 3 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 1.2 Notranje bivalno-delovno okolje Človek s svojo dejavnostjo ustvarjanja umetnih prostorov bivanja in delovanja organizira sisteme, ki mu omogočajo učinkovitejše funkcioniranje znotraj sociološko-ekonomskega sistema človeške družbe. Ti sistemi pa niso diskretni in ločeni od naravnega okolja, ampak predstavljajo ključni element v povezavi okolje – stavba – človek. Prav zaradi vpetosti notranjega grajenega okolja med zunanje danosti in notranje zahteve uporabnikov predstavlja takšen sistem kompleksno izmenjavo energetskih tokov in snovi, ki ob zadostni kontroli omogočajo vzdrževanje metastabilnega stanja ugodnih bivalnih razmer ter primerno vpetost v prostorsko-časovne komponente človeške družbe. Notranje okolje predstavlja presek uporabnikovih želja z zunanjimi naravnimi danostmi specifične lokacije stavbe ter mora velikokrat uskladiti veliko število pogosto kontradiktornih danosti in zahtev (Slika 1.1). Ključnega pomena pri oblikovanju notranjega okolja je tako primeren in pravilno zasnovan zunanji ovoj stavbe, ki z različnimi elementi omogoča usklajevanje notranjih in zunanjih pogojev. Takšen vmesnik s pomočjo svojega delovanja in dovajanja potrebne energije v sistem notranjega bivalnega okolja predstavlja celovito rešitev zagotavljanja želja uporabnikov. Ključni faktorji za oblikovanje notranjega okolja z vidikov ugodnega počutja uporabnikov so: • vizualno udobje [ISO 8995 1989]: dnevna osvetlitev, umetna osvetlitev, nivo osvetlitve, enakomernost osvetlitve, kontrast, bleščanje, migetanje, pogled, barvno odražanje; • toplotno ugodje [CR 1752 1998]: temperatura zraka, temperatura površin, sevanje, hitrost premikanja zraka, nivo metabolizma uporabnikov, faktor obleke uporabnikov, relativna vlažnost zraka; • kvaliteta zraka [CR 1752 1998]: količina polutantov (CO2, SO2, NOx, kancerogene spojine ...), prisotnost plesni, vonji, relativna vlažnost zraka, hitrost izmenjave zraka; • prostorska akustika: reverberacijski čas, rezidenčni šum, zvočna izolativnost; • ergonomija prostora: oblika prostora, razmerja prostora, materiali, oprema, barve, orientacija prostora. 4 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Iz zgoraj naštetih faktorjev vpliva je očitno, da ne gre za med seboj nepovezane vplive, ampak da sistem notranjega okolja vsebuje številne interakcijske in povratne povezave. Kljub temu pa lahko ob določenih predpostavkah zmanjšamo število različnih vplivnih faktorjev na obvladljivejše število. Tako lahko ob predpostavki, da se zahtevam prostorske ergonomije zadovoljivo ugodi v času načrtovanja in izvedbe stavbe, ta aspekt notranjega okolja obravnavamo kot pasivni faktor in ga je možno obravnavati kot danost prostora. Na podoben način lahko obravnavamo tudi prostorsko akustiko, ki jo je kot pri prostorski ergonomiji mogoče zagotoviti na nivoju lastnosti prostora oziroma stavbe. Nasprotno pa vizualno udobje, toplotno ugodje in kvaliteta zraka predstavljajo izrazito dinamične vplivne faktorje, ki potrebujejo dinamično obravnavo pri regulaciji notranjega okolja. S pomočjo teh predpostavk se lahko pri oblikovanju integralnega regulacijskega sistema notranjega okolja oziroma krajše IRsNO (Raziskovalni program Konstrukcije v gradbeništvu – obnovljivi viri energije, MŠZŠ RS 2004-2008) osredotočimo na dinamične vplivne faktorje ter z njihovo pomočjo ob Slika 1.1: Sistem formiranja notranjega bivalno-delovnega okolja. Fig. 1.1: Formation of internal living-working environment. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 5 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. upoštevanju zunanjih klimatskih danosti omogočimo učinkovito regulacijo bivalno-delovnega okolja. 1.2.1 Vizualno udobje Zagotavljanje vizualnega udobja v bivalnih in delovnih prostorih je ključnega pomena za funkcioniranje samega sistema notranjega okolja in predstavlja eno od primarnih zahtev za zadovoljivo počutje uporabnikov. Osvetljevanje prostorov lahko razdelimo na dva tipa, in sicer glede na izvor na dnevno in umetno svetlobo, pri čemer poskušamo s pomočjo bioklimatskega oblikovanja omogočiti maksimalno izkoriščanje razpoložljive dnevne svetlobe. Umetna osvetlitev tako predstavlja vir osvetljevanja v času, ko dnevna svetloba ni na voljo (nočni čas) ali pa je njena intenziteta nezadovoljiva (oblačno vreme). V tem kontekstu bomo pri oblikovanju IRsNO-ja primarno obravnavali regulacijo vizualnega udobja s kvaliteto in kvantiteto dnevne svetlobe, umetno svetlobo pa bomo upoštevali kot dodatni pomožni ukrep. Skozi zgodovino oblikovanja grajenega okolja se je dnevna svetloba izkazala kot ključni faktor pri vzpostavljanju kvalitetnega bivalnega okolja, a sta se šele z nedavnimi raziskavami na področju fiziologije in fotobiologije dokazala njena neizpodbitna pomembnost pri cirkadianem ritmu ter posledično njen vpliv na zdravje in mentalne funkcije človeka. Dokazana je bila povezava med izpostavljenostjo svetlobi v frekvenčnem območju od 446 do 477 nm, kar v grobem odgovarja spektru modrega neba, in proizvodnjo hormona melatonina, ki uravnava spalni cikel in miselno zbranost [Brainard et al. 2001]. S pomočjo pravilne uporabe dnevne svetlobe v stavbah [Ander 2003] [Kladnik et al. 1997] je tako mogoče doseči boljše delovne in bivalne pogoje ter tudi znižati porabo energije za osvetljevanje in ogrevanje prostorov. Pozitivni vplivi dnevne svetlobe na ljudi v notranjem okolju so bili neizpodbitno dokazani s Heschong Mahoney Group (HMG) študijo [Ander 2003] [Heschong 2003a 2003b 2003c], objavljeno leta 2003. Ta je dokazala neposreden vpliv dnevne svetlobe na kvaliteto učenja pri učencih v osnovnih šolah kot tudi vpliv dnevne svetlobe na prodajo v trgovinah. V šolah je obširna primerjava med 2000 učilnicami v treh različnih okoljih (urbano – Seattle, suburbano – San Juan Capistrano, podeželsko mesto – Fort Collins) neizpodbitno dokazala, da so učenci v učilnicah z največjim deležem dnevne svetlobe bolje napredovali pri učnem 6 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. procesu. Dejanski rezultati so pokazali 20 % boljše rezultate pri standardiziranih matematičnih testih in 26 % hitrejše napredovanje pri branju in pisanju za učence, ki so obiskovali učilnice z velikim deležem dnevne svetlobe. Podobno se je pri primerjavi trgovin s strešnimi okni ali brez njih izkazalo, da bi se prodaja v trgovinah, ki nimajo vgrajenih strešnih oken, ob vgraditvi le-teh povečala v povprečju za neverjetnih 40 %. Kljub vsem pozitivnim učinkom dnevnega osvetljevanja v notranjem okolju je pri uporabi in načrtovanju grajenih sistemov potrebna previdnost, saj lahko nepravilna uporaba dnevne svetlobe vodi do izrazito negativnih vplivov na uporabnike. Predvsem je potrebno poudariti, da samo dovolj velika kvantiteta dnevne svetlobe še ne pogojuje vizualnega udobja v bivalno-delovnem okolju, prav nasprotno- takšen pristop lahko vodi do nezaželenih rezultatov pri energetski učinkovitosti stavbe (pregrevanje v poletnem času ter velike transmisijske izgube v zimskem času) ter tudi do slabega počutja pri uporabnikih zaradi neugodnega osvetljevanja. Posledica tega so izrazito neprimerni odzivi uporabnikov, saj zaradi neprimerne osvetlitve z dnevno svetlobo popolnoma zastrejo okna in skozi celoten dan raje uporabljajo umetno osvetlitev [Kolokotsa et al. 2000]. Prav zato je nuja po primernem bioklimatskem načrtovanju in reguliranju dnevne osvetlitve toliko bolj pomembna, saj gre v končni fazi za razliko med »dobrim« in »slabim« sistemom notranjega okolja. 1.2.2 Toplotno ugodje Toplotno ugodje uporabnikov v delovnih in bivalnih prostorih je neposredno povezano s sončnim sevanjem in soncem kot primarnim energetskim virom, ki dovaja toplotno energijo v sistem notranjega okolja. S tem je toplotno ugodje uporabnikov v večini primerov integrirano s sistemom dneve osvetlitve. Ker pa zunanji klimatski pogoji zaradi svojih dinamično-cikličnih sprememb večinoma onemogočajo vzdrževanje zaželenih notranjih temperaturnih pogojev le z izkoriščanjem sončnega sevanja, je potrebno v sistem notranjega okolja dovesti dodatno toplotno energijo. Uravnavanje dodatno dovedene energije, izkoriščanja razpoložljivega sončnega sevanja in primerne dnevne osvetlitve je ključnega pomena za formuliranje učinkovitega in primernega sistema toplotnega ugodja bivalno-delovnega okolja. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 7 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. V zgodovinskem razvoju človeka je mogoče spremljati težnjo konstantnega zmanjševanja tolerančnega območja sprejemljivih temperaturnih pogojev v notranjem okolju. Tako si je že prazgodovinski človek v paleolitiku z iskanjem primerno orientiranih jam in uporabo ognja ter obleke poskušal ustvariti sistem bivalnega okolja, ki je imel manjša temperaturna nihanja od okolice. Oblikovanje temperaturno primernega notranjega okolja je s pomočjo tehnološko napredno oblikovanega stavbnega ovoja ter s široko dostopnostjo energetskih virov omogočilo, da dandanes ljudje le relativno ozek razpon temperatur obravnavamo kot temperaturno ugoden. Kot temperaturno ugodno okolje se v večini primerov definira okolje, v katerem nam ni niti prevroče niti prehladno oziroma je termoregulacijski sistem telesa najmanj obremenjen [Trobec-Lah 2003]. Kljub vsemu pa definiranje temperaturnega ugodja s pomočjo načina »niti-niti« le malo pove o tem, kaj dejansko je temperaturno ugodje. Na splošno bi lahko dejali, da temperaturno ugodje variira od osebe do osebe in je odvisno od stopnje metabolizma, obleke, hitrosti premikanja zraka in sevalne asimetrije prostora [CR 1752 1998] ter tako rezultat mnogih med seboj interaktivno povezanih vplivnih faktorjev. Za dovolj veliko število uporabnikov je seveda mogoče določiti statistične vrednosti, ki definirajo temperaturno prijetno okolje za »večino« uporabnikov, vendar se je potrebno zavedati, da pri takšnem načinu vedno ostane »manjšina«, ki je s takšnim okoljem nezadovoljna. Končni cilj reguliranja notranjega okolja bi moral biti personalizacija želja posameznika in ne le zadovoljitev želja večine na račun manjšine [Krainer et al. 2008]. Zaradi vpetosti toplotnega ugodja v kontekst sončnega sevanja in s tem tesne povezanosti z vizualnim ugodjem je pri zagotavljanju ugodnih temperaturnih pogojev v notranjem okolju potrebno posvetiti posebno pozornost interakcijam med tema dvema aspektoma notranjih bivalnih razmer. Predvsem se je potrebno izogniti potencialni pasti pri pretiranem zmanjševanju transmisijskih izgub skozi zasteklitve, saj lahko takšen ukrep posledično vodi do nezadovoljive kvantitete in kvalitete osvetlitve z dnevno svetlobo. Prav tako je potrebna pozornost pri pretirano velikem deležu transparentnih površin, saj lahko sončno sevanje vodi do pregrevanja prostora in posledično do velike porabe energije za hlajenje. Pri izbiri sistema za dodatno ogrevanje in ohlajevanje bivalno-delovnega okolja imajo načrtovalci na voljo velik spekter različnih sistemov. Na splošno pa so se na lokacijah z zmerno klimo kot najučinkovitejši in tudi najprijetnejši za uporabnikovo počutje izkazali 8 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. nizkotemperaturni radiacijski sistemi [Imanari et al. 1999] [Roulet et al. 1999] v obliki stropnega, talnega ali stenskega ogrevanja. Prednost teh sistemov je tudi, da se lahko uporabljajo za hidronično hlajenje in s tem zmanjšajo potrebo po klimatizaciji prostorov [Jeong, Mumma 2007] [Vangtook, Chirarattananon 2006]. 1.2.3 Kvaliteta zraka Poleg vizualnega in toplotnega ugodja na primerne bivalno-delavne razmere v notranjem okolju močno vpliva tudi prisotnost različnih motečih in škodljivih spojin v notranji atmosferi. Slednja tako predstavlja potencialen razlog za neugodje uporabnikov na dveh ravneh, in sicer kot vir neprijetnega postanega zraka (zaznavna obremenitev) ter kot vir zdravju škodljivih kemičnih spojin (kemična obremenitev) [CR 1752 1998]. Glavni izvor onesnaževanja notranjega olfaktoričnega okolja predstavljajo uporabniki in dejavnosti, ki jih le-ti opravljajo v stavbah. Dodatno pa lahko onesnažujejo zrak tudi v stavbo vgrajeni materiali, oprema, skladiščene kemikalije in slabo vzdrževani ali napačno načrtovani prezračevalni in klimatizacijski sistemi. Zaradi prisotnosti velikega števila kemičnih spojin v grajenem okolju in nepoznavanja njihovega vpliva na zdravje ljudi je ocena kemične obremenitve notranje atmosfere v večini primerov prezahtevna naloga za splošno aplikacijo pri reguliranju notranjega okolja. Izjema je predvsem okolje, v katerem pričakujemo obremenjenost z dokazano nevarnimi polutanti, kot so azbest, formaldehidi, vinil klorid, benzen, svinec, toluen in druge strupene snovi, a tudi pri teh substancah je edini sprejemljiv ukrep odstranitev vira. Popolnoma drugače je pri zaznavni obremenitvi notranje atmosfere, kjer gre predvsem za kontaminacijo notranjega zraka s človeškimi biopolutanti. Najpomembnejši biopolutant v grajenem okolju je CO2, ki ga proporcionalno njihovi metabolni stopnji oddajajo uporabniki notranjega okolja in se je kot takšen izkazal kot zelo zanesljiv pokazatelj koncentracije onesnaženosti notranje atmosfere [CR 1752 1998]. Kljub vsemu pa spremljanje koncentracije ogljikovega dioksida ni zadosten ukrep, kadar pričakujemo, da se bodo v prostoru pojavljale tudi druge nevarne spojine (ogljikov monoksid, radon ...), ki niso povezane s stopnjo uporabnikovega metabolizma. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 9 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Iz praktičnih razlogov se je v večini primerov, ko sta vir onesnaženja zraka v notranjem okolju človek in njegov metabolizem, izkazalo kot zadosten ukrep spremljanje koncentracije CO2 in posledično prilagajanje stopnje prezračevanja prostora. Z zadostnim prezračevanjem je mogoče znižati koncentracijo CO2 pod mejo, ki jo večina uporabnikov zazna kot neprijetno (460 ppm) v primerjavi z zunanjim zrakom. Način izmenjave zraka z zunanjostjo se lahko izvaja s pomočjo naravnega ali umetnega prezračevanja na nivoju celotne stavbe ali pa lokalno znotraj posamičnih prostorov. Vse oblike prezračevalnih sistemov so lahko regulirane avtomatsko ali ročno s strani uporabnikov, pri čemer je ročna regulacija zaradi sposobnosti adaptacije ljudi danim pogojem v večini primerov neučinkovita. Pri formuliranju prezračevalnih sistemov stremimo k lokalnim prezračevalnim sistemom, saj ti omogočajo večjo fleksibilnost in prilagodljivost notranjim zahtevam kot centralizirani sistemi. Psihološki vpliv možnosti odpiranja oken in s tem prezračevanja je potrdila HGM-študija, ki je pokazala, da lokalno prezračevanje s pomočjo odpiranja oken predstavlja pozitiven vpliv na uporabnike. Tako so učenci v učilnicah, kjer so se lahko okna odpirala, v primerjavi s kolegi v učilnicah brez oken na odpiranje in z vgrajenim mehanskim prezračevanjem povprečno dosegali za 8 % boljše učne uspehe [Ander 2003] [Heschong 2003b]. Potrebno je poudariti, da gre v tem primeru za psihološki vpliv samega odpiranja oken in ne za boljši učinek prezračevanja, saj je le-to v primeru popolne ročne regulacije slabše od avtomatskega. Glede na opisane značilnosti bi optimalen prezračevalni sistem deloval lokalno z avtomatsko regulacijo, po možnosti z omogočenim odpiranjem oken. Vendar je pri uporabi naravnega prezračevanja z zunanjim zrakom potrebna previdnost, saj je le-to neprimerno na območjih, kjer je zunanji zrak močno onesnažen, s čimer predstavlja vir onesnaženja notranjega okolja. V takšnih primerih je smiselna oziroma nujna uporaba mehanskega prezračevanja s filtriranjem zunanjega zraka. 1.3 Regulacija bivalno-delovnih razmer Ker uravnavanje notranjega okolja ni ločeno od zunanjih klimatskih razmer, je za primerno zagotavljanje notranjih ugodnih bivalnih pogojev nujna interakcija z zunanjostjo. Zato bivalno-delovnega okolja ni mogoče obravnavati kot ločen samostojen sistem, ampak je nujna obravnava v širšem kompleksnem kontekstu celotnega naravnega in grajenega okolja. Za dosego učinkovite interakcije je primarnega pomena vzpostavitev vmesnika med notranjim in 10 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. zunanjim okoljem, katerega funkcijo v kontekstu stavb opravlja zunanji ovoj, in sicer tako njegovi transparentni kot tudi netransparentni deli. Ker zaradi dinamike procesov v zunanjem okolju in nivoja trenutne tehnologije gradnje, netransparentni del ovoja stavbe izraža počasnejšo dinamiko v primerjavi s transparentnimi deli stavbnega ovoja, lahko trdimo, da se večina dinamičnih interakcij med zunanjim in notranjim okoljem opravi na nivoju transparentnega dela ovoja (Slika 1.2). Vmesnik med notranjim in zunanjim okoljem ni le pod stalnim vplivom izrazito dinamičnih in nelinearnih sprememb zunanjih pogojev, ampak je enakovredno obremenjen tudi z notranjimi zahtevami uporabnikov, ki so v veliki meri v nasprotju z zunanjimi danostmi. Takšna kontradiktornost interakcij vplivov in zahtev zahteva izrazito fleksibilnost ter odzivnost sistema, ki ga omogočata pravilno oblikovan transparenten del ovoja (zasteklitev, senčila ...) ter tudi zadovoljiv način kontrole delovanja (reulacijski sistem s primerno dinamiko delovanja). Nestacionarnost, kontradiktornost in nesorazmerje pri prenosu optičnih in termičnih tokov skozi transparenten del stavbnega vmesnika zahtevajo primeren nivo uravnavanja procesov s pomočjo delovanja elementov stavbnega vmesnika, ki lahko ob povezavi z drugimi ključnimi elementi regulacije notranjega okolja (ogrevanje, hlajenje, prezračevanje) in z zadovoljivim nivojem avtomatizacije dosežejo učinkovito bivalno-delovno okolje (Slika 1.3). Slika 1.2: Dejavniki oblikovanja regulacijskega sistema bivalno-delovnega okolja. Fig. 1.2: Formation factors of regulating system of internal living-working environment. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 11 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Kot je bilo že omenjeno, je za učinkovito izvedbo vmesnika med zunanjim in notranjim okoljem ključnega pomena nivo oziroma način regulacije delovanja le-tega. Primarno se je v preteklosti, in v večini primerov še vedno tudi danes, za uravnavanje pretoka toplotno-optičnih tokov uporabljala predvsem ročna regulacija s strani uporabnikov. Takšen način se je v današnjem času na osnovi študij in izkušenj izkazal kot zelo nezanesljiv in predvsem neučinkovit, saj se človek zaradi velike sposobnosti adaptacije na neugodne bivalne razmere odziva prepozno (šele takrat, ko razmere postanejo nevzdržne), ko pa se odzove, so njegove reakcije sunkovite in disproporcionalne [Krainer 1993]. Ker s pomočjo ročne regulacije skoraj ni mogoče doseči učinkovite harmonizacije med energetskimi zahtevami in ugodnimi bivalnimi razmerami (dnevna svetloba, kvaliteta zraka …), je za zagotovitev optimalnega razmerja med zgoraj navedenima zahtevama nujno potrebno uvesti avtomatsko uravnavanje odziva transparentnega dela stavbnega ovoja in notranjega okolja. Med tradicionalnimi pristopi k reševanju problematike avtomatske regulacije lahko izpostavimo predvsem dvopoložajno (ON-OFF) in PID (proporcionalno-integrirno-diferencialno) regulacijo, ki pa sta se kljub zelo dobro razvitemu področju aplikacij izkazali za nepraktični rešitvi, ko želimo vzpostaviti učinkovito harmonizirano regulacijo optičnih in Slika 1.3: Shema zasnove sistema vodenja notranjega bivalno-delovnega okolja. Fig. 1.3: Scheme of internal living-working environment regulation system. 12 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. termičnih tokov skozi stavbni ovoj. Pri dvopoložajni regulaciji z enostavnim preklapljanjem med dvema stanjema ne dosegamo zadovoljive kvalitete regulacije pri kompleksnih sistemih, kot je prehod sončnega sevanja skozi transparentni del ovoja. PID-regulacija pa za zadovoljivo delovanje pri izrazito nelinearnih procesih (kot so optični procesi v transparentnem delu stavbnega ovoja) potrebuje natančen in kompleksen matematičen model. Potreba po matematičnem modelu pomeni, da se načrtovalci PID-regulatorjev zatekajo k poenostavitvam in približkom, kar pri relativno enostavnih sistemih ne predstavlja večje pomanjkljivosti, pri reguliranju kompleksnih in zelo nelinearnih sistemov pa lahko vodi do nezadovoljivega delovanja. Prav kompleksnost notranjega okolja je tista, ki je privedla do iskanja nadomestila za sicer zelo kvaliteten, a za naš primer nepraktičen sistem PID-vodenja [Furlan 199] [Košir et al. 2006]. Tako se kot alternativen pristop zgoraj opisanim principom regulacije predstavlja uporaba t.i. inteligentnih tehnologij oziroma sistemov. S terminom inteligentne tehnologije opisujemo pristope, kot so: nevronske mreže, evolucijski algoritmi, odločitvena drevesa, mehke (fuzzy) množice, grobe množice in kaos [Kokol et al. 2001] [Munakata 1998]. Predvsem mehke množice so se izkazale kot zelo učinkovite pri regulaciji kompleksnih temperaturnih, električnih, plinskih in optičnih sistemov, če so se tradicionalne tehnike izkazale za nezadostne. Ker regulacija notranjega okolja v stavbi predstavlja fizikalno zelo kompleksen sistem, se uporaba mehke logike ponuja kot obetavna in praktična alternativa klasični regulaciji. Mehka logika zaradi omenjene »mehkosti« pri regulaciji omogoča definiranje vseh stopenj med strogim DA in strogim NE, s tem pa omogoča večjo fleksibilnost kot pri uporabi klasične (ostre) logike. Z uporabo hevristične metode je možno opisovanje zelo kompleksnih sistemov tudi brez matematičnega modela, saj se vhodno-izhodna razmerja oblikujejo s pomočjo nabora pravil v obliki ČE (pogoj) – POTEM (posledica) stavkov. Ker se za vhodno-izhodne variable uporabljajo lingvistični parametri, se takšen način regulacije močno približa človeškemu načinu razmišljanja in opisovanja problemov. Tako imamo z mehkimi množicami na voljo orodje, s katerim lahko predstavimo opisne vrednosti, kot so »majhno« ali »več«, le-te pa so tako za načrtovalca kot tudi uporabnika v večini primerov intuitivnejše in lažje razumljive kot matematične enačbe. Na splošno so se mehki regulatorji z uporabo v regulacijski tehniki izkazali za hitrejše, Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 13 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. enakomernejše, učinkovitejše, prožnejše in robustnejše od konvencionalnih sistemov ter so tako primerni za aplikacije pri kompleksnih nelinearnih sistemih. 1.3.1 Mehka logika Ključen koncept teorije mehke logike in mehkih množic je zmožnost, da opišemo zvezno prehajanje med dvema diskretnima pojmoma oziroma stanjema. V primerjavi s klasično teorijo ostre logike to pomeni, da lahko opišemo vsa stanja med popolno pripadnostjo (npr.: 1) in popolno nepripadnostjo (npr.: 0) nekega elementa določeni skupini ali množici. Ta značilnost nam omogoča, da opišemo stanje ali izjavo s stopnjo njene resničnosti in ne le z ostrim in strogim »da« ali »ne«. Kljub vsemu pa te značilnosti nikakor ne smemo zamenjati z verjetnostjo, saj stopnja resničnosti predstavlja pripadnost »mehko definiranim« množicam in ne verjetnosti nekega dogodka. Možnost opisa vseh vmesnih stanj vključno z diskretnima vrednostima »da« in »ne«, naredi mehko logiko izjemno primerno za uporabo pri negotovem sklepanju (ang.: approximate reasoning), ki olajša opis sistemov, katerih matematični modeli so težko opredeljivi [Kokol et al. 2001] [Palanippan 2005]. Na splošno si lahko predstavljamo mehko logiko kot nadgradnjo klasične ostre logike, ki omogoča operiranje s konceptom stopnje resničnosti [Škrjanc et al. 2001]. Osnovne elemente mehke logike tvorijo mehke množice z odgovarjajočimi pripadnostnimi funkcijami µ, ki definirajo vsako uporabljeno lingvistično spremenljivko. Pri uporabi ostre logike se pripadnost določenega elementa a ? A množice B definira s karakteristično funkcijo µ(a), kjer a ? A je ali pa ni član množice B. V primeru teorije mehkih množic pa pripadnost elementa a ? A množici B ni absolutna, saj je opisana s pripadnostjo funkciji µ(a), ki lahko zavzame vse stopnje med pripadnostjo in nepripadnostjo. Poenostavljeno to pomeni, da lahko element a pripada več množicam (A1, A2… An), ki se lahko med seboj tudi izključujejo, ter da lahko vsota pripadnosti posameznim množicam preseže vrednost 100 %. Osnova vseh mehkih sistemov so lingvistične spremenljivke, ki se najpogosteje uporabljajo v obliki ČE-POTEM (IF-THEN) pravil. 14 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 1.4 Namen naloge Naloga je nastala kot posledica potrebe po integriranju ključnih dinamičnih faktorjev oblikovanja notranjega bivalno-delovnega okolja v celovit sistem kontrole, ki bi bil zmožen enotno uravnavati različne vplive, ki delujejo nanj. Takšen sistem bi predstavljal aplikacijo, zmožno ugoditi željam uporabnika ter hkrati zagotoviti učinkovitejše delovanje z vidika porabe energije. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja (IRsNO) tako predstavlja avtomatski sistem, ki dopolnjuje in nadgrajuje bioklimatsko stavbo v celovito zaključeno celoto energetskih in materialnih interakcij med zunanjim okoljem, notranjim grajenim okoljem ter uporabnikom. IRsNO je zamišljen in izveden kot realna eksperimentalna aplikacija, ki v realnem času omogoča uravnavanje notranjih bivalno-delovnih pogojev s pomočjo odzivanja na zunanje vremenske pogoje. Sistem je nameščen v delovnem okolju kabineta KSKE III/1 v stavbi Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na Jamovi cesti 2, kar omogoča trenutno preverjanje primernosti delovanja s pomočjo odzivov uporabnikov prostora. Znotraj prostora IRsNO nadzoruje ter uravnava harmoniziran pretok toplotnih in optičnih tokov skozi transparentne dele ovoja stavbe s pomočjo spreminjanja pozicije zunanje nameščenih žaluzij venecijanskega tipa. Žaluzije so nameščene na šestih oknih kabineta, pri čemer so štiri okvirnih dimenzij 1 m x 2 m, dve pa sta večji, in sicer 1.8 m x 2 m. Skupna površina zasteklitve je 11.40 m2. Žaluzije so tipa »Krpan 80«, izvedene v aluminiju in prepleskane s svetlo sivo barvo. Vgrajen motor omogoča premikanje in rotiranje lamel, kar pomeni, da se žaluzije spuščajo v popolnoma zaprti poziciji, šele ko dosežejo predvideno pozicijo, se lahko določi naklon lamel. Projektiran in vgrajen regulacijski sistem bo omogočal regulacijo vsake od šestih žaluzij posebej. Notranji temperaturni pogoji v prostoru kabineta KSKE III/1 se po potrebi regulirajo z ogrevanjem in hlajenjem prostora s pomočjo velikopanelnega stropnega radiacijskega sistema. Ker na ugodno počutje uporabnikov v prostoru zelo močno vpliva tudi kvaliteta zraka, aplikacija preko spremljanja koncentracije biopolutantov (CO2) z avtomatsko regulacijo odpiranja in zapiranja okna vzdržuje zahtevan nivo kvalitete zraka. Izvedba predlaganega regulacijskega sistema predstavlja zelo kompleksno nalogo, ki zahteva veliko predhodnih eksperimentalnih in simulacijskih podatkov. Zaradi kompleksnosti zasnove Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 15 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. IRsNO je bila glavna opora pri izvedbi predhodno opravljeno znanstveno raziskovalno delo na Katedri za stavbe in konstrukcijske elemente (KSKE) [Furlan 1999] [Kristl et al. 2007] [Trobec-Lah 2003,] [Trobec-Lah et al. 2005, 2006]. Predvsem pri uravnavanju harmonizacije toplotno-optičnih tokov skozi transparentni del stavbnega ovoja smo se opirali na izkušnje in rezultate, dosežene na testni celici KAMRA. Vendar IRsNO ne predstavlja le prenosa na večje merilo stavbe, ampak kvalitativen preskok z eksperimentalnega sistema brez vpliva uporabnika na sistem, delujoč v realnem delovnem okolju, ki pokriva reguliranje celote bivalno-delovnih pogojev notranjega okolja in ne le uravnavanje spremenljivih karakteristik transparentnega dela ovoja stavbe. Dodatno se v sistemu IRsNO regulirata tudi kvaliteta zraka in umetna osvetljenost prostorov. Sistem je nameščen v realnem okolju, v katerem biva uporabnik s svojimi zahtevami in željami. Vgrajen ogrevalno-hladilni sistem pa zaradi načina delovanja (radiacija) nikakor ni primerljiv z načinom ogrevanja uporabljenim v KAMRI. Takšen preskok v merilu, obsegu in kompleksnosti obravnavanega okolja predstavlja določene tehnološke specifike, ki jih je potrebno razrešiti, predvsem pa se izpostavijo problemi načina zagotavljanja uporabniku prijetnega okolja. Vpliv uporabnika je zato predstavljal poseben izziv pri oblikovanju regulacijskega sistema, saj je bilo nujno potrebno ugoditi uporabnikovim zahtevam kot tudi omogočiti delovanje, ki bo vodilo do energetske učinkovitosti sistema. Eksperimenti, izvedeni s sistemom, so bili podlaga za izboljšanje nastavitvenih pravil mehkega regulatorja ter tudi način, kako potrditi začetno hipotezo o pomembnosti avtomatske regulacije za izboljšanje kvalitete bivalnega okolja in njegove energetske učinkovitosti. Glavne cilje aplikacije IRsNO lahko tako povzamemo v naslednjih točkah: • regulacijski sistem: postavitev in izvedba celovitega sistema regulacije notranjega okolja z vsemi potrebnimi pripadajočimi aktuatorji v realnem delovno-bivalnem okolju; • oblikovanje sistema mehkih regulatorjev: vzpostaviti odgovarjajoč nabor pravil regulatorja, ki bo sposoben uravnavati bivalne pogoje in omogočati energetsko učinkovitost; • harmoniziranje toplotno-optičnih procesov: izvedba primernega usklajevanja med aspekti toplotnega ugodja in vizualnega udobja ob upoštevanju uporabe prostora (vpliv uporabnikov), energetske učinkovitosti in tehnoloških možnosti sistema; 16 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • eksperimentalno delovanje: optimiziranje sistema bo potekalo skozi eksperimentalno delovanje, ki bo pokazalo pomanjkljivosti sistema, te pa bomo odpravili z nadaljnjim delom. Eksperimenti se bodo izvajali po zaključku dela, opisanega v pričujočem delu. 1.5 Metodologija Pri celotnem oblikovanju in snovanju sistema IRsNO je kot glavno vodilo načrtovanja služila metodologija inženirskega oblikovanja, kar pomeni, da je razvoj sistema sledil poteku od abstraktnega koncepta h končni realni izvedbi regulacijskega sistema notranjega okolja. Ker je za postopek razvoja tako kompleksnega regulacijskega sistema, kot je IRsNO, značilno veliko število potrebnih povratnih zank za preverjanje in vrednotenje primernosti rešitev v odnosu do začetnih konceptov, lahko označimo celoten proces načrtovanja kot cikličen z značilnimi kronološkimi koraki, ki so nas pripeljali do končne rešitve. Zelo pomembno vlogo pri oblikovanju regulacijskega sistema so igrali tudi že predhodno opravljeno delo na KSKE ter drugi podobni sistemi regulacije notranjega okolja. To predhodno opravljeno delo predstavlja bazo podatkov oziroma znanja, ki je omogočilo nadgradnjo že doseženih rezultatov ter tako lažje in hitrejše oblikovanje delujočega regulacijskega sistema. Sistem IRsNO temelji na predhodnih raziskavah, opravljenih na sistemu KAMRA, razvitem na KSKE, ki predstavlja osnovo, na podlagi katere je bil zasnovan nov regulacijski sistem. Zato je v začetnem delu naloge veliko pozornosti posvečene analizi delovanja sistema KAMRA. Prav tako je poglobljeno obdelan pojav interakcije notranjega in zunanjega okolja skozi stavbni ovoj, ki predstavlja materialno-energetsko-informacijski vmesnik med obema okoljema. Preučeni so bili vpliv tipa izbrane zasteklitve (dvojna ali trojna zasteklitev) ter posledični vplivi na spremembe v notranjem okolju in delovanju stavbnega ovoja kot aktivnega vmesnika. Pregledane so bile tudi možnosti pri izbiri tipov senčil ter zasteklitev kot osnovnih elementov formiranja transparentnega dela stavbnega ovoja. Pri oblikovanju novega regulacijskega sistema gre predvsem za formulacijo novih okvirov delovanja IRsNO-ja znotraj kompleksnega sistema vplivnih faktorjev oblikovanja delovno-bivalnega okolja. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 17 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Celotno strukturo naloge bi lahko v grobem razdelili na tri med seboj prepletene in soodvisne dele. Ti v sebi združujejo vse vmesne korake v procesu oblikovanja in snovanja regulacijskega sistema ter skupaj s predhodno opravljenim raziskovalnim delom predstavljajo metodološki proces načrtovanja sistema IRsNO (Slika 1.4). Proces oblikovanja IRsNO-ja je sledil sledečim trem korakom. To so: • zasnova regulacijskega sistema – v prvem delu naloge je bilo potrebno vzpostaviti osnovne predpostavke, na katerih bo temeljil sistem regulacije notranjega okolja. S tem je bil definiran okvir parametrov (notranje zahteve, zunanje danosti), s katerimi bo operiral regulacijski sistem in ki predstavljajo osnovne gradnike, na katerih se je izoblikoval IRsNO. V ta namen sta služila ocena in pregled že opravljenega dela na področju regulacije toplotnih in svetlobnih tokov v grajenem okolju. Analiza Slika 1.4: Diagram metodologije uporabljene pri razvoju integralnega sistema notranjega delovno-bivalnega okolja. Fig. 1.4: Methodology applied in the development of integral system of internal living-working environment. 18 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. dostopne relevantne literature je vsebovala pregled in oceno dela, izvršenega v okviru testne celice KAMRA na KSKE, ter tudi drugih podobnih raziskav. Dodatno je bil v pripravljalnem delu naloge obdelan in preučen pojav stavbnega ovoja kot interakcijskega vmesnika med dvema fizično ločenima, a konceptualno neločljivima okoljema, torej med notranjim in zunanjim prostorom. Na podlagi spoznanj iz zgoraj navedenih analiz so bile izbrane osnovne smernice integralne regulacije notranjega delovno-bivalnega okolja, ki predstavljajo celovito rešitev z upoštevanjem uporabnikovih želja, želje po energetskih prihrankih v zgradbah kot tudi tehnoloških možnostih zasnovanega sistema. Pri zasnovi regulacijskega sistema je bilo osnovno vodilo, kako zagotoviti uporabniku prijetne bivalno-delovne pogoje ter hkrati omogočiti energetske prihranke, vendar nikoli na škodo udobja. V sklopu te predpostavke je bil poseben poudarek pri izvajanju nastavitev regulacijskih pravil posvečen harmonizaciji svetlobnih in toplotnih tokov, saj takšen način omogoča maksimalne energetske prihranke ob hkratnem upoštevanju želja uporabnikov. Kot zadnji korak pri vzpostavljanju nabora pravil mehke regulacije je bila izvedena optimizacija, katere primarni namen je bil doseči nastavitve, ki bi omogočale primerno delovanje sistema IRsNO v realnem delovnem okolju in s tem zadostile kvalitativnim in kvantitativnim kriterijem; • izvajanje testiranj – drugi korak v snovanju sistema IRsNO se deli konceptualno na dva dela. V prvem delu se sistem regulacije izvede oziroma vzpostavi, njegovo delovanje pa preizkusi. Pri tem gre za testiranje delovanja senzorske mreže ter tudi strojne in programske opreme IRsNO. Po opravljenem testiranju in usklajevanju posameznih gradnikov sistema sledi vgraditev začetnih nastavitev mehkih regulatorjev, ki so oblikovani na podlagi predhodnega dela in ekspertnega znanja s področja oblikovanja notranjega bivalno-delovnega okolja. Drugi del predstavlja izvajanje eksperimentov, ki se bodo in se že izvajajo v realnem okolju kabineta KSKE v stavbi FGG na Jamovi cesti 2, in potekajo v realnih vremenskih razmerah. Izvajanje eksperimentov poteka vzporedno s prvim korakom. Cilj eksperimentov je s pomočjo preverjanja različnih nastavitev v realnem okolju neprestano širiti nabor znanja in omogočati konstantno optimizacijo delovanja sistema, kar bo potekalo tudi po končanju pričujoče naloge. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 19 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • Analiza rezultatov – Rezultati, pridobljeni s fazo testiranja delovanja nastavitev regulatorja, so omogočili izvedbo kvantitativno-kvalitativne analize delovanja in zasnove sistema IRsNO. Analiza preliminarnih testiranj in ocena postavljenega sistema sta bili osnova za korekcije določenih nastavitev regulacijskega sistema, predvsem pa podlaga za nadaljnje delo pri snovanju in izvedbi eksperimentov in najprimernejših nastavitev regulacijskega algoritma. S takšnim pristopom paralelnega preverjanja delovanja sistema in vpeljavo povratnih zank pri oblikovanju IRsNO-ja je bila dosežena hitra odzivnost načrtovanja regulatorja. Način dela omogoča izvajanje analitičnega dela pred zaključkom eksperimentalne faze, saj potekata vzporedno ter s tem omogočata hitro odzivnost pri prilagajanju regulacijskih pravil mehkega regulatorja. Rezultati analiz dela pa ne predstavljajo le ocene izvedenega sistema, ampak tudi izgradnjo sistema mehkih pravil regulacije za uporabo na aplikaciji IRsNO ter na drugih podobnih sistemih. 20 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 21 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2 STAVBNI OVOJ IN INTERAKCIJA Z NOTRANJIM OKOLJEM 2.1 Interaktivnost stavbnega ovoja Ovoj stavbe kot vmesnik in ločilo med zunanjim in notranjim okoljem predstavlja ključen element pri tvorjenju umetnega notranjega bivalnega okolja. Notranje okolje bivanja in delovanja za ljudi, torej uporabnike, predstavlja za razliko od naravnega zunanjega okolja prostor nadzora tako na psihofizičnem kot fizičnem področju bivanja. Z razvojem in specializacijo človeka in njegovega socio-ekološkega prostora se je in se še vedno dviga tudi stopnja specializacije in nadzora parametrov bivalno-delovnega okolja. Kot končno stopnjo takšnega razvoja bi lahko v hipotetičnem primeru pričakovali razvoj popolnoma izoliranega umetnega okolja, ločenega od kakršnih koli zunanjih vplivov. Vendar že krajši premislek o izvedljivosti takšnega sistema pokaže, da bodo grajeni sistemi vedno pozicionirani znotraj širšega naravnega okolja ter tako nanj fizično vezani vsaj s fizikalnimi procesi izmenjave energetskih tokov, če ne tudi snovi. Dodatno pa se stvari pričnejo zapletati pri človeški fiziologiji, psihi in psihološki vezanosti človeka na zunanje okolje, ne glede na to, kaj to zunanje okolje predstavlja. Ljudje za dolgotrajno dobro počutje v grajenih oziroma umetnih okoljih nujno potrebujejo stik z zunanjostjo, saj si s tem vzpostavijo povezavo z zunanjim svetom in tako podkrepijo iluzijo o možnosti kontrole nad dogajanjem okoli sebe ter zmanjšujejo občutek klavstrofobičnosti in ujetosti v majhnem zaključenem prostoru. Dodatno takšna navezava na zunanjost vnaša nepredvidljivo dinamiko zunanjih vplivov, ki vodijo do fizioloških šokov ter pozitivnega stresa, s katerim je telesu omogočena priprava na nepredvidljive situacije vsakdanjega bivanja. Nuja po izmenjavi informacij (čutnih dražljajev) z zunanjostjo je postala pereč problem predvsem z nastopom industrijske revolucije, ko se prvič v zgodovini človeštva ljudje naseljujejo v zelo velikih koncentracijah, kar posledično vodi do minimalno oblikovanih bivalnih prostorov brez stika z zunanjostjo. V isto časovno obdobje sodi tudi pripetljaj s prvimi vagoni londonske podzemne železnice, ki so jih inženirji oblikovali brez oken, saj so sklepali, da v temnem predoru ni potrebe po pogledu v zunanjost. Te vagone, ki so jih potniki slikovito imenovali krste, so po začetni, zelo kratkotrajni uporabi 22 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. hitro zamenjali z naslednjim modelom, ki je že imel vgrajena okna. Ta pripetljaj iz zgodovine železnic nam na zelo ilustrativen način predstavi nekaj, kar je skupno vsem umetnim okoljem, v katerih se ljudje zadržujejo za daljši čas, pa naj bo to zaradi dela ali bivanja, in sicer da je za ugodje nujno potrebno zagotoviti neposreden stik z zunanjim okoljem. In prav udobno bivanje je predpogoj za zadovoljne in zdrave uporabnike prostorov. Sistemi notranjega bivalno-delovnega okolja so z izmenjavo energije in informacij neločljivo vezani na zunanje okolje ter tako v konstantni dinamični interakciji z zunanjimi danostmi. Ta izmenjava pa se izvaja preko vmesnika, ki ima tako vlogo zaščite in ločevanja kot tudi posredovanja želenih vplivov iz zunanjosti v notranjost in obratno. Vmesnik, ki se v primeru stavb manifestira v obliki stavbnega ovoja, predstavlja element stavbe, ki omogoča interakcijo grajenega okolja z zunanjostjo ter tako na splošno tudi definira obseg bivalno-delovnega okolja. Stavbni ovoj je zaključena celota, ki objema notranji prostor in ga ločuje ter hkrati povezuje z zunanjostjo, kljub temu pa se znotraj same strukture ovoja pojavljajo zelo velike razlike glede sestave in funkcij posameznih elementov. Tako lahko ločujemo različne elemente stavbnega ovoja glede na strukturo (transparentni, netransparentni deli), funkcijo (toplotna zaščita, zvočna zaščita, psihofizična zaščita …) in pozicijo v stavbi (strehe, odprtine, tla, stene …). S stališča prenosa energije in informacij med zunanjim in notranjim okoljem je najbolj zanimiva delitev na transparentne in netransparentne elemente ovoja (Slika 2.1), saj nam takšna delitev glede na trenutno stanje tehnologije gradnje v grobem ločuje tudi na aktivne in pasivne elemente. Pri tem so transparentni elementi ovoja tisti, ki v večini primerov opravljajo večino funkcij povezav notranjega okolja z zunanjostjo tako na nivoju stika uporabnikov z okolico kot tudi pri prenosu energije v sistem notranjega okolja s pomočjo sončnega sevanja. Zaščito in ločevanje notranjosti od zunanjosti ob izpolnitvi dovolj velike toplotne zaščite opravlja netransparentni del ovoja. Aktivna vloga transparentnih elementov oziroma odprtin je v zelo veliki meri odvisna od strukture oziroma zasnove le-te. Tako lahko trdimo, da v principu gradnja na višjem tehnološkem nivoju omogoča tudi večjo prilagodljivost zunanjih odprtin željam in zahtevam uporabnikov. Pogled v konceptualno zasnovo oblikovanja transparentnih elementov pa odkrije, da v zadnjih 2000 letih na tem področju ni bilo večjih preskokov v zasnovi odprtin, saj je prihajalo le do tehnoloških izboljšav. Tako kot v preteklosti tudi dandanes osnovo zunanjega transparentnega dela stavbnega ovoja predstavljata zasteklitev in v neki obliki aplicirana sončna zaščita (senčila). Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 23 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Okno oziroma zasteklitev v sistemu zunanjega transparentnega ovoja omogoča vizualni kontakt z zunanjostjo, prehod sončnega sevanja v notranji prostor, izgubo toplotne energije ter z odpiranjem okna izmenjavo zraka z zunanjostjo. Po drugi strani pa dajejo senčila uporabniku na voljo možnost regulacije dotoka sončnega sevanja ter ustvarjanje zasebnosti in varnosti, ko ni zaželen stik med notranjim in zunanjim prostorom. Oba funkcionalna sloja, združena v sistem transparentnega ovoja stavbe, predstavljata izrazito aktiven element interakcije notranjega okolja z zunanjostjo. Seveda pa zasteklitev in senčilo nista nujno fizično ločena, ampak sta lahko v sodobnih naprednih zasteklitvah (elektrokromna in gasokromna stekla) združena v enoten tehnološko napreden proizvod, kjer ni več potrebe po mehanskih senčilih. Zaradi aktivne narave transparentnega dela stavbnega ovoja je za primerno uravnavanje interakcije med zunanjim in notranjim okoljem potrebno vzpostaviti zadosten nivo regulacije funkcij elementov odprtine. V večini primerov se za spreminjanje karakteristik transparentnih Slika 2.1: Shema konceptualne delitve stavbnega ovoja v kontekstu zunanjega in notranjega okolja. Fig. 2.1: Conceptual division of building envelope in the context of external and internal environment. 24 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. elementov uporablja ročna regulacija s strani uporabnikov, ki pa se je zaradi človeške sposobnosti adaptacije na klimatske razmere izkazala kot neučinkovita. Naslednji tehnološki korak v oblikovanju elementov zasteklitve tako predstavlja zagotovitev primerne avtomatske regulacije. Pri tem se izpostavlja predvsem problem, kako oblikovati avtomatski regulacijski sistem, ki bo zadovoljil želje uporabnika ter hkrati ne bo predstavljal izvora dodatnega nezadovoljstva. Testirani avtomatski sistemi so pokazali, da uporabniki zavrnejo kakršen koli avtomatski sistem, če je njegovo delovanje moteče in če ne obstaja možnost enostavnega posega v njegovo delovanje. Tako večina uporabnikov zavrne tudi regulacijski sistem, ki deluje zadovoljivo, a ne omogoča hitrega in enostavnega prilagajanja delovanja sistema. Zato je nujno, da ima regulacijski sistem enostaven in predvsem pregleden vmesnik, ki daje uporabnikom občutek nadzora nad delovanjem avtomatskega sistema. Zgoraj opisana aktivna vloga stavbnega ovoja kot vmesnika med zunanjim in notranjim okoljem je v bistvu bioklimatskega oblikovanja in snovanja stavb, saj predvideva izkoriščanje izmenjave energije, snovi in informacij za dosego uporabniku prijetnega, zdravega in energetsko učinkovitega notranjega okolja. Poudariti je potrebno, da je udobno in zdravo notranje okolje vedno primarnega pomena in tako bolj pomembno kot energetska učinkovitost stavbe, saj lahko le zdravi in zadovoljni uporabniki zagotovijo tudi učinkovitejšo družbo, ki je predpogoj za ustvarjanje energetsko manj potratnih sistemov. Kljub temu pa se pod okriljem perečih problemov energetske krize in sprememb globalnega klimatskega okolja v zadnjih letih poizkuša v graditeljstvu vzpostaviti način razmišljanja, ki propagira čim večje ločevanje notranjega od zunanjega okolja ter zmanjševanje dinamičnih interakcij med njima [Krainer et al. 2008]. Primarni cilj takšnih stavb je doseči večjo energetsko učinkovitost s pomočjo vzpostavitve čim bolj neaktivnega stavbnega ovoja, ki onemogoča interakcijo notranjosti z zunanjostjo. Tehnološki posegi v stavbah so večinoma naravnani na zmanjšanje porabe energije brez dejanskega premisleka o vplivih na kvaliteto bivalnega okolja in zdravje uporabnikov. Kot takšen ta pristop predstavlja ostanek pogleda na naravo in človeka iz 19. stoletja, saj ne priznava kompleksne povezanosti in interaktivnosti med človekom, naravo in umetno ustvarjenim okoljem človeške družbe. Pristati na takšen način razmišljanja pa bi v začetku 21. stoletja pomenilo priznati poraz v boju za razvoj človeške družbe, ki v svoji celotni zgodovini je in mora stremeti k oblikovanju boljšega in kvalitetnejšega okolja za prebivanje svojih članov. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 25 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2.2 Transparentni del stavbnega ovoja Ovoj stavbe je glede na trenutno tehnološko stanje materialov in tehnologij za gradnjo sestavljen iz dveh ostro ločenih skupin elementov, kjer vsaka opravlja svoje specifične funkcije in naloge. Tako lahko ločimo transparentni in netransparentni del ovoja stavbe, kjer prvi opravlja izredno dinamično nalogo izmenjave energetskih, optičnih in informacijskih tokov, pri drugem pa so v ospredju statične naloge zaščite in ločevanja. Zaradi dinamične narave transparentnega dela ovoja stavbe nas pri bioklimatskem oblikovanju notranjega okolja in stavbe kot celote zanima predvsem možnost hitrega odziva ter prilagajanja lastnosti teh elementov. Tako nas v kontekstu reguliranja notranjih bivalnih parametrov zanimajo predvsem možnosti prilagajanja geometrije in karakteristik stavbnih odprtin z razlogom omogočanja odziva in sledenja tako zunanjim danostim kot tudi notranjim zahtevam uporabnikov. Ker ob zagotovitvi dovolj velike toplotne izolativnosti netransparentnega dela stavbnega ovoja večina dinamičnih interakcij med notranjim in zunanjim okoljem poteka v okviru stavbnih odprtin, bodo v nadaljevanju predstavljene osnovne značilnosti le-teh. Zaradi narave sestave transparentnega dela stavbnega ovoja lahko le-tega ločimo na dva sistema, ki povezana tvorita celoto stavbnih odprtin, pri tem so mišljeni zasteklitev in elementi senčenja zasteklitve. Naslednja poglavja s pomočjo analiz utemeljujejo izbor materialov in sistemov tako senčil kot tudi zasteklitve ter osvetljujejo pasti in območja pozornosti pri izbiri sistemov, ki tvorijo aktivni vmesnik stavbe z zunanjim okoljem. 2.2.1 Zasteklitev V sistemu transparentnega dela ovoja stavbe so zasteklitve del, ki omogočajo prepuščanje sončnega sevanja v določenem spektralnem območju, s tem v večini primerov prehajajo iz zunanjosti v notranjost tako toplotni kot tudi vidni del sončnega sevanja. Gledano z materialnega vidika, zasteklitev transparentnega dela stavbe nikakor ni nujno izvedena le s steklom, ampak se ponuja tudi zelo veliko število bolj ali manj primernih prosojnih in prozornih materialov. Zgodovinsko so se pred širšo uporabo stekla uporabljale predvsem različne kože, alabaster in papirji (japonska hiša), dandanes pa so na voljo tudi različni polimerni materiali (PMMA – polimetil metacrilat, PC – policarbonat, PET-A – polietilen 26 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. tereptalat, ETFE – etilen tetrafluoroetilen) [Kaltenbach (ur.) 2004]. Kljub širokemu izboru sodobnih polimernih transparentnih materialov pa zaradi kombinacije fizikalnih lastnosti in naprednih tehnološko dovršenih sistemskih rešitev steklo kot material za transparentni del ovoja stavbe še vedno ostaja najbolj uporabljan material. Polimerni materiali se uporabljajo predvsem pri posebnih aplikacijah, kjer so potrebne velike neprekinjene prozorne površine, ali pa pri izrednih tlačnih obremenitvah (akvarijska stekla, podmornice ...), ki posledično zahtevajo izjemno debele zasteklitve ter so tako veliko lažje izvedene iz polimernih materialov. Ne glede na material izvedbe in namen odprtine v stavbnem ovoju vse zasteklitve kot osnovni element transparentnega ovoja zagotavljajo sledeče funkcije: • prepuščanje celotnega sončnega spektra – v kolikšni meri in katere valovne dolžine sončnega spektra prepušča zasteklitev, je odvisno od namena in materiala izvedbe, vendar če zasteklitev prepušča dovolj veliko količino energijskega toka sončnega sevanja, lahko le-ta zelo vpliva na energetsko bilanco notranjega okolja; • prepuščanje vidnega spektra sončnega sevanja – vsi tipi zasteklitev v določeni meri prepuščajo del vidnega spektra sončnega sevanja in s tem omogočajo osvetljevanje notranjega okolja z dnevno svetlobo, ki predstavlja najkvalitetnejši izvor osvetlitve; • zaščita pred zunanjimi vplivi – kot del kontinuiranega zunanjega ovoja morajo transparentni elementi (zasteklitve) zadostiti osnovnim funkcijam zaščite pred klimatskimi vplivi na nivoju toplotne izolacije (U faktor), hidroizolacije in zvočne zaščite ter dodatno izpolnjevati vsaj osnovne kriterije glede varovanja notranjega okolja pred nezaželenimi vdori v notranji prostor; • prepuščanje informacij – za ugodno in uporabnikom prijetno notranje okolje mora biti zagotovljen vsaj vizualen stik z zunanjostjo, prosojni elementi stavbnega ovoja so večinoma tisti, ki v kontekstu stavb omogočajo izmenjavo informacij med zunanjim in notranjim okoljem. Steklo je kemično gledano, anorganski material, katerega agregatno stanje je definirano kot strjena tekočina, saj material preide iz tekoče oblike v trdno brez vmesne kristalizacije. Odsotnost kristalne strukture v steklu omogoča prehod svetlobe brez difuzije. Steklo se lahko pridobiva iz različnih anorganskih oksidov (silicij, bor, germanij, fosfor in arzenik), vendar je Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 27 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. večina stekel proizvedenih na osnovi silicijevega dioksida. V gradbeniških aplikacijah se uporablja t.i. alkalno kalcij silicijevo steklo, ki vsebuje: 69 % – 74 % SiO2, 12 % – 16 % Na2O, 5 % – 12 % CaO ter elemente v sledovih, ki vplivajo predvsem na barvo stekla. Proizvodnja stekla je znana že iz Egipta, kjer arheološke najdbe kažejo na proizvodnjo le-tega že iz časa 5000 let pr. n. š. Prvi tehnološki postopki za izdelavo stekla, dovolj velikega za uporabo v stavbah, pa se pojavijo pri Rimljanih v 1. stoletju pr. n. š., ki so bili s postopkom vlivanja sposobni izdelati plošče v velikosti do 70/100 cm. Za začetek sodobne industrijske neprekinjene izdelave stekla lahko štejemo izum tehnologije vlečenja, ki je bila razvita in patentirana leta 1905 (neodvisno sta jo razvila Emile Fourcault in Irwin W. Colburn). Skoraj vse steklo za zasteklitve pa je danes izvedeno po postopku »float«, ki ga je leta 1959 izumil Alastair Pilkington. S tem postopkom je v stanju trenutne tehnologije mogoče izvesti velikosti šip do 321/600 cm ter debelin 2 – 19 mm, čeprav so pri izredno višjih finančnih stroških mogoče tudi večje dimenzije. Pri sodobnih zasteklitvah na osnovi stekla vedno govorimo o proizvodu, ki je sestavljen vsaj iz dveh šip z vmesnim plinskim polnjenjem (zrak, argon, kripton, ksenon, žveplov heksaflourid) [EN 673 1997], z dodajanjem različnih premazov pa se lahko izboljšajo optične (protirefleksijski, refleksijski in holografski premazi) in termične (nizkoemisijski premazi) lastnosti zasteklitve. Takšen element se nadalje vgrajuje v različne gradbene sisteme ter predstavlja visoko tehnološki ter izrazito fleksibilen del zgradbe. 2.2.1.1 Optično termične lastnosti zasteklitve – problem izbora Pri snovanju sistema vodenja fizikalnih procesov prenosa svetlobe in toplote skozi transparentni del stavbnega ovoja je za primerno delovanje nadzora in zadostno stopnjo odzivnosti potrebno poznati in razumeti gradbeno-fizikalne značilnosti elementov, ki sestavljajo ovoj. Tako je potrebno pri zasnovi sistema regulacije optičnih in termičnih tokov v stavbi začeti na začetku, torej pri zasnovi stavbe, ter koncipirati stavbo in njene elemente tako, da že sam objekt omogoča kvalitetno zagotavljanje udobnih bivalnih pogojev. Ker so elementi transparentnega dela stavbnega ovoja tisti, ki v primerno bioklimatsko oblikovani stavbi odločujoče vplivajo na notranje bivalno okolje, sta primeren izbor zasteklitve in senčil ter 28 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. poznavanje njihovih fizikalnih značilnosti nujno potrebna za kvalitetno delovanje sistema vodenja notranjega bivalno-delovnega okolja. Steklo omogoča transmisijo sončnega sevanja med 315 in 2500 nm (UV od 315 do 380 nm, vidni spekter od 380 do 780 nm in bližnji IR od 780 do 2500 nm), pri čemer steklo valovne dolžine nad 2500 nm in pod 315 nm popolnoma absorbira. Prav absorpcija dolgovalovnega IR-sevanja je razlog za efekt tople grede pri zasteklitvah, saj se prepuščeno kratkovalovno IR sevanje absorbira v notranje površine prostora, nato pa te površine ponovno sevajo nazaj v prostor v dolgovalovnem IR-spektru, za katerega je steklo neprepustno. Navadno silicijevo prozorno steklo, izdelano po »float« postopku, kot je na primer Pilkington OptifloatTM Clear (d = 4 mm), prepusti 89 % (xv) vidne svetlobe, 8 % (pv) se je odbije, absorbira (av) pa se 3 % vpadnega sevanja. S posebnimi antirefleksijskimi premazi je mogoče izboljšati karakteristike stekla ter zmanjšati odboj na 1 %, s čimer se poveča prepustnost zasteklitve [Kaltenbach (ur.) 2004]. Seveda pa zgoraj navedene vrednosti veljajo le za enojno zasteklitev ob popolnoma čistih površinah ter ob pravokotnem vpadu sončnih žarkov, dodajanje nizkoemisijskih premazov, dodatne šipe, barvanje stekel, prašni delci in nepravokotni vpad sončnega sevanja se odražajo v veliko nižjih vrednostih dejanske prepuščene svetlobe v vidnem spektru, kar je potrebno upoštevati pri predvidevanju rezultatov v realnih situacijah [Krainer et al. 2008]. Tako ob upoštevanju korekcijskih faktorjev za umazanost stekel (neobremenjeno mestno okolje - 0.8) in nepravokoten vpad sončnega sevanja (geografske širine zmernega klimatskega pasu - 0.8) transmisija za vidno svetlobo enojne zasteklitve pade z 89 % na 57 % (89 % * 0.8 * 0.8 = 57 %). Toplotna prehodnost (U) enojne zasteklitve v primeru Pilkington OptifloatTM Clear šipe znaša 5.94 W/m2K in se zanemarljivo povečuje s povečanjem debeline samega stekla, zato se za izboljšanje toplotne izolativnosti sistemov zasteklitev uporabljajo elementi z več stekli. Praviloma se uporabljajo dvojne zasteklitve, kjer je med dvema stekloma ujet inerten plin, pri čemer je v primeru uporabe suhega zraka mogoče doseči vrednosti U-faktorja okoli 3.00 W/m2K (Pilkington OptifloatTM Clear 4 mm + zrak 10 mm + Pilkington OptifloatTM Clear 4 mm). Pri tem pa je prenos toplote skozi sistem dvojne zasteklitve sestavljen iz radiacijskega prenosa med dvema šipama, ki predstavlja 67 % celotnega prenosa, nadaljnjih 33 % pa se prenese s pomočjo konvekcije in transmisije skozi plin ter obrobne distančnike. Dodatna Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 29 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. izboljšanja karakteristik so mogoča z uporabo žlahtnih plinov, kot sta argon ali kripton, ter z dodajanjem nizkoemisijskih premazov (low-e), ki zmanjšajo radiacijske izgube med dvema šipama. Z naštetimi posegi je mogoče zmanjšati toplotno prehodnost zasteklitve v primeru uporabe argona in nizkoemisijskega premaza na 1.16 W/m2K (Preglednica 2.1), pri čemer pa Preglednica 2.1: Karakteristike zasteklitev. Podatki veljajo za proizvode podjetja Pilkington in so izračunani s pomočjo Pilkington Spectrum v02.01.01 [Pilkington SpectrumTM 2007] računalniške aplikacije, ki pri izračunu vrednosti U, ?v in g upošteva standarda EN 673 [EN 673 1997] in EN 410 [EN 410 1998]. Izračuni veljajo za čista stekla ob pravokotnem vpadu sočnega sevanja. Table 2.1: Glazing characteristics. The data is valid for Pilkington’s products. Values were calculated by the Pilkington Spectrum v02.01.01 [Pilkington SpectrumTM 2007] computer application which calculates the U, ?v and g values according to the EN 673 [EN 673 1997] and EN 410 [EN 410 1998] standards. Calculations are executed for clear glass and are not corrected for the nonortogonal incident angles. U (W/m2K) Tv (%) g (%) T (kg/m2) ENOJNA ZASTEKLITEV (OptifloatTM Clear 4 mm) 5.94 89 85 10 DVOJNA ZASTEKLITEV – ZRAK (OptifloatTM Clear 4 mm + zrak 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm) 2.80 81 76 20 DVOJNA ZASTEKLITEV – ARGON (OptifloatTM Clear 4 mm + argon 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm) 2.69 81 76 20 DVOJNA ZASTEKLITEV – KRIPTON (OptifloatTM Clear 4 mm + kripton 10 mm + OptifloatTM Clear 4 mm) 2.65 81 76 20 DVOJNA ZASTEKLITEV - ZRAK, LOW-E (OptifloatTM Clear 4 mm + zrak 16 mm + OptithermTM SN 4 mm) 1.40 78 63 20 DVOJNA ZASTEKLITEV - ARGON, LOW-E (OptifloatTM Clear 4 mm + argon 16 mm + OptithermTM SN 4 mm) 1.16 78 63 20 DVOJNA ZASTEKLITEV - KRIPTON, LOW-E (OptifloatTM Clear 4 mm + kripton 10 mm + OptithermTM SN 4 mm) 1.09 78 63 20 TROJNA ZASTEKLITEV – ZRAK (OptifloatTM Clear 4 mm + zrak 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm + zrak 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm) 1.78 73 68 30 TROJNA ZASTEKLITEV – ARGON (OptifloatTM Clear 4 mm + argon 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm + argon 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm) 1.68 73 68 30 TROJNA ZASTEKLITEV – KRIPTON (OptifloatTM Clear 4 mm + kripton 10 mm + OptifloatTM Clear 4 mm 1.66 73 68 + kripton 10 mm + OptifloatTM Clear 4 mm) 30 TROJNA ZASTEKLITEV - ZRAK, 2xLOW-E (OptithermTM SN 4 mm + zrak 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm + zrak 16 mm + OptithermTM SN 4 mm) 0.78 69 50 30 TROJNA ZASTEKLITEV - ARGON, 2xLOW-E (OptithermTM SN 4 mm + argon 16 mm + OptifloatTM Clear 4 mm + argon 16 mm + OptithermTM SN 4 mm) 0.60 69 50 30 TROJNA ZASTEKLITEV - KRIPTON, 2xLOW-E (OptithermTM SN 4 mm + kripton 10 mm + OptifloatTM Clear 4 mm + kripton 10 mm + OptithermTM SN 4 mm) 0.58 69 50 30 30 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. se zmanjšata tudi prepustnost za vidno svetlobo (?v = 78 %) in celoten spekter sončnega sevanja (g = 63 %). Nadaljnje izboljšave v smeri zmanjšanja U-faktorja zasteklitve vodijo do uporabe trojne zasteklitve, dveh nizkoemisijskih premazov in plinskega polnjenja z argonom (U = 0.60 W/m2K) ali kriptonom (U = 0.58 W/m2K), seveda pa se hkrati z izboljšanjem karakteristik toplotne prehodnosti zasteklitve poslabšajo njene transmisijske karakteristike za sončno sevanje, in sicer tako za vidni (?v) kot celotni spekter (g). Posledice zmanjševanja prepustnosti za sončno sevanje pri zasteklitvah neposredno vplivajo na količino dnevne svetlobe v bivalno-delovnem okolju ter tudi na energetsko bilanco stavbe. Zmanjševanje razpoložljive količine dnevne svetlobe v bivalnih in delovnih okoljih pa dokazano negativno vpliva na počutje, zdravje in storilnost uporabnikov [Heschong 2003a 2003b 2003c] [Krainer et al. 2008] ter tudi na porabo energije za osvetljevanje in hlajenje prostorov [Krainer et al. 2008] [Rubinstein et al. 1999] [Ruck et al. 2000]. Že študije, izvedene v ZDA v poznih 70. letih prejšnjega stoletja, so nakazale možne prihranke pri energiji za osvetljevanje poslovnih prostorov v rangu 15 % – 20 % [Košir et al. 2006], če bi bila zagotovljena dovolj velika količina dnevne svetlobe pri upoštevanju kvalitativnih kriterijev. Dokončno pa je prednosti in pozitivne učinke dnevne svetlobe pri povečanju storilnosti uporabnikov in prodaji v trgovinah potrdila 2003. leta izvedena HGM-študija [Heschong 2003a 2003b 2003c]. Zmanjšanje prepustnosti za celoten sončni spekter (g) zasteklitve podobno kot pri dnevni svetlobi povzroči zmanjšanje solarnih pritokov v notranje okolje ter s tem negativno vpliva na energetsko bilanco stavbe. Seveda znižanje U-faktorja zasteklitve pripomore k zmanjšanju transmisijskih izgub stavbe, vendar če predvidevamo, da imajo netransparentni deli stavbnega ovoja faktor toplotne prehodnosti okoli 0.20 W/m2K, predstavlja večino toplotnih izgub takšnega objekta prezračevanje in ne transmisija skozi ovoj. V takšnem primeru je zmanjševanje U-faktorja okna ob hkratnem zmanjšanju transmisije za vidni in celotni sončni spekter z vidika celotne stavbe kot bioklimatsko oblikovanega okolja zelo vprašljiv ukrep [Krainer, Košir 2007] [Krainer et al. 2007]. Zaradi zgoraj naštetih razlogov in kompleksnih vplivov na delovanje celotnega sistema notranjega okolja zniževanja U-faktorja zasteklitve ni trivialno vprašanje ter zato zahteva tehten premislek in sistemsko obravnavo. V naslednjem poglavju so predstavljeni rezultati dveh raziskav vpliva spremembe U-faktorja zasteklitve na nivo notranje osvetlitve in energetsko bilanco objektov, ki sta bili izvedeni na KSKE kot del raziskovalnega in izobraževalnega dela. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 31 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2.2.1.2 Vpliv U-faktorja zasteklitve Na katedri za stavbe in konstrukcijske elemente sta bili izvedeni dve študiji, v okviru katerih smo raziskovali medsebojne interakcije med nivojem dnevne osvetlitve in energetske bilance stavbe v odvisnosti od U-faktorja uporabljene zasteklitve. Ker se z zmanjševanjem toplotne prehodnosti zasteklitve spreminjajo tudi optične značilnosti zasteklitve (Preglednica 2.1), nas je primarno zanimalo, v kolikšni meri znižanje U-faktorja poslabša nivo osvetljenosti prostorov z dnevno svetlobo. Ker pa se zaradi znižanja U-faktorja zasteklitve zmanjšajo transmisijske izgube stavbe, smo primerjali tudi, v kolikšni meri se energetska bilanca stavbe zaradi spremenjene zasteklitve izboljša in če ta izboljšava objektivno gledano upraviči poslabšanje dnevne osvetljenosti notranjega okolja. Vpliv zmanjševanja U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco stavbe je bil preverjen z dvema ločenima raziskavama [Krainer, Košir 2007] [Krainer et al. 2007], s tem pa smo poizkušali priti do rezultatov po dveh neodvisnih poteh ter zmanjšati možnost nepreverljivosti in pristranskosti rezultatov. To sta: • primerjalna analiza vpliva U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega eno prostornega objekta (Dodatek A) [Krainer, Košir 2007], ki je bila izvedena kot interna raziskava v okviru KSKE in je obsegala preveritev toplotnega in svetlobnega odziva notranjega okolja pri dveh različnih tipih zasteklitve. Stavba je bila zasnovana kot paralelepiped z notranjimi dimenzijami prostora 4.00 m x 6.00 m ter svetlo višino prostora 2.50 m, orientacija objekta je bila predvidena tako, da je krajša stranica orientirana proti jugu, kjer se nahaja tudi odprtina. Preizkušena sta bila dva tipa zasteklitve, in sicer trojna (U = 0.74 W/m2K, g = 0.50, ?v = 0.66) in dvojna zasteklitev (U = 1.12 W/m2K, g = 0.61, ?v = 0.76) v treh različnih konfiguracijah površine zasteklitve (Slika 2.2) in z upoštevanjem korekcijskih faktorjev za umazanost stekel (0.80) in nepravokotnega vpada (0.80) sončnega sevanja. Netransparentni del stavbnega ovoja je bil oblikovan tako, da je bila za vse konstrukcijske sklope predvidena enaka vrednost U-faktorja, ki je znašal 0.15 W/m2K. Primerjani so bili s simulacijami pridobljeni rezultati za dnevno svetlobo ob enakonočju (21. 3. in 21. 9. ob 12:00 za standardno oblačno CIE nebo) 32 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ter letna poraba energije za ogrevanje brez upoštevanja hlajenja, izračunana po standardu EN 832 [EN 832 1998]; • analiza vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na notranje okolje 27 naključno izbranih objektov (Dodatek B) [Krainer et al. 2007], ki je bila izvedena v okviru seminarja pri predmetih Zgradba, Okolje, Energija (UL FGG UNI -Konstrukcijska smer, 4. letnik) in Bioklimatske zgradbe (UL FGG VSŠ -Konstrukcijska smer, 3. letnik) v šolskem letu 2006/2007 in je obsegala naključno izbrane stavbe, za katere je bila izvedena analiza vpliva U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost izbranega prostora ter energetsko bilanco celotne stavbe. Stavbe, ki so bile vključene v primerjalno analizo, so bile izbrane naključno, kar pomeni, da je vzorec vseboval tako manjše stanovanjske stavbe kot tudi šole ter večje javne in poslovne objekte. Z naključnim izborom, ki je obsegal zelo širok razpon tipov in oblik stavb (faktorji oblik stavb so se v izbranem vzorcu gibali od 0.10 do 1.00), je bila zagotovljena splošna veljavnost pridobljenih statističnih povprečnih rezultatov. Za vsakega od 27 izbranih objektov sta bili izračunani dnevna osvetljenost (21. 3. in 21. 9. ob 12:00 za standardno oblačno CIE nebo) in energetska bilanca (po standardu EN 832 [EN 832 1998]) pri dveh različnih tipih zasteklitev, pri čemer sta bila izbrana U-faktorja: 1.40 W/m2K (g = 0.65, ?v = 0.70) in 0.60 W/m2K (g = 0.50, ?v = 0.50). Zaradi medsebojne primerljivosti rezultatov sta bila v obeh raziskavah za izračun primerjanih rezultatov uporabljena ista računalniška programa. Za izračun dnevne osvetljenosti prostorov je bila uporabljena računalniška simulacijska aplikacija SPOTTM v3.1 Sensor Placement+Optimization Tool [SPOT v3.0 2006], razvita pod okriljem Architectural Energy Corporation iz ZDA. Ta program uporabniku omogoča izračun osvetljenosti delovne površine tako z dnevno kot tudi umetno svetlobo, hkrati pa nudi avtomatsko pozicioniranje in optimizacijo fotosenzorjev za uravnavanje dnevnega in umetnega osvetljevanja. Bilanca porabe energije za ogrevanje stavbe je bil izračunana po standardu EN 832 v računalniški aplikaciji GEnV 1.1, ki je bila razvita na Fraunhoferjevem inštitutu za gradbeno fiziko v Stuttgartu. Izračun porabe energije po standardu EN 832 je po naravi statičen in upošteva klimatske specifike dane lokacije, v obeh primerih primerjalnih analiz je bila zaradi primerljivosti uporabljena ista lokacija, t.j. Freiburg v Nemčiji. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 33 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Primerjalna analiza vpliva U faktorja na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega testnega objekta je bila izpeljana na treh različnih konfiguracijah objekta, pri čemer je bila variirana geometrija transparentnega dela zasteklitve (Slika 2.2). Vpliv U faktorja na notranje okolje stavbe je bil analiziran pri treh različnih geometrijah odprtin in dveh tipih zasteklitve. Glavna pozornost analize je temeljila na vplivu gradbeno fizikalnih karakteristik zasteklitve na parametre notranjega okolja objekta. Izvedena primerjava je pričakovano pokazala izrazito negativen vpliv trojne zasteklitve v primerjavi z dvojno pri Slika 2.2: Osnovne karakteristike treh konfiguracij uporabljenih v analizi vpliva U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta. Fig. 2.2: Basic geometric characteristics of three configurations used in the study of the influence of glazing U-value on the levels of daylighting and energy consumption of a hypothetical single room building. 34 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. nivoju v prostor prepuščene dnevne svetlobe. Dokaj presenetljivi so bili predvsem rezultati glede energetske bilance, ki so pokazali minimalno zmanjšanje porabe energije objekta za ogrevanje pri zamenjavi dvojne zasteklitve s trojno. Tako se je pri konfiguraciji objekta z najmanjšo odprtino (Az = 1/7 tlorisne površine) pokazalo, da pri energetski bilanci skoraj ni razlike, saj je pri uporabi trojne zasteklitve poraba objekta (Qn/Au) 67.80 kWh/m2a, pri dvojni zasteklitvi pa 68.33 kWh/m2a, kar pomeni, da objekt z dvojno zasteklitvijo porabi le 0.78 % ogrevalne energije več kot pri uporabi trojne zasteklitve (Slika 2.3). Pri isti konfiguraciji geometrije objekta se ob zamenjavi dvojne zasteklitve s trojno zmanjša povprečna osvetljenost (Eav) prostora z dnevno svetlobo za 13.1 % (Slika 2.4). Razlog za minimalno izboljšanje pri porabi energije za ogrevanje pri zamenjavi dvojne zasteklitve s trojno leži predvsem v zmanjšanju g-faktorja zasteklitve ter s tem posledičnem zmanjšanju solarnih pritokov (Qs), ti zmanjšajo za 18 %, pri čemer se transmisijske izgube (Qt) celotnega ovoja povečajo le za 9.2 % (Slika 2.3). Pri tretji konfiguraciji (konfiguracija 3 - Az = 100 % južnega zidu), ki je bila analizirana v okviru primerjalne analize, je bila celotna južna stena hipotetičnega objekta zastekljena, kar v kontekstu celotnega fasadnega ovoja predstavlja 1/4 površine fasade oziroma 20 % (Slika 2.2), kar je v primerjavi s prvo konfiguracijo kar trikrat večja zasteklitev fasadnega ovoja. Transmisijske izgube objekta so se pričakovano izrazito povečale, saj so se le-te pri zamenjavi trojne zasteklitve z dvojno dvignile za 17.4 %, kar je skoraj enako spremembi solarnih dotokov, ki so se zmanjšali za 18.0 %. Gledano v kontekstu celotne porabe energije za ogrevanje objekta pa se pri 100-odstotni zasteklitvi južnega zidu ta poveča pri zamenjavi tipa zasteklitve le za 7.0 %, istočasno se povprečna osvetljenost prostora zmanjša za 14.6 %. V takšnem kontekstu je očitno, da pri dobro toplotno izoliranem netransparentnem delu stavbnega ovoja (U = 0.15 W/m2K) ter uporabi kvalitetne dvojne zasteklitve (U = 1.12 W/m2K, g = 0.61, ?v = 0.76) za transparentni del ovoja večino energetskih izgub objekta predstavljajo prezračevalne izgube (v primeru konfiguracije 1 in dvojne zasteklitve predstavljajo prezračevalne izgube – Qv, 57 % celotnih izgub stavbe). Zato poseg v zniževanje U-faktorja zasteklitve pri objektih, ki imajo 10 % – 20 % fasadnega ovoja zastekljenega, v trenutnem tehnološkem stanju zasteklitev ni smiselna, saj se količina prepuščene dnevne svetlobe disproporcionalno zmanjša v primerjavi z zmanjšanjem porabe energije za ogrevanje. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 35 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Zmanjšanje količine dnevne svetlobe v notranjih bivalno-delovnih prostorih ne vpliva negativno samo na količino solarnih dotokov in nivo dnevne osvetljenosti prostora, ampak 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0 -15.0 -20.0 AQn/Au, AQs IN AQt V ODVISNOSTI OD U FAKTORJA ZASTEKLITVE K1 K2 Konfiguracije ¦ AQn/Au DAQs DAQt K3 Slika 2.3: Sprememba normirane letne porabe ogrevalne energije (AQ„/ Au), solarnih pritokov (AQS) in transmisijskih izgub (AQt) ob zamenjavi tipa zasteklitve. Fig. 2.3: Change of yearly energv demand for heating (AQ„/ Au), šolar gains (AQS) and transmission losses (AQt) when the glazing type is changed. 10.0 5.0 0.0 -5.0 -10.0 -15.0 -20.0 AQn/Au IN AEav-eq V ODVISNOSTI OD U FAKTORJA ZASTEKLITVE K1 K2 Konfiguracije D AQn/Au D AEav-eq K3 Slika 2.4: Primerjava spremenjene normirane letne porabe ogrevalne energije (AQ„/ Au) in povprečne osvetljenosti prostora z dnevno svetlobo na ekvinokcij (AEav-eq). Fig. 2.4: Comparison of the changed yearly energy demand for heating (AQ„/ Au) and average illumination of the room on the equinox (AEav-eq). 36 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. tudi na počutje in zdravje uporabnikov ter porabo električne energije za umetno osvetlitev. Predvsem poraba električne energije za umetno osvetljevanje prostorov je tista, ki tehtnico še dodatno nagne v smer zasteklitve z višjima količnikoma prepustnosti za vidni in celoten sončni spekter. Zelo podobni zaključki kot pri zgoraj opisani primerjalni študiji so sledili tudi pri analizi vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na notranje okolje pri 27 naključno izbranih objektih, kjer je bila primerjava vplivov izvedena na širokem spektru zelo različnih tipov stavb. Ker so bile stavbe izbrane po naključnem vzorcu, so bili v analizo vključeni tako veliki kot majhni objekti z zelo različnimi vsebinami (npr.: stanovanjski, poslovni, upravni, šolski …) ter tudi z različnimi konfiguracijami stavbnih ovojev. Zaradi takšne raznolikosti primerjanih objektov končni povprečni zaključki analize predstavljajo realno stanje trenutne arhitekturne in graditeljske produkcije. V okviru analize sta bila preizkušena dva tipa zasteklitve (dvojna zasteklitev: U = 1.40 W/m2K, g = 0.65, ?v = 0.70 in trojna zasteklitev: U = 0.60 W/m2K, g = 0.50, ?v = 0.50), pri čemer so vse ostale gradbeno-fizikalne kot tudi geometrijske značilnosti primerjanih stavb ostale nespremenjene. Povprečje 27 izbranih stavb je tako pokazalo pri zamenjavi dvojne zasteklitve s trojno na povprečno izboljšanje letne porabe energije za ogrevanje (Qn/Au) za 14.4 % pri hkratnem poslabšanju nivoja povprečne notranje osvetlitve (Eav-eq) izbranega referenčnega prostora z dnevno svetlobo za enormnih 25.3 %. V primerjavi z analizo hipotetičnega enoprostornega objekta dejanske vrednosti spremembe porabe energije ter zmanjšanja nivoja osvetljenosti prostora dokaj močno odstopajo zaradi zelo različnih konfiguracij izbranih objektov, vendar je v obeh primerih razmerje med njima identično, in sicer 1 : 2 v prid zmanjšanju nivoja notranje osvetljenosti z dnevno svetlobo. Prav to ujemanje potrjuje realnost pridobljenih podatkov obeh analiz, ki kažeta na težnjo izrednega poslabšanja nivoja notranje osvetljenosti pri hkratnem majhnem zmanjšanju porabe energije za ogrevanje, če se za zasteklitev stavbe uporablja trojna zasteklitev. Razmerje med zmanjšanjem porabe energije in osvetljenosti prostorov z dnevno svetlobo je v posameznih primerih še veliko slabše. Tako je primer P17-TS (Slika 2.5) dosegel 0,7-odstotno zmanjšanje porabe ogrevalne energije ter 29,2-odstotno zmanjšanje nivoja povprečne dnevne osvetljenosti prostora, podoben rezultat je bil dosežen tudi v primeru P19-TS (Slika 2.5) z zmanjšanjem porabe energije za 1.5 % ter poslabšanjem osvetljenosti z dnevno svetlobo za 27.8 %. Le v 3 od 27 primerov (P1-TS, P2-TS in P16-TS) je bil odstotek Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 37 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. izboljšanja porabe energije večji od zmanjšanja nivoja povprečne osvetljenosti prostora z dnevno svetlobo. Obe primerjalni analizi, izpeljani v okviru KSKE, sta neodvisno in vsaka posebej pokazali na trend izrednega zmanjšanja nivoja dnevne osvetljenosti prostorov pri zamenjavi dvojne zasteklitve s trojno ter hkratnem majhnem in v posameznih primerih celo zanemarljivem zmanjšanju porabe energije za ogrevanje. Iz obeh študij lahko zaključimo, da je trenuten tehnološki optimum zasteklitev na nivoju dvojne zasteklitve z enim nizkoemisijskim premazom ter argonskim ali kriptonskim polnjenjem med šipama. Takšna zasteklitev doseže okvirne vrednosti U-ja v rangu okoli 1.1 W/m2K in prepustnost za vidni in celotni sončni spekter okoli ?v = 0.76 in g = 0.61. Ker sta vrednosti g in ?v podani za čisto zasteklitev ob OSVETLJENOST / PORABA ENERGIJE ZA OGREVANJE Aeav-eq [%] / AQn/Au [%] -10,0 -20,0 -30,0 -40,0 -50,0 -60,0 n = 0,5 1 s ran n = 1,0 2 strani Primer 3 strani ali več n = 1,5 n = 2,0 D a:b < 1:2 D a:b > 1:2 ¦ n = 0,5 Dn = 1,0 D n = 1,5 D n = 2,0 ¦ povprečna sprem. Eav-eq [%] D povprečna sprem. Qn/Au [% Slika 2.5: Primerjava spremembe porabe energije za ogrevanje in nivoja notranje dnevne osvetlitve pri vzorcu 27-tih naključno izbranih objektih ob zamenjavi tipa zasteklitve. Objekti so klasificirani glede na nivo izmenjave zraka (n [1/h]), razmerja stranic (a:b) ter glede na to s koliko strani (1, 2, 3 strani) je obravnavan prostor osvetljen. Fig. 2.5: Comparison of change in energy demand for heating and in the level of internal daylighting in the case of 27 randomly selected buildings, when double glazing is switched to triple glazing. Buildings are classified according to the air exchange rate (n [1/h]), proportion of room sides (a:b) and the number of sides from which the room is lit (1, 2, 3 sides). 40,0 10,0 0,0 38 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. pravokotnem vpadu sončnega sevanja, je v realnosti pričakovati veliko slabše rezultate, ki se bi ob upoštevanju korekcijskih faktorjev (0.8) znižali na 0.49 za prepustnost za vidni spekter in 0.39 za celoten sončni spekter. Dnevna svetloba kot ključen element kvalitetnega notranjega bivalno-delovnega okolja neposredno vpliva na zdravje in dobro počutje uporabnikov ter istočasno tudi na porabo električne energije za umetno osvetlitev, zato se ob aplikaciji trojne zasteklitve upravičeno zastavlja vprašanje smiselnosti takšnega ukrepa, saj zmanjšuje količino prepuščenega sončnega sevanja. Predvsem zaradi neposrednega vpliva na zdravje, počutje in storilnost uporabnikov prostorov [Ander 2003] [Heschog 2003b, 2003c] je uporaba trojne zasteklitve pri trenutnih karakteristikah (U = 0.74 W/m2K, g = 0.50, ?v = 0.66 [Pilkington SpectrumTM 2007] z upoštevanjem korekcijskih faktorjev za umazanijo in nepravokotni vpad sevanja g = 0.32, ?v = 0.42) nesmiselna, saj poslabša notranje bivalno okolje ter hkrati zmanjša interaktivnost transparentnega dela stavbnega ovoja, ob tem pa izboljšanje U-faktorja glede na rezultate izvedenih analiz ne vodi do drastičnega zmanjšanja porabe ogrevalne energije. Trojna zasteklitev tako predstavlja ukrep, ki v okviru stavbe kot celote izboljšuje samo transmisijske lastnosti zasteklitve, zanemarja pa ostale gradbeno-fizikalne karakteristike. Takšno zasteklitev lahko označimo kot korak k ustvarjanju bolj »stacionarnega« sistema izmenjav optično-termičnih tokov skozi transparentni del stavbnega ovoja ter s tem negacijo bioklimatskih principov navezave in interakcije notranjega okolja z zunanjim. Pričujoči analizi, ki sta se osredotočili samo na vpliv dveh faktorjev elementa (okna) transparentnega dela stavbnega ovoja, sta nakazali nujnost avtomatske regulacije, saj pri uporabi bolj dinamičnega elementa (okno z dvojno zasteklitvijo) stavba in s tem notranje okolje potrebujeta za učinkovito delovanje bolj odziven, torej avtomatski sistem reguliranja. S tem se pokaže, da oblikovanje stavbnega ovoja (predvsem transparentnega dela) in vzpostavitev regulacije elementov le-tega kot tudi drugih vplivnih faktorjev na oblikovanje notranjih bivalno-delovnih pogojev nista ločena aspekta oblikovanja stavb, ampak predstavljata zaključeno celoto, ki pri oblikovanju zahteva celovit pristop. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 39 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2.2.2 Senčila Senčila poleg zasteklitve predstavljajo ključen element transparentnega dela stavbnega ovoja. Njihova primarna funkcija je zagotoviti zadosten nivo fleksibilnosti prilagajanja geometrije odprtine, da se zadosti željam po zasebnosti, varnosti ter predvsem preprečevanju vdora sončnega sevanja, ko le-to ni zaželeno [Olgyay, Olgyay 1957]. Za vsa senčila bi tako lahko trdili, da do neke mere opravljajo vse ali pa vsaj del sledečih funkcij: • uravnavanje dnevne osvetlitve – zagotavljanje vizualnega ugodja s pomočjo preprečevanja bleščanja in previsokih vrednosti osvetljenosti delovne površine; • uravnavanje toplotnih dotokov in izgub – preprečevanje pregrevanja prostorov podnevi ter zmanjšanje radiacijskih izgub v nočnem času s pomočjo senčenja zasteklitve, dodatno lahko senčila, če so opremljena s toplotno izolacijo, delujejo tudi kot nočna izolacija oken; • psihofizična zaščita uporabnikov – zagotavljanje zasebnosti in varnosti v prostoru ter tudi omogočanje vizualnega kontakta z zunanjostjo ter tako vključitev notranjega prostora v kontekst širšega bivalnega okolja. Zgoraj naštete glavne funkcije senčil niso enakomerno zastopane pri vseh tipih senčil, ki se pojavljajo v stavbah, ampak variirajo glede na konstrukcijo, pozicijo vgradnje in način delovanja posameznega senčila. Predvsem način delovanja oziroma ali je senčilo fiksno ali ne, ključno vpliva na samo fleksibilnost ter tudi univerzalnost uporabe senčila. Tako glede na način delovanja ločimo: • fiksna senčila, ki omogočajo predvsem senčenje ter s tem do določene mere uravnavajo nivo dnevne osvetlitve in preprečujejo pregrevanje notranjega okolja. Zaradi fiksne narave senčil njihova učinkovitost variira z obliko, pozicijo, orientacijo stavbe ter klimo, v kateri so uporabljena, na splošno omogočajo malo ali nič psihofizične zaščite. Učinek takšnih senčil je konstanten in vpliva na notranji prostor tudi takrat, ko je to nezaželeno (v času oblačnega vremena). Med fiksna senčila štejemo nadstreške, fiksne horizontalne ali vertikalne lamele … 40 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • premična senčila, ki omogočajo različne stopnje uravnavanja dnevne osvetlitve in toplotnih tokov, pri čemer je učinkovitost odvisna od njihove zasnove in uporabljenega materiala. Nadalje bi lahko premična senčila delili na dve podskupini, in sicer na neodstranljive rotirajoče lamele (horizontalne ali vertikalne lamele, ki se rotirajo okoli lastne osi – »aerofoil«) in na popolnoma odstranljiva senčila (tekstilni roloji, rolete, žaluzije in polkna), ki omogočajo popolno zastrtost ali odstrtost okna. Večinoma so takšna senčila dražja ter težja za vzdrževanje od fiksnih tipov, saj vsebujejo veliko mehanskih elementov, a omogočajo večjo učinkovitost in prilagodljivost pri reguliranju dnevne osvetlitve, toplotnih tokov in psihofizične zaščite. Za najbolj prilagodljiv in učinkovit tip senčil bi lahko označili žaluzije, saj omogočajo reguliranje naklona posameznih lamel ter višine oziroma odstotek pokritosti zasteklitve; • napredna zasteklitev s spremenljivimi optičnimi karakteristikami [Kaltenbach (ur.) 2004], ki omogoča s posredovanjem informacije (npr.: električni impulz) uravnavanje optičnih karakteristik zasteklitve. Strogo gledano ne gre za senčila, ampak za zasteklitev, ki omogoča spreminjanje optičnih in toplotnih karakteristik. V glavnem gre za elektrokromne in gasokromne zasteklitve ter v manjši meri zaradi omejitev pri uporabi v stavbah tudi za termokromna stekla in zasteklitve z apliciranimi tekočimi kristali. Na učinkovitost delovanja uporabljenih senčil pri uravnavanju klimatskih lastnosti notranjega bivalno delovnega okolja odločilno vpliva tudi pozicija vgraditve. Glede na vgradnjo senčila lahko ločimo dve možni poziciji, in sicer na zunanji strani transparentnega dela stavbnega ovoja ali pa na notranji strani le-tega. Če so pri zasteklitvi odprtin uporabljene šipe z dvojno ali trojno zasteklitvijo, je mogoče nekatere tipe (žaluzije, roloje) senčil vgraditi tudi med dvoje stekel. Pozicija senčila ne vpliva na njegovo učinkovitost glede reguliranja nivoja notranje osvetlitve, a zelo vpliva na učinkovitost senčila pri uravnavanju termičnih aspektov sončnega sevanja [Bauer et al. 1996]: • senčila na zunanji strani transparentnega dela stavbnega ovoja omogočajo glede na svojo konstrukcijo in uporabljene materiale do 100-odstotno preprečevanje vdora sončnega sevanja v notranje okolje. Za fiksna senčila je pozicija na zunanji strani Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 41 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ovoja edina smiselna, pri aplikaciji premičnih senčil pa je potrebno računati na večji začetni finančni vložek saj takšna senčila zahtevajo višje stroške vzdrževanja ter bolj robustno konstrukcijo; • senčila na notranji strani zasteklitve ne ponujajo skoraj nikakršne zaščite pred pretiranimi dotoki sončne energije (pregrevanje), saj energijo, prejeto s kratkovalovnim sončnim sevanjem, enostavno spet reradiirajo v notranji prostor v obliki dolgovalovnega toplotnega sevanja. V primerjavi z zunanjimi senčili bi lahko učinkovitost notranjih senčil pri preprečevanju vstopa sončnega sevanja ocenili na maksimalno 10 % ter so zato primerna le za uravnavanje nivoja dnevne osvetljenosti. Prednost notranje pozicije senčil je predvsem v njihovi nižji ceni in lažjem vzdrževanju; • senčila med dvema elementoma zasteklitve se po učinkovitosti in delovanju nahajajo nekje med dvema ekstremoma zunanjih in notranjih senčil. Glede na konstrukcijo, izvedbo in tip senčila je njihova učinkovitost pri regulaciji termalnih aspektov sončnega sevanja v rangu 30 % – 40 %. Pri sodobnih zasteklitvah, ki imajo prostor med dvema šipama zapolnjen z žlahtnim plinom (argon, kripton), je izvedba takšnih senčil zelo zahtevna in delikatna. 2.2.2.1 Tipi premičnih senčil V kontekstu oblikovanja integralnega regulacijskega sistema notranjega okolja (IRsNO) je smiselno največ pozornosti posvetiti premičnim in odstranljivim senčilom, torej rolojem, roletam, žaluzijam in polknom. Ta senčila za razliko od ostalih rotirajočih in fiksnih senčil omogočajo največjo fleksibilnost pri prilagajanju geometrije transparentnega dela odprtine ter hkrati zato predstavljajo največji izziv z vidika avtomatske regulacije. Prav popolnoma odstranljiva senčila so tista, ki lahko v kombinaciji z avtomatsko regulacijo dosežejo izboljšanje reguliranih parametrov notranjega okolja, predvsem pa izdatno povečajo možnosti odzivnosti in fleksibilnosti sistema. Namen in odzivnost premičnih tipov senčil sta v veliki meri odvisna od njihove mehanske zasnove in uporabljenih materialov. Določeni tipi premično odstranljivih senčil tako omogočajo izredno kontrolo nad vdorom sončnega sevanja (žaluzije), a je zato potrebna bolj 42 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. sofisticirana konstrukcija senčila, na drugi strani pa preprostejša senčila (roloji) ne ponujajo fleksibilnosti prvih, a so enostavnejša ter posledično cenejša in enostavnejša za vzdrževanje. Pri izbiri primernega senčila je zaradi kompleksnosti vpliva različnih faktorjev tako senčila kot tudi objekta in specifične lokacije potrebno pretehtati več med seboj interaktivno povezanih faktorjev. Tako so najpomembnejši sledeči faktorji: zmožnost preprečevanja vdora sončnega sevanja (učinkovitost senčenja), fleksibilnost pri regulaciji dnevne osvetljenosti, omogočanje stika z zunanjostjo, način vzdrževanja, življenjska doba, možnost uporabe kot nočne izolacije ... Zastopanost posameznih faktorjev pri specifičnem senčilu je v največji meri odvisna od njegove zasnove in uporabljenega materiala [Bauer et al. 1996]. • Tekstilni roloji so tip senčil, pri katerih je mogoče kontrolirati le odstotek pokritosti (senčenja) transparentne odprtine stavbnega ovoja in zato skoraj ne omogočajo uravnavanja nivoja bleščanja, razen če se pri zelo bleščavem notranjem okolju okno popolnoma zasenči. Ker je za strukturo senčila uporabljen tekstilni material, z roloji ni mogoče doseči popolne prekinitve vdora sončnega sevanja v notranji prostor, saj imajo različni tekstilni materiali transmisijski koeficient za solarno radiacijo v razponu 10 % – 30 %. V primerjavi z žaluzijami so tekstilni roloji manj fleksibilni, a cenejši in enostavnejši za vzdrževanje ob hkratni primerljivi odpornosti na zunanje vremenske vplive. • Rolete so po zasnovi zelo podobne tekstilnim rolojem, vendar zaradi izvedbe iz plastičnega, kovinskega ali lesenega materiala omogočajo nekoliko manjšo fleksibilnost uporabe. Podobno kot pri rolojih je edini parameter, ki se regulira pri roleti, odstotek senčenja okna. Tako ni mogoče učinkovito kontrolirati bleščanja v prostoru. Prednost izvedbe v popolnoma netransparentnem materialu je, da rolete popolnoma blokirajo sončno sevanje ter hkrati omogočajo uporabo za nočno izolacijo okna, saj so lamele, ki sestavljajo senčilo, lahko napolnjene s toplotno izolacijskim materialom. PVC avtomatizirana roleta je bila za senčenje odprtine testne celice uporabljena pri sistemu vodenja KAMRA. • Žaluzije od vseh tipov senčil omogočajo največjo fleksibilnost regulacije prehoda sončnega sevanja v notranji prostor, saj omogočajo uravnavanje tako odstotka pokritosti okna kot tudi naklon posameznih lamel. Pri večini trenutno dostopnih motoriziranih žaluzijah pa se del te fleksibilnosti izgubi, saj je neodvisna regulacija Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 43 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. naklona težavna - lamele so v horizontalni poziciji pri dviganju in v vertikalni poziciji pri spuščanju senčila. Potreba po regulaciji dveh parametrov (naklona in pozicije), ki sicer omogoča veliko fleksibilnost uporabe žaluzij, predstavlja tudi dodaten zaplet pri izvedbi avtomatskih regulacijskih algoritmov, saj se struktura regulatorja zaplete. V večini primerov so lamele žaluzij izdelane iz kovine (aluminij, jeklo), redkeje pa tudi iz umetnih mas. Zmožnost žaluzij pri preprečevanju transmisije sončnega sevanja je lahko zelo visoka, saj se da doseči vrednosti v okviru 1 %, pri čemer ni upoštevana reradiacija v obliki dolgovalovnega infrardečega sevanja [Bauer et al. 1996], podobno velja tudi za dnevno svetlobo, pri čemer ni mogoče doseči 100-odstotne blokade dnevne svetlobe. • Polkna so verjetno eno od najstarejših, če ne najstarejša premično-odstranljiva senčila, ki so se pojavljala predvsem v preteklosti in pri venakularni arhitekturi srednjeevropskega in mediteranskega območja. Primerno oblikovana in uporabljena so lahko zelo fleksibilna in vsestransko primerna tudi v sodobnem času. Strukturno gledano bi lahko trdili, da gre za predhodnika rolete in žaluzije, pri čemer so polkna drsno ali nihajno odstranljiva. Tradicionalno so sestavljena iz krila, v katerega so vgrajene horizontalne lesene lamele, katerim se prilagaja naklo,n ne pa tudi pozicija. Prav zaradi zgoraj opisanega načina delovanja polkna ne dosegajo fleksibilnosti uporabe žaluzij, rolojev in rolet, saj je okno ob namestitvi že v začetku osenčeno v dokaj veliki meri. Kljub manjši fleksibilnosti pa so polkna atraktivna zaradi možne uporabe za nočno izolacijo ter omogočanja dodatne varnosti. Izvedena so tradicionalno iz lesa, v sodobnih variantah pa največkrat iz kovin in umetnih mas. Izvedba avtomatsko premičnih polken je težavna predvsem zaradi potrebe po kompleksnih mehanskih elementih (potrebna bi bila dva sistema- za premikanje celotnega polkna in uravnavanje naklona lamel). 2.2.2.1 Senčilo kot solarni kolektor Fasadni ovoj stavbe je močno izpostavljen sončnemu sevanju ter skupaj s streho predstavlja zunanjo površino stavbe, ki jo je mogoče izkoristiti za aktivni zajem sončne energije ter tako povečati potencial izkoriščanja vpadnega sončnega sevanja. Sevanje, ki pade na stavbni ovoj je mogoče s pomočjo solarnih kolektorjev pretvoriti v toplotno energijo ali pa s 44 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. fotovoltaičnimi moduli neposredno v elektriko. Ker pa so sodobne fasade poslovnih, javnih in industrijskih objektov velikokrat močno zastekljene, je uporaba klasičnih kolektorjev in fotovoltaičnih modulov na fasadnih površinah omejena, hkrati pa velikokrat tudi ni zaželena iz estetskih razlogov. V takšnih primerih bi bila smiselna integracija solarnih kolektorjev ali fotovoltaičnih modulov v fiksna ali še bolje- premična senčila. Pri integraciji solarnih kolektorjev v senčilu se pojavlja več z izvedbo povezanih potencialnih težav, saj današnji spektralno selektivni premazi (TSSS - Thickness Sensitive Spectrally Selective), ki se uporabljajo na kolektorjih, zahtevajo tanke nanose in zaščito pred atmosferskimi vplivi (zasteklitev). Dodatno so ti premazi večinoma dostopni samo v odtenkih črne barve in tako predstavljajo estetsko omejitev pri oblikovanju senčil kot fasadnih elementov. Rešitev se potencialno kaže v aplikaciji spektralno selektivnih premazov, ki so neobčutljivi na debelino nanosa (TISS – Thicness Insensitive Spectrally Selective) [Orel et al. 2007a, 2007b], so odporni na atmosferske vplive in jih je mogoče izvesti v različnih barvnih odtenkih. Dodatno je TISS-premaze mogoče kombinirati s kovinskimi delci ter takšno barvo uporabiti na cenejši plastični podlogi absorberja - senčila in s tem znižati stroške izdelave senčila. Poleg prednosti pa TISS-premazi izkazujejo v primerjavi s TSSS-premazi izrazito slabšo spektralno selektivnost (tako absorptivnost kot tudi emisivnost), kar posledično pomeni slabši izkoristek kolektorja. Zaradi težav pri izvedbi mehanskih oziroma strojnih inštalacij razvoda vode v senčila in iz njih bi bila smiselna aplikacija senčil z integriranim solarnim kolektorjem le v primeru velikih zastekljenih površin ter v fiksna ali premična neodstranljiva (rotirajoča) senčila. Prav integracija v rotirajoča neodstranljiva senčila bi z zadostnim nivojem avtomatizacije omogočala doseganje optimalnih rezultatov, saj bi se lahko prilagajala trenutnim vremenskim pogojem ter zahtevam uporabnikov. Z avtomatsko regulacijo senčenja je mogoče doseči ugodne notranje razmere ter hkrati slediti optimalnemu vpadnemu kotu sončnega sevanja in tako omogočiti maksimalen izkoristek solarnih kolektorjev. Najprimernejši tip senčil za izvedbo integriranega senčila - kolektor bi bila predvsem vsa lamelna horizontalna ali vertikalna senčila primernih dimenzij za praktično integracijo vseh potrebnih elementov kolektorja. Pri tem je lahko postavitev senčila v odnosu do primarnega dela stavbnega ovoja, torej zasteklitve, v dveh osnovnih pozicijah: na zunanji ali notranji strani ovoja. Zunanja pozicija je bolj zaželena, saj ne posega v bivalno-delovni prostor, hkrati pa omeji možnost Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 45 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. pregrevanja prostora zaradi reradiacije dolgovalovnega sevanja v notranjem prostoru. Slabost takšne namestitve je v izpostavljenosti kolektorja atmosferskim vplivom, ki sčasoma degradirajo spektralno selektiven premaz, zaradi česar je vzdrževanje senčila dražje. Rešitev se ponuja v izvedbi dvojnega fasadnega ovoja, ki sicer zaščiti kolektorje, vendar podraži izvedbo fasadnega ovoja. Zaradi visokih stroškov takšne izvedbe bi bila le-ta smiselna samo pri visokih objektih, kjer je vzdrževanje zunanjih senčil prezahtevno. Z upoštevanjem trajnosti TISS-premazov na osnovi silikona ali poliuretana lahko zaključimo, da bi bila z uporabo takšnih premazov za večino objektov najprimernejša namestitev senčil na zunanji strani brez dodatne zaščite, saj takšna senčila omogočajo najboljšo fleksibilnost senčenja in izkoriščanja sončnega sevanja ob hkratni obstojnosti na agresivne atmosferske vplive. Seveda iste smernice glede uporabe senčil z integriranimi solarnimi kolektorji veljajo tudi za druge zastekljene površine v stavbah. Tako je aplikacija možna na zastekljenih strehah, zimskih vrtovih in atrijih. Lamela senčila z integriranim solarnim kolektorjem bi predstavljala komponento sistema zajema sončne energije z relativno enostavno strukturo, ki ne zahteva tehnološko kompleksnih postopkov izvedbe. Strukturno gledano bi bilo takšno senčilo sestavljeno iz ohišja, v katerem se nahaja razvod vode, in toplotne izolacije na »hrbtni« strani senčila, ki bi preprečevala toplotne izgube. Stranica, izpostavljena sončnemu sevanju (absorber), je prekrita s TISS-premazom v želeni barvi. Zaradi uporabe TISS spektralno selektivnega premaza bi bilo mogoče celotno senčilo izdelati iz plastike, kar bi tako cenovno kot tudi tehnološko predstavljalo prednost pred klasičnimi kolektorji, ki za doseganje spektralne selektivnosti potrebujejo kovinsko podlogo in pri uporabi TSSS-premazov tudi zasteklitev za preprečitev degradacije premaza. Poleg izvedbe senčila kot klasičnega solarnega kolektorja bi bila možna tudi tandemska izvedba s fotovoltaičnimi celicami. Fotovoltaične tankoslojne fleksibilne celice bi bilo mogoče prilepiti na površino senčila, kjer bi opravljale neposredno pretvorbo sončnega sevanja v električno energijo, hkrati pa bi se senčilo uporabljalo tudi kot solarni kolektor za ogrevanje vode. Takšno delovanje bi bilo mogoče zaradi temne površine fotovoltaičnih celic, ki se pri izpostavljenosti sončnemu sevanju močno segreva. Slabost tandemske izvedbe pa bi bila podobno kot pri TSSS-premazih omejenost pri naboru barv (zaradi fotovoltaičnih celic), hkrati pa bi bilo potrebno z eksperimenti potrditi upravičenost tandemske izvedbe. 46 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Senčilo – kolektor bi v kontekstu vmesnika med zunanjim okoljem in notranjim bivalnim prostorom predstavljalo aktivni element uravnavanja svetlobnih in toplotnih tokov skozi transparentni del ovoja. Omogočeno bi bilo energetsko izkoriščanje sončnega sevanja s segrevanjem vode v solarnih kolektorjih ali pa z neposrednim zajemom ob namestitvi senčil tako, da omogočijo neposredni vpad sončnega sevanja v prostor. S svojo fleksibilnostjo bi takšni elementi predstavljali potencialno pomemben element bioklimatskega oblikovanja zunanjega ovoja stavbe, hkrati pa tudi način za uravnavanje notranjega okolja (Slika 2.6). Pri postavitvi in dimenzioniranju senčil bi bil nujno potreben temeljit premislek glede dimenzij lamel in gostote njihove postavitve, saj lahko močno vplivajo na počutje uporabnikov z omejevanjem vidnega stika z zunanjostjo. Ker bi bilo potrebno iz tehnoloških razlogov lamele senčila – kolektorja toplotno izolirati, bi lahko le-te ob primerni vgraditvi v objekt uporabili kot dodatno toplotno izolacijo v nočnem času (Slika 2.6) za transparentni del ovoja stavbe. Izvedba senčil, ki bi opravljala tudi funkcijo nočne toplotne izolacije, bi bila relativno Slika 2.6: Način delovanja senčila-solarnega kolektorja v dnevnem in nočnem režimu. Fig. 2.6: Operation of the collector-shading device in the day and night time. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 47 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. enostavna ob predpogoju, da so senčila na objekt pritrjena tako, da se pri popolnem zaprtju navezujejo na toplotnoizolacijski ovoj celotnega objekta. Prednost takšne konfiguracije je dodatno zmanjšanje toplotnih izgub skozi transparentne dele ovoja v nočnem času, ko sončno sevanje ni na voljo. Avtomatska premična senčila so v takšnem primeru nujna, saj brez avtomatske regulacije zapiranja in odpiranja takšnih senčil ni mogoče pričakovati primernega odziva sistema. Prav nuja po avtomatizaciji delovanja senčila – kolektor se neposredno navezuje na oblikovanje regulacijskega sistema notranjega okolja, ki bi z uporabo opisanega sistema senčil pridobil dodaten element oblikovanja transparentnega dela stavbnega ovoja. Kot ideja se senčilo – kolektor navezuje na razširitev možnosti bioklimatskega oblikovanja stavbe, njenega ovoja ter notranjega okolja, v kontekstu oblikovanja sistema IRsNO pa širi možnosti aplikacij in učinkovitosti sistema. Regulacijski sistem notranjega okolja bi z možnostjo regulacije senčil omogočal delovanje senčila – kolektorja, hkrati pa bi takšna senčila povečala izkoristke razpoložljivega sončnega sevanja ter s tem učinkovitost in upravičljivost regulacijskega sistema, kot je zasnovani IRsNO 2.3 Analiza sistemov reguliranja notranjega okolja Zaradi kompleksnosti vzpostavitve celovitega regulacijskega sistema uravnavanja notranjega bivalno-delovnega okolja je pred oblikovanjem takšnega sistema smiselno izvesti oceno različnih strategij nadzora. Predhodno opravljeno delo na področju regulacije stavbnega ovoja ter notranjega okolja stavbe lahko predstavlja koristen nabor virov, ki omogočajo lažjo identifikacijo težav in njihovih potencialnih rešitev. Ker bo IRsNO temeljil predvsem na delu, opravljenem na pilotni celici KAMRA, je v nadaljevanju največ pozornosti namenjene predvsem ustroju in delovanju tega sistema, izvedenega na KSKE. Dodatno so orisani tudi nekateri drugi znanstveni dosežki s področja regulacije toplotnih in optičnih tokov skozi stavbni ovoj. Pregledno obravnavanje že opravljenega dela na KSKE ter tudi drugje omogoča oceno primernosti določenih ukrepov in nastavitev ter tako skrajša potreben čas za oblikovanje in usklajevanje parametrov regulacijskega sistema. Povečano zanimanje za energetsko učinkovitost ter želja po izboljšanju delovnih in bivalnih razmer v stavbah sta v zadnjih 15 letih privedla do velikega števila raziskav na področju 48 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. optimizacije osvetljenosti in energetske obremenjenosti prostorov. Predvsem zaradi velikih potencialnih prihrankov pri električni energiji za osvetljevanje v pisarniških in proizvodnih prostorih uporaba optimiziranega dnevnega osvetljevanja predstavlja zelo atraktiven način za zmanjšanje operativnih stroškov stavb [Ruck et al. 200]. Dodatno pa dnevna svetloba pozitivno vpliva na počutje in storilnost uporabnikov prostorov ter neposredno fiziološko vpliva na človeško telo [Adner 2003] [Brainard et al. 2001]. Poskusi s sistemom za uravnavanje umetne osvetlitve v odvisnosti od razpoložljive dnevne svetlobe so pokazali potencialne prihranke 30 % – 40 % pri porabi električne energije za svetila najbližja oknom ter 16 % – 22 % pri svetilih globlje v prostoru [Rubinstein et al. 1999]. Vendar se možnosti pozitivnih učinkov sistema, ki uravnava prehod svetlobe skozi stavbni ovoj, ne končajo pri dnevni osvetlitvi ter posledičnem zmanjšanju porabe električne energije, ampak lahko s pravilnim integriranjem regulacije termičnih aspektov kratkovalovnega sončnega sevanja dosežemo tudi drastično zmanjšanje porabe energije za ogrevanje in ohlajevanje. Prav potreba po integriranem pristopu k regulaciji notranjega bivalnega okolja se je izkazala kot ključna v oblikovanju udobnejšega bivalno-delovnega okolja, ki hkrati omogoča znatne energetske prihranke. Zato eksperimentalni in do neke mere tudi komercialni regulacijski sistemi ne pristopajo le k uravnavanju vizualnega ali toplotnega ugodja v notranjem okolju, ampak poskušajo vzpostaviti sistem, ki zaobjame celoto kompleksnih interakcij vplivnih faktorjev. Prav zaradi kompleksnosti medsebojnih povezav med različnimi, velikokrat tudi nasprotujočimi se zahtevami v takšnem celovitem sistemu je naloga oblikovanja delujočega regulacijskega sistema notranjega okolja izjemno zahtevna. Nadaljnja poglavja bodo podrobno in temeljito predstavila regulacijski sistem testne celice KAMRA, ki je za razvoj IRsNO-ja predstavljal osnovo oziroma izhodišče. Poleg KAMRE bosta predstavljena in v osnovah opisana tudi dva druga poskusa v regulaciji prehoda toplotnih in optičnih energetskih tokov skozi transparentni del stavbnega ovoja. Namen takšne primerjave je vzpostaviti delen pregled trenutnega stanja raziskovalnih aplikacij na pričujočem področju ter identificiranje potencialnih nadaljnjih smeri razvoja z namenom uporabe pri snovanju nove aplikacije IRsNO. Predstavljeni in kasneje primerjani so sledeči regulacijski sistemi (poleg spodaj naštetih glej tudi [Calvino et al. 2004] [Gouda et al. 2001] in [Lee et al. 1998].): Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 49 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • primer 1: KAMRA - KSKE, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, UL [Kristl et al. 2007] [Trobec-Lah 2003] [Trobec-Lah et al. 2005, 2006], • primer 2: Laboratorij za elektroniko tehnične univerze na Kreti [Kolokotsa et al. 2000, 2002, 2005], • primer 3: LESO-PB (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) [Guillemin, Morel 2001]. Čeprav je vsem zgoraj naštetim sistemom skupno uravnavanje pretoka toplotnih in svetlobnih tokov skozi stavbni ovoj, je neposredna primerjava med njimi zaradi veliko različnih specifičnih detajlov posameznih sistemov ter različnih metod testiranja vsaj problematična, če ne že kar nemogoča. Prav zato je bil izbran drugačen pristop, pri katerem bodo posamezni sistemi orisani s svojimi specifikami in doseženimi eksperimentalnimi rezultati. Tako naj bi postali vidni osnovni koncepti oziroma strategije posameznih regulatorjev, le-te pa je možno primerjati na konceptualni ravni ter ovrednotiti njihove prednosti in slabosti. 2.4 Testni regulacijski sistem KAMRA Testna celica KAMRA je bila zasnovana in izvedena na Katedri za stavbe in konstrukcijske elemente UL FGG z namenom izvajanja eksperimentov s sistemom uravnavanja energetskih tokov skozi transparentni del njenega ovoja. Celotna testna celica je bila oblikovana kot poenostavljeni model realne stavbe z enostavno geometrijo in majhnim volumnom ter s tem tudi s hitrim odzivom na zunanje vremenske razmere. V prvi fazi so se na njej izvajali eksperimenti z regulacijskim sistemom, ki je uravnaval le toplotne aspekte prehoda kratkovalovnega sončnega sevanja iz zunanjosti v notranjost celice. Ti poskusi so bili primarno namenjeni potrditvi predhodnih numeričnih simulacij dinamičnega termičnega odziva stavbe in mehkega regulatorja za uravnavanje toplotnih tokov s pomočjo spremenljive geometrije odprtin [Furlan 1999] [Kladnik 1997]. Večina nadaljnjega dela je bila usmerjena v nadgraditev toplotnega regulatorja v sistem sposoben uravnavanja vizualnega ugodje znotraj celice ter harmoniziranja med toplotnimi in vizualnimi zahtevami v notranjem okolju. Zaradi kompleksnosti fizikalnih pojavov pri 50 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. prehodu svetlobe iz zunanjosti v notranji prostor je bil za izvedbo svetlobnega regulatorja izbran eksperimentalni pristop brez predhodnega matematičnega modela, kar je bilo omogočeno z uporabo mehke logike [Trobec-Lah 2003] pri snovanju regulatorja. Celoten sistem je bil intenzivno testiran v daljšem časovnem obdobju pri različnih zunanjih vremenskih pogojih ter je v tem obdobju uspešno sledil številnim notranjim zahtevam. Z regulacijskim sistemom KAMRA je bilo pridobljenih ogromno izkušenj in eksperimentalnih podatkov, ki predstavljajo zelo pomembno oporo pri koncipiranju IRsNO-ja. Takšna baza podatkov je omogočila hitrejše koncipiranje nastavitvenih pravil regulacijskega sistema ter pomoč pri izogibanju potencialnim težavam in stranpotem. 2.4.1 Značilnosti testne celice KAMRA Testna celica je bila postavljena na strehi Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na Jamovi cesti 2 v Ljubljani (zemljepisna širina = 46.05°, zemljepisna dolžina = 14.30°) s transparentnim delom ovoja, orientiranim na jug. Notranje dimenzije celice so znašale 1m x 1m x 1m, celotna južna stran ovoja celice pa je bila zastekljena in izpostavljena sončnemu sevanju. Reguliranje spreminjanja površine odprtine je bilo doseženo z zunanjo lamelno PVC roleto, ki se je premikala glede na ukaze regulacijskega sistema. Majhen volumen in zelo veliko razmerje med prostornino celice in delom transparentnega ovoja sta omogočila hitro odzivnost sistema na zunanje razmere. Posledično se je celica v primerjavi z realno stavbo pod vplivi zunanjih vremenskih razmer zelo hitro ogrela ter ohladila. Vsi opisi testne celice KAMRA in eksperimentalnih rezultatov so povzeti po literaturi [Kristl et al. 2007] [Trobec-Lah 2003] [Trobec-Lah et al. 2005, 2006]. 2.4.1.1 Geometrija testne celice Celotna testna celica je postavljena v lesen okvir, širine 5 cm, in dvignjena od tal tako, da je notranja kota tal celice dvignjena od nivoja zunanjega zaključnega sloja strehe stavbe FGG za 50 cm, s tem je bilo omogočeno vplivanje zunanjih vremenskih pogojev na celoten ovoj celice. V lesen okvir je vstavljen zunanji ovoj iz 10 cm debelih blokov penjenega betona (k = 0.27 W/mK, ? = 500 kg/m3, c = 0.27 Wh/kgK), ki v primeru strehe in tal ležijo na 2.5 cm debeli vezani plošči (k = 0.41 W/mK, ? = 900 kg/m3, c = 0.67 Wh/kgK). Notranjost celice je Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 51 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 2.7: Aksonometrični prerez skozi testno celico KAMRA in prikaz njenih osnovnih geometrijskih in konstrukcijskih značilnosti. Fig. 2.7: Axonometric section through the test cell KAMRA featuring all major geometric and construction specifications. prepleskana z belo barvo. Streha je položena na lesene »I« nosilce, kar omogoča izvedbo prezračevalnega sloja med ovojem celice in hidroizolacijo na strehi ter s tem zmanjšuje vpliv pregrete pločevine na notranjost celice v poletnih mesecih. V južno steno je vgrajeno transparentno enokrilno okno, dimenzij zasteklitve 1 m x 1 m, ter z lesenim okvirjem debeline 5 cm. Zasteklitev je sestavljena iz dveh navadnih »float« šip z zrakom v vmesnem prostoru. Nad oknom je na zunanjih nosilcih pritrjena pločevinasta kaseta s PVC-lamelno toplotno izolacijsko pomično roleto v beli barvi. 2.4.1.2 Elementi testne celice Poleg same konstrukcije tvorijo sistem testne celice KAMRA tudi izvršni členi ter merilno-regulacijski elementi, celoten sistem je prikazan na sliki 2.8. Med izvršne člene sistema KAMRA spadajo naprave, ki izvršujejo ukaze regulacijskega sistema: • PVC-roleta, sestavljena iz lamel z vgrajeno toplotno izolacijo, je pritrjena nad zasteklitvijo testne celice in s pomočjo enosmernega elektromotorja (Somfy LS 40 52 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Ares) s končnima stikaloma omogoča reguliranje efektivne površine zasteklitve. Roleta je opremljena na zgornjem delu stranskega vodila z induktivnim stikalom končne lege (IPS), ki skrbi za ugotavljanje, kdaj je roleta v skrajnem položaju, torej kdaj je okno popolnoma nezasenčeno. Ko IPS zazna, da je roleta v maksimalnem zgornjem položaju, se vrvni števec impulzov premikov rolete prenastavi na ničto vrednost. Števec impulzov je vgrajen na spodnjem delu zasteklitve in je z roleto povezan preko jeklenice ter namenjen sprotnemu spremljanju položaja rolete; • grelec je pozicioniran na sredini tal testne celice. Sestavljen je iz kovinske plošče z osmimi uporovnimi grelnimi elementi moči 50W. Grelec je namenjen ogrevanju testne celice; • ventilator, ki je vgrajen v odprtino, premera 9 cm v sredini vzhodne stranice celice, ima kapaciteto 8 m3/h. Na nasprotni stranici se nahaja identična odprtina, namenjena zajemu zunanjega zraka. Obe odprtini sta prekriti na zunanji strani s premičnima loputama, ki se ob aktivaciji ventilatorja odpreta in omogočita pretok zraka skozi celico. Ventilator je namenjen ohlajevanju celice v primeru pregrevanja. Merilna oprema obsega inštrumente, ki spremljajo zunanje in notranje pogoje na testni celici. Vsi inštrumenti so preko digitalno-analognih pretvornikov povezani s programirljivim logičnim krmilnikom (PLC) in tako s celotnim sistemom vodenja. Merilna oprema obsega sledeče inštrumente: • piranometer in albedometer CM7B (Kipp&Zonen Delft BV), ki spremlja zunanjo globalno in odbito komponento sončnega sevanja. Odzivni čas inštrumenta je 5 s, gostota energijskega toka je izražena v W/m2; • termo člen tipa E iz materiala NiCr-CuNi, ki spremlja zunanjo temperaturo zraka. Nameščen je na severni strani celice, kar omogoča zaščito pred vplivom neposrednega sončnega sevanja. Pred vplivom vetra pa je termočlen zaščiten s plastičnim tulcem; • luksmeter LUX cell, ki meri nivo notranje osvetljenosti. Pritrjen je na strop celice, kjer je zaščiten pred vplivom neposredno sončnega sevanja; Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 53 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • termo člena tipa T iz materiala Cu-CuNi, ki sta namenjena spremljanju notranje temperature zraka in sta pozicionirana tako, da nista izpostavljena neposrednemu sočnemu sevanju. Oprema vodenja sistema KAMRA se lahko v grobem deli v dve ločeni skupini, in sicer v procesni ter nadzorni nivo: Slika 2.8: Shema sistema KAMRA s prikazanimi aktuatorji, regulacijsko in merilno opremo ter osnovnimi povezavami. Fig. 2.8: Schematics of the KAMRA system with actuators, measuring and regulating equipment shown. 54 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. procesna oprema sistema je sestavljena iz komunikacijskega modula, programirljivega logičnega krmilnika (PLC) Mitsubishi serije AnS vključno s koprocesorjem in napajalno enoto, ki opravlja vodenje testne celice. Naloga PLC-ja je izvajanje regulacije sistema KAMRA po regulacijski shemi, načrtovani v programskem orodju IDR BLOK 3.05. Vsi programi za izvajanje operacij na PLC-ju se izvajajo s programskim orodjem GX Developer 7. Ker je potrebno količine, dobljene z merilnimi napravami, preoblikovati v obliko, primerno za PLC, to opravi merilno-regulacijska oprema (MRO), ki signale pretvori v območju 4 – 20 mA in jih tudi ojača; nadzorna oprema je sestavljena iz nadzornega računalnika (osebni računalnik s programskimi orodji za načrtovanje in izvajanje regulacijskih shem, razvitih v okolju Factory Link) in operaterskega pulta (MAC E200). Slednji je namenjen neposredni komunikaciji s PLC-jem in spremljanju termično-optičnih procesov v testni celici. Izvajanje teh funkcij omogoča MAC Programer aplikacija za konfiguriranje prikazov na operaterskem pultu. Za nadzor in prikaz eksperimentov na osebnem računalniku je bilo uporabljeno programsko orodje SCADA (Supervisory Control and Data Acqisition & Human Machine Interface), v katerem se izvaja aplikacija za nadzor in spremljanje procesa vodenja. 2.4.2 Opis regulatorja KAMRA Pri koncipiranju sistema KAMRA je bilo glavno vodilo za zasnovo regulacijskega algoritma oblikovati sistem, ki bi poskušal s spreminjanjem geometrije zasteklitve (senčenje odprtine) regulirati notranje pogoje v celici glede na zunanje klimatske danosti. Ker pa so notranje zahteve ter zunanji pogoji v poletnem in zimskem času različni je že na samem začetku snovanja postalo očitno, da bo moral regulacijski sistem zadostiti vsaj dvema osnovnima sezonskima režimoma. • Poletni režim mora preprečevati pregrevanje celice pri hkratnem zagotavljanju zadovoljivega nivoja osvetljenosti. Čeprav lahko pri velikem številu primerov v poletnem času zagotovimo zadovoljiv nivo notranje osvetljenosti že z zagotavljanjem Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 55 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. vidnega stika z okolico (minimalno odprto senčilo), predstavlja ta zahteva potencialen konflikt interesov, saj se preprečevanje pregrevanja in zagotavljanje osvetljenosti do neke mere medsebojno izključujeta. V idealnem primeru, ko je zasteklitev orientirana proti južni strani neba in je vreme skozi celoten dan popolnoma sončno, bi se roleta v dnevnem ciklu premikala po parabolični krivulji. V nočnem času je zastekljeni del ovoja popolnoma nezastrt, saj s tem omogočamo radiacijsko hlajenje. • Zimski režim okarakterizira stremenje k čim večjemu omogočanju zajema solarnih pritokov, kar v idealnem primeru pomeni, da bi bilo okno ob izpolnitvi pogojev osvetljenosti podnevi popolnoma nezastrto. V nočnem času pa so senčila popolnoma zaprta, saj tako delujejo kot nočna izolacija. • Pomladno-jesenski režim predstavlja svojevrstno kombinacijo med zimskim in poletnim režimom, saj lahko vremenske razmere v toku enega dneva zaobjamejo vse značilnosti zimskih in poletnih klimatskih pojavov. Prav zaradi nabora različnih možnih vremenskih pojavov v tem času predstavljata jesen in pomlad z vidika regulacije potencialno najbolj težavna letna časa. Ker je dinamika sprememb zunanjih temperatur (nekaj °K v minutnem časovnem intervalu) v primerjavi z dinamiko sprememb osvetljenosti (hipna sprememba v razponu 1000 lx – 5000 lx ali celo več) relativno počasna, je bil sistem regulacije transparentnega dela ovoja že na samem začetku hierarhično urejen, in sicer tako, da ima regulacija osvetljenosti vedno prednost pred regulacijo temperature. Takšna organiziranost je predvsem pomembna, ker je regulacijski sistem omogočal harmoniziranje med notranjo osvetljenostjo in regulacijo notranjih temperatur. Poleg spremljanja nastavljenih želenih notranjih vrednosti temperature in osvetljenosti je morala regulacija senčila izpolniti tudi psihološke pogoje delovanja, saj bi prehitri in prepogosti premiki rolete v prostoru z uporabniki predstavljali zelo moteč vpliv na kvaliteto bivanja. Poleg regulacije notranje osvetljenosti in temperature s spreminjanjem geometrije zasteklitve je sistem KAMRA vseboval tudi regulacijo grelcev in ventilatorja za uravnavanje notranjih temperatur celice. Regulacijske zanke, ki sestavljajo sistem KAMRA, bi lahko delili na glavni zanki (temperatura, osvetljenost) in pomožno za grelce in ventilator. Toplotni in svetlobni 56 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. regulacijski zanki sta lahko konfigurirani tako, da sodelujeta (harmoniziranje) ali pa delujeta vsaka posebej ter s tem regulirata samo temperaturo ali pa samo osvetljenost v celici. Regulacijska zanka za osvetlitev je strukturirana tako, da uravnava položaj rolete glede na referenčno vrednost in dejansko osvetljenost celice. Podobno je zasnovana tudi temperaturna zanka, ki glede na vneseno referenco in izmerjeno temperaturo zraka v celici z upoštevanjem razpoložljivega zunanjega sončnega sevanja uravnava položaj rolete. Pri regulaciji grelcev in ventilatorja se sistem za aktivacijo odloči na podlagi primerjanja referenčne vrednosti z dejansko notranjo temperaturo celice. Ker simultano delovanje grelca in ventilatorja ni dovoljeno, se regulacijska zanka odloči za vklop enega ali drugega glede na primerjanje izhodnih količin odgovarjajočih regulatorjev. Obe glavni veji regulacijskega sistema sta zasnovani kot kaskadni regulacijski zanki, pri čemer je glavni regulator mehkega tipa, dodatni pomožni pa klasičen PID-regulator s pomožno regulirano veličino. To pomeni, da glavni mehki regulator s pomočjo vhodne referenčne vrednosti (npr.: želena osvetljenost) in regulirane vrednosti regulacijske zanke (npr.: dejanska notranja osvetljenost) nastavi kot izhod referenčno vrednost za pomožni regulator – želeni položaj rolete, le-ta pa to primerja z dejanskim položajem rolete ter kot svoj izhod pošlje signal za ustrezni pomik senčila. Uporabljeni pomožni PID-regulator je hitrostni PID/V regulator z izhodom, ki predstavlja spremembo položaja naprave v razponu vrednosti od +100 % do -100 %, pri čemer negativne vrednosti predstavljajo zapiranje, pozitivne pa odpiranje senčila. Slika 2.9 predstavlja poenostavljeno shemo temperaturne in svetlobne regulacijske zanke sistema KAMRA. Pri snovanju algoritma za temperaturno regulacijsko zanko so bile kot osnova uporabljene numerične simulacije, izvedene v MATLAB/Simulink programskem okolju Napaka! Vira sklicevanja ni bilo mogoče najti.. Nastavitve mehkega regulatorja so bile še dodatno optimizirane z izvedenimi eksperimenti. Omenjeno je bilo, da je zaradi narave sezonsko spreminjajočih se zunanjih klimatskih pogojev smiselno vzpostaviti vsaj dva regulacijska algoritma, in sicer za zimski ter poletni čas. Pri sistemu KAMRA oba mehka regulatorja prispevata k reguliranju pozicije rolete, razmerje izraženega vpliva med posameznima regulatorjema pa se določa s pomočjo temperaturne razlike med zunanjo in želeno notranjo temperaturo zraka. Kar v primeru nižjih zunanjih temperatur od notranjih želenih temperatur Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 57 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. zraka pomeni, da na spreminjanje pozicije rolete vpliva le mehki regulator za zimski režim. V obratnem primeru pa pozicionirata roleto oba regulatorja, pri čemer se količina vpliva posameznega regulatorja določi s sledečo evaluacijsko funkcijo: položaj rolete = ((fuzzy_rol_S/100*Terr/2) + (fuzzy_rol_W/100*(100–Terr/2)), kjer sta »fuzzy_rol_S (W)« izhodna signala poletnega (S) in zimskega (W) mehkega temperaturnega regulatorja. Terr je razlika med zunanjo temperaturo in notranjo želeno temperaturo zraka. Na takšen način je mogoče pokriti tudi vse zunanje razmere v pomladnem in jesenskem času, ki dejansko predstavljajo kombinacijo dveh klimatskih ekstremov, torej poletja in zime. Za bolj enakomerno in tekoče delovanje regulacijske zanke in posledično premikanje rolete so v temperaturno zanko vgrajeni tudi dodatni filtri, ki izločijo vpliv višefrekvenčnih motenj merjenih signalov. Slika 2.9: Poenostavljena bločna shema svetlobne in toplotno regulacijske zanke sistema KAMRA. Fig. 2.9: KAMRA’s simplified block diagram of illumination and thermal regulation loop. 58 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Svetlobna regulacijska zanka je bila za razliko od toplotne zasnovana samo s pomočjo eksperimentov na testni celici brez predhodnih simulacij na numeričnem modelu. Osnovni razlog za takšen pristop pri snovanju regulacijskega algoritma so bili kompleksna fizikalna narava problema prehoda svetlobe skozi transparentni del stavbnega ovoja in spremljajoči optični pojavi absorpcije in odboja svetlobe v prostoru. Posledično bi razvoj modela zahteval veliko časa ter številne poenostavitve in linearizacije, ki bi potencialno vplivale na natančnost in veljavnost tako pridobljenih rezultatov. Zaradi zelo izrazite dinamičnosti procesa naravne osvetlitve (pojavljanje hitrih in trenutnih sprememb v nivoju zunanjega globalnega obsevanja, npr: oblaki prekrijejo sonce) je bilo oblikovanje odgovarjajočih mehkih pravil izredno delikatno delo, ki je zahtevalo veliko ekspertnega znanja in veliko količino izvedenih eksperimentov. Z eksperimenti se je izkazala tudi potreba po uvedbi dveh filtrov, ki sta opravljala nalogo blaženja prehitrih ali prepogostih premikov rolete, ti pa bi lahko negativno vplivali na nivo ugodja potencialnih uporabnikov prostora. Za vodenje delovanja grelcev in ventilatorja je bila oblikovana regulacijska zanka, sestavljena iz dveh regulatorjev ter bloka, ki se na osnovi primerjave izhodnih vrednosti regulatorja za ventilator in regulatorja za grelce odloča, katerega bo aktiviral (Slika 2.10). Vhodne vrednosti za oba regulatorja sta želena temperatura kot referenčna vrednost in dejanska temperatura zraka v testni celici kot regulirana veličina, na podlagi odstopanj med tema dvema vrednostima regulatorja določita odgovarjajoč odziv ventilatorja in grelca. Ventilator v Slika 2.10: Bločna shema regulacijske veje sistema KAMRA za aktivacijo grelcev in ventilatorja. Fig. 2.10: Block diagram of KAMRA’s regulation loop for the activation of heaters and ventilator. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 59 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. primeru testne celice KAMRA predstavlja poenostavljeno nadomestilo za hlajenje, saj učinkuje le takrat, ko so zunanje temperature nižje od notranjih. Krmiljenje ventilatorja je izpeljano s pomočjo klasičnega PID-regulatorja pozicijskega tipa (PID/P), ki da kot izhod ustrezno časovno pogojeno akcijo za določen položaj naprave v območju od 0 % do 100 %. Pri reguliranju grelcev sta bila razvita dva regulatorja, prvi je bil prav tako kot pri ventilatorju pozicijski PID/P-regulator, drugi pa je bil mehki regulator. V obeh primerih je bil izhod regulatorjev določitev položaja aktuatorja, torej moči delovanja grelca (od 0 % do 100 %). Čeprav sta se regulatorja za grelec in ventilator nahajala vsak v svoji veji, je bilo istočasno delovanje onemogočeno s preklopnim blokom. Kot je bilo že omenjeno, je temperaturno regulacijsko zanko in svetlobno regulacijsko zanko mogoče povezati med seboj tako, da se hkrati v testni celici regulirata oziroma harmonizirata obe količini. To je doseženo s pomočjo posebnega bloka, ki omogoča preklop med obema regulatorjema (Slika 2.9). Zaradi večje občutljivosti ljudi na spremembe nivoja osvetljenosti ter na splošno kompleksnejše regulacije uravnavanja dnevnega osvetljevanja testne celice je svetlobna regulacijska zanka vedno primarna pri določanju položaja rolete. Ko regulacija notranje osvetljenosti doseže zadovoljiv nivo znotraj tolerančnega območja okoli referenčne vrednosti, prevzame regulacijo pozicije rolete temperaturna zanka regulacijskega sistema. Edina omejitev za pozicioniranje rolete pri takšnem delovanju je, da se morajo premiki rolete, ki jih vodi temperaturna regulacijska zanka, gibati znotraj definiranega tolerančnega območja nivoja notranje osvetljenosti. 2.4.3 Eksperimentalni rezultati Eksperimenti, izvedeni s pomočjo testne celice KAMRA, so potekali skozi daljše časovno obdobje treh let skoraj brez vmesnih prekinitev. V tem času so bili na testni celici izvedeni trije konceptualni sklopi eksperimentov. Prvi sklop je obsegal eksperimente, ki so bili namenjeni določitvi toplotno optičnih parametrov obnašanja testne celice, v drugem sklopu so se definirale filtrske časovne konstante na koncu, v tretjem sklopu testiranj pa so se izvajale nastavitve mehkih regulatorjev z namenom optimiziranja le-teh. Vse tri stopnje eksperimentov so bile izvedene pri različnih vremenskih razmerah ter različnih referenčnih profilih, s čimer je bila zagotovljena vsestranskost definiranih nastavitev regulatorja. 60 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Regulacijski zanki (toplotna in svetlobna) sta bili testirani ločeno in povezani v harmoniziranem načinu delovanja. Testiranja z regulacijsko zanko osvetljenosti testne celice so pokazala, da je z zadovoljivimi nastavitvami parametrov mehkega regulatorja in filtrskih časov sistema mogoče s pomočjo premikov rolete slediti referenčnemu profilu notranje osvetljenosti v mejah odstopanj, manjših od ± 300 lx. Pri najbolj optimiziranih nastavitvah regulatorja je bil sistem zmožen slediti referenčnim vrednostim z napako, manjšo od 200 lx. Največja odstopanja so se pojavila pri stopničasti spremembi referenčne vrednosti notranje osvetljenosti ter, kot je bilo pričakovati, pri nenadnih spremembah zunanjih vremenskih pogojev (oblaki prekrijejo sonce). Pri delovanju temperaturne regulacijske zanke se je pokazalo, da se celica v času višjih zunanjih temperatur ter visokih vrednostih sončnega sevanja zelo hitro pregreje, regulacijski sistem pa ni zmožen primerno uravnavati notranje temperature. Takšen odziv sistema je bil sicer pričakovan, saj se testna celica zaradi majhnega volumna, velike površine zasteklitve ter majhne akumulacijske mase zelo hitro odziva na zunanje temperaturne spremembe. Eksperimenti z vključeno regulacijo grelcev in ventilatorja se pokazali, da vgrajeni ventilator ni zmožen drastično vplivati na notranjo temperaturo zraka, saj je imel premajhno moč. Kljub tendenci celice do pregrevanja pa so rezultati regulacije notranje temperature zraka s premiki rolete pokazali zmožnost sistema, da vzdržuje v času prehodnih letnih časov (pomlad, jesen) notranje temperature 1 – 4 K višje od zunanjih v večernem času, kar je zaželen pojav v pomladno-jesenskem času. Zabeležene vrednosti notranje osvetljenosti v času uravnavanja premikov rolete samo s toplotno regulacijsko zanko so bile 2 – 3 krat nad zaželenimi vrednostmi. Pri harmoniziranem delovanju sistema, kjer sta bili regulacijski zanki osvetljenosti in temperature povezani med seboj tako, da je imela osvetljenost notranjega prostora prednost pred regulacijo notranje temperature, so se pokazale težave s pretiranimi oscilirajočimi premiki rolete. Kljub nesprejemljivemu gibanju senčila pa je sistem še vedno vzdrževal zadovoljive notranje pogoje pri sledenju referenčnim vrednostim osvetljenosti in temperature. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 61 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2.5 Pregled drugih sistemov Kot primerljiva sistema regulacije notranjega okolja s pomočjo prilagajanja karakteristik zunanjega dela transparentnega ovoja stavbe bosta v nadaljevanju predstavljena dva primera sistema regulacije. Oba temeljita na uporabi mehke logike ter sta tako po načinu delovanja primerljiva s predhodno opisanim sistemom KAMRA. Prvi sistem je bil razvit v Laboratoriju za elektroniko tehnične univerze na Kreti, drugi pa v LESO-PB, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne . V pričujočih poglavjih bosta sistema najprej predstavljena ter nato primerjana s sistemom KAMRA. Namen je orisati širši spekter pristopov k problemu regulacije notranjega bivalno-delovnega okolja ter s tem pridobiti čim večji spekter informacij, potrebnih za izgradnjo IRsNO. 2.5.1 Laboratorij za elektroniko Tehnične univerze na Kreti Opisani sistem regulacije notranjega okolja s pomočjo prilagajanja karakteristik transparentnega dela zunanjega ovoja temelji na osnovi mehke logike ter je bil razvit v Laboratoriju za elektroniko tehnične univerze na Kreti. Vgrajen in testiran je bil v realnem okolju zgradbe laboratorija za elektroniko. Rezultate testiranj smo primerjali s predhodno izmerjenimi parametri notranjega okolja obravnavane stavbe. Vse značilnosti sistema, opisane v naslednjih poglavjih, so povzete po literaturi: [Kolokotsa et al. 2000, 2002, 2005]. Sistem regulacije notranjega okolja je pri svojem delovanju reguliral toplotno ugodje, vizualno udobje in kvaliteto zraka. Pri tem so bile merjene vrednosti: notranja in zunanja temperatura, mean radiant temperature, hitrost premikanja notranjega zraka, relativna vlažnost, koncentracija CO2 ter notranja osvetljenost. Kot način preverjanja delovanja mehkega regulacijskega sistema je bila uporabljena primerjava z obstoječim regulacijskim sistemom zgradbe, ki je bil sestavljen iz dvopoložajnega ON-OFF-sistema za ogrevanje in hlajenje ter iz ročne regulacije osvetljevanja. Osnovna arhitektura regulacijskega sistema je sestavljena iz treh delov. To so: 62 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • sistem pametne kartice (smart card), ki spremlja prisotnost uporabnikov ter omogoča vnašanje uporabnikovih preferenc. Le-te so uporabljene za nadaljnjo adaptacijo pravil mehkega regulatorja; • programirljiv logični krmilnik (PLC), ki izvaja regulacijo sistema po predpisani regulacijski shemi mehkega regulatorja. ; • osebni računalnik, ki izvaja nadzor in zapisovanje vseh dogodkov v sistemu regulacije. Ta računalnik tudi opravlja adaptacijo pravil mehkega regulatorja glede na želje in zahteve uporabnikov vnesene preko pametne kartice. Adaptacija algoritma se izvaja s pomočjo genetskih algoritmov (GA). 2.5.1.1 Opis regulatorja Vhodne vrednosti regulatorja predstavljajo PMV (predicted mean vote) indeks, zunanja temperatura, koncentracija in hitrost izmenjave CO2 ter notranja osvetljenost. Tem vhodnim vrednostim regulator predpiše s pomočjo nabora mehkih ČE-POTEM pravil v obliki trikotnih ali trapezoidnih pripadnostnih funkcij odgovarjajoče izhodne reakcije sistema. Odzivi sistema so lahko ogrevanje ali hlajenje, odpiranje in senčenje okna ter prižiganje umetne osvetlitve. V osnovni varianti regulatorja so mehka pravila nastavljena tako, da je omogočeno maksimalno izkoriščanje pasivnih ukrepov za doseganje želenih ugodnih notranjih bivalno-delovnih pogojev. Z uporabo sistema se te nastavitve spreminjajo glede na želje uporabnikov, ki lahko s svojimi preferencami vplivajo na optimizacijo algoritma. Prav ta »optimizacija« lahko pri nerazumnih zahtevah uporabnika privede do energetsko neučinkovitega sistema regulacije. Iz razpoložljive literature je razvidno, da so snovalci regulacijskega sistema oblikovali dve osnovni regulacijski zanki, in sicer toplotno in osvetlitveno. Pri toplotni zanki so bila pravila regulatorja oblikovana tako, da je uporabljal različne regulacijske strategije za posamezne letne čase. Tako regulator omogoča odpiranje oken v času prehodnih letnih časov ter s tem omogoča naravno ohlajanje prostora s pomočjo prezračevanja. Poleti in pozimi pa so okna zaprta, kar zmanjšuje izgube pri ogrevanju (zima) in hlajenju (poletje). Dodatno uporablja toplotna regulacijska zanka senčenje okna, in sicer tako, da v poletnem času senčila preprečujejo solarne dotoke ter s tem pregrevanje prostora, obraten način delovanja je uporabljen v zimskem času. Čeprav v dostopni literaturi avtorji navajajo, da sistem upošteva Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 63 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. letne čase, pa ne povedo, kako so le-ti definirani. Pri osvetlitveni regulacijski zanki so pravila regulatorja oblikovana tako, da takrat, ko je na voljo dnevna svetloba, ne dovoljujejo aktivacije luči ter uravnavajo nivo notranje osvetlitve izključno s senčenjem transparentnega dela stavbnega ovoja. Ko pa nivo razpoložljive dnevne svetlobe pade pod določen minimum (zelo oblačno vreme) ali pa je le-ta dejansko nična (noč), sistem aktivira dodatno umetno osvetlitev. Regulacijski sistem uravnava tudi koncentracijo ogljikovega dioksida v notranjem prostoru, žal pa avtorji v pregledani literaturi ne navajajo dovolj podatkov, da bi lahko sklepali na samo oblikovanje oziroma strukturo regulacije tega aspekta sistema. Za začetne referenčne vrednosti regulacijskega sistema so bili izbrani kar priporočeni parametri iz izbrane literature: • PMV indeks – P.O.Fanger, 1979, • koncentracija CO2 - CIBSE Guide Section A4, Air Infiltration and Natural Ventilation, 1994, • osvetljenost - CIBSE Code for Interior Lightning, 1994. Specifične začetne referenčne vrednosti so se potem, kot je bilo že omenjeno, prilagajale uporabnikovim zahtevam, ki se posredujejo sistemu skozi vmesnik pametne kartice. Kot del prilagajanja regulacijskih nastavitev mehkega regulatorja sistem izvaja natančno optimizacijo le-teh s pomočjo genetskih algoritmov. Pri tem je končni cilj omogočiti dolgoročno zadovoljstvo uporabnikov ob hkratnih energetskih prihrankih. Kljub vsemu je potrebno omeniti, da takšen istem vodi do želenih rezultatov le pod pogojem, da uporabnik od sistema zahteva pogoje, ki omogočajo delovanje, s katerim se doseže prihranke, saj v nasprotnem primeru sistem sicer zadovolji uporabnikove želje, vendar ne omogoča energetskih prihrankov. 2.5.1.2 Eksperimentalni rezultati Pred uporabo sistema v dejanskem realnem okolju so bile za izoblikovanje pravil mehkega regulatorja izvršene numerične simulacije na hipotetični stavbi s površino 15 m2, locirani v Atenah. Simulacija je bila izvedena za specifičen zimski dan z začetnimi vrednostmi 64 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. referenčnih faktorjev (PMV=-0.5, CO2=800 ppm, notranja osvetljenost=500 lx). Vhodne vrednosti mehkega regulatorja so bile sestavljene iz uporabnikovih zahtev, vnesenih preko pametne kartice, ter iz razlike med dejanskimi in zahtevanimi vrednostmi spremljanih spremenljivk. S pomočjo začetne optimizacije nastavitev parametrov regulatorja z genetskimi algoritmi niso bili pridobljeni zadovoljivi rezultati za PMV-faktor, zato so avtorji dodatno spremenili nastavitve GA ter v naslednjih ciklih dosegli primerne začetne nastavitve za regulator. Pridobljeni parametri referenčnih faktorjev (PMV=-1.0, CO2=771 ppm, notranja osvetljenost=510 lx) so bili potem uporabljeni za definiranje pripadnostnih funkcij mehkega regulatorja. Po preliminarnih numeričnih testiranjih in optimizaciji parametrov je bil regulacijski sistem vgrajen in preizkušen na realni stavbi laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti. Učinkovitost delovanja sistema je bila preverjena v odnosu do obstoječega regulacijskega sistema notranjega okolja stavbe. Testno obdobje je obsegalo čas od januarja do julija ter tako zaobjelo celoten spekter letnih časov. Rezultati novega sistema so pokazali v primerjavi z obstoječim regulacijskim sistemom 26.5 % prihranka energije za ogrevanje ter 14.0 % prihranka pri hlajenju, kar bi na letni ravni pomenilo 20.5 % prihranka energije za hlajenje in ogrevanje. Največji prihranek je regulacijski sistem dosegel pri osvetljevanju, kjer je bil dosežen kar 66,0-odstotni prihranek. Omeniti je potrebno, da je tako visoka vrednost energetskega prihranka za osvetljevanje predvsem posledica tega, da predhodno v stavbi laboratorija ni bilo avtomatske regulacije osvetljevanja. Tako velik prihranek energije v primerjavi s predhodno ročno regulacijo osvetljevanja kaže na neučinkovitost reguliranja notranjih bivalnih razmer z ročno intervencijo uporabnikov ter tako potrjuje potrebo in nujo po avtomatizaciji regulacije notranjega bivalno-delovnega okolja. 2.5.2 LESO-PB (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) Regulacijski sistem razvit, na Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (federalni politehnični šoli v Lusani), je bil v osnovi razvit za testiranje in razvijanje algoritma za kontrolo senčenja in umetne osvetlitve v notranjih prostorih. Kot celostni sistem nadzora notranjega okolja poleg osvetljevanja in senčenja obravnava in s tem tudi regulira ogrevanje Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 65 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. in prezračevanje bivalno-delovnega okolja. Opis in značilnosti regulacijskega sistema so povzeti po: [Guillemin, Morel 2001]. Preizkušanje regulacijskega sistema je bilo izvedeno na realni stavbi, in sicer v dveh celičnih pisarnah poslovne stavbe LESO-PB. V enem prostoru je bil nameščen nov sistem regulacije notranjih bivalno-delovnih razmer, v drugem pa obstoječ sistem kontrole, ki je reguliral le ogrevanje prostora. Pisarni sta tlorisnih dimenzij 4.75 m x 3.60 m (17.10 m2) in svetle etažne višine 2.80 m, zasteklitev se nahaja na južni zunanji steni in meri 5.75 m2, na zunanji strani je opremljena s tekstilnim pomičnim rolo senčilom. Čeprav sta prostora identična v dimenzijah in gradbeno-fizikalnih karakteristikah, sta bila sistema regulacije izmenjana med prostoroma v 14-dnevnih intervalih. Tako je bil ublažen vpliv načina uporabe prostora in obnašanja uporabnikov na končne rezultate testiranja. Oba sistema sta bila krmiljena preko istega računalnika, ki je komuniciral z aktuatorji preko LonworksTM bus s standardnim “Dynamic Data Exchange” protokolom. Sistem je temeljil na mehki logiki, za optimizacijo pripadnostnih funkcij regulatorja pa so načrtovalci uporabili GA. Med načrtovanjem je bilo razvitih in preizkušenih sedem različnih algoritmov, vendar bo zaradi enostavnosti opisa delovanja sistema predstavljen le najučinkovitejši izmed njih. 2.5.2.1 Opis regulatorja Sistem je v grobi zasnovi strukture regulatorja mogoče razdeliti na tri dele oziroma zanke. Prvi del sistema opravlja prenos odgovarjajočih fizikalnih vrednosti v ukaze za izhodne naprave oziroma aktuatorje (npr.: pozicija senčila, pozicija ventila ...). V drugem delu se nahajajo mehki modeli za regulacijo toplotnih in svetlobnih tokov v stavbi ter regulacijo kvalitete zraka. V zadnjem delu sistem regulacije vsebuje GA za dolgoročno optimizacijo mehkih regulacijskih pravil sistema. Struktura celotnega algoritma sistema notranjega okolja je sestavljena tako, da je le prvi del oziroma prva regulacijska zanka specifična za določen objekt, ostala dva dela sistema pa je mogoče prilagoditi kakršnim koli izhodnim napravam. Regulator za zunanje tekstilno rolo senčilo, ki je bil uporabljen v opisanem sistemu in eksperimentih, lahko glede na prisotnost in želje uporabnika deluje v dveh regulacijskih načinih. Če sistem zazna prisotnost uporabnika v prostoru, regulator vodi pomike senčila 66 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. tako, da zadosti zahtevam glede osvetljenosti prostora. Pri daljših odsotnostih uporabnikov pa regulacijski sistem preklopi v regulacijo toplotnih vidikov notranjega okolja. Pri reguliranju notranje osvetljenosti sistem poleg sledenju referenčni vrednosti notranje zaželene osvetljenosti prostora pri vodenju premikov senčila upošteva tudi zahteve zagotavljanja ugodnega vizualnega okolja z vidika bleščanja. Regulator najprej določi maksimalno sprejemljivo odprtost senčila glede na zahteve bleščavosti delovnega okolja ter poskuša znotraj te omejitve referenčnim vrednostim nivoja zagotoviti notranje osvetljenosti. Določitev največje dovoljene odprtosti senčila je definirana s pomočjo upoštevanja relativne pozicije sonca na nebu glede na fasado stavbe, v kateri se nahaja obravnavana odprtina. Sistem upošteva tako azimut kot tudi elevacijo sonca, kar mu omogoča natančno spremljanje poti sonca ter upoštevanje nizkih vpadnih kotov (sonce je blizu horizonta), ki so lahko potencialno zelo moteči za uporabnike prostora. V takšnem primeru sistem popolnoma zapre senčilo ter prepreči moteče bleščanje. Odziv sistema pa je obraten, ko zazna samo difuzno radiacijo, kar pomeni, da neposredno sončno sevanje ni prisotno ter tako tudi ni pogojev za nastanek bleščanja, v takšnem primeru ni omejitve za maksimalno odprtost senčila. Potem ko je odpravljena možnost nastanka bleščanja, regulator določi dokončno pozicijo senčila znotraj danih robnih pogojev glede na referenčno vrednost notranje osvetljenosti s pomočjo rešitve enačbe »razmerja osvetljenosti« (ang.: Illuminance Ratio - RI). Pričujoča enačba (Ein = RI(a)*Eout) povezuje zunanjo vertikalno osvetljenost (Eout) z notranjo referenčno horizontalno osvetljenostjo (Ein) s pomočjo faktorja a, ki določa končno pozicijo senčila. Kot je bilo že omenjeno, je v primeru prisotnosti neposrednega sončnega sevanja edina omejitev za končno pozicijo senčila maksimalna dovoljena odprtost le-tega zaradi preprečevanja bleščanja. Posledično to pomeni, da če notranja osvetljenost prostora še vedno ne dosega referenčne vrednosti, sistem aktivira umetno osvetlitev. Če sistem za določen čas ne zazna prisotnosti uporabnika, preklopi na regulacijo toplotnih aspektov prostora. Ta del regulatorja temelji na osnovni predpostavki, da skozi zasteklitev potekata dva osnovna mehanizma izmenjave toplote. Prvi je neposredni energijski dotok zaradi solarnih pritokov skozi zasteklitev, drugi mehanizem pa je transmisija toplotne energije skozi zasteklitev zaradi temperaturnih razlik med zunanjostjo in notranjostjo. Regulator določi »želeno energetsko razmerje okna« (ang.: desired window heat balance - DWHB) ter s tem posledično glede na specifični letni čas tudi obnašanje senčila. Pozitivna vrednost DWHB-ja Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 67 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. odgovarja želenim solarnim dotokom za notranji prostor. Osnovna pravila, ki so uravnavala obnašanje regulacije senčila, so zahtevala, da sistem vedno »pomaga« ogrevalnemu ali hladilnemu sistemu notranjega okolja, to pomeni, da so v zimskem času prioriteta solarni dotoki, poleti pa senčenje ter s tem blokiranje neposredne solarne radiacije. Za prehodna letna časa (pomlad in jesen) pa glede regulacije toplotnih aspektov notranjega okolja pravil ni mogoče enoznačno definirati, zato so načrtovalci sistema definirali, kdaj uporabiti »poletno« in kdaj »zimsko« strategijo s pomočjo povprečne dnevne zunanje temperature zraka. Podoben način določanja prehodnih letnih časov je bil uporabljen tudi pri sistemu KAMRA, razvitem na KSKE (poglavje 2.4.2). Adaptacija mehkih pravil regulatorja se izvaja vsako noč s pomočjo GA. Osnovna ideja za adaptacijski proces je aplikacija majhnih popravkov k nastavitvam regulatorja, kar skozi daljše časovno obdobje privede do boljšega regulatorja. Sam proces prilagajanja regulacijskih pravil ne da novih vrednosti specifičnega parametra, ampak predpiše le spremembo k predhodni vrednosti parametra. Takšen postopek omogoča sledljivost sprememb za nazaj ter tudi »shranjevanje izkušenj«, saj sistem ne izgubi podatkov o predhodnih nastavitvah regulatorja. 2.5.2.2 Eksperimentalni rezultati Eksperimenti, izvedeni z opisanim sistemom regulacije notranjega okolja, so potekali v zimskem času v obdobju 94 dni, pri čemer sta bila regulatorja med opisanima sobama zamenjana po 48 dneh, kar je približno polovica trajanja testiranja. Predstavljeni rezultati odražajo le delovanje sistema v zimskem času, saj regulator do objave uporabljene dostopne literature še ni bil testiran v drugačnih pogojih. Regulator je v sončnem vremenu senčilo skoraj popolnoma zaprl (okno je bilo izpostavljeno sončnemu sevanju le z 20 % površine), kar je bil tudi pričakovan rezultat za zimsko sončno vreme, ko je sonce pozicionirano nizko nad horizontom in je možnost pojavljanja bleščanja zelo visoka. Ko je bil uporabnik odsoten, je sistem popolnoma odprl senčilo ter s tem omogočil pasivni zajem neposrednega sončnega sevanja v prostoru. Največje težave z delovanjem regulatorja so se pokazale v primeru nezadovoljstva uporabnikov s trenutnimi nastavitvami sistema. V takšnem primeru so uporabniki prostora lahko ročno spremenili 68 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. nastavitve ter s tem za 1 uro prekinili avtomatsko regulacijo, kljub vsemu pa se ta prekinitev ni odražala pri nadaljnjih adaptacijah sistema, kar lahko potencialno vodi v ponovitev težav z nezadovoljevanjem zahtev uporabnika. Regulacija notranje osvetlitve je pri referenčni vrednosti 600 lx omogočila zadovoljiv nivo notranje osvetlitve, saj so bila maksimalna odstopanja znotraj relativno sprejemljivega območja odstopanj (± 230 lx). Ti rezultati so bili v večini primerov bili doseženi le z 42 premiki senčila, kar je dovolj nizko, da ne vpliva bistveno moteče na počutje oziroma dojemanje vizualnega ugodja uporabnikov. Pri porabi energije za ogrevanje je v primerjavi z obstoječim regulatorjem sistem na osnovi mehke logike dosegel 25-odstotni prihranek v času 94-dnevnega obdobja. Tako velik prihranek pri porabi energije je bil dosežen zaradi naravnanosti sistema, da je predvidel pokritje dela potrebe po ogrevanju zvečer s solarnimi pritoki, doseženimi popoldne. Dodatno je sistem tudi zmanjševal referenčne vrednosti v nočnem času in med vikendi. Čeprav takšen ukrep ni specifičen samo za mehke regulatorje, gre za enostavno časovno odvisno zmanjšanje referenčne vrednosti notranje temperature, obstoječi sistem, s katerim je bil primerjan nov regulator, ni omogočal takšnih nastavitev. 2.6 Primerjava opisanih sistemov Med opisanimi primeri regulacije notranjega okolja je opaziti veliko podobnosti ter tudi kar nekaj razlik. Predvsem pri pristopih k testiranju delovanja sistemov ni mogoče izpeljati neposrednih vzporednic, ki bi omogočale neposredno primerjavo učinkovitosti sistemov. Zaradi takšne raznolikosti različnih pristopov kot tudi rezultatov delovanja je edini možen in upravičen način primerjave sistemov izluščitev konceptualnih osnov, ki tvorijo strategije k reguliranju notranjega bivalno-delovnega okolja. Prav ti koncepti in posledično strategije, ki jih sestavljajo, so najuporabnejše gradivo za nadaljnji razvoj podobnih sistemov, saj nazorno kažejo osnovne značilnosti različnih pristopov brez nepotrebnih detajlov specifične dejanske izvedbe. Pri snovanju IRsNO smo si tako lahko v veliki meri pomagali s predhodnim znanjem, pridobljenim na sistemu KAMRA, kot tudi z dodatnimi informacijami, pridobljenimi s pomočjo analize različnih strategij. Rezultat takšnega pristopa k primerjavi opisanih sistemov je spisek oziroma preglednica (Preglednica 2.2 in Preglednica 2.3) reprezentativnih značilnosti vsakega posameznega sistema, ki omogoča njihovo medsebojno Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 69 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. primerjavo. V nadaljnjih treh poglavjih bodo podani naslednji kratki komentarji k trem glavnim značilnostim tvorjenja regulacijskega sistema notranjega bivalnega okolja: • regulacija osvetljenosti notranjega bivalno-delovnega okolja, • regulacija toplotnih aspektov notranjega bivalno-delovnega okolja, • uravnavanje med nasprotujočimi zahtevami osvetljevanja in ogrevanja (harmonizacija) notranjega bivalno-delovnega okolja. 2.6.1 Reguliranje osvetlitve Pri vseh opisanih sistemih regulacije osvetljenosti prostora je bila notranja referenčna vrednost osvetljenosti na delovni površini uporabljena kot ključen faktor pri regulaciji želenih vrednosti. Različni pristopi so bili uporabljeni pri merjenju in upoštevanju razpoložljivega zunanjega sončnega sevanja. V primeru regulacijskega sistema LESO-PB so avtorji merili sončno sevanje na vertikalni površini fasade stavbe, v kateri se nahaja transparentna odprtina obravnavanega prostora. Takšen pristop da zelo natančno sliko o dejanski razpoložljivi količini sončnega sevanja za dnevno osvetljevanje prostora. Dodatno je regulator upošteval tudi dejansko pozicijo sonca na nebu, kar je omogočilo predvidevanje pojavnosti ter posledično preprečevanje bleščanja. Podoben sistem merjenja zunanje osvetljenosti je bil uporabljen tudi pri sistemu KAMRA, kjer pa je bilo sončno sevanje merjeno v horizontalni ravnini v relativni bližini zasteklitve testne celice. Primerjava med zunanjo razpoložljivo ter notranjo trenutno osvetljenostjo omogoča regulatorju, da glede na zahteve referenčne vrednosti določi ustrezen pomik senčila. V primeru tretjega obravnavanega sistema regulacije notranjega okolja pa v pregledani literaturi ni natančnega opisa, kako se zajemajo meritve zunanjega razpoložljivega sončnega sevanja, kljub vsemu pa je mogoče sklepati, da je sistem saj v grobem zelo podoben sistemoma KAMRA in LESO-PB. Iz zgornjega opisa glavnih značilnosti primerjanih regulacijskih sistemov je razvidno, da sistem zajemanja podatkov o zunanjih klimatskih danostih pri regulatorju LESO-PB prednjači tako po sofisticiranosti izvedbe kot tudi količini spremljanih in upoštevanih parametrov. Kljub temu pa primerjava učinkovitosti sistema pri sledenju referenčnim vrednostim notranje osvetljenosti delovne površine s sistemom KAMRA pokaže skoraj enako učinkovitost 70 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 2.2: Primerjava osnovnih značilnosti treh opisanih sistemov regulacije notranjega okolja – način harmonizacije, način optimizacije in eksperimentalni rezultati. Table 2.2: Comparison of basic characteristics of the three described systems – mode of harmonization, optimization algorithm and experimental results. Laboratory of electronics of technical University of Crete LESO-PB, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne KAMRA, KSKE, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, UL 1. harmonizacija: 1. harmonizacija: 1. harmonizacija: • Preklapljanje med toplotno • Preklapljanje med toplotno • Dinamična koregulacija in svetlobno reg. zanko. in svetlobno reg. zanko. svetlobne in toplotne • Prisotnost uporabnika kot • Prisotnost uporabnika kot regulacijske zanke. odločujoči faktor (smart odločujoči faktor (zaznava). • Prednostna je regulacija card). • Uporabnik prisoten: osvetljenosti. • Uporabnik prisoten: osvetljenost. • Uporabnik ni bil prisoten. osvetljenost. • Uporabnik odsoten: toplota. • Uporabnik odsoten: toplota. 1. način uravnavanja: • Uporaba genetskih algoritmov za uravnavanje mehkega regulatorja. • Ročno uravnavanje. 1. način uravnavanja: • Uporaba genetskih algoritmov za uravnavanje mehkega regulatorja. 1. način uravnavanja: • Ročno uravnavanje mehkega regulatorja. • Metoda »poskusi in popravi«. 1. tipi eksperimentov: 1. tipi eksperimentov: 1. tipi eksperimentov: • Numerično testiranje. • Numerično testiranje. • Numerično testiranje. • Preizkušeno v zasedeni • Preizkušeno v zasedeni • Preizkušeno v stavbi. stavbi. eksperimentalni celici. 2. prednosti sistema: 2. prednosti sistema: 2. prednosti sistema: • Interakcija uporabnikov s • Napreden regulator • Dinamična koregulacija sistemom preko »smart osvetljenosti. regulacijskih zank. card«. • Uravnavanje bleščanja. • Učinkovit regulator osvetljenosti. 3. slabosti sistema: 3. slabosti sistema: 3. slabosti sistema: • Učinkovitost sistema je zelo • Uporabniku ni omogočen • Pojav oscilatornega odvisna od obnašanja dolgotrajen vpliv na delovanja izvršilnih členov uporabnika. delovanje sistema. ob uporabi dinamične koregulacije. 4. rezultati testiranj: 4. rezultati testiranj: 4. rezultati testiranj: • Izkazani energetski • Zadovoljivo delovanje obeh • Zadovoljivo delovanje obeh prihranki, vendar v regulatorjev. regulatorjev. dostopni literaturi ni • Efektivno preprečevanje podatkov o delovanju bleščanja. sistema. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 71 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. regulacije. Tako je bila z regulatorjem KAMRA dosežena natančnost regulacije osvetlitve v razponu ± 200 lx od referenčne vrednosti, zelo podobne rezultate je dal tudi sistem LESO-PB, ki je uspešno sledil referenčnim vrednostim z odstopanji znotraj obsega ± 230 lx (Preglednica 2.3). Razliko med učinkovitostjo obeh sistemov oziroma »slabše« delovanje LESO-PB regulatorja gre po vsej verjetnosti pripisati temu, da sistem upošteva in aktivno preprečuje pojav bleščanja, kar lahko v določenih primerih privede do večjega odstopanja od želenih referenčnih vrednosti osvetljenosti. Žal za učinkovitost delovanja sistema regulacije laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti v literaturi ni bilo podanih podatkov, ki bi vrednostno določili učinkovitost sistema pri regulaciji notranje osvetljenosti referenčne delovne površine. Iz podanih značilnosti sistemov ter učinkovitosti sistemov za sledenje zastavljenim referenčnim vrednostim je mogoče sklepati, da oba načina zajema zunanjih podatkov tako pri sistemu LESO-PB kot KAMRI dajeta glede regulacije nivojev notranje osvetljenosti prostora podobne rezultate. Na podlagi teh rezultatov lahko sklepamo, da oba načina zajema zunanjih podatkov privedeta do ekvivalentnega delovanja in ne predstavljata odločujoče prednosti enega pred drugim. Seveda pa je potrebno poudariti, da zgornji zaključek velja le za regulacijo nivoja osvetljenosti delovno-bivalnega okolja, saj v nasprotju s sistemom LESO-PB KAMRA ni regulirala pojava bleščanja v prostoru. 2.6.2 Reguliranje toplote V primeru zasnove regulacije osvetljenosti smo v prejšnjem poglavju opazili podobne pristope k zasnovi reguliranja, pri oblikovanju toplotne regulacijske zanke pa so bili pri treh predstavljenih primerih uporabljeni dokaj različni pristopi, ki v osnovi temeljijo na skupnih izhodiščih. V vseh treh primerih se je pokazala potreba po definiranju razlike med notranjo referenčno ter zunanjo dejansko temperaturo zraka ter s tem tudi način določevanja notranjega toplotnega ugodja. V primeru KAMRE in LESO-PB-regulatorja je bilo notranje toplotno ugodje definirano le s temperaturo notranjega zraka, torej s pomočjo referenčne vrednosti notranje temperature zraka. Drugačen pristop je bil uporabljen pri regulatorju, razvitem na tehnični univerzi na Kreti, kjer so razvijalci za definiranje notranjih referenčnih vrednosti 72 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. toplotnega ugodja uporabili PMV-faktor, ki poleg notranje temperature zraka upošteva tudi druge vplivne faktorje, kot so: zračna vlažnost, faktor obleke … Preglednica 2.3: Primerjava osnovnih značilnosti treh opisanih sistemov regulacije notranjega okolja – načina regulacije toplotnih in svetlobnih tokov. Table 2.3: Comparison of basic characteristics of the three described systems – mode of illumination and thermal control. Laboratory of electronics LESO-PB, Ecole KAMRA, KSKE, of technical University of Polytechnique Fédérale de Fakulteta za gradbeništvo __________Crete____________________Lausanne_______________in geodezijo, UL 1. parametri: 1. parametri: 1. parametri: • Referenčna notranja • Referenčna notranja • Referenčna notranja osvetljenost. osvetljenost. osvetljenost. • Zunanji parametri niso bili • Zunanja globalna • Zunanja globalna opisani v dostopni literaturi. osvetljenost na vertikalni osvetljenost na horizontalni površini. površini. • Zaznavanje pozicije sonca na nebu. 2. regulacija bleščanja: 2. regulacija bleščanja: 2. regulacija bleščanja: • Sistem ne uravnava • Sistem zazna in uravnava • Sistem ne uravnva bleščanja. bleščanje. • Zazna difuzno sevanje. bleščanja. 3. učinkovitost: 3. učinkovitost: 3. učinkovitost: • V dostopni literaturi ni • Referenca ± 230 lx. • Referenca ± 200 lx. podatkov. 1. parametri: 1. parametri: 1. parametri: • PMV faktor (P.O.Fanger, • Referenčna notranja • Referenčna notranja 1972). temperatura. temperatura. • Letni časi (zima, poletje, • Razmerje med solarnimi • Temperatura zunanjega prehodno obdobje). pritoki in transmisijskimi zraka. • Število regulacijskih zank izgubami (DWHB). • Letni časi (zima, poletje, ni navedeno v literaturi. • Letni časi (zima, poletje, prehodno obdobje). prehodno obdobje). • 2 regulacijski zanki (zima • 2 regulacijski zanki (zima in poletje). in poletje). 2. definiranje prehodnih 2. definiranje prehodnih 2. definiranje prehodnih obdobij: obdobij: obdobij: • Definicija prehodnega • Glede na zaznano zunanjo • Glede na razliko med obdobja ni navedena v povprečno temperaturo zunanjo in notranjo dostopni literaturi. zraka. temperaturo zraka. 3. učinkovitost: 3. učinkovitost: 3. učinkovitost: • 20.5 % letni prihranek pri • 25 % prihranek pri • 1-4 K višje notranje energiji za hlajenje in ogrevalni energiji v 94 temperature v času ogrevanje. dnevnem testnem obdobju. prehodnega obdobja. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 73 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Ker so bili vsi sistemi regulacije razviti za najbolj kompleksno klimatsko okolje, torej za klimo zmernega pasu, kjer se poleg dveh skrajnih in diametralnih letnih časov (zima in poletje) pojavljata tudi dva prehodna letna časa (jesen in pomlad), je bilo za zadovoljivo delovanje regulatorja nujno vzpostaviti letnim časom specifična pravila delovanja regulatorja. Gledano z vidika klimatskih razmer, sta poletje in zima relativno neproblematična, saj prvi predstavlja potrebo po hlajenju, medtem ko je potrebno v zimskem času notranje prostore ogrevati. Glede na to je dokaj logično, da vmesna prehodna obdobja predstavljajo v nekem določenem razmerju kombinacijo obeh ekstremov ter s tem s stališča zasnove regulatorja problematičen aspekt zasnove regulacijskih pravil. Ključnega pomena je določitev trenutka, ko se prične prehodno obdobje ter s tem prehod iz zimskega v poletni toplotni režim. Ker iz vsakodnevnih izkušenj vemo, da astronomska in meteorološka definicija letnih časov ne odražata realnega klimatskega stanja, se je pri vseh treh sistemi izkazalo nujno definirati začetek in konec prehodnih letnih časov s posebnimi pripadnostnimi funkcijami regulatorja. Pri regulatorju sistema KAMRA je bil prehod med zimskim in poletnim režimom definiran s pomočjo razlike med notranjo in zunanjo temperaturo zraka. Če je notranja referenčna temperatura višja od zunanje izmerjene temperature zraka, sistem uporablja le regulacijsko zanko z zimskim toplotnim režimom, v obratnem primeru pa v določenem razmerju vplivata na senčilo tako zimska kot tudi poletna temperaturna regulacijska zanka (glej poglavje 2.4.2). S takšnim načinom je mogoče upoštevati raznoliko število različnih zunanjih temperaturnih klimatskih danosti. Drugačen, a vendar kljub vsemu dokaj podoben način preklopa med zimskim in poletnim toplotnim režimom je bil uporabljen pri toplotnem regulatorju sistema LESO-PB, kjer so bili prehodi med letnimi časi določeni s pomočjo povprečnih zunanjih dnevnih temperatur zraka. V vseh treh sistemih so bile uporabljene različne regulacijske zanke za posamezne letne čase kot tudi ločene pripadnostne funkcije za definiranje prehoda iz enega v drug toplotni režim. Vendar v primeru regulatorja laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti podobno kot pri osvetlitveni regulacijski zanki tudi pri toplotni regulacijski zanki v pregledani literaturi ni bil naveden opis določitve prehoda iz zimskega v poletni toplotni regulacijski režim. Testiranja učinkovitosti posameznih regulacijskih sistemov so bila izvedena na tako zelo različne načine, da je objektivna primerjava pridobljenih rezultatov popolnoma nemogoča. 74 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Dodatno neposredno primerjavo onemogoča tudi to, da sta bila sistem laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti in sistem LESO-PB preizkušena v dejanskem realnem okolju s prisotnostjo uporabnikov, nasprotno pa je bil sistem KAMRA apliciran na pomanjšani modelni celici brez uporabnika. Kljub vsemu je vsak posamičen sistem izkazal pozitivne efekte na energetsko bilanco v testiranem okolju (Preglednica 2.2), tako je v primerjavi z obstoječim regulacijskim sistemom mehki regulator laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti dosegel kumulativen prihranek 20.5 % energije za ogrevanje in hlajenje. V primeru sistema LESO-PB so snovalci mehki regulator primerjali z obstoječim dvopoložajnim (ON-OFF) sistemom za ogrevanje v časovnem obdobju 94 dni ter dosegli zmanjšanje porabe energije za ogrevanje za 25.0 %. Pri sistemu KAMRA pa zaradi gradbeno-fizikalnih specifik testne celice ne bi bilo objektivno govoriti o odstotkih prihrankov energije za ogrevanje, saj za takšno primerjavo ni bilo referenčnih vrednosti, zato je bila opazovana dinamika sprememb notranjih temperatur v primerjavi s spremembami zunanje temperature zraka. Kot ključno je bilo izbrano obdobje prehodnih letnih časov, ko je mogoče s pravilnim delovanjem regulatorja doseči pokritje določenega dela potreb po ogrevanju s pasivnim izkoriščanjem sončnega sevanja. Želen efekt je bil zvišanje notranje temperature zraka s pomočjo neposrednega zajema sončnega sevanja v primerjavi z zunanjo v večerno-popoldanskem času ter s tem dokazati možnost pokrivanja energetskega primanjkljaja s pomočjo pravilno delujočega regulacijskega sistema. Eksperimenti s sistemom KAMRA so pokazali potencial povišanja notranjih temperatur zraka v večernem času od 1 do 4 K. Pri tem je potrebno omeniti, da sta bili toplotna kapaciteta in toplotna izolacija testne celice zelo slabi. Opisani rezultati, pridobljeni s testiranji vseh treh regulacijskih sistemov, kažejo na prednosti uporabe mehkih regulacijskih sistemov pred klasičnimi dvopoložajnimi sistemi reguliranja ogrevanja in hlajenja v stavbah. Pri sistemu laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti in LESO-PB sta oba regulatorja dosegla 20 – 25-odstotno zmanjšanje porabe energije, kar je drastična izboljšava, če pri tem upoštevamo, da ni bilo drugih posegov v stavbo. Z regulacijskim sistemom KAMRA je bilo dokazano, da je mogoče samo s pomočjo uravnavanja karakteristik transparentnih delov ovoja zagotoviti boljši izkoristek solarnih pritokov ter s tem vplivati na zmanjšanje porabe energije za ogrevanje ter hlajenje stavbe. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 75 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2.6.3 Uravnavanje med aspekti toplotne in svetlobne regulacije Toplotna in svetlobna regulacija notranjega okolja velikokrat postavljata kontradiktorne zahteve glede obnašanja izvršnih členov ter tako privedeta do potrebe po odločitvi, kako uskladiti oba vpliva na notranje okolje. Tipičen primer takšnega scenarija se odvije v poletnem času, ko sta zahteva po zagotavljanju minimalnega vpliva neposrednega sončnega sevanja na pregrevanje prostora in potreba po dnevnem osvetljevanju v popolnem nasprotju, saj bi toplotni del regulatorja popolnoma zaprl senčilo, pri čemer bi onemogočil naravno osvetljevanje prostora. Ključ za rešitev takšnih kontradiktornih situacij je v primernem delovanju in usklajevanju toplotnega in svetlobnega dela regulatorja. Pri pregledanih sistemih regulacije sta se izpostavila dva zelo različna pristopa, ki pa vsak na svoj način rešujeta nastalo situacijo nasprotujočih zahtev. Pri regulatorjih LESO-PB in laboratorija za elektroniko tehnične univerze na Kreti so se snovalci odločili za način, ki se glede na prisotnost uporabnikov odloča, ali bo aktiven toplotni ali svetlobni del regulatorja. Ta »preklopni« način v primeru odsotnosti uporabnikov vodi senčilo samo glede na zahteve toplotne regulacije, v obratnem primeru pa le glede na zahteve svetlobne regulacije. Glavna prednost takšnega pristopa je enostavnost izvedbe, saj se prehod med načinoma regulacije izvede s pomočjo enostavnega preklopa. Seveda pa takšen pristop zanemari istočasno vplivnost toplotnih in svetlobnih procesov, ki v stavbi nastopajo kontinuirano, ter tako v času zasedenosti reguliranega prostora popolnoma zanemari potencial energetskih prihrankov, ki bi nastopili, če bi sistem upošteval oba procesa. Takšen pristop je bil vgrajen v sistem KAMRA, ki omogoča istočasno uravnavanje tako toplotnih kot svetlobnih vidikov notranjega okolja. Ta način harmonizranega pristopa se ravna po osnovnem vodilu, da so uporabniki, torej ljudje, veliko bolj občutljivi na spremembe v nivoju osvetljenosti kot na spremembe v temperaturi okolja. Zaradi takšne naravnanosti človeškega odziva na pogoje vizualnega udobja je nujno, da sistem regulacije primarno zadosti pogojem zadovoljive osvetljenosti, ki se vedno giblje znotraj nekega tolerančnega območja okoli referenčne vrednosti. Ko regulator doseže nivo osvetljenosti znotraj tolerančnega območja, pa lahko toplotna regulacijska zanka poskuša optimizirati pozicijo senčila s stališča toplotnih aspektov sistema. Edini pogoj, ki mora biti izpolnjen v času optimiziranja s pomočjo toplotne zanke, je ta, da nivo osvetljenosti delovne površine ne sme zapustiti tolerančnega območja 76 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. referenčne vrednosti. Pri testiranju takšnega pristopa na testni celici KAMRA se je pokazala potencialna šibka točka tega pristopa, saj se pri delovanju v realnih pogojih pojavijo oscilacije ter moteči pogosti premiki senčila. Končna ocena primernosti »preklopnega« ali harmoniziranega pristopa k uravnavanju zahtev toplotne in svetlobne regulacije je težavna, saj vsak od zgoraj opisanih sistemov predstavlja določene prednosti ter tudi slabosti. Na splošno bi lahko ocenili, da je harmoniziran sistem bolj sofisticiran in se dejansko bolje odziva na realno stanje, kljub temu pa je »preklopni« način enostavnejši ter za izvedbo na realnem objektu bolj praktičen. Gledano celostno, predstavlja harmonizacija boljšo rešitev problema usklajevanja toplotno optičnih tokov skozi transparentni del stavbnega ovoja. 2.7 Pomen odziva uporabnikov Izkušnje pri uporabi ročnih in avtomatskih sistemov regulacije nivoja notranje osvetlitve delovnih in bivalnih prostorov so pokazale izrazito neučinkovitost ročne regulacije. V večini primerov uporabniki, potem ko opravijo neko prilagoditev notranjega okolja (prižgejo luči, premaknejo senčilo), teh nastavitev niso pripravljeni več spreminjati, saj se človeško telo in njegov senzorski sistem zaradi velike sposobnosti adaptacije prilagodita novim notranjim pogojem. Prav sposobnost adaptacije človeškega organizma spreminjajočim se zunanjim pogojem je razlog za relativno neučinkovitost popolnoma ročnih sistemov regulacije notranjega delovno-bivalnega okolja. Pri uporabi popolnoma avtomatiziranih regulacijskih sistemov se je izkazalo, da se zaznana učinkovitost sistema s strani uporabnikov lahko zelo razlikuje od dejanske fizikalne učinkovitosti [Ruck et al. 2000] le-tega, kar lahko posledično privede do nezadovoljnosti uporabnikov. Slednji bodo zaradi motečega delovanja (hitri premiki senčila, pogosto izklapljanje luči, hrup ...) takšen sistem verjetno zavrnili ali pa ga poskušali onemogočiti. Dodatno se je izkazalo, da je omogočanje vsaj delnega nadzora nad delovanjem sistema zelo pomembno pri pripravljenosti uporabnikov, da avtomatski sistem sprejmejo. Možnost posega uporabnika v nastavitve in delovanje regulacijskega sistema notranje osvetljenosti kot tudi Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 77 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. toplotnih karakteristik notranjega okolja dodatno omogoča individualizacijo nastavitev ter s tem v določenih okvirih tudi boljše delovanje celotnega sistema. Seveda sistem, ki upošteva želje uporabnikov, deluje bolje in energetsko varčneje le pri smiselnih zahtevah in nastavitvah delovanja. Prav tako mora biti komunikacija z regulacijskim sistemom izvedena na nivoju kompleksnosti, ki ne presega znanja in sposobnosti povprečnega uporabnika, saj v nasprotnem primeru le-ta takšnega sistema ne bo želel uporabljati. Pri prekompleksni komunikaciji med uporabnikom in regulacijskim sistemom obstaja možnost, da bo sistem ostal izključen oziroma se bo uporabljal le v ročnem načinu upravljanja. Prekompleksna komunikacija med uporabnikom in regulacijskim sistemom je zelo problematična tema tudi v tehnološko naprednejših okoljih industrijske proizvodnje, kjer zaradi neizkušenosti in slabe usposobljenosti kadra regulatorji velikokrat ostajajo neizkoriščeni, slabo nastavljeni ali celo v ročnem načinu upravljanja [Shaw 1998]. Zaradi potencialnih problemov v komunikaciji med uporabniki in avtomatskim regulacijskim sistemom je potrebno pri zasnovi sistema oziroma vmesnika (human machine interface) med uporabnikom in regulatorjem posvetiti veliko pozornost, saj se lahko drugače sicer dobro oblikovan sistem na tem mestu zlomi. Velikokrat spregledan aspekt pri uporabljanju regulacijskih sistemov notranjega okolja v zgradbah je vzdrževanje oziroma upravljanje delovanja sistema. Zaradi kompleksne narave regulacijskih sistemov, ki se uporabljajo za uravnavanje parametrov notranjega okolja zgradb, je potrebno za primerno vzdrževanje ter upravljanje zagotoviti kader, ki bo sposoben odreagirati na specifične probleme uporabe avtomatskega sistema regulacije. Upravljavci stavb morajo biti seznanjeni z načinom delovanja regulacijskega sistema ter usposobljeni za primerne ukrepe pri nastopu potencialnih težav pri delovanju sistema. 2.8 Izkušnje Kompleksna narava interakcij med notranjim grajenim ter zunanjim danim okoljem zahteva za zadovoljivo rešitev ugodnih notranjih bivalnih razmer celovito obravnavo sistema vplivov in zahtev. Pri oblikovanju regulacijskega sistema, ki bi bil zmožen slediti potrebam uporabnikov po prijetnem in ugodnem notranjem bivalno-delovnem okolju ter bi hkrati omogočal energetsko učinkovite odzive na zunanje dane klimatske pogoje, je nujna uporaba 78 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. širokega spektra znanj s področja gradbene fizike, regulacijskih sistemov in simulacij. Prav zaradi kompleksne narave interakcij med notranjim in zunanjim okoljem so se sicer zelo dobro razviti in preverjeni sistemi industrijskih PID-regulatorjev izkazali za prezahtevno in pretirano kompleksno rešitev, da bi se lahko splošno uporabljali v stavbah. Kot privlačna alternativa so se v kombinaciji s klasičnimi PID-regulatorji izkazali mehki regulatorji, ki so se, kot je bilo v predhodnih poglavjih opisano, zelo dobro obnesli pri uravnavanju toplotnih in svetlobnih karakteristik notranjega okolja. Ključnega pomena pri sistemih, ki temeljijo na mehki logiki, je uporaba ekspertnega znanja s področja gradbeno-fizikalnih fenomenov interakcij med zunanjim in notranjim okoljem. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 79 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3 ZNAČILNOSTI TESTNEGA PROSTORA Prostor, v katerem je nameščen integralen regulacijski sistem notranjega okolja, se nahaja v stavbi Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na Jamovi cesti 2 (zemljepisna širina = 46.05°, zemljepisna dolžina = 14.30°). Sistem regulira delovno okolje v sobi 1 kabineta Katedre za stavbe in konstrukcijske elemente III/1, ki se nahaja v tretjem nadstropju stavbe FGG. Prostor je orientiran proti jugozahodu in zamaknjen za 26.7° proti jugu. Slika 3.1 prikazuje pozicijo prostora kabineta III/1 na fasadi stavbe fakultete, prikazano z Jamove ceste in Lepega pota. 3.1 Geometrijske in funkcionalne značilnosti testnega prostora IRsNO Kabinet KSKE 1/III je sestavljen iz dveh prostorov, ki sta med seboj povezana in v katera se vstopa s hodnika v tretjem nadstropju stavbe FGG. Sobi sta med seboj zaporedno povezani, kar pomeni, da se v sobo 2 kabineta KSKE vstopa skozi sobo 1. Sistem regulacije notranjega delovno-bivalnega okolja je nameščen le v sobi 1, zato bo v nadaljnjih opisih značilnosti prostora obravnavan le ta prostor in bo zaradi krajšega zapisa opuščena notacija sobe 1. V tem poglavju bodo predstavljene osnovne geometrijske ter gradbeno fizikalne značilnosti obravnavanega prostora. Poleg geometrije bodo predstavljeni tudi: način uporabe prostora, pozicija delovnih mest, dispozicija notranje opreme in simulacijski izračun potenciala dnevnega osvetljevanja. 3.1.1 Kabinet III/1 Prostor, v katerem je nameščen IRsNO, se nahaja na zahodni strani objekta Fakultete za gradbeništvo in geodezijo ter je osnovnih tlorisnih dimenzij 7.48 m x 4.93 m ter svetle etažne višine 3.88 m. Kabinet je z zahodno stranico orientiran proti zunanjosti, z ostalimi tremi stranicami pa se stika s sosednjimi prostori, in sicer: na severni strani s sobo 2 kabineta KSKE III/1, na južni strani s hodnikom ter na vzhodni strani delno s hodnikom in delno s prostorom za sanitarije. Vse notranje površine, razen tal, so ometane in prepleskane z belo barvo, tla pa so finalno obdelana s svetlo sivim linolejem v ploščah, prilepljenih na betonski estrih. 80 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 3.1: Pozicija sobe 1 kabineta KSKE III/1 označena na fasadi stavbe FGG, pogledane iz smeri Jamove ceste (jugozahod) in Lepega pota (zahod). Fig. 3.1: Position of room 1 of cabinet KSKE III/1 relative to the facade of the FGG building shown from the Jamova road (south west) and Lepega pota (west). Transparentni elementi ovoja prostora se nahajajo tako na zunanji steni kot tudi na notranjih predelnih stenah. V zahodni zunanji steni se nahaja odprtina s svetlimi dimenzijami 3.87 m x 3.88 m, v katero je vgrajeno okno s skupno površino zasteklitve 11.40 m2. Pri predelnih stenah pa se zastekljeni predelni elementi nahajajo v vzhodni steni, kjer je zastekljen celoten del stene, ki meji na vzhodni hodnik, ter v severni steni, ki je zastekljena v višini 1.48 m pod stropom. Vse osnovne geometrijske karakteristike obravnavanega prostora so predstavljene v preglednici 3.1 in na sliki 3.2 in 3.3. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 81 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 3.1: Osnovne dimenzijske karakteristike testnega prostora IRsNO. An – površina netransparentnih elementov, At – površina transparentnih elementov stene. Table 3.1: Dimensional characteristics of the test room IRsNO. An – area of nontransparent elements, At – area of transparent elements. An (m2) At (m2) TLA Linolej 38.80 / ZAHODNA (ZUNANJA) STENA Omet + belež 29.70 15.00 VZHODNA STENA Omet + belež 28.10 16.60 JUŽNA STENA Omet + belež 19.10 / SEVERNA STENA Omet + belež 18.10 5.40 STROP Omet + belež 41.70 / VOLUMEN PROSTORA = 163.40 m3 82 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 3.2: Tloris in prerez sobe 1 kabineta KSKE III/1, v katerem je nameščen IRsNO. Fig. 3.2: Plan and section of room 1 of the cabinet KSKE III/1 in which the IRsNO is situated. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 83 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3.1.2 Gradbeno-fizikalne karakteristike konstrukcijskih sklopov V preglednici 3.2 so predstavljene sestave in značilnosti konstrukcijskih sklopov netransparentnega dela ovoja kabineta KSKE III/1, le-ta je sestavljen iz medetažne konstrukcije ter dveh tipov sten- notranje predelne in zunanje stene. Podobno kot pri netransparentnih konstrukcijskih sklopih sta tudi oba transparentna elementa, ki se pojavljata v ovoju kabineta KSKE III/1, našteta in opisana v preglednici 3.3. Ključen gradbeno-fizikalen podatek pri transparentnih elementih je poleg U-faktorja (toplotna prehodnost) tudi prepustnost zasteklitve za dnevno svetlobo (?v), saj le-ta pove, na kolikšen delež razpoložljive dnevne svetlobe lahko računamo pri ocenah dnevne osvetlitve prostora ter kakšni bodo solarni toplotni pritoki v obravnavanem prostoru. Slika 3.3: Prostorski prikaz osnovnih geometrijskih značilnosti testnega prostora IRsNO. Fig. 3.3: Perspective view of the test room IRsNO. 84 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 3.2: Značilnosti in sestava netransparentnih konstrukcijskih sklopov. Table 3.2: Characteristics and composition of nontransparent constructional complexes. d (m) k (W/mK) Ri (m2K/W) U (W/m2K) MEDETAŽNA KONSTRUKCIJA 0.830 Rs,i 0.170 Linolej________________________________ 0.003 0.190 0.015 Betonski estrih 0.050 1.160 0.043 Zvočna izolacija 0.010 0.041 0.244 Tlačna AB plošča 0.050 2.040 0.025 Super 40_______________________________ 0.400 0.610 0.656 Omet 0.010 0.990 0.010 Rs,e 0.040 ZUNANJA STENA 1.290 Rs,i 0.130 Omet 0.010 0.870 0.011 Penobetonski bloki 0.200 0.350 0.571 Betonske fasadne plošče 0.050 2.040 0.025 Rs,e 0.040 PREDELNA STENA 1.170 Rs,i 0.130 Omet 0.010 0.870 0.011 Penobetonski bloki 0.200 0.350 0.570 Omet 0.010 0.870 0.011 Rs,e 0.130 Preglednica 3.3: Značilnosti in sestava transparentnih konstrukcijskih sklopov. Table 3.3: Characteristics and composition of transparent constructional complexes. Tv (%) U (W/m2K) OKNO 80.00 2.90 Steklo Zračna plast Steklo Aluminijast okvir NOTRANJA ZASTEKLITEV 85.00 5.90 Steklo Lesen / jeklen okvir Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 85 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3.1.3 Uporaba prostora Prostor kabineta KSKE III/1 je bil prvotno končni del osrednjega hodnika v učilniškem traktu stavbe FGG in tako nikoli ni služil kot kabinet oziroma delovno okolje. Zaradi prostorske stiske je bil prostor ob zaključku hodnika kasneje pregrajen s stekleno predelno steno in vključno z učilnico ob njem namenjen prostoru za pedagoge. Zaradi prehodne narave sobe 1, iz katere se vstopa v sobo 2 kabineta KSKE (glej slike 3.2, 3.3 in 3.4), je bila edina možnost pozicioniranja delovnih mest v prvi sobi v njen jugovzhodni del, torej stran od oken in s tem izvora dnevnega osvetljevanja. V prostoru se nahajata dve delovni mesti, kar pri tlorisni površini 38.80 m2 predstavlja zasedenost prostora z 0.05 oseb/m2. Slika 3.4 prikazuje tlorisno razporeditev elementov notranje opreme kabineta KSKE III/1 z označenima pozicijama obeh delovnih mest. Ker se v prostoru opravlja delo, ki bi ga lahko okarakterizirali kot pisarniško delo primarno povezano z računalnikom, je ključnega pomena Slika 3.4: Dispozicija notranje opreme v kabinetu KSKE III/1 z označenima pozicijama obeh delovnih mest. Fig. 3.4: Disposition of furniture in the cabinet KSKE III/1 with the two work areas marked. 86 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. za zagotovitev ugodnih delovnih pogojev predvsem primerno vizualno udobje ob hkratnem zagotavljanju toplotnega ugodja in kvalitetnega zraka. Da bi bolje spoznali danosti obravnavanega prostora, so bile pred začetkom testiranja sistema IRsNO izvršene preliminarne analize in simulacije obstoječega stanja glede na parametre notranjega ugodja. Dodatno so bila pregledana tudi priporočila različnih standardov [CR 1752 1998] [ISO 8995 1989], ki obravnavajo področje oblikovanja ugodnega notranjega bivalno-delovnega okolja. 3.1.3.1 Simulacija razpoložljive dnevne osvetlitve Kot minimalen nivo osvetlitve delovne površine, kjer se delo opravlja dalj časa, standard ISO 8995 [ISO 8995 1989] priporoča 200 lx. Isti standard dodatno priporoča za računalniške sobe in splošne pisarniške prostore nivo osvetlitve v razponu od 300 lx do 750 lx, pri čemer je specifična vrednost osvetlitve odvisna predvsem od vizualne zahtevnosti opravljanega dela. Da bi preverili dejansko stanje osvetljenosti obeh delovnih mest v kabinetu KSKE III/1, je bil za ta namen uporabljen računalniški program za simulacijo dnevne osvetljenosti. Uporabljena je bila računalniška aplikacija SPOTTM v3.1 Sensor Placement+Optimization Tool, razvita pod okriljem Architectural Energy Corporation iz ZDA [SPOT v3.0 2006]. Poleg količine dnevne svetlobe v prostoru je bila preverjena tudi osončenost oziroma osenčenost zunanjega transparentnega dela ovoja testnega prostora. S takšnim podatkom je mogoče oceniti, kdaj bo v prostoru teoretično na voljo več razpoložljive dnevne svetlobe ter kdaj se bo pojavljala potreba po senčenju zaradi neposrednega sončnega sevanja v prostor. Hkrati pa je čas, kdaj je odprtina osončena, pomemben tudi za oceno možnosti pasivnega zajema sončne energije skozi transparentne elemente ovoja stavbe. Izračun osončenja okna kabineta je bil izveden z računalniškim programom The Solar Tool v2.0, ki je bil razvit v podjetju Square One Research ter omogoča izračun osenčenja zunanje odprtine stavbe. V simulaciji dnevne osvetlitve prostora kabineta KSKE III/1 je bila uporabljena poenostavljena geometrija prostora z notranjimi tlorisnimi dimenzijami 7.64 m x 4.93 m in svetlo etažno višino 3.88 m. Upoštevana višina delovne ravnine je bila privzeta standardna [ISO 8995 1989] višina 0.85 m. Uporabljena je bila simulacijska mreža s korakom 0.5 m, pri čemer se zaradi vplivov odbojev robnih površin ne upoštevajo rezultati, odmaknjeni manj kot Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 87 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 3.5: Simulacija osvetljenosti prostora v štirih kritičnih dneh v letu. Za izračun dnevne osvetljenosti je bil uporabljen program SPOTTM v3.1, ki je izračune izvršil ob uporabi CIE-standardnega oblačnega neba. Fig. 3.5: Simulation of illumination of the room during four critical days of the year. Simulation was executed using SPOTTM v3.1 according to the CIE standard cloudy sky conditions. 88 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 0.5 m od katerekoli stene. Pri obravnavanju rezultatov je bilo predvideno, da specifično delovno mesto zavzema površino 1.50 m x 1.00 m oziroma 6 kvadratov simulacijske mreže. Kot merodajni so bili upoštevani rezultati za štiri kritične dneve v letu (21. 12. – zimski solsticij, 21. 6. – poletni solsticij, 21. 3. – spomladanski ekvinokcij in 21. 9. – jesenski ekvinokcij) ob poldnevu (12:00) Preglednica 3.4: Izvleček rezultatov simulacije dnevne osvetljenosti obeh delovnih mest v prostoru kabineta KSKE III/1 pri CIE-standardnem oblačnem nebu. Table 3.4: Extract of simulation results for the daily illumination of the two working spaces in the cabinet KSKE III/1 according to the CIE standard cloudy sky. Eavg (lx) 21.6. 12:00 Eavg (lx) 21.3./21.9. 12:00 Eavg (lx) 21.12. 12:00 DELOVNO MESTO 1 669 501 260 Emax:Emin= 6:1 6:1 6:1 DELOVNO MESTO 2 Emax:Emin= 467 350 2:1 2:1 182 2:1 Preglednica 3.5: Osončenost oziroma osenčenost okna v kabinetu KSKE III/1 v času zimskega solsticija. Table 3.5: Insolation of the window in the cabinet KSKE III/1 in the time of winter solstice. Čas (h) Azimut (°) Elevacija (°) Senčenje (%) sončni vzhod=07:48 sončni zahod=16:13 21.12. 08:00 08:30 09:00 09:30 10:00 127.2 132.9 138.8 144.9 151.4 1.7 5.7 9.3 12.5 15.2 100 100 100 100 0 10:30 158.2 17.4 0 11:00 165.3 19.1 0 11:30 175.5 20.1 0 12:00 179.8 20.4 0 12:30 -175.9 20.1 0 13:00 -165.6 19.1 0 13:30 -158.6 17.5 0 14:00 -151.8 15.4 0 14:30 -145.3 12.6 0 15:00 -139.1 9.4 0 15:30 -133.1 5.8 0 16:00 -127.5 1.9 0 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 89 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 3.6: Osončenost oziroma osenčenost okna v kabinetu KSKE III/1 v času spomladanskega in jesenskega ekvinokcija. Table 3.6: Insolation of the window in the cabinet KSKE III/1 in the time of equnox. Čas (h) Azimut (°) Elevacija (°) Senčenje (%) sončni vzhod=06:11 sončni zahod=18:08 21.3./21.9 06:30 93.8 3.3 100 07:00 99.2 8.4 100 07:30 104.9 13.5 100 08:00 110.7 18.5 100 08:30 116.9 23.2 100 09:00 123.6 27.7 100 09:30 130.8 31.9 100 10:00 138.7 35.6 100 10:30 147.2 38.7 100 11:00 156.4 41.2 0 11:30 166.3 42.8 0 12:00 176.5 43.6 0 12:30 -173.1 43.4 0 13:00 -163.0 42.4 0 13:30 -153.3 40.4 0 14:00 -144.3 37.7 0 14:30 -136.0 34.4 0 15:00 -128.4 30.5 0 15:30 -121.3 26.3 0 16:00 -114.8 21.7 0 16:30 -108.8 16.9 0 17:00 -103.0 11.9 0 17:30 -97.4 6.7 0 18:00 -92.0 1.6 0 ter ob uporabi CIE-standardnega oblačnega neba. Grafično predstavljeni rezultati na sliki 3.4 kažejo relativno neugodno pozicioniranje delovnih mest, če privzamemo kot želen nivo osvetljenosti delovne površine 500 lx. Dodatno so rezultati za posamezno delovno mesto prikazani tudi v preglednici 3.4, v kateri so preglednicirane povprečne vrednosti osvetljenosti (Eavg) v obravnavanih kritičnih dneh ter razmerje med maksimalno (Emax) in minimalno (Emin) vrednostjo osvetljenosti z upoštevanjem velikosti delovnega mesta 1.50 m x 1.00 m. Tako pridobljeni rezultati kažejo s strani vizualnega udobja dokaj neugodna delovna mesta, saj pri delovnem mestu 2 v nobenem letnem času ni bila dosežena želena meja 500 lx, pri prvem delovnem mestu pa je izrazit problem kontrast, saj znotraj definiranega delovnega mesta dosega razmerje, večje od 6 : 1. V sklopu simulacij dnevne osvetlitve prostora kabineta KSKE III/1 je bila preverjena tudi izpostavljenost okna neposrednemu sončnemu sevanju. Takšen podatek pomaga pri oceni 90 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 3.7: Osončenost oziroma osenčenost okna v kabinetu KSKE III/1 v času poletnega solsticija. Table 3.7: Insolation of the window in the cabinet KSKE III/1 in the time of summer solstice. Čas (h) Azimut (°) Elevacija (°) Senčenje (%) sončni vzhod=04:17 sončni zahod=19:51 21.6. 04:30 57.3 1.8 100 05:00 62.5 6.3 100 05:30 67.6 11.0 100 06:00 72.5 15.9 100 06:30 77.5 20.9 100 07:00 82.5 26.1 100 07:30 87.7 31.2 100 08:00 93.1 36.4 100 08:30 99.0 41.6 100 09:00 105.4 46.7 100 09:30 112.8 51.6 100 10:00 121.5 56.2 100 10:30 131.9 60.4 100 11:00 144.7 63.9 100 11:30 160.0 66.3 0 12:00 177.4 67.3 0 12:30 -165.0 66.8 0 13:00 -149.0 64.7 0 13:30 -135.4 61.5 0 14:00 -124.4 57.5 0 14:30 -115.2 53.0 0 15:00 -107.5 48.2 0 15:30 -100.8 43.1 0 16:00 -94.8 38.0 0 16:30 -89.2 32.8 0 17:00 -84.0 27.6 0 17:30 -79.0 22.4 0 18:00 -74.0 17.4 0 18:30 -69.0 12.5 0 19:00 -64.0 7.7 0 19:30 -58.8 3.1 0 možnosti zajema sončne energije ter pri razumevanju, kdaj bo v prostoru večja potreba po senčenju zunanjih odprtin ter s tem preprečevanju pretirane osvetljenosti delovnih mest in prevelikih kontrastov. Podobno kot pri simulaciji dnevne osvetljenosti prostora je bila osončenost zunanje odprtine preverjena za štiri kritične dni v letu (21.6, 21.12., 21.3. in 21.9.). Izračuni so bili izvedeni za lokacijo stavbe FGG na zemljepisni širini 46.05° ter zemljepisni dolžini 14.30°. Predvideno je bilo okno, dimenzij 3.87 m x 3.88 m brez zunanjih ovir, saj zaradi višine objekta FGG okoliške zgradbe ne senčijo odprtine kabineta KSKE III/1, omeniti pa je potrebno, da rezultati za dvižne kote (elevacija) manjše kot 10° ne odražajo Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 91 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 3.6: Simulacija osvetljenosti prostora v štirih kritičnih dneh v letu. Za izračun dnevne osvetljenosti je bil uporabljen program SPOTTM v3.1, ki je izračune izvršil ob uporabi CIE-standardnega jasnega neba. Fig. 3.6: Simulation of illumination of the room during four critical days of the year. Simulation was executed using SPOTTM v3.1 according to the CIE standard clear sky conditions. 92 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 3.8: Izvleček rezultatov simulacije dnevne osvetljenosti obeh delovnih mest v prostoru kabineta KSKE III/1 pri CIE-standardnem jasnem nebu. Table 3.8: Extract of simulation results for the daily illumination of the two working spaces in the cabinet KSKE III/1 according to the CIE standard clear sky. Eavg (lx) Eavg (lx) Eavg (lx) 21.6. 16:00 21.3./21.9. 16:00 21.12. 16:00 DELOVNO MESTO 1 8263 1133 199 Emax:Emin= 113:1 3:1 2:1 DELOVNO MESTO 2 15270 1223 203 Emax:Emin= _________48:1 2:1 2:1 realnega stanja, saj pri takšnih pogojih zemeljska topografija in okoliški objekti mečejo zelo dolge sence. Tako pridobljeni rezultati (Preglednice 3.5, 3.6 in 3.7) kažejo, da je okno kabineta v dopoldanskih urah skozi celotno leto v nasevni senci kar pomeni, da v tem času ni vpliva neposrednega sončnega sevanja. Kot je bilo pričakovati zaradi zahodne orientacije prostora in neprisotnosti zunanjih ovir, je v popoldanskem času okno ves čas osončeno. Posledica takšne situacije je, da se v sončnem vremenu v tem času lahko pojavi pregrevanje prostora (poletni čas) oziroma da je takrat omogočen zajem sončnega sevanja (zimski in spomladansko-jesenski čas). Na podlagi podatkov o osončenju zunanje odprtine sobe 1 kabineta KSKE III/1 so bile naknadno opravljene še simulacije dnevne osvetljenosti prostora z upoštevanjem neposredne sončne osvetlitve (CIE-standardno jasno nebo) s programom SPOTTM. Ker je zunanja odprtina osončena skozi celotno leto le popoldne, je bila analiza izvedena za štiri kritične dni v letu (21. 12. - zimski solsticij, 21. 6. - poletni solsticij, 21. 3. - spomladanski ekvinokcij in 21. 9. - jesenski ekvinokcij) ob 16:00 (slika 3.6). Kot je bilo pričakovati so rezultati te analize pokazali na zelo velik problem bleščanja, saj razpon osvetljenosti prostora v poletnem času dosega tudi 45000 lx, kar je izrazito neugodno delovno okolje. Izvleček rezultatov za obe delovni mesti v preglednici 3.8 kaže, da se na definiranih delovnih mestih pojavljajo zelo visoke vrednosti osvetljenosti ter izjemno visoka kontrastna razmerja, ki dosežejo pri Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 93 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. delovnem mestu 1 v poletnem času celo razmerje 113 : 1, potreba po senčenju in reguliranju dnevne osvetlitve v takšnih primerih je več kot očitna. Iz zgoraj navedenih simulacij osvetljenosti in osončenosti prostora kabineta KSKE III/1 je bilo mogoče sklepati na »obnašanje« notranjega delovno-bivalnega okolja pri kritičnih robnih pogojih. Za osvetljenost prostora pri standardnem CIE-oblačnem nebu se je izkazalo, da na splošno prostor v območju obeh delovnih mest ne zadosti kriterijem kvalitetne dnevne osvetlitve. Kot glavna problema se pojavljata prenizek nivo osvetljenosti pri delovnem mestu 2 in preveliko kontrastno razmerje na površini delovnega mesta 1, zato so za zadovoljitev kvalitetnega notranjega vizualnega ugodja nujni dodatni ukrepi, kot sta dodatna umetna osvetlitev ter senčenje odprtin za preprečevanje bleščanja ter s tem zmanjšanje kontrastnih razmerij. Analiza osončenosti zunanje odprtine kabineta je pokazala na časovno distribucijo neposrednega sončnega sevanja, ko je le-to na voljo. Kot je bilo mogoče sklepati iz orientacije objekta FGG, je v dopoldanskih urah kabinet KSKE III/1 v samosenci ter ni izpostavljen neposrednemu sončnemu sevanju. Na podlagi tega so simulacije notranje osvetlitve pri CIE-standardnem jasnem nebu dokazale kredibilnost sklepa, da bo v popoldanskih urah obstajala potreba po senčenju zunanjih odprtin ter s tem preprečevanju previsokih nivojev osvetljenosti notranjega okolja in pregrevanja zraka. Iz istih rezultatov lahko sklepamo tudi na časovno razporeditev solarnih pritokov, ki jih bo mogoče realizirati v dani situaciji v popoldanskih urah. 3.1.3.2 Operativna temperatura prostora Operativna notranja temperatura zraka v prostoru predstavlja razpon vrednosti, sprejemljivih za uporabnike v določenem tolerančnem območju. Pri določanju notranje temperature zraka je potrebno posvetiti pozornost tudi temperaturam obodnih površin in hitrosti premikanja zraka, dodatno pa na toplotno udobje v prostoru vplivata tudi število uporabnikov in njihova aktivnost metabolizma. Ker imamo ljudje zelo močan mehanizem adaptacije na sezonske klimatske spremembe, je sprejemljiva temperatura zraka v zimskem in poletnem času različna, na splošno to pomeni, da je potrebno pri ogrevanju in ohlajevanju uporabljati različne nastavitvene vrednosti temperature zraka v bivalno-delovnem okolju. 94 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 3.9: Izvleček kriterijev za načrtovanje notranjih bivalnih pogojev predlaganih v standardu CR 1752 za samostojne (celične) pisarne. Definirane so tri kategorije z različnimi odstotki nezadovoljnih uporabnikov (PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied) ob zasedenosti 0.1 oseb/m2 in stopnji aktivnosti 1.2 met. Table 3.9: Extract of design criteria for the internal living conditions according to the CR 1752 standard for single offices. The three categories are defined for the occupation of 0.1 person /m2 and 1.2 met activity rate of users. OPERATIVNA TEMPERATURA POVPREČNA MAKSIMALNA _______________________________________HITROST PREMIKANJA ZRAKA ________________Hlajenje (°C) Ogrevanje (°C) Hlajenje (m/s) Ogrevanje (m/s) PPD<6% KATEGORIJA A_________________________________________________________ 24.50 ± 1.00________22.00 ± 1.00___________0.18_______________0.15______ PPD<10% KATEGORIJA B_________________________________________________________ 24.50 ± 1.50________22.00 ± 2.00___________0.22_______________0.18______ PPD<15% KATEGORIJA C_________________________________________________________ 24.50 ± 2.50 22.00 ± 3.00 0.25 0.21 Pri definiranju splošnih začetnih vrednosti za notranje temperaturne pogoje v prostoru kabineta KSKE III/1 smo se pri snovanju sistema IRsNO opirali na vrednosti, predlagane v standardu CR 1752: Ventilation for buildings – Design criteria for the indoor evironment [CR 1752 1998]. V dotičnem standardu so predlagane vrednosti za temperaturo zraka ter povprečno hitrost premikanja zraka, pri katerih se definirane skupine uporabnikov počutijo udobno. Preglednica 3.9 predstavlja izvleček predlaganih vrednosti za celične pisarne pri zasedenosti 0.1 oseb/m2 in stopnji aktivnosti metabolizma 1.2 met, tri kategorije (A, B in C) definirajo skupine uporabnikov glede na odstotek nezadovoljnih uporabnikov (PPD -Predicted Percentage of Dissatisfied) pri definiranih pogojih operativne temperature zraka. Predlagane vrednosti predstavljajo realna izhodišča za aplikacijo pri testiranju sistema regulacije notranjega okolja v okviru danih pogojev in značilnosti prostora kabineta KSKE. 3.2 Namen IRsNO IRsNO oziroma integralen regulacijski sistem notranjega okolja je sistem celovitega uravnavanja kvalitativnih in kvantitativnih parametrov bivalno-delovnega okolja stavb. Notranje okolje v stavbah predstavlja prostor kompleksnih interakcij zunanjih vremensko Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 95 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. klimatskih pogojev in notranjih bivalnih zahtev, za katerega so značilni izredno dinamični in časovno spremenljivi nelinearni odnosi med vplivnimi faktorji. Pri takšnem procesu je zato težko določiti in oblikovati matematični model, nujen pri vzpostavitvi klasične regulacije [Trobec-Lah 2003]. Zaradi težavnosti oblikovanja regulacijskega sistema notranjega okolja s pomočjo klasične regulacijske tehnike (PID) je bil sistem oblikovan na osnovi teorije mehkih množic, ki omogoča opisovanje kompleksnih sistemov z enostavnimi ČE – POTEM pravili. S takšnim pristopom je mogoče v regulacijski sistem vgraditi človeške izkušnje in človeški način obravnavanja regulacijskih problemov s pomočjo opisnih pojmov (veliko, manjše, več ...). Največja slabost uporabe mehkih regulatorjev je prav potreba po zelo obsežnem ekspertnem znanju o obravnavanem oziroma reguliranem procesu, saj brez tega ni mogoče izoblikovati primernih regulacijskih pravil ter s tem kvalitetne regulacije. Aplikacija IRsNO v okviru realnega delovnega okolja kabineta KSKE III/1 omogoča oblikovanje primernih regulacijskih pravil sistema kot posledice neposrednega vpliva dejanskih zunanjih vplivov in želja uporabnikov. Eksperimentalen pristop k oblikovanju regulacijskih nastavitev mehkega regulatorja omogoča definiranje sistema kot neposreden odziv na trenutne zahteve in danosti brez predhodnih simulacij, čeprav bi bile le-te dobrodošla pomoč pri hitrejšem oblikovanju nastavitvenih pravil. Kot glavna opora pri zasnovi, oblikovanju in nastavitvah regulatorjev IRsNO je bila uporaba že pridobljenega znanja in izkušenj s področja regulacije optično-termičnih procesov v testni celici KAMRA [Furlan 1999] [Trobec-Lah 2003]. Namen izoblikovanja IRsNO je vzpostaviti sistem, s katerim bo v realnem okolju in realnem času mogoče doseči sledeče cilje: • definirati nabor pravil mehkih regulatorjev za uravnavanje svetlobnega ugodja (osvetljenost z dnevno svetlobo, umetna osvetlitev), toplotnega udobja (ogrevanje, hlajenje) in kvalitete zraka (koncentracija CO2); • vzpostaviti sočasne (harmonizirane) regulacije optičnih in termičnih vplivov sončnega sevanja z upoštevanjem kriterijev psihofizičnega počutja uporabnikov; • izvajati eksperimente, s katerimi je mogoče preveriti delovanje in razvijati nove nastavitve regulatorjev; • preveriti možnosti ter predstaviti priložnosti za prihranek energije z uporabo avtomatske regulacije toplotnih in optičnih procesov v bivalnem okolju. 96 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3.3 Struktura IRsNO V kontekstu sistema »okolje, stavba, človek« predstavlja regulacija notranjih parametrov bivalno-delovnih pogojev način, s katerim je mogoče vplivati na interakcije med različnimi deli sistema oblikovanja notranjega okolja. Kot postopek vzdrževanja primernih notranjih bivalnih pogojev je regulacija le-teh znana že od začetka pojava objektov, v katerih se je zadrževal oziroma bival človek. Stavbe in prostore v njih je bilo potrebno vedno in v vseh klimatskih pogojih primerno prilagajati zunanjim danostim, ki so narekovale potreben odziv sistema za zadovoljitev želja uporabnikov glede notranjih bivalnih pogojev. Ukrepi za zadovoljitev notranjih bivalnih razmer so bili do razvoja avtomatskih regulacijskih tehnik osnovani predvsem na nivoju primernega izbora strukture ovoja stavbe ter spreminjanju notranjih pogojev s pomočjo ročnega upravljanja elementov in naprav s strani uporabnikov. Ker pa ročna regulacija zaradi človekove sposobnosti adaptacije trenutnim razmeram ne zagotavlja fleksibilnosti in natančnosti, pričakovane v sodobnih bivalnih prostorih, je Slika 3.7: Shema strukture IRsNO s prikazanimi interakcijskimi povezavami vplivov med zunanjim okoljem, uporabnikom, notranjim okoljem ter regulacijskim sistemom. Fig. 3.7: Structure of IRsNO with paths of interaction between external environment, users, internal environment and regulation system shown. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 97 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. potrebno v sistem notranjega okolja vpeljati elemente, ki bodo uspeli pri zadovoljivi avtomatizaciji regulirati bivalne razmere glede na uporabnikove želje in zunanje klimatsko-vremenske danosti. Osnovna struktura takšnega sistema z glavnimi potmi pretoka informacij in energije je prikazana na sliki 3.6. Strukturno gledano, je regulacijski sistem IRsNO mogoče ločiti na tri osnovne dele, ki s skupnim delovanjem in sodelovanjem zagotavljajo notranje bivalne razmere pod vplivom zunanjega okolja in želja uporabnikov. Te elemente predstavljajo naprave za zajem informacij o trenutnem stanju spremljanih količin (temperature zraka, osvetljenost delovnih površin, relativna vlažnost ...), regulacijski sistem (regulatorji in nadzorna oprema) ter izvršni členi oziroma aktuatorji (senčila, grelna telesa, luči ...), ki izvršujejo ukaze regulatorjev ter s tem uravnavajo notranje bivalno-delovne razmere (Slika 3.7). Sistemu je z uporabo senzorjev omogočeno spremljanje dejanskih pogojev v notranjem in zunanjem okolju, ki jih regulator uporablja za primerjavo z referenčnimi vrednostmi reguliranih veličin. Pri odstopanjih dejanskih vrednosti od referenčnih regulacijskih vrednosti sistem s pomočjo izvršnih členov vpliva na notranje okolje ter s tem spreminja razmere v njem tako, da privede dejanske vrednosti v sprejemljivo območje odstopanj od želenih vrednosti. Senzorska mreža sistema IRsNO nadzira sledeče količine notranjih razmer bivalno-delovnega okolja in stanja aktuatorjev: • notranje temperature zraka (Tai), • notranje osvetljenosti na dveh delovnih mestih (Ili1, Ili2), • notranje relativne vlažnosti zraka (RHi), • porabe energije za ogrevanje in hlajenje, • koncentracije CO2 (CO2), • pozicije posameznih žaluzij (6x), • odprtosti okna, • aktiviranosti umetne osvetlitve, • delovanja grelno-hladilnih elementov (Cg – ogrevanje, Ch – hlajenje). 98 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Senzorska mreža sistema IRsNO nadzira sledeče količine zunanjih vremenskih razmer: • zunanje temperature zraka (Tao), • zunanje osvetljenosti (Ilo), • zunanje relativne vlažnosti zraka (RHo), • globalnega sončnega obsevanja – direktna komponenta (Irgo), • globalnega sončnega obsevanja – difuzna komponenta (Irdo), • smeri vetra (Wd), • jakosti vetra (Wp). Nadzorno regulacijski nivo IRsNO sestavljajo sledeči elementi: • programirljiv logični krmilnik (PLC) proizvajalca Mitsubishi tipa MELSEC A2SHCPU(S1) s spremljajočim koprocesorjem, napajalno enoto in komunikacijskim modulom, • operaterski pult MAC/MTA E200 za neposredno komunikacijo s PLC-jem, • osebni računalnik s programskimi orodji za nadzor in načrtovanje regulacijskih shem ter z aplikacijo za nadzor sistema IRsNO, ki je bila razvita v programskem okolju SCADA. Sistem IRsNO sestavljajo sledeči izvršni členi: • zunanje žaluzije tipa »KRPAN 80« (6x), • stropni radiacijski hladilno-grelni paneli (6x), • stropne viseče flouroscentne sijalke (6x), • okno z mehanizmom za avtomatsko zapiranje in odpiranje. 3.4 Merilno-regulacijska oprema IRsNO Merilno-regulacijska oprema (MRO) sistema IRsNO je sestavljena iz elementov regulacije, senzorske mreže in izvršnih členov. S pomočjo senzorske mreže se zajemajo podatki o stanju Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 99 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. merjenih vrednostih notranjega in zunanjega okolja, na podlagi meritev se regulacijski sistem odloča za izvajanje določenih ukrepov s pomočjo aktuatorjev, ki vplivajo na karakteristike prostora in notranjega okolja ter s tem poskušajo vzdrževati notranje vrednosti v okviru želenih. Naslednja poglavja bodo predstavila sestavne dele in njihove osnovne značilnosti vsake od treh posameznih skupin, ki tvorijo regulacijski sistem notranjega okolja v kabinetu KSKE III/1. Slika 3.8: Senzorska mreža sistema vodenja IRsNO. Fig. 3.8: IRsNO sensor array. 100 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3.4.1 Merilna oprema Merilna oprema sistema za integralno regulacijo notranjega okolja v kabinetu KSKE III/1 je sestavljena iz dveh glavnih skupin merilnih inštrumentov, ki so razvrščeni glede na okolje, katerih parametre spremljajo. Tako lahko delimo vso merilno opremo v skupino senzorjev, ki spremljajo pogoje zunanjega okolja, ter na senzorje za spremljanje pogojev v notranjem bivalno-delovnem okolju. Slika 3.8 prikazuje shemo senzorske mreže sistema IRsNO. 3.4.1.1 Notranji pogoji Spremljanje parametrov notranjega okolja kabineta KSKE III/1 se v okviru regulacijskega sistema IRsNO izvaja z merilnimi senzorji, ki sistemu omogočajo odzivanje na notranje spremembe glede na zunanje pogoje ter želje uporabnikov. Nabor senzorjev spremlja notranjo temperaturo in relativno vlažnost zraka, osvetljenost delovnih mest ter koncentracijo ogljikovega dioksida. Dodatno so nameščeni tudi senzorji za spremljanje temperature ogrevalnega oziroma hladilnega medija v nizkotemperaturnem radiacijskem ogrevalno hladilnem sistemu. Merilna oprema, uporabljena za merjenje zgoraj naštetih količin, je sledeča: • senzor proizvajalca E+E tipa EE80-2CTF3, ki omogoča kombinirano merjenje notranje temperature, relativne vlažnosti zraka in koncentracije CO2. Meritve koncentracije ogljikovega dioksida v zraku so omogočene v razponu od 0 do 2000 ppm z napako ± 50 ppm + 2 % izmerjene vrednosti z odzivnim časom, manjšim od 90 s. Relativna vlažnost je merjena v razponu od 0 do 100 % z natančnostjo meritev ± 3 % v razponu od 30 do 70 % RH ter natančnostjo ± 5 %, v razponu od 10 do 90 % RH. Natančnost temperaturnih meritev je ± 0.3 °C, razpon omogočenih meritev pa je med 0 in 50 °C; • senzor za notranjo osvetljenost tipa LI06 LRA proizvajalca Thermokon, ki omogoča spremljanje nivoja notranje osvetljenosti delovnega mesta do maksimalne vrednosti 100000 lx s ± 5 % natančnostjo; Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 101 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • kalorimetra za merjenje porabe ogrevalnega in hladilnega medija, ki nista vgrajena ter bosta nameščena v naslednji fazi izvajanja eksperimentov v času posodobitve ogrevalno-hladilnega radiacijskega sistema. 3.4.1.2 Zunanji pogoji Merjene in spremljane količine zunanjih vremenskih in klimatskih pogojev omogočajo sistemu integralne regulacije notranjega delovno-bivalnega okolja, primerno odzivanje na zunanje spremembe ter s tem kvalitetno in uporabnikovim zahtevam prilagojeno reguliranje notranjega okolja. Sistem IRsNO spremlja zunanje globalno in difuzno sončno sevanje, zunanjo temperaturo zraka, vlažnost zraka, zunanjo osvetljenost ter smer in jakost vetra. Merilna oprema, uporabljena za merjenje zgoraj naštetih količin, je sledeča: • piranometer in albedometer CM7B proizvajalca Kipp & Zonen, ki spremljata zunanjo globalno in difuzno sončno sevanje v spektralnem obsegu od 305 do 2800 nm z odzivnim časom, manjšim od 18 s. Gostota energijskega toka je izražena v W/m2, razpon merjenja pa je od 0 do 1400 W/m2. Natančnost meritev je odvisna od različnih vplivnih faktorje, tako da ni mogoče definirati dejanske natančnosti meritev, saj le-ta variira s spremembo temperature, osončenosti in vpadnega kota sevanja. Po klasifikaciji World Meteorological Organization spadata piranometer in albedometer tipa CM7B v »prvi razred« natančnosti; • senzor proizvajalca E+E tipa EE21-FT3A25/T02, ki omogoča kombinirano merjenje zunanje temperature in relativne vlažnosti zraka. Senzor omogoča merjenje relativne vlažnosti zraka v razponu od 0 do 100 % z natančnostjo meritve ± 2 %, v merilnem obsegu od 0 do 90 % ter ± 3 % natančnostjo v obsegu meritev od 90 do 100 % relativne vlažnosti. Temperaturni obseg je merljiv v razponu od -40 do +60 °C z natančnostjo od ± 0.7 °C pri -40 °C do ± 0.2 °C pri + 20 °C; • senzor za zunanjo osvetljenost tipa LI65 LRA proizvajalca Thermokon, ki omogoča spremljanje nivoja zunanje osvetljenosti do maksimalne vrednosti 100000 lx s ± 5 % natančnostjo; • senzor hitrosti vetra tipa FV615-2 proizvajalca Ahlborn, ki omogoča merjenje jakosti vetra v horizontalni smeri v razponu od 0.5 do 50 m/s s ± 3 % natančnostjo. 102 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Senzor je pozicioniran na zunanji strani zahodnega zidu kabineta KSKE III/1 tik ob zasteklitvi; • senzor smeri vetra tipa FVA614 proizvajalca Ahlborn, ki je namenjen zaznavanju in določanju smeri vetra v horizontalni ravnini s ± 5° natančnostjo. Senzor je nameščen ob senzorju za hitrost vetra FV615-2 na zahodni zunanji strani stavbnega ovoja kabineta KSKE III/1. 3.4.2 Oprema vodenja Oprema vodenja sistema IRsNO obsega dva sklopa, kjer prvi sklop opravlja procesne naloge vodenja sistema, drugi pa nadzoruje delovanje regulatorjev in omogoča ogled stanja sistema ter poseg v njegovo delovanje. Oba sklopa predstavljata jedro regulacijskega sistema, kjer se vršijo vse odločitve glede delovanja oziroma ukazov izvršnim členom ter komunikacija med napravami in človekom (human machine interface). Opremo vodenja sestavljajo sledeči elementi: • programirljiv logični krmilnik proizvajalca Mitsubishi tipa MELSEC A2SHCPU(S1), ki izvršuje izvajanje regulacije celotnega sistema IRsNO po predhodno določeni shemi in pravilih regulacije, definiranih v programskem okolju IDR BLOK. Programirljiv logični krmilnik je sestavljen iz procesne enote s Preglednica 3.10: Oznake in karakteristike vgrajenih modulov PCL-ja sistema IRsNO. Table 3.10: Characteristics of used modules in the PLC of the IRsNO. KOMPONENTA OZNAKA OPIS Procesna enota A2SHCPU(S1) Procesna enota s 192 kB vgrajenega spomina (RAM) in 1024 vhodno-izhodnimi točkami. Komunikacijski modul A1SJ7UC24-R4 Modul, ki skrbi za komunikacijo med vgrajenimi elementi PLC-ja. Digitalni vhodi A1SX80 Komponenta s 16-timi digitalnimi vhodnimi točkami. Analogni vhodi A1S68AD Komponenta z 12-timi analognimi vhodi. Digitalni izhodi A1SY10EU Komponenta s 16-timi digitalnimi izhodi. Napajalnik A1S62PN Napajalnik, ki pretvarja 100 – 240 V dvosmerne napetosti v enosmerno napetost s 5 V, 3 A ali 24 V, 0.6 A. Ohišje 8 I/O A1S38B Ohišje z možnostjo vgradnje maksimalno 8-ih modulov. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 103 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. koprocesorjem s 192 kB polnilnika, napajalnika, komunikacijskega modula, vhodno-izhodnih modulov ter ohišja. Preglednica 3.10 prikazuje oznake in karakteristike vseh elementov PLC-ja. Priključeni vhodni in izhodni moduli omogočajo 16 digitalnih in 12 analognih vhodov ter 16 digitalnih izhodov. PLC komunicira z operaterskim pultom, ki je vgrajen v vrata električne omarice preko komunikacijskega kanala RS422, ki poteka skozi komunikacijski vmesnik RS422. Povezava z osebnim računalnikom je kot pri operaterskem pultu vzpostavljena preko komunikacijskega vmesnika RS422, vendar skozi kanal RS232. Elementi PLC-ja so prikazani na sliki 3.9; • operaterski pult MAC/MTA E200, ki je vgrajen v vrata električne omarice, v kateri je nameščen PLC. Operaterski pult omogoča neposredno komunikacijo s PLC-jem preko RS422 komunikacijskega kanala ter povezavo krmilnika z osebnim računalnikom skozi komunikacijski kanal RS232. Pult je sestavljen iz štirivrstičnega Slika 3.9: Vgrajeni moduli PLC-ja; 1. napajalnik, 2. procesna enota, 3. komunikacijski modul, 4. digitalni vhodi, 5. digitalni izhodi, 6. analogni vhodi. Fig. 3.9: Modules of PLC: 1. power supply, 2. processing unit, 3. communication module, 4. digital inputs, 5. digital outputs, 6. analog inputs. 104 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. črno-belega grafičnega LCD-prikazovalnika, 5 funkcijskih in 20 namenskih tipk ter elektronike in opozorilnih LED-diod, videz operaterskega pulta je prikazan na sliki 3.10. Preko operaterskega pulta je mogoče spremljati trenutno stanje sistema, nastavitve regulatorjev, opozorila ter spreminjati in nastavljati nastavitve regulatorjev; • osebni računalnik s programskimi orodji za nadzor in načrtovanje regulacijskih shem ter z aplikacijo za nadzor sistema IRsNO, ki je nameščen v sobi 2 kabineta KSKE III/1 ter je s PLC-jem povezan preko komunikacijskega vmesnika RS422 s kanalom RS232. Na računalniku se izvaja nadzorni sistem IRsNO, ki je bil razvit s programskimi orodjem SCADA Factory Link proizvajalca US Data in se izvaja v operacijskem okolju Windows XP. Poleg predhodno omenjene programske opreme sistem IRsNO omogoča shranjevanje procesnih vrednosti in meritev sistema preko podatkovne baze SQL Server 2005. Slika 3.10: Pogled na operaterski pult MAC/MTA E200. Fig. 3.10: Operational platform MAC/MTA E200. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 105 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 3.4.3 Izvršni členi Izvršni členi sistema IRsNO omogočajo reguliranje treh različnih aspektov notranjega bivalno-delovnega okolja, in sicer uravnavanje vizualnega udobja, toplotnega ugodja ter kvalitete zraka. Na vsakega od naštetih aspektov notranjega okolja je mogoče vplivati z določenim aktuatorjem ali kombinacijo vplivov več aktuatorjev sistema IRsNO, pri čemer ima vedno prednost reguliranje notranjega okolja z ukrepi na nivoju stavbnega ovoja. Vse Slika 3.11: Dispozicija aktuatorjev sistema IRsNO v kabinetu KSKE III/1. Vsi grelno-hladilni paneli (G/H panel) so na spodnji strani obloženi z 1.25 cm debelo mavčno kartonsko ploščo, razen G/H panel 2, ki je obložen z masivno kamnito ploščo debeline 2 cm ter G/H panel 3, ki je obložen z 1.5 cm ALU-kamnito kompozitno ploščo (3 mm kamna + 12 mm aluminijasto satovje). Fig. 3.11: Disposition of IRsNO actuators in the cabinet KSKE III/1. Heating-cooling panels (G/H panels) are on the underside finished in gypsum boards except G/H panel number 2, which is finished in 3 cm thick massive stone slab and G/H panel number 3, which is finished in 1.5 cm thick aluminum-stone composite plate (3 mm of stone + 12 mm aluminum honeycomb). 106 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. izvršne člene sistema regulacije notranjega okolja IRsNO je tako mogoče deliti v tri skupine (Slika 3.11): • aktuatorji za regulacijo vizualnega udobja: v prvi vrsti sistem IRsNO uravnava notranji nivo vizualnega odboja oziroma osvetljenosti delovne površine z ukrepi na nivoju reguliranja penetracije razpoložljive zunanje dnevne svetlobe s pomočjo motoriziranih zunanjih žaluzij. Kot sekundaren in s tem pomožen ukrep za dosego želenega nivoja osvetljenosti pa sistem upravlja s prižiganjem in ugašanjem umetne razsvetljave; • aktuatorji za regulacijo toplotnega ugodja: podobno kot pri regulaciji nivoja osvetljenosti notranjega bivalno-delovnega okolja se tudi pri uravnavanju toplotnih aspektov notranjega ugodja uporabnikov sistem IRsNO zanaša primarno na ukrepe na nivoju stavbnega ovoja, ko so možnosti le-teh izčrpane, pa se dodatno vključijo sistemi za ogrevanje ali hlajenje notranjega okolja. Notranje temperaturno ugodje je tako mogoče regulirati s pomočjo žaluzij, s katerimi se lahko uravnava neposredne solarne pritoke, ter tudi s pomočjo pasivnega hlajenja z odpiranjem okna. Dodatno uravnavanje notranjega toplotnega ugodja je mogoče doseči tudi z ogrevanjem ali ohlajevanjem s pomočjo grelno-hladilnih nizkotemperaturnih stropnih radiacijskih panelov in tudi z vključitvijo klasičnega radiatorskega ogrevanja (po potrebi ga ročno vključi uporabnik); • aktuatorji za regulacijo kvalitete notranjega zraka: kvalitetna izmenjava notranjega zraka v okviru sistema IRsNO je zagotovljena s pomočjo naravnega prezračevanja s pomočjo avtomatskega zapiranja in odpiranja dela zasteklitev v sistemu transparentnega dela stavbnega ovoja. 3.4.3.1 Senčila Senčenje transparentnega dela stavbnega ovoja prostora kabineta KSKE III/1 je zagotovljeno z zunanje nameščenimi motoriziranimi venecianskimi žaluzijami tipa »KRPAN 80«. Žaluzije so sestavljene iz horizontalnih lamel, širine 80 mm, ki so izdelane iz eloksiranega aluminija v svetlo sivem barvnem tonu ter vodene z bočnimi aluminijastimi vodili (Slika 3.12). Žaluzije so motorizirane z elektromotorjem proizvajalca Somfy tip Orienta M/MU, ki omogoča Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 107 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 3.12: Detajl lamel in bočnega vodila venecianskih žaluzij tipa »KRPAN«. Fig. 3.12: Detail of side rail of Venetian blinds, type »KRPAN«. dviganje in spuščanje senčila ter ob dosegu končne pozicije tudi rotacijo lamel, neodvisna kontrola rotacije in pozicije lamel žaluzij ni mogoča. Zaradi te omejitve se žaluzije spuščajo (odpirajo) vedno popolnoma zaprte ter dvigajo (zapirajo) vedno popolnoma odprte. Šele ko je dosežena želena pozicija žaluzij (v principu popolnoma spuščena), je možna regulacija naklona lamel, ki se upravlja z istim motorjem kot premik žaluzij. Opisani način upravljanja senčila predstavlja določeno slabost z vidika avtomatske regulacije, saj način dviganja in spuščanja predstavljata prehodna vmesna pojava, ki ne odražata končnega stanja izvršnega člena ter lahko predvsem pri uravnavanju notranjega nivoja osvetlitve predstavljata težavo za regulacijski sistem. Dodatno je zaradi takšnega načina vodenja žaluzij zelo težko določiti pozicijo senčila v vmesnem stanju (npr.: polovično zasenčeno okno), saj spreminjanje naklona lamel malo spremeni tudi dejansko pozicijo senčila. Žaluzije so vgrajene na vsakem od šestih oken, ki sestavljajo transparentni del ovoja kabineta KSKE III/1 (Sliki 3.1 in 3.2), s čimer je omogočena največja možna fleksibilnost pri regulaciji notranjih toplotnih in svetlobnih pogojev. Takšna konfiguracija omogoča 108 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. individualno upravljanje senčenja vsakega okna posebej ter s tem veliko fleksibilnost avtomatskega regulacijskega sistema. 4.4.3.2 Umetna osvetlitev Prostor kabineta KSKE III/1 je opremljen s šestimi stropnimi visečimi flouroscentnimi sijalkami, ki zagotavljajo umetno osvetlitev, če z dnevno svetlobo ni mogoče doseči zadovoljivih kvantitativnih in kvalitativnih kriterijev notranje osvetlitve. Svetila so razporejena v dve vrsti s tremi svetili (Slika 3.11), pri čemer ima vsako svetilo vgrajeni dve flouroscentni sijalki tipa F33 z močjo 36 W. Svetila so nameščena 2.26 m nad delovno ravnino oziroma 3.16 m nad tlemi, kar pomeni, da so spuščene 72 cm pod nivojem stropa. Prižiganje in ugašanje vseh luči se izvaja z dvopoložajnim ON-OFF-stikalom. 4.4.3.3 Ogrevalni in hladilni elementi Dovajanje dodatne toplotne energije v prostor kabineta KSKE III/1 je zagotovljeno z dvema različnima sistemoma ogrevalnih elementov. Prvi sistem je klasično radiatorsko ogrevanje, drugi pa nizkotemperturni radiacijski ogrevalni sistem, ki poleg ogrevanja v poletnih mesecih omogoča tudi hidronično hlajenje. V prostoru je nameščen 1 radiator dimenzij 220 x 58 cm s termostatskim ventilom ter 6 stropnih radiacijskih nizkotemperaturnih grelno-hladilnih panelov dimenzij 125 x 125 cm (Slika 3.11). Pri reguliranju notranjega toplotnega ugodja sistem IRsNO vedno preferira uporabo radiacijskih stropnih panelov, le v primerih, ko zaradi zelo nizkih zunanjih temperatur paneli niso sposobni zadostiti zahtevanim notranjim tempereturnim pogojem, se ročno vključi tudi klasično radiatorsko ogrevanje. Stropno radiacijsko hlajenje ter tudi ogrevanje sta se izkazala kot zelo primerna rešitev za vključitev nizkotemperaturnega ogrevanja in hlajenja v objekte, kjer ni možnosti za vgraditev talnega ali zidnega ogrevanja. Prednost radiacijskega ogrevanja pred v Evropi zelo razširjenim radiatorskim (konvekcijskim) ogrevanjem prostorov je predvsem v nižji temperaturi ogrevalnega medija ter v možnosti vzpostavitve toplih obodnih površin, ki posledično omogočajo znižanje notranje temperature zraka [Asada, Boelman 2004] [Paić 2002], kar neposredno vpliva na toplotne izgube objekta. Tako se v prostoru pri znižanju Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 109 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. temperature zraka za 2 K zmanjšajo potrebe po ogrevalni energiji za kar 14 % [Paić 2002]. Dodatno takšen sistem vzpostavi v prostoru stanje »toplih nog in hladne glave«, kar je prav obratno od radiatorskega ali toplozračnega ogrevanja, kjer velja ravno obratno, torej, da je zrak uporabnikov v območju glave toplejši kot v območju nog [Imanari et al. 1999] [Paić 2002]. Kljub dobrim lastnostim ima takšen način ogrevanja in hlajenja tudi določene omejitve oziroma slabosti. Predvsem pri ogrevanju lahko takšen sistem pri uporabi materialov z veliko toplotno kapaciteto izraža zelo veliko toplotno inercijo ter se zato ni sposoben hitro odzivati na skokovite zunanje temperaturne spremembe. Dodatno lahko takšen sistem stropnih radiacijskih panelov povzroči relativno veliko vertikalno temperaturno asimetrijo, ki lahko prestopi splošno sprejeto zgornjo sprejemljivo mejo razlike 10 K ter tako postane vzrok nezadovoljstva med uporabniki. Kljub temu pa so v večini testiranj uporabniki v primerjavi s toplozračnim ali klasičnim radiatorskim ogrevanjem še vedno ocenili kot udobnejše stropno radiacijsko ogrevanje [Imanari et al. 1999] [Miriel et al. 2002]. Glavna težava, ki se lahko pojavi pri uporabi radiacijskih stropnih panelov za hlajenje, je predvsem površinska Slika 3.13: Tloris in prerez grelno-hladilnega nizkotemperaturnega radiacijskega panela, ki so nameščeni v kabinetu KSKE III/1. V tlorisnem pogledu so prikazani utori za razvod cevi. Fig. 3.13: Plan and section of heating-cooling low temperature radiating panel, which are installed in the cabinet KSKE III/1. In the plan the grooves for the piping are shown. 110 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. kondenzacija zračne vlage na ohlajeni ploskvi panela, vendar se je temu problemu v zmernih klimatskih pogojih mogoče izogniti z omejitvijo minimalne temperature vode v ceveh panela na 16 °C [Miriel et al. 2002]. Pri uporabi radiacijskega hlajenja v izrazito vlažni klimi je za preprečitev kondenzacije na hlajeni površini potrebno sistem dopolniti s sistemom za izsuševanje zraka [Imanari et al. 1999]. Hladilno-grelni radiacijski stropni paneli v kabinetu KSKE III/1 so dimenzij 125 x 125 cm ter sestavljeni iz 10 cm debele polistirenske toplotne izolacije, v katero je vrezan razvod za cevi z ogrevano ali ohlajeno vodo (Slika 3.13). Na spodnji strani so 4 od skupaj 6 G/H panelov obdelani s kontaktno prilepljenimi 1.25 cm debelimi mavčno-kartonskimi ploščami ter s štirimi jeklenimi sidri pritrjeni v stropno nosilno konstrukcijo. Ostala dva panela imata na spodnji strani pritrjeni kamniti plošči, pri čemer ima eden pritrjeno masivno, 2 cm debelo marmornato ploščo, drugi pa kompozitno ploščo, sestavljeno iz 12 mm debelega aluminijastega satovja, na katero je prilepljena 3 mm debela kamnita plošča. Prav tako kot vsi ostali grelno-hladilni paneli sta tudi ta dva pritrjena v stropno nosilno konstrukcijo s štirimi sidrnimi vijaki. Radiacijski paneli so pozicionirani v isti ravnini kot elementi umetne osvetlitve, torej 72 cm pod nivojem stropa oziroma 3.16 m nad tlemi ter so tlorisno postavljeni v vzdolžen niz, ki je postavljen okvirno na sredini prostora kabineta (Slika 3.11). Paneli so v ogrevalni in hladilni sistem povezani zaporedno preko razvoda ventilov, ki omogočajo izklapljanje vsakega panela posebej, ter črpalke na termostatski mešalni ventil. Izbira med hlajeno ali ogrevano vodo, ki vstopa v sistem panelov, se izvaja z ročnim preklopom ventilov za dotok odgovarjajočega medija. Če prostor kabineta ni mogoče zadovoljivo ogreti, je kot dodaten ukrep mogoče vključiti tudi klasično radiatorsko ogrevanje in s tem dvigniti temperaturo notranjega zraka ter tako doseči želen nivo toplotnega udobja. 3.4.3.4 Prezračevanje in pasivno hlajenje Prezračevanje je zagotovljeno z avtomatskim odpiranjem in zapiranjem zgornjega desnega okna v sistemu zasteklitve kabineta KSKE III/1 (Slika 3.2). Okno je opremljeno z avtomatskim odpiralnim mehanizmom proizvajalca GEZE tipa OL 350 EN 200 mm, ki omogoča odpiranje okenskega krila do maksimalnega kota 45° ter v končni zaprti poziciji Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 111 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. mehansko zaklene okno, kar preprečuje odpiranje ob močnih sunkih vetra. Okensko krilo je velikosti 97 x 187 cm ter izdelano iz aluminija. Odpiranje okna v sistemu IRsNO omogoča zagotavljanje prezračevanja ter s tem vzdrževanje zadovoljivega nivoja olfaktoričnega notranjega okolja. Dodatno je mogoče z izmenjavo notranjega in zunanjega zraka doseči v jesenskih in spomladanskih mesecih efekt pasivnega hlajenja, če je izpolnjen predpogoj, da so zunanje temperature zraka nižje od notranjih. Podobno je mogoče s prezračevanjem ohlajati prostor tudi v poletnih mesecih v nočnem času ko je možno s pomočjo izmenjave zraka hladiti notranje prostore. 112 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 113 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4 INTEGRALEN REGULACIJSKI SISTEM NOTRANJEGA OKOLJA 4.1 Avtomatsko vodenje razmer bivalno-delovnega okolja Avtomatsko vodenje predstavlja v razvoju sodobne znanosti in tehnologije enega od ključnih elementov, ki so omogočili eksplozijo sodobne tehnološke družbe. Dandanes avtomatizacija procesov ni prisotna samo na tehnološko zelo zahtevnih področjih, kot sta letalstvo in vojaška tehnologija izstrelkov, temveč je že močno prodrla v vse dele industrije ter se z vsakdanjimi izdelki vse bolj prenaša tudi v vsakdanje življenje. Avtomatizacija zahtevnih in zapletenih proizvodnih procesov je omogočila in še vedno omogoča večjo produktivnost in predvsem večjo natančnost izdelave ter s tem tudi višjo kvaliteto izdelkov [Zupančič 1996]. Z večjo učinkovitostjo se zmanjšujeta poraba energije ter tudi sociološko-ekološki vpliv avtomatiziranih procesov. Čeprav je sodobni svet vse bolj prepleten z avtomatiziranimi sistemi, ki omogočajo boljše delovanje (železnice, letalstvo industrijske proizvodne linije...), pa avtomatizacija uravnavanja notranjega okolja bivalnih in delovnih prostorov še ni dosegla. Posamezni sklopi ali elementi notranjega okolja stavb, kot sta ogrevalni ali hladilni sistemi, že dosegajo visoko raven avtomatizacije z zelo naprednimi regulacijskimi sistemi, vendar se takšni sistemi nanašajo le na del izrazito kompleksnega sistema notranjega okolja. Celostno obravnavanje avtomatizacije notranjega okolja stavb bi omogočalo večjo učinkovitost in posledično boljše bivalne in delovne razmere ter v končni fazi pri primerni uskladitvi s pasivnimi ukrepi pri oblikovanju objektov (primeren stavbni ovoj) tudi izrazite prihranke pri porabi energije. Prav znižanje porabe energije za delovanje stavb z izboljšanjem njihovega delovanja bi omogočilo izrazite prihranke pri porabi energije ne samo na nivoju samih objektov, ampak ob številčno dovolj razširjeni aplikaciji tudi na državnem in mednarodnem nivoju. Dolgoročno bi avtomatizacija notranjega delovno-bivalnega okolja pripomogla k zmanjšanju porabe energije in k izboljšanju bivalnih pogojev ter s tem zvišanju učinkovitosti delovanja uporabnikov. 114 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.1.1 Sistemi vodenja Sistem vodenja v najosnovnejši obliki predstavlja proces, za katerega je značilno, da pri nekem vhodnem signalu, ki predstavlja želeno oziroma referenčno (r(t)) vrednost, priredi izhodni signal oziroma regulirano vrednost (c(t)) v taki meri, da je pod vplivom zunanjih dejavnikov oziroma motenj (n(t)) le-ta čim bliže želeni. Slika 4.1 prikazuje osnovno shemo sistemov vodenja. Pri vodenju procesov sta možna dva osnovna pristopa k oblikovanju, in sicer odprtozančni oziroma krmilni sistem ter zaprtozančni oziroma regulacijski sistem vodenja. Pri prvem krmilnik vpliva na proces, ne da bi upošteval dejansko stanje izhodnega signala ter tako ne more odreagirati na motnje, ki delujejo na krmiljeni proces. Pri takšnem načinu vodenja je kvaliteta vodenja slaba, saj je izhodna veličina le redko enaka želeni. Z umestitvijo povratne zanke v sistem odprtozančnega vodenja se le-ta preoblikuje v zaprtozančnega, s čimer se kvaliteta vodenja izrazito izboljša. Da je doseženo boljše sledenje referenčni vrednosti, se s pomočjo razlike med želeno in regulirano vrednostjo generira napako (e(t)), ki deluje kot vhod v regulator. Regulator na podlagi napake generira regulirno veličino (u(t)) tako, da zmanjšuje odmik od referenčne vrednosti. S slike 4.2, kjer je prikazana shema zaprtozančnega vodenja, je razvidno, da je z umestitvijo povratne zanke omogočeno reagiranje regulatorja na motnje, ki delujejo na reguliran sistem [Zupančič 1996]. Povratnozančna regulacija je nujna pri vodenju vseh procesov, kjer se pričakuje, da bo med delovanjem prišlo do motenj ali pa takrat, ko je reguliran proces hitro spreminjajoč se, dinamičen in nelinearen. Tako je tudi regulacijski sistem IRsNO v svoji osnovi zasnovan kot kompleksen povratnozančni regulacijski sistem. Slika 4.1: Osnovna shema sistema vodenja. (Zupančič, 1996, str.: 2) Fig. 4.1: Basic scheme of a control system. (Zupančič, 1996, str.: 2) Slika 4.2: Bločni diagram zaprtozančnega regulacijskega sistema. (Zupančič, 1996, str.: 6) Fig. 4.2: Block diagram of a closed loop regulating system. (Zupančič, 1996, str.: 6) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 115 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Avtomatsko vodenje procesov mora ne glede na to, za kakšen sistem gre in kakšen način vodenja je uporabljen, izpolnjevati tri osnovne zahteve [Shaw 1998], da lahko trdimo, da je vodenje primerno oziroma uspešno. Zaradi delovanja regulatorjev v zelo različnih in pogosto naglo spreminjajočih se razmerah je prva naloga sistema vodenja sposobnost in zmožnost kompenzacije kakršnih koli nezaželenih zunanjih vplivov. Seveda se mora sistem obnašati stabilno znotraj vseh pričakovanih razmer delovanja in nazadnje je nujno, da vodenje zagotavlja optimalno delovanje procesa ne glede na to, ali gre za proizvodnjo industrijskega izdelka ali pa kot v našem primeru za zagotavljanje primernih vizualnih, toplotnih ter olifaktoričnih pogojev v bivalno-delovnem okolju stavbe. 4.1.2 Klasični regulatorji Področje tako imenovane klasične regulacije sistemov obsega zelo širok spekter regulacijskih pristopov, med katerimi so najpomembnejši stopenjsko delujoči in zvezno delujoči regulatorji. Prav slednji se zelo pogosto uporabljajo pri regulaciji različnih industrijskih ter tudi drugih procesov, saj sta njihovo načrtovanje in delovanje zelo dobro razvita, hkrati pa zaradi svoje narave omogočajo zelo širok spekter aplikacij. Za zvezne regulatorje je predvsem značilno, da lahko regulirana veličina v regulirnem območju (območje delovanja) zavzame katero koli vrednost. Standardno regulirno območje pri industrijskih regulatorjih je večinoma na območju od 4 do 20 mA. Zvezne regulatorje lahko delimo na enega od treh tipov, pri tem pa so možne tudi različne kombinacije: • proporcionalno delujoči regulatorji (P-regulator), • integrirno delujoči regulatorji (I-regulator), • diferencirno delujoči regulatorji (D-regulator). Diferencirni regulator se ne uporablja samostojno, saj je zaradi svoje narave neuspešen pri regulaciji procesov, zato se vedno pojavlja s proporcionalnim (PD-regulator) ali proporcionalno integrirnim regulatorjem (PID-regulator). V nadaljevanju si bomo ogledali osnovne značilnosti zvezno delujočih regulatorjev ter s tem orisali jedro klasične industrijske regulacije. Lastnosti in značilnosti so povzete po literaturi [Zupančič 1996]. 116 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.1.2.1 Proporcionalni regulator Proporcionalni regulator deluje na osnovi regulacijskega algoritma, za katerega je značilno, da je regulirna veličina premosorazmerna z napako regulatorja. Proporcionalni regulator je temeljni algoritem v industrijski regulaciji in ga je mogoče opisati s sledečo enačbo: u(t) = Kp*e(t) (4.1) Ojačanje regulatorja oziroma KP določa strmino statične karakteristike, ki definira odvisnost med napako in regulirano veličino v ustalenem stanju. Proporcionalni regulator običajno ne izniči pogreška v ustaljenem stanju, kar je tudi njegova glavna slabost. 4.1.2.2 Integrirni in proporcionalno-integrirni regulator Če napaka v ustaljenem stanju ni zaželena, jo lahko izničimo z uporabo integrirnega regulatorja, za katerega je značilno, da je regulirna veličina premosorazmerna integralu napake. Integrirni regulator je opisan s sledečo enačbo: u(t) = KI\e(t)dt (4.2) Pri tem KI predstavlja ojačanje integrirnega regulatorja. Ker proporcionalni regulator ne odpravlja napake v ustaljenem stanju, integrirna pa ga se z ustrezno nastavitvijo parametrov obeh regulatorjev lahko realizira PI-regulator, ki združuje dobre lastnosti obeh členov. PI regulator se realizira s paralelno vezavo P- in I-člena ter je opisan z enačbo, kjer je TI integrirni čas: u(t) = KP* e(t) + Kj\ e(t)dt = Kp (e(t) + — I e(t)dt) (4.3) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 117 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.1.2.3 Diferencirni in proporcionalno-integrirno-diferencirni regulator Kot je bilo že omenjeno, diferencirni regulator samostojno ni učinkovit, zato se vedno pojavlja v kombinaciji s P- ali PI-členom. Regulator upošteva le spremembo napake, pri čemer je regulirna veličina premosorazmerna z odvodom napake. Diferencirni dodatek k regulatorjema P ali PI opisuje sledeča enačba: u(t) = KD* —e(t) (4.4) KD predstavlja ojačanje diferencirnega regulatorja. Ker pa diferencirni regulatorji nikoli ne delujejo samostojno, se pojavljajo v kombinaciji s proporcionalnimi in intergrirnimi regulatorji. PD-regulator opisuje enačba 4.5, kjer je TD diferencirni čas: de(t) de(t) u(t) = KP* e(t) + Kn — = K p (e(t) + Tn —) (4.5) dt dt PID-regulator pa je predstavljen z enačbo 4.6: , „ s f de(t) 1 f fife(t) w( ) = iCp * e(f) + K, e(t)dt +Kn = Kp (e(t) + e(t)dt +Tn) (4.6) J dt Tj j dt PI- in PID-regulatorja se realizirata tako kot PI-regulator s paralelno vezavo posameznih členov, kjer diferencirni člen povzroči veliko občutljivost regulatorja na signal napake ter deluje prediktivno z izvajanjem hitrih popravkov v regulacijski zanki ter tako preprečuje znatnejše naraščanje napake. Sistemi z diferencirnim dodatkom postanejo stabilnejši z večjim dušenjem, kar posledično omogoča povečanje ojačanja proporcionalnega člena ter s tem zmanjšanje napake v ustaljenem stanju. PID-regulatorji imajo vnaprej določeno strukturo, zato se postopek njihovega nastavljanja oziroma načrtovanja poenostavi na določanje posameznih parametrov. Sam postopek določanja parametrov PID-regulatorjev je v osnovi odvisen, ali je načrtovalcem na voljo model reguliranega procesa ali ne. Če je pri načrtovanju regulatorja mogoče uporabiti matematični model reguliranega procesa ali pa je takšen model mogoče izdelati, se lahko za določitev nastavitvenih parametrov PID-regulatorja uporabijo simulacije, v primeru 118 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. odsotnosti modela pa so načrtovalci vezani na nastavitvena pravila [Zupančič 1996]. Pri zelo kompleksnih in izrazito nelinearnih procesih je izvedba matematičnega modela zelo velik zalogaj. Dodatno se pri izvedbi modelov procesov le-te poenostavi v linearne sisteme, kar je v večini primerov dovolj kompetenten približek, slabost takšnega pristopa se pokaže pri izrazito nelinearnih sistemih, saj takrat model nezadovoljivo opisuje realno stanje. Pri regulaciji termično-optičnih procesov skozi stavbni ovoj se izkaže, da je termični proces še obvladljiv na nivoju izvedbe matematičnega modela in zadovoljivo opiše realno stanje kljub vpeljavi poenostavitev [Furlan 1999] [Kladnik 1987]. Prav nasprotno se izkaže za optične procese, ki bi zaradi dinamike sprememb in kompleksnosti fizikalnega procesa zahtevali izrazito kompleksen ter zelo natančen model. Izvedba takšnega modela bi bila izrazito težavna in zamudna. Podobne težave nastopijo tudi pri kompleksnih kemičnih procesih, regulaciji prometnih sistemov ter pri vseh podobnih nelinearnih in izrazito kompleksnih procesih [Munakata 1998]. Kot ena izmed možnih alternativnih rešitev k uporabi klasičnih metod vodenja procesov (PID-regulacija) se kaže uporaba regulatorjev na osnovi mehke logike, saj ti ne potrebujejo nujno matematičnega modela. Mehki regulatorji omogočajo regulacijo kompleksnih in izrazito nelinearnih sistemov glede na predhodne izkušnje oziroma ekspertno znanje z uporabo serije enostavnih ČE-POTEM pravil. Ker pa imajo mehki regulatorji določene specifične slabosti, se je v praksi izkazalo, da je mogoče najboljše rezultate doseči z združitvijo mehkih regulatorjev s klasičnimi PID-regulatorji [Furlan 1999] [Trobec-Lah 2003] ter s tem uporabiti prednosti obeh pristopov. 4.1.3 Mehka logika Mehko logiko je kot matematično teorijo nadgradnje klasične ostre logike v šestdesetih letih prejšnjega tisočletja uvedel ameriški matematik L. Zadeh ter s tem razvil orodje, ki je omogočalo zvezen opis vseh vmesnih stopenj med dvema diskretnima vrednostima. Teorija ostre logike omogoča, da lahko elementi zasedejo le dve vrednosti, tipično pripadnost (označeno z 1) ali nepripadnost (označeno z 0) določeni množici ali skupini, mehka logika pa pojem pripadnosti razširi na vsa vmesna stanja med popolnim »da« in popolnim »ne« ter se s Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 119 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. tem približa človeškemu načinu razumevanja. Posplošeno bi lahko dejali, da teorija mehke logike vnaša v matematični svet možnost opisa subjektivnosti. S stališča sistemske teorije je bistveni prispevek mehke logike možnost zapisa preslikave med vhodnim in izhodnim prostorom z množico pogojno-posledičnih pravil. S pomočjo teh pravil lahko definiramo povezavo med vhodnimi spremenljivkami na ČE-strani (IF) in izhodnimi spremenljivkami na POTEM-strani (THEN) pogojno-posledičnih pravil [Furlan 1998]. Te preslikave temeljijo na logičnem sklepanju, ki posnema način človeškega razmišljanja. 4.1.3.1 Mehke množice Tako kot se klasične množice neposredno navezujejo na klasično teorijo logike, tudi mehke množice predstavljajo osnovno idejo in jedro aplikacije teorije mehke logike. Matematični pojem mehke množice je definiran s pomočjo pripadnosti v obliki pripadnostne funkcije (f(x)). V nadaljevanju bodo predstavljene osnove mehkih množic, ki so povzete po literaturi [Đonlaič e tal. 1995] [Kokol e tal. 2001] [Munakata 1998] in [Shaw 1998]. Mehka množica vsebuje elemente, definirane na intervalu z ustrezno pripadnostno funkcijo nad njim, te so lahko poljubnih oblik, vendar se najpogosteje uporabljajo trikotne, trapezne, gausove in parabolične oblike. Vse mehke množice (A, B, C ...) so definirane znotraj osnovnega mehkega prostora (X) na pripadajočem intervalu z diskretnimi vrednostnimi ter s ustreznimi pripadnostnimi funkcijami (fA, fB, fC ...). Neizrazitost posamezne množice je podana s pripadnostno funkcijo, ki za vsako numerično vrednost osnovnega mehkega prostora X definira njegovo stopnjo pripadnosti (u) določeni množici. Tako je X domena vhodne spremenljivke, katere elementi so x, in mehka množica A je znotraj X določena kot množica urejenih parov: A = {x,/ua(x)}xgX (4.7) Pripadnost elementa x mehki množici A, B, C ... je določena s pripadnostnimi funkcijami fA, fB, fC .., ki je podana s stopnjo pripadnosti Ua(x), Ub(x), UC(x) ... na intervalu [0,1] v obliki realnega števila (Slika 4.3). 120 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.3: Predstavitev lingvistične spremenljivke temperatura v mehkem prostoru. Fig. 4.3: Representation of linguistic variable temperature in fuzzy space. Teorija mehkih množic uvaja tudi pojem lingvistične spremenljivke (npr.: temperatura; slika 4.3), ki lahko zavzame določene lingvistične vrednosti, definirane v obliki jezikovnih vrednosti oziroma predikatov (npr.: zelo hladno, hladno ...; slika 4.3). Vse lingvistične vrednosti so interpretirane v obliki mehkih množic s pomočjo pripadnostnih funkcij na intervalu vhodnega mehkega prostora X (Slika 4.3). Lingvistične spremenljivke se v ničemer ne razlikujejo od klasičnih spremenljivk, tako jim lahko pripišemo neko vrednost, poizvemo po njihovi vrednosti ali pa jih primerjamo z vrednostmi ostalih spremenljivk. Jezikovne spremenljivke se v obliki posledično-pogojnih stavkov povezujejo v jezikovna pravila, ki definirajo pogojno-posledične zveze. Pravila posnemajo enostavno obliko človeškega odločanja ter omogočajo matematično formulacijo procesa odločitve. 4.1.3.2 Mehki operatorji Procesiranje med mehkimi množicami je izvajanje operacij s splošnimi operatorji. Iz teorije ostrih množic oziroma iz binarne logike se v teorijo mehkih množic prenesejo tri osnovne operacije med množicami: • unija oziroma disjunkcija; ALI (OR) – funkcija unije je podana z operaterjem maksimuma. Unijo C med množicama A in B predstavljajo vsi elementi, ki pripadajo množici A ali/in množici B: Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 121 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. C = AuB = max{A,B} (4.8) /uc = max{/uA (x), /uB (x)} (4.9) • presek oziroma konjunkcija; IN (AND) - funkcija preseka je podana z operaterjem minimuma. Presečno množico C med množicama A in B predstavljajo vsi elementi, ki pripadajo množici A in množici B hkrati; C = Ar^B = min{A,B} (4.10) /uc = min{/uA (x), /uB (x)} (4.11) • negacija oziroma komplement; NE (NOT) - funkcija negacije je podana s komplementom. Množica C je podana s tistimi elementi, ki ne pripadajo množici A. C = -A = {1- A} (4.12) /uc ={1- /uA(x)} (4.13) Izvajanje osnovnih operacij nad jezikovnimi spremenljivkami poteka z uporabo posplošenih operatorjev, ki izpolnjujejo matematične aksiome komutativnosti, monotonosti, asociativnosti, zveznosti in indempotence. Vsi aksiomi so izpolnjeni na robovih intervala oziroma pripadnostne funkcije. Posplošeni operatorji so predstavljeni v preglednici 4.1. Za izvajanje osnovnih operacij je potrebno dopolnilno gledanje na funkciji dveh spremenljivk, ki ju dobimo s kombinacijo dveh mehkih množic. Tako imenovani splošni prostorski operatorji oziroma norme nam omogočajo, da se spustimo v pripadnost mehke množice. Znotraj tega intervala morajo biti izpolnjeni aksiomi monotonosti, asociativnosti in komutativnosti. Opazujemo produktno operacijo p = [0,1] x [0,1], ki tvori prostorsko lupino: • trikotna oziroma T-norma - uporablja se za oblikovanje povprečja dveh mehkih množic oziroma za modeliranje operatorja IN. T-norma pomeni dvoparametrsko funkcijo, definirano na območju [0,1] x [0,1]: 122 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. t[µAA(x),µBB(x)] (4.14) • trikotna konorma oziroma S-norma - uporablja se za združevanje spremenljivk in predstavlja korespondenčen operator k T-normi. Služi za modeliranje operatorjev oblike ALI. S- in T-norma sta med seboj povezani z De Morganovim teoremom: t[ µAA(x), µbB(x)] = 1 - s{s[1 - µAA(x)], s[1 - µBB(x)]} (415) Vse opisane operacije nad mehkimi množicami se nanašajo na elemente iste množice, v praksi pa je velikokrat potrebno obdelovati simultano elemente dveh ali več množic oziroma elemente več podmnožic. Recimo, da sta X in Y mehki normirani množici, iz njunih elementov x?X in y ?Y želimo z nekim pravilom tvoriti elemente (x,y)?R(x,y). Relacija se imenuje dvojiška oziroma binarna relacija ter je definirana s sledečim izrazom: R = {(x, y), µR(x,y)}; (x,y) ?P = AxB (4.16) A in B sta podmnožici X in Y P = AxB = {(x,y);x?A,y?B} (4.17) Tudi pripadnostna funkcija dvojiške relacije je funkcija obeh spremenljivk. Govorimo o realizaciji kartezijanskega produkta, pri čemer je mehki kartezijanski produkt praviloma definiran z operatorjem minimuma, kar v primeru binarne relacije zapišemo kot: µR(x,Y) = min [ µA(x),µB(y)] (4.18) AxB Postopek, ki zaobjame horizontalno povezavo med mehkimi relacijami ter vertikalno povezavo med mehkimi množicami, se imenuje inferenčni postopek. Inferenca temelji na ČE-POTEM stavkih in z operatorji kompozicije omogoča preslikavo med vhodnim in izhodnim prostorom. Inferenčni postopek definira pripadnostno funkcijo končne mehke množice kot kompozicijo pravil regulacije, ki sestavljajo algoritem vodenja. Pri aplikacijah mehkih regulatorjev v krmilni tehniki se najpogosteje uporabljata Mamdanijev minimum operator Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 123 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 4.1: Posplošeni operatorji osnovnih operacij. Table 4.1: Generalized operators of basic operations. POSPLOŠITEV OPERATORJA IN (AND) algebrajski produkt jUC = jUajUb algebrajska vsota jUC = jUA + /UB - /UA/UB maksimum /JC = max(jUAjuB) minimum /JC = min(jUAjuB) omejena vsota jUC = min(1, /uA + jUB) omejena diferenca jUC = max(0, /uA + jUB -1) POSPLOŠITEV OPERATORJA ALI (OR) maksimum /JC = max(jUAjuB) omejena vsota jUC = min(1, juA +/JB) Einsteinova vsota juC = (/uA + /uB ) /(1 + (/uA /uB )) algebrajska vsota juC = juA + /uB - /uA/uB POSPLOŠITEV OPERATORJA NE (NOT) mehki kompliment juC = 1 - jUA (MAX-MIN) in Larsenov operator (MAX-PROD). Inferenčni proces predstavlja jedro mehkega odločanja v regulacijski tehniki in ga opišemo v treh osnovnih korakih (Slika 4.4): • mehčanje (fuzzification) – vsem vhodnim podatkom, če so to realna števila (meritve), je potrebno prirediti bazne mehke množice s čimer se določi njihova stopnja pripadnosti. Vhodnim spremenljivkam (npr.: osvetljenost) je potrebno prirediti bazne mehke množice, ki predstavljajo jezikovne vrednosti dotične jezikovne spremenljivke (npr.: svetlo, temno, mračno ...) in so razporejene skozi celoten definicijski prostor, enak postopek velja tudi za izhodne spremenljivke. Vsak posamezen podatek v obliki numerične vrednosti je potrebno postaviti v mehki prostor s prireditvijo pripadnostnih funkcij in stopnje pripadnosti; • inferenca – realizacija horizontalnega sklepanja med premiso in konsekvenco za vsako pravilo mehkega sklepanja nam poda po eno izhodno mehko vrednost za vsako pravilo. Končni rezultat inferenčnega procesa je vertikalna unijska združitev vseh pravil v končno izhodno mehko množico. Ta postopek predstavlja inferenco 124 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. celotnega jezikovnega modela sistema, zapisanega s pomočjo mehke logike. Inferenčno sklepanje se nazorno prikaže v relacijski matriki celotnega sistema in je kot takšno jedro mehkega algoritma ter s tem tudi mehkega regulatorja; • ostrenje (defuzzification) - ker so na izhodih mehkih sistemov v večini primerov naprave, ki delujejo po principu binarne logike, je potrebno prevesti končno mehko vrednost v ostro, ki jo je izvršni člen sposoben izvesti. Ostrenje je postopek, ki iz poteka pripadnostne funkcije izhodne mehke množice določa izhodni ostri signal. Pri pocesiranju mehkih množic se uporablja več pristopov k ostrenju izhodnih vrednosti, podrobno pa si bomo ogledali le težiščno metodo (COG - Center of Gravity Method), ki se najpogosteje uporablja v mehkih regulatorjih. Pri tej metodi se obravnava področje pod funkcijo u(y) kot površino, kateri se določi koordinate težišča, ki definirajo končno izhodno ostro vrednost (y0). Prednost takšne metode je, da ne upošteva le maksimumov pripadnostne funkcije, ampak njen celoten potek. Izračun končne ostre vrednosti y0 se izvede po sledečem postopku: \y* /u(y)dy y0=r----------- (419) \/u(y)dy Izraz za izračun ostre vrednosti je mogoče poenostaviti tako, da se ostrenje pripadnostne funkcije skrči v eno od nič različno številčno vrednost (singleton). S Si označimo n-omejenih singleton vrednosti za n-pravil, s čimer dobimo sledeči izraz za izračun končne ostre vrednosti po težiščni metodi: n ^l(y1SJ) y0 = 1 (4.20) Z(^) 4.1.3.3 Mehki regulatorji Mehki regulatorji predstavljajo alternativo klasičnim regulacijskim pristopom v primerih, kjer se izkaže, da s klasično regulacijo ni mogoče doseči želenih rezultatov. Takšne situacije nastopijo predvsem pri izrazito fizikalno kompleksnih sistemih, saj je le-te težavno in zamudno ter včasih tudi nemogoče zadovoljivo opisati z matematičnimi modeli na osnovi 1=1 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 125 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. diferencialnih enačb, kar pa je bistvo klasične regulacijske teorije. Mehka regulacija pa omogoča, da takšen pristop zaobidemo ter k reševanju problema pristopimo inženirsko z izkušnjami in ekspertnim znanjem načrtovalcev. Takšen pristop ponuja oblikovalcem regulacijskih sistemov nov odnos do informacij, saj omogoča matematičen zapis in obdelavo informacij v podobni obliki, kot jih obdelujemo in dojemamo ljudje, torej s subjektivnim pojmovanjem eksaktnih vrednosti. Prav področje sistemov vodenja se je izkazalo kot eno prvih področij, ki je sprejelo uporabo mehke logike kot zelo primeren in uspešen način reševanja zastavljenih problemov. Posebno dobro so se odrezali kombinirani sistemi, kjer se mehko vodenje dopolnjuje s klasičnimi PID-regulatorji, vezanimi v kaskadni sistem. Pri takšni konfiguraciji predstavlja izhod mehkega regulatorja referenco v klasičen regulator. Medsebojna povezava klasičnih in mehkih regulatorjev se odraža v večji prilagodljivosti lokalnim značilnostim opazovanega oziroma reguliranega sistema. Slika 4.4: Inferenčni postopek mehkega odločanja pri dveh vhodnih signalih v0 in u0. Uporabljen je MAX - MIN operator, za določitev končne izhodne vrednosti pa je bila uporabljena težiščna metoda. Fig. 4.4: Inference procedure in fuzzy reasoning on input signals v0 and u0. The MAX - MIN operator was applied, while the centre of gravity method was used for determinating the final output value. 126 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Mehke regulatorje najlažje opišemo z njihovimi osnovnim značilnostimi (povzeto po [Trobec-Lah 2003]): • povzemanje človeških izkušenj – sinteza jezikovnega modela temelji na opazovanju pri vodenju kompleksnega dinamičnega procesa, kar se prevede v mehki algoritem vodenja; • vključitev poljubne procesne veličine – mehki regulatorji poleg regulirane veličine omogočajo vključitev dodatnih poljubnih procesnih veličin, kar omogoča predstavitev dodatnih informacij o procesu; • nelinearnost – nelinearna struktura mehkega regulatorja nudi široke možnosti pri reševanju zahtevnih in izrazito nelinearnih problemov, ker omogoča natančnejšo regulacijo. Vhodno-izhodni odnos pri regulatorju z dvema vhodoma in enim izhodom se odraža kot nelinearno oblikovana lupina, ki predstavlja površino odločitev v odvisnosti od vhodnih informacij. Oblika lupine je odvisna od stopnje subjektivnosti vhodnih informacij, formuliranih pravil in izbora operatorjev z njihovim spreminjanjem se spreminja tudi oblika lupine; • transparentnost – zaradi transparentno oblikovane strukture mehkega regulatorja in neposredne navezave na dogajanje so posegi v mehki algoritem regulatorja enostavni. Prilagoditve na spremenjene parametre delovanja je mogoče zaobseči z enostavnimi posegi neposredno v regulatorjevem algoritmu; • časovna invariantnost in statičnost – zaradi statične nelinearne karakteristike mehkih regulatorjev in odsotnosti dinamičnih členov le-ti niso sposobni odpraviti napake v ustaljenem stanju. Zaradi te lastnosti se mehki regulatorji kombinirajo s klasičnimi, ki so sposobni odpraviti napako v ustaljenem stanju; • neuniverzalnost – formuliranje nastavitvenih pravil mehkega regulatorja je iterativen proces, pri katerem je nujna visoka stopnja poznavanja obravnavanega problema. Zaradi kompleksnosti nastavljivih parametrov mehki regulatorji omogočajo dobro prilagoditev regulacije, s tem pa tudi izgubljajo univerzalnost. Posledica zmanjšanja univerzalnosti regulatorja je povečanje potrebnega časa za dosego primernih nastavitev ob hkratni večji možnosti formuliranja slabih nastavitvenih pravil. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 127 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.1.3.4 Postopek snovanja mehkih regulatorjev Slika 4.5 prikazuje tri osnovne delne postopke, ki so del načrtovanja mehkih regulatorjev ter s tem predstavljajo osnovo njegovega delovanja. Ti postopki so: mehčanje, inferenca in ostrenje. V nadaljevanju si bomo ogledali lastnosti in podpostopke vsakega od njih (povzeto po literaturi [Đonlaič e tal. 1995] [Kokol e tal. 2001] [Trobec-Lah 2003]). • MEHČANJE - sestavljeno iz treh podpostopkov: 1. določanje množice vhodno-izhodnih veličin - potek določitve vhodno-izhodnih veličin poteka po enakem postopku kot pri klasičnih regulatorjih in je oblikovano v večini primerov tako, da vhodna stran prejme dva signala, izhod pa je eden. Kot vhod regulatorja je v večini primerov uporabljena napaka, ki je odvisna od realiziranega regulatorja, časovnega odvoda napake ali pa neposredne informacije o fizikalnem procesu. Ker mehki regulatorji niso dinamični, se za vnos dinamike velikokrat priklapljajo na vhod D-členi, na izhod pa I-členi klasičnih regulatorjev; 2. določanja intervala obravnave vhodnih in izhodnih spremenljivk - določitev intervala vhodnih in izhodnih vrednosti jezikovnih spremenljivk (pogosto gre za merjene vrednosti) je v večini primerov prepuščeno subjektivni oceni načrtovalca, ki se izoblikuje na podlagi izkušenj, predvidevanj in opazovanj; 3. postopek mehčanja vhodnih spremenljivk - vhodne signale se predstavlja kot jezikovne spremenljivke, ki se jih definira v vhodnem mehkem prostoru ter se jim s pomočjo izkušenj priredijo pripadnostne funkcije. Mehčanje vhodnih spremenljivk pomeni dobesedno subjektivizacijo in redukcijo vhodnih informacij po pravilu pomembno - nepomembno. Oblika predpisanih pripadnostnih funkcij vhodnih spremenljivk neposredno vpliva na delovanje mehkega regulatorja. V večini primerov za primerno delovanje regulacijskih sistemov zadostujejo pripadnostne funkcije trikotne oblike, pri čemer se skoraj vedno izkaže, da je potrebna zgostitev v okolici delovne točke. Pri definiranju števila uporabljenih pripadnostnih funkcij pri večini primerov zadostuje 3 do 7 funkcij, pri čemer večje število povzroča nepreglednost vhodnega mehkega prostora. V izogib nezveznega obnašanja regulatorja je potrebno pripadnostne funkcije prekrivati. Število uporabljenih 128 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.5: Shema osnovnega delnega postopka mehkega regulatorja s pripadajočimi podpostopki. (Đonlaič, 1995, str.:53) Fig. 4.5: Basic partial procedure of fuzzy regulator with all sub procedures. (Đonlaič, 1995, str.:53) pripadnostnih funkcij vpliva na ravnotežje med točnostjo in hitrostjo delovanja regulatorja, gostota razporeditve pa na občutljivost delovanja. • INFERENCA - sestavljena iz dveh podpostopkov: 1. sestava algoritma krmiljenja (zakona regulacije) - v večini primerov se pravila regulacije določajo s pomočjo izkušenj ali opazovanja izurjenega človeškega operaterja, če je na voljo simulacijski model, ga je mogoče uporabiti za določitev zakonov regulacije. Pravila povezujejo vhodne in izhodne parametre in predstavljajo jedro in najpomembnejši del mehkega regulatorja. Oblikovana so v obliki nabora pogojno-posledičnih pravil, ki so podana za regulator z dvema vhodoma in enim izhodom v sledeči obliki: ČE (E=Ei) IN/ALI (DE=DEi) TEDAJ (Y=Yi) V pogojnem delu stavka nastopata osnovni mehki operaciji IN, ALI, ki se realizirata z uporabo mehkih splošnih operaterjev, operacijo ALI se večinoma uporablja za uvajanje mejnih pogojev v proces krmiljenja. Za zagotovitev zveznega prehoda med IN- in ALI-operatorjem lahko uvedemo y-operator, ki sodi med kompenzatorske operatorje in je definiran s sledečim izrazom: juAyB = [juA (x) * jUB (x)Y~r) 1 - {[1 - jUA (*)] * [1_ Mb (x)} , 7 G I0,1] (4.21) y = 0 predstavlja čisti IN, y = 0 predstavlja čisti ALI Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 129 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 2. oblikovanje operatorjev inference - regulacijska pravila, oblikovana v obliki pogojno-posledičnih stavkov, v mehkem regulatorju predstavljajo horizontalne relacije odločanja, za definiranje končne izhodne množice je potrebno izvesti še postopek inference. Inferenčni postopek iz množice pravil krmiljenja s pomočjo unijske združitve definira izhodno mehko množico. V regulacijski tehniki se za ta proces največkrat uporabljata Mamdanijev (MAX-MIN) in Larsenov operator (MAX-PROD), ki sta predstavljena na sliki 4.6. Končna izoblikovana mehka množica je določena s pripadnostno množico, nastalo z unijsko združitvijo konsekvenčnih mehkih množic pravil ter je odraz vhodnih informacij trenutka v časovnem prostoru. • OSTRENJE: 1. določitev končne ostre vrednosti kot izhod mehkega regulatorja - za potrebe regulacije določitev končne ostre vrednosti s težiščno metodo popolnoma zadostuje. S tem je izhod mehkega regulatorja ostra vrednost, ki jo lahko naprej procesiramo s klasičnimi regulatorji ali pa uporabljamo kot regulirano veličino. Za večino primerov pri uporabi težiščne metode zadostuje poenostavljen izračun, predstavljen v poglavju 4.1.3.2 in podan z izrazom (4.19). Optimalno delujoče mehke regulatorje karakterizirajo stabilnost, robustnost, kvalitetna regulacija glede na izbrane kriterije ter robustnost glede spreminjanja parametrov, nezanesljivosti modela in motenj [Đonlaič e tal. 1995]. Če regulator izpolnjuje opisane kriterije, ga lahko označimo za optimalno delujočega. Ker so mehki regulatorji nelinearni, brez spomina in časovne dinamike ter delujejo po pravilih kot zasnovan ekspertni sistem, je njihova optimizacija težavnejša in bolj problematična kot pri klasični regulaciji za težave, ki se lahko pojavijo. Literatura [Đonlaič e tal. 1995] navaja sledeče rešitve: • nezveznost delovanja regulatorja - pri delovanju regulatorja se lahko ob določenih vhodnih vrednostih pojavi nezveznost delovanja, ki je v večini primerov posledica nepokritosti dela definicijskega območja v okolici delovne točke s pravili regulacije. Odprava težave se izvaja s posegom v inferenco postopka; 130 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • prevelika napaka v ustaljenem stanju – napaka se lahko zmanjša s spremembo pripadnostnih funkcij in posegom v pravila regulacije; • nestabilno delovanje – če se pojavi nestabilno delovanje mehkega regulatorja, je potrebno kritično preveriti celoten proces odločanja ter pregledati fazo mehčanja, torej preveriti pripadnostne funkcije ter njihovo prekrivanje in zgostitev; • predolgi časi nastavitve ter pojav prenihajev v prehodnem pojavu – možni ukrepi so sledeči: 1. z optimizacijo jezikovnih spremenljivk vhodnih količin je z zožitvijo pripadnostnih funkcij okoli delovne točke mogoče doseči močnejše spremembe izhodne veličine; 2. če pripadnostne funkcije ležijo preblizu delovne točke, lahko nastopi nestabilno delovanje regulatorja. Izredna zgostitev pripadnostnih funkcij v okolici delovne točke posledično pomeni razširitev robnih pripadnostnih funkcij ter s tem nastajanje »špranj« v relacijski matriki. Izboljšanje delovanja dosežemo s povečanjem pravil v matriki; 3. skrajšanje časa nastavitve se doseže z odmikom izhodne pripadnostne funkcije Slika 4.6: Shema postopka Mamdanijevega in Larsenovega operatorja. Fig. 4.6: The Mandani and Larsens operators. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 131 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (»singeltona«) od delovne točke. Potrebna je pozornost, saj prevelik odmik pripelje do prenihajev pri delovanju regulatorja; 4. razširitev strukture s pomočjo PI-člena na izhodu regulatorja. Takšna rešitev privede do boljše regulacije v smislu sledenja in časa nastavitve. 4.2 Osnove za nastavitve regulacijskega sistema IRsNO Izhodiščne nastavitve mehkih regulatorjev sistema IRsNO izhajajo iz analize dela, opravljenega na testnem regulacijskem sistemu KAMRA. Opravljeni eksperimenti na sistemu KAMRA so trajali skoraj polna tri leta in doslej še niso bili sistematično analizirani in pregledani, saj so bili v literaturi [Trobec-Lah 2003] predstavljeni le v smislu kronološke izpeljave in optimizacije posameznih regulacijskih nastavitev sistema. Zaradi potreb nadaljnjega dela pri sistemu vodenja notranjega okolja je bilo potrebno najprej vse izvedene eksperimente pregledati in sistematično razvrstiti ter nato oceniti uspešnost posameznih uporabljenih nastavitev in konceptualnih pristopov. Iz množice obdelanih in pregledanih eksperimentalnih podatkov je bil v končni fazi analize opravljenega dela na sistemu KAMRA izveden izbor regulacijskih nastavitev (mehki regulatorji) in reprezentativnih eksperimentov, ki najbolje ilustrirajo izhodišča sistema IRsNO. Nadaljnja poglavja bodo predstavila izbor analiziranih podatkov delovanja sistema KAMRA ter s tem najučinkovitejše nastavitve regulatorjev za uravnavanje toplotnih in svetlobnih procesov. Učinkovitost ter odzivnost regulacijskega sistema bosta predstavljeni z izborom izvedenih eksperimentalnih meritev. Eksperimenti v okviru testiranj sistema KAMRA so potekali skoraj neprekinjeno 30 mesecev. Povprečen eksperiment je trajal od 3 do 7 dni, čeprav so se nekateri eksperimenti izvajali tudi krajši čas (najkrajši eksperimenti so trajali 24 ur). V analizo in pregled eksperimentalnega dela KAMRA so bili uvrščeni eksperimenti iz celotnega obdobja trajanja testiranj, kar pomeni, da so analizirani podatki obsegali tako začetne kot tudi končne optimizirane nastavitve regulacijskega sistema. Skupno število vseh obdelanih eksperimentov je bilo 308, od tega je 129 eksperimentov s toplotno regulacijsko zanko (EX-TEMP-001 do -129), 151 eksperimentov s svetlobno regulacijsko zanko (EX-SVET-001 do -151) ter 28 eksperimentov s harmoniziranim delovanjem toplotne in svetlobne regulacije (EX-HARM-001 do -028). 132 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Spisek in časovni razpored analiziranih eksperimentov sta priložena v prilogi C. V času izvajanja eksperimentov s sistemom KAMRA so bili preverjeni vsi aspekti odzivnosti prostora testne celice ter tudi delovanja in optimizacije regulacijskega sistema. Velik del Preglednica 4.2: Povzetek eksperimentalnega dela in rezultatov sistema KAMRA. Table 4.2: Summary of experimental work and results acquired with KAMRA. REGULACIJA REGULACIJA HARMONIZIRANA TOPLOTE SVETLOBE REGULACIJA Regulatorji • fuzzy rol S • fuzzy Ll A • fuzzy_rol_W • fuzzy_Ll_B • fuzzy Ll C (regulacijska algoritma sta • fuzzy Ll D bazirala na predhodnih • fuzzy Ll E numeričnih simulacijah, • fuzzy Ll F med izvajanjem testiranj • fuzzy Ll G so bile izvedene le manjše • fuzzy L2 A optimizacije parametrov • fuzzy L2 B regulatorjev) • fuzzy_L2_C • fuzzy_LPl • fuzzy LP2 Harmonizacija • Osvetljenost in notranja temperatura zraka se regulirata s pomiki rolete. • Osvetljenost se regulira s pomiki rolete, temperatura zraka pa z dodatnimi viri. Dodatni viri: Grelci • fuzzyPD_temp • regulator tipa PID/P Ventilator • regulator tipa PID/P Eksperimenti: Prosti tek • Odprta roleta. • Odprta roleta. Regulacija z • Pozicioniranje rolete • Pozicioniranje rolete • svetloba + toplota roleto uravnava notranjo uravnava notranjo temperaturo zraka osvetljenost Regulacija z • Regulacija samo z • toplota + dodatni viri dodatnimi viri dodatnimi viri. • Regulacija z dodatnimi viri in pomiki rolete. • svetloba + dodatni viri Trajanje testiranj • 27 mesecev • 30 mesecev • 14 mesecev Število analiziranih • 129 • 151 • 28 eksperimentov Učinkovitost • Zadovoljivo sledenje • Sledenje referenčnim • Učinkovito sledenje regulacije referenčnim vrednostim. vrednostim s pogreškom referenčnim vrednostim. • Z uporabo dodatnih manjšim od ± 300 lx. • Pojav oscilatornega virov popolno sledenje. premikanja rolete. Učinkoviti • fuzzy Ll E regulatorji • fuzzy_Ll_F osvetljenosti • fuzzy_LPl Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 133 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. eksperimentov je bil usmerjen v določitev primernih regulacijskih nastavitev regulatorja osvetljenosti, saj je ta temeljil na izkušnjah in testiranjih in ne kot regulator notranjih temperatur na predhodnih numeričnih simulacijah [Furlan 1999]. Med izvajanjem eksperimentov so bili na testni celici izvedeni trije konceptualni sklopi preizkusov. Prvi sklop je obsegal eksperimente, ki so bili namenjeni določitvi toplotno-optičnih parametrov obnašanja testne celice, v drugem sklopu so se definirale filtrske časovne konstante, v tretjem sklopu testiranj pa so se izvajale nastavitve mehkih regulatorjev z namenom optimiziranja le-teh. V naslednjih treh poglavjih je predstavljen reprezentativen izbor eksperimentov, ki so bili izbrani med 308 analiziranimi eksperimenti sistema KAMRA z namenom, da prikažejo odzivnost testne celice na zunanje pogoje ter osvetlijo delovanje najuspešnejših regulacijskih nastavitev, ki bodo uporabljene za nadaljnje delo pri oblikovanju regulatorjev IRsNO. Predstavljeni eksperimentalni rezultati so razdeljeni v tri skupine, te pa predstavljajo značilne elemente regulacije notranjih toplotno-optičnih procesov s spreminjanjem geometrije zunanjega dela transparentnega ovoja stavbe. Ti elementi so sledeči: • reguliranje toplotnih karakteristik brez obravnavanja aspektov osvetljenosti (analiziranih 129 eksperimentov, predstavljeni 4 karakteristični eksperimenti); • reguliranje osvetljenosti brez obravnavanja toplotnega vpliva sončnega sevanja (analiziranih 151 eksperimentov, predstavljenih 7 karakterističnih eksperimentov); • celotna regulacija optično-toplotnega pojava v testni celici s hkratno uporabo tako svetlobne regulacije kot tudi toplotne regulacijske zanke – harmonizirana regulacija (analiziranih 28 eksperimentov, predstavljeni 4 karakteristični eksperimenti). Osnovne značilnosti in karakteristike poteka dela tako pri testiranjih kot tudi oblikovanju sistema KAMRA so predstavljeni in opisani v pregledni matriki (Preglednica 4.2). Matrika predstavlja celotno obdobje izvajanja testov, iz katerega bodo v naslednjih poglavjih izbrani najbolj karakteristični, informativni ter tudi najuspešnejši primeri eksperimentov. Slednji bodo predstavljeni po zgoraj opisanih korakih, torej najprej eksperimenti s toplotno regulacijsko zanko, nato s svetlobno regulacijsko zanko, na koncu pa bo predstavljeno tudi harmonizirano delovanje sistema. Pred dejanskimi predstavljenimi eksperimenti bodo opisane tudi nastavitve posameznih mehkih regulatorjev. Zaradi velikega števila oblikovanih in uporabljenih regulatorjev za regulacijo osvetljenosti (Preglednica 4.2) bosta v analizi 134 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. podatkov predstavljena le najuspešnejša tipa (fuzzy_L1_E in fuzzy_LP1). Vsak od regulatorjev je predstavljen s tremi osnovnimi predstavitvami mehkih regulatorjev, torej s prikazom oziroma definicijami mehkih vhodnih jezikovnih spremenljivk, z matriko odločitev regulatorja ter z lupino rešitev, ki prikazuje prostorsko predstavljene vhodno-izhodne povezave regulatorja. Analizirani eksperimenti so bili izbrani tako, da predstavljajo vse ključne elemente delovanja predstavljenih in opisanih regulatorjev ter tudi odzivnosti testne celice. Nabor izbranih in preučenih eksperimentov tako zaobjema tudi prosti tek celice, pri katerem je bila roleta popolnoma odprta in neaktivna. Rezultati prostega teka prikazujejo notranje temperaturne in osvetlitvene razmere pod vplivom zunanjih vremenskih danosti brez posegov regulacijskega sistema ter s tem definirajo izhodiščno stanje eksperimentalnega okolja. Pri ostalih eksperimentih, kjer je bil regulacijski sistem aktiven, pa je izbor usmerjen predvsem v demonstriranje uspešnosti posameznih elementov in načinov regulacije. Primeri so izbrani glede na vsebinske kriterije, saj je pozornost posvečena predvsem uspešnosti regulacije v določenih vremenskih pogojih. Glavni kriterij za ocenjevanje je bila zmožnost regulatorja, da sledi definiranemu referenčnemu (želenemu) profilu znotraj odstopanj, ki so še sprejemljiva glede na psihofiziološke zahteve potencialnih uporabnikov. Dodatno je bila ključnega pomena tudi dinamika premikanja senčila in sicer tako pogostnost kot tudi sunkovitost premikov. Pri prehitrih in prepogostih premikih rolete je regulacija kljub izpolnjevanju kriterijev o natančnosti sledenja referenčnemu profilu s stališča uporabnikov izredno moteča ter zato tudi neuspešna. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 135 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.2.1 Eksperimenti s toplotno regulacijsko zanko Termične procese v testni celici KAMRA je bilo mogoče uravnavati na dva načina, in sicer s pomočjo premikov rolete in/ali z notranjimi viri. Regulacija notranje temperature v celici s pozicioniranjem rolete je zagotovljena s pomočjo mehkega regulatorja za zimsko obdobje (fuzzy_rol_W) in mehkega regulatorja za poletno obdobje (fuzzy_rol_S), razmerje vplivanja obeh regulatorjev na končno pozicijo rolete je zagotovljeno s pomočjo evaluacijske funkcije (glej poglavje 3.2.2). Regulator grelca v testni celici je bil oblikovan kot razširjen mehki PD-regulator (fuzzyPD_temp). V nadaljevanju bodo predstavljeni nastavitve mehkih regulatorjev ter eksperimenti s toplotno regulacijsko zanko. 4.2.1.1 Mehki regulator fuzzy_rol_W Vhodne veličine fuzzy_rol_W regulatorja: • globalno sončno sevanje (FL_global_rad označeno z oznako rad na vmesniku mehkega regulatorja) je definirano na območju od 0 do 1000 W/m2. Vhodna spremenljivka je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.7); VS - very small, S - small, SM - small medium, M - medium, ML -medium large, L - large in VL - very large. Na sliki 4.7 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice. • razlika med dejansko notranjo (in_temp_FL) in želeno notranjo (Setpoint_temp) temperaturo. Na vmesniku mehkega regulatorja je veličina označena z oznako E_temp in definirana na območju od - 6 do + 6 °C. Vhodna spremenljivka je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.8): LN -large negative, MN - medium negative, SN - small negative, ZE - zero, SP - small positive, MP - medium positive, LP - large positive. Na sliki 4.8 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice. 136 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Izhodna veličina fuzzy_rol_W regulatorja: • položaj rolete z oznako rolet na vmesniku mehkega regulatorja in definicijskim območjem od 0 do 100 cm. Pravila odločanja v mehkem regulatorju za regulacijo temperature v času zimskega režima so definirana v obliki logične matrike, ki predstavlja način zapisa ČE – POTEM pravil (Slika 4.9). Izhodni signali regulatorja se potem nahajajo na odgovarjajočem mestu tridimenzionalne prostorske lupine rešitev (Slika 4.10), ki odraža celoten sistem regulacije notranje temperature v celici KAMRA za zimski režim. Slika 4.7: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke rad. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/102) Fig. 4.7: Fuzzy space of input linguistic variable rad. The values of linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/102) Slika 4.8: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke E_tem. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/102) Fig. 4.8: Fuzzy space of input linguistic variable E_tem. The values of linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/102) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 137 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.9: Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju temperature za zimski čas. Matrika predstavlja zapis ČE - POTEM pravil (IF - THEN) pri vhodnih parametrih rad (y os) in E_tem (x os) in izhodni veličini rolet (z os). Primer pravila: IF E_tem = LN pro (izbran logični operater) rad = VS THEN rolet = 100. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/103) Fig. 4.9: Decision matrix of a fuzzy regulator for temperature in the winter time. The matrix represents IF - THEN rules for input parameters rad (y axis) and E_tem (x axis) and output parameters rolet (z axis). Example of a rule: IF E_tem = LN pro (chosen logical operator) rad = VS THEN rolet = 100. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/103) Slika 4.10: Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno-izhodnih povezav med količinami E_tem, rad in rolet pri mehkem regulatorju temperature za zimski čas. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Fig. 4.10: The shell of solutions is a three-dimensional representation of all input-output relations between E_tem, rad and rolet for the fuzzy regulator of temperatures in the winter time. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) 138 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.2.1.2 Mehki regulator fuzzy_rol_S Vhodne veličine fuzzy_rol_W regulatorja: • globalno sončno sevanje (FL_global_rad označeno z oznako rad na vmesniku mehkega regulatorja) je definirano na območju od 0 do 1000 W/m2. Vhodna spremenljivka je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.11): VS – very small, S – small, SM – small medium, M – medium, ML – medium large, L – large in VL – very large. Na sliki 4.7 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice; • razlika med dejansko notranjo (in_temp_FL) in želeno notranjo (Setpoint_temp) Slika 4.11: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke rad. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Fig. 4.11: Fuzzy space of input linguistic variable rad. The values of the linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Slika 4.12: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke E_tem. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Fig. 4.12: Fuzzy space of input linguistic variable E_tem. The values of the linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/104) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 139 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. temperaturo. Na vmesniku mehkega regulatorja je veličina označena z oznako E_temp (Slika 4.12): LN – large negative, MN – medium negative, SN – small negative, ZE – zero, SP – small positive, MP – medium positive, LP – large positive. Na sliki 4.8 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice. Slika 4.13: Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju temperature za poletni režim. Matrika predstavlja zapis ČE - POTEM pravil (IF - THEN) pri vhodnih parametrih rad (y os) in E_tem (x os) in izhodni veličini rolet (z os). (Trobec-Lah, 2003, str.: II/105) Fig. 4.13: Decision matrix of a fuzzy regulator for temperature in the summer time. The matrix represents IF - THEN rules for input parameters rad (y axis) and E_tem (x axis) and out put parameters rolet (z axis). (Trobec-Lah, 2003, str.: II/105) Slika 4.14: Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno-izhodnih povezav med količinami E_tem, rad in rolet pri mehkem regulatorju temperature za poletni čas. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/106) Fig. 4.14: Shell of solutions is a three-dimensional representation of all input-output relations between E_tem, rad and rolet for the fuzzy regulator of temperatures in the summer time. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/106) 140 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Izhodna veličina fuzzy_rol_W regulatorja: • položaj rolete z oznako rolet na vmesniku mehkega regulatorja in definicijskim območjem od 0 do 100 cm Pravila odločanja v mehkem regulatorju za regulacijo temperature v času zimskega režima so definirana v obliki logične matrike, predstavljene na sliki 4.13. Izhodni signali regulatorja se nahajajo na odgovarjajočem mestu tridimenzionalne prostorske lupine rešitev (Slika 4.14). Slika 4.15: Mehki vhodni prostor jezikovne spremenljivke E regulatorja fuzzyPD_temp. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s enakostraničnimi trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/108) Fig. 4.15: Fuzzy space of input linguistic variable E of the regulator fuzzyPD_temp. The values of the linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/108) Slika 4.16: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke dE. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s enakostraničnimi trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/108) Fig. 4.16: Fuzzy space of input linguistic variable dE. The values of the linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/108) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 141 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.2.1.3 Mehki regulator fuzzyPD_temp Mehki regulator grelcev v celici KAMRA je zasnovan kot klasičen razširjen PD (proporcionalno-diferencialen) regulator, pri čemer je klasičen regulacijski algoritem zamenjan z mehkim. Takšen regulator deluje klasično s tem, da je mogoče njegovo proporcionalno območje oblikovati nelinearno. Vhodni jezikovni spremenljivki, ki definirata konvencionalne parametre, sta regulacijsko odstopanje (E) in njegov odvod (dE). Vhodni veličini fuzzyPD_temp regulatorja: • regulacijska napaka E, ki predstavlja razliko med in_temp_FL (notranja temperatura) in Setpoint_temp (notranja želena temperatura) (Slika 4.15): NB -negative big, NS - negative small, ZE - zero, PS - positive small, PB - positive big. Na sliki 4.15 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice; • časovni odvod regulacijskega odstopanja (dE) predstavlja časovni korak razlike med merjeno in želeno notranjo temperaturo (Slika 4.16): NB - negative big, NM -negative medium, NS - negative small, ZE - zero, PS - positive small, PM - positive medium, PB - positive big. Na sliki 4.16 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice. Izhodna veličina fuzzyPD_temp regulatorja: • izhodni signal je regulirna veličina (U) regulatorja, ki upravlja z delovanjem grelcev. Pravila odločanja regulatorja fuzzyPD_temp so podana v logični matriki (Slika 4.17), izhodni signal pa je regulirna veličina U, ki je prostorsko predstavljena na lupini rešitev (Slika 4.18). 142 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.17: Logična matrika odločanja pri mehkem fuzzPD_temp. Matrika predstavlja zapis ČE - POTEM pravil (IF - THEN) pri vhodnih parametrih E (x os) in dE (y os). (Trobec-Lah, 2003, str.: II/109) Fig. 4.17: Decision matrix of a fuzzy regulator fuzzyPD_temp. The matrix represents IF - THEN rules for input parameters E (x axis) and dE (y axis). (Trobec-Lah, 2003, str.: II/109) Slika 4.18: Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno-izhodnih povezav med količinami E, dE in U pri mehkem fuzzyPD_temp. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/109) Fig. 4.18: Shell of solutions is a three-dimensional representation of all input-output relations between E, dE and U for the fuzzyPD_temp regulator. (Trobec-Lah, 2003, str.: II/109) 4.2.1.4 Eksperimenti Predstavljeni eksperimenti so reprezentativen izbor 129 analiziranih eksperimentov s toplotno regulacijsko zanko sistema KAMRA, ki so bili izvedeni v časovnem obdobju 27 mesecev. Predstavljeni primeri delovanja sistema so izbrani z namenom, da ilustrirajo vse ključne Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 143 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. elemente delovanja uporabljenih mehkih regulatorjev ter tudi odzivanja regulacijskega sistema na realne vremenske pogoje in zastavljene notranje želene vrednosti.. Eksperimenti so predstavljeni grafično v obliki diagramov s prikazanimi trenutnimi vremenskimi pogoji ter odzivi aktuatorjev regulacijskega sistema, primer tabelaričnega zapisa eksperimenta pa se nahaja v prilogi C. Dodatne opombe ali razlage o poteku eksperimenta so podane v spremnem tekstu. V diagramih uporabljene oznake in njihov pomen so tolmačeni v preglednici 4.3. Preglednica 4.3: Pomen na diagramih označenih in predstavljenih veličin. Table 4.3: The meaning of abrevations used in the diagrams. Oznaka Pomen SPTemp Želena notranja temperatura InsideTemp Notranja merjena temperatura OutTempTT3 Zunanja merjena temperatura SolarRadtRT1 Globalno merjeno sončno sevanje RollPosition Položaj rolete (100 % = 100 cm –odprta roleta, 0 % = 0 cm –zaprta roleta) outRegHeat Delovanje grelcev (izraženo v % delovne moči) outRegVent Delovanje ventilatorja (izraženo v % delovne moči) 144 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-TEMP-097: Temperaturni odziv testne celice ob odprti roleti in izključenih dodatnih virih (7.–9. 12.) • Roleta je konstantno popolnoma odprta (RollPosition = 100 %). • Notranji viri (grelci in ventilator) so ves čas izključeni (outRegHeat = 0 %, outRegVent = 0 %). • Eksperiment je potekal v času pozne jeseni (zgodnji december) in je bil namenjen spoznavanju in prikazu toplotnega odziva testne celice, če nanjo ne vpliva regulacijski sistem KAMRA. • Zunanja temperatura zraka se je v času trajanja eksperimenta gibala v območju od 8.0 °C do -5.0 °C. • Razpoložljivo sončno sevanje je doseglo maksimalno vrednost 360 W/m2 (tretji dan). • Vreme je bilo pretežno oblačno, kar je razvidno iz nazobčane oblike krivulje sončnega sevanja (Slika 4.19). 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 7. - 9. 12. TEMPERATURNI ODZIV CELICE OB ODPRTI ROLETI IN IZKLJUČENIH DODATNIH VIRIH -6 08:00:00 12:10:00 16:20:00 20:30:00 00:40:00 04:50:00 09:00:00 13:10:00 17:20:00 21:30:00 01:40:00 05:50:00 10:00:00 14:10:00 18:20:00 22:30:00 ČAS RollPosition OutTempTT3 SolarRad/10 InsideTemp Slika 4.19: Eksperiment z odprto roleto in izključenimi notranjimi viri prikazuje temperaturni odziv notranjosti testne celice. Fig. 4.19: The experiment with the roller blind fully open and additional internal sources turned off illustrates interior temperature response of the test cell. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 145 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • Slika 4.19, ki prikazuje zabeležene vrednosti spremljanih količin v času eksperimenta, kaže na relativno hiter temperaturni odziv testne celice, saj se notranji zrak pod vplivom neposrednega sončnega sevanja skozi nezastrto okno zelo hitro ogreje. Zaradi zelo majhne akumulacijske mase in nizke toplotne izolativnosti ovoja celice se le-ta tudi zelo hitro ohladi, ko nanjo ne vpliva neposredno sončno sevanje. Tako notranja temperatura zraka doseže v času, ko je celica obsevana s sončnim sevanjem tudi vrednosti do 25.0 °C pri zunanji temperaturi zraka 1.2 °C. V nočnem času se celica zelo hitro ohladi, kar pomeni, da se notranje temperature že v eni noči približajo ali izenačijo s temperaturo zunanjega zraka (Slika 4.19 – noč med drugim in tretjim dnevom trajanja eksperimenta). • Iz pričujočega eksperimenta je razvidna zelo hitra temperaturna odzivnost testne celice na zunanje pogoje (tako na temperaturo zraka kot tudi na sončno sevanje). Razviden je zelo velik vpliv neposrednega sončnega sevanja na notranjo temperaturo zraka, kar je posledica majhnega volumna in velike transparentne odprtine v ovoju. Podobno se zaradi majhne akumulacijske mase in nizke toplotne izolativnosti ovoja notranjost celice tudi zelo hitro ohladi. Takšen odziv sicer ni primerljiv z realnimi stavbami, saj akumulacijska masa in razmerje med volumnom celice ter površino zasteklitve nista primerljiva z dejanskimi stavbami. Kljub vsemu so bile takšne gradbeno-fizikalne značilnosti testne celice zelo dobrodošle pri izvajanju eksperimentov regulacije notranjih temperaturnih pogojev, saj so se vplivi zunanjosti zelo hitro in sunkovito odražali v notranjosti testne celice KAMRA. Tako sta bila dosežena hitrejši termični odziv celice ter posledično hitrejše izvajanje eksperimentov 146 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-TEMP-019: Regulacija notranje temperature zraka s pozicioniranjem roloja brez vključenih dodatnih virov (24.–26. 6.) • Pozicija rolete je določena s pomočjo regulatorja temperature. • Notranji viri (grelci in ventilator) so ves čas izključeni (outRegHeat = 0 %, outRegVent = 0 %). • Profil referenčne vrednosti notranje temperature zraka (SPTemp) je konstanten in nastavljen na 22.0 °C. • Eksperiment je potekal v začetku poletja in je bil namenjen spoznavanju možnosti preprečevanja pregrevanja notranjosti testne celice v času visokih zunanjih temperatur zraka in nivojev sončnega sevanja. Dodatno je bila preizkušena zmožnost regulacijskega sistema, da sledi notranjemu referenčnemu temperaturnemu profilu samo s pozicioniranjem senčila. • Dnevna zunanja temperatura zraka je v času eksperimenta dosegla vrednosti do 29.0 °C, medtem ko so najnižje vrednosti v nočnem času segale do 15.8 °C. • Nivo sončnega sevanja je dosegel v času trajanja eksperimenta vrednosti do 960 24. - 26. 6. REGULACIJA TEMPERATURE BREZ DODATNIH VIROV 110 100 00:01:00 04:11:00 08:21:00 12:31:00 16:41:00 20:51:00 01:02:00 05:12:00 09:22:00 13:32:00 17:42:00 21:52:00 02:03:00 06:13:00 ČAS InsideTemp OutTempTT3 SPTemp SolarRadt/10 80 70 60 30 • ¦ Ro Position Slika 4.20: Regulacija notranje temperature z pozicioniranjem rolete brez vključenih dodatnih virov. Fig. 4.20: Control of internal temperature with the positioning of the roller blind. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 147 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. W/m2, kljub vsemu pa nazobčanost grafa sončnega sevanja kaže na zelo spremenljive vremenske pogoje z relativno hitro spreminjajočo se oblačnostjo (Slika 4.20). • Zaradi visokih zunanjih temperatur zraka in hitre odzivnosti celice regulacijski sistem s pomočjo premikanja roloja ni uspel držati notranje temperature zraka v okviru želenih odstopanj od referenčne vrednosti ± 2.5 °C. Temperature notranjega zraka so čez dan dosegale vrednosti do 27.0 °C kljub popolnoma zastrti odprtini, ponoči pa se je notranja temperatura zraka spustila do 18.5 °C. Zgoraj opisani pojav je bil zaradi hitre toplotne odzivnosti notranjega prostora testne celice pričakovan in zato ne predstavlja slabosti regulacije. Iz delovanja regulacijskega sistema, prikazanega na sliki 4.20, je razvidno, da sistem s pravilnim senčenjem doseže zaželen efekt temperaturnega zamika. • Eksperiment je potrdil upravičenost ter nujnost primernega senčenja transparentnih odprtin stavbnega ovoja v času visokih temperatur zunanjega zraka in ob prisotnosti močnega sončnega sevanja. Ključnega pomena je, da se senčila zaprejo, preden se notranji prostor pregreje. Preglednica 4.4: Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX-TEMP-019. Table 4.4: Summary of system behaviour in the case of experiment EX-TEMP-019. EX-TEMP-019 - ocena delovanja regulacije Sledenje referenčnemu DOBRO profilu • Povprečna maksimalna odstopanja ± 2.5K. • Nastopanje pregrevanja je posledica zasnove celice. Odzivnost na hipne ZADOVOLJIVO spremembe (»stopnice«) • Relativno počasni odzivi na hipne spremembe v nivoju sončnega sevanja. Dinamika premikov DOBRO rolete • Okvirno 15 premikov na uro. Delovanje dodatnih virov: Grelci Ventilator Opombe • Popolna zastrtost okna v poletnih mesecih zaradi preprečevanja pregrevanja ni sprejemljiva iz gledišča uporabe prostora. Ocenjevalna lestvica: nezadovoljivo, zadovoljivo, dobro, odlično 148 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-TEMP-098: Regulacija notranje temperature zraka z uporabo grelcev pri popolnoma odprti roleti (12. 11.) • Roleta je konstantno popolnoma odprta (RollPosition = 100 %). • Delovanja grelca je regulirano z regulatorjem sistema KAMRA. Ventilator je izključen (outRegVent = 0 %). • Profil referenčne vrednost notranje temperature zraka (SPTemp) se v odvisnosti od časa stopničasto spreminja. Referenčne vrednosti so nastavljene na intervalu od 16.0 do 24.0 °C. • Eksperiment je bil namenjen preizkusu zmožnosti uravnavanja notranje temperature zraka po poljubnem referenčnem profilu z uporabo samo notranjih grelcev. Zaradi izločitve vpliva pozicije senčila na notranjo temperaturo zraka je bila le-ta ves čas v popolnoma odprti poziciji. • Temperatura zunanjega zraka je relativno konstantna skozi celoten dan, saj se giblje v razponu od 2.2 (noč) do 6.2 °C (dan). 12. 11. REGULACIJA TEMPERATURE Z GRELCEM 28 00:00:01 01:40:00 03:20:00 05:00:00 06:40:00 08:20:00 10:00:00 11:40:00 13:20:00 15:00:00 16:40:00 18:20:00 20:00:00 21:40:00 ČAS SPTemp OutRegHeat/10 InsideTemp OutTempTT3 SolarRadt/10 RollPosition/10 Slika 4.21: Regulacija notranje temperature z notranjimi viri (grelci) ob konstantno odprti roleti. Fig. 4.21: Control of internal temperature with the activation of internal sources (heaters) – roller blind was open. 10 0 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 149 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • Sončno sevanje je relativno šibko, kar kaže na oblačno vreme s spreminjajočim se nivojem oblačnosti (nazobčana krivulja intenzitete sončnega sevanja). Maksimalna vrednost sončnega sevanja (180 W/m2) je bila dosežena zgodaj popoldne, minimalne vrednosti pa se tekom dneva spustijo tudi do 39 W/m2. • Regulacija notranje temperature zraka s pomočjo grelcev je bila popolnoma uspešna, saj je regulator uspešno in zelo natančno sledil danemu referenčnemu profilu pri danih zunanjih vremenskih pogojih (relativno konstantna zunanja temperatura zraka in nizek nivo sončnega sevanja). Grelci so večino časa delovali s 40 % delovne moči, razen pri spremembah v profilu referenčne vrednosti, kjer so delovali s 100 % močjo ali pa so se za trenutek popolnoma izključili (Slika 4.21). Preglednica 4.5: Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX-TEMP-098. Table 4.5: Summary of system behaviour in the case of experiment EX-TEMP-098. EX-TEMP-098 - ocena delovanja regulacije Sledenje referenčnemu profilu ODLIČNO • Skoraj popolno sledenje referenčnemu profilu. Odzivnost na hipne spremembe (»stopnice«) ODLIČNO • Zelo hiter odziv na spremembe v referenčnih vrednostih. Dinamika premikov rolete Delovanje dodatnih virov: Grelci ODLIČNO • Grelci zelo učinkovito uravnavajo notranje temperaturne pogoje. Ventilator Opombe • Pri predstavljenem eksperimentu ventilator oziroma hlajenje s prezračevanjem ni bilo aktivno. Ocenjevalna lestvica: nezadovoljivo, zadovoljivo, dobro, odlično 150 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-TEMP-056: Regulacija notranje temperature zraka s pozicioniranjem rolete in aktiviranjem notranjih virov (30. 4.–2. 5.) • Pozicija rolete je določena s pomočjo mehkega regulatorja temperature. • Notranji viri (grelci in ventilator) so aktivni in se vključujejo glede na ukaze regulacijskega sistema. • Prednostna je bila regulacija notranje temperature s pozicioniranjem rolete, zato sta se grelec ali ventilator vključila šele po določenem času, ko notranja referenčna 30. 4. - 2. 5. REGULACIJA TEMPERATURE Z ROLOJEM IN DODATNIMI VIRI 100 00:01:00 05:01:00 10:01:00 15:01:00 20:01:00 01:02:00 06:02:00 11:02:00 16:02:00 21:02:00 02:03:00 07:03:00 12:03:00 17:03:00 22:03:00 ČAS SPTemp InsideTemp OutTemp K 00:01:00 05:01:00 10:01:00 15:01:00 20:01:00 01:02:00 06:02:00 11:02:00 16:02:00 21:02:00 02:03:00 07:03:00 12:03:00 17:03:00 22:03:00 ČAS OutRegHeat------OutRegVent Slika 4.22: Diagrama prikazujeta delovanje regulacijskega sistema KAMRA v času eksperimenta v poznem pomladnem času ob regulaciji notranje temperature zraka s pozicijo rolete kot tudi aktivacijo ventilatorja in grelca. Fig. 4.22: A diagram of the KAMRA system functioning in the late spring time. Internal temperature was regulated by positioning of the roller blind and internal sources. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 L- RolIPosition SolarRadt/10 120 100 80 • ¦¦j 40 20 0 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 151 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. vrednost temperature ni bila dosežena s pomočjo senčenja transparentne odprtine. • Sočasno delovanje ventilatorja in grelcev ni dovoljeno. • Profil referenčne vrednost notranje temperature zraka (SPTemp) se v odvisnosti od časa stopničasto spreminja. Referenčne vrednosti so nastavljene na intervalu od 15.0 do 25.0 °C. • Namen eksperimenta v času pozne pomladi je bil preizkusiti možnosti delovanja regulacijskega sistema KAMRA pri sledenju notranjemu temperaturnemu referenčnem profilu in preprečevanju pregrevanja notranjosti celice s pozicioniranjem senčila in uporabo grelcev ter ventilatorja. • Zunanje temperature zraka so v treh dneh dosegle maksimalne vrednosti do 30.0 °C ponoči pa so se temperature spustile do minimalne vrednosti 9.0 °C. Dnevni 24-urni temperaturni nihaj je tako znašal do 21.0 °C. • Vreme je bilo v vseh treh dneh izrazito sončno z le nekaj osamele oblačnosti, ki je vidna v nekoliko nazobčani krivulji neposrednega sončnega sevanja na sliki 3.20. Maksimalne vrednosti neposrednega sončnega sevanja so segale do 800 W/m2. • Eksperiment je v vseh treh dneh pokazal, da je regulator zmožen uravnavati notranjo temperaturo zraka znotraj sprejemljivih odstopanj od referenčne vrednosti, tako notranja temperatura zraka ni nikoli presegla odstopanj, večjih od ± 2 K okoli profila Preglednica 4.6: Povzetek delovanja regulacije v primeru eksperimenta EX-TEMP-056. Table 4.6: Summary of system behaviour in the case of experiment EX-TEMP-056. EX-TEMP-056 - ocena delovanja regulacije Sledenje referenčnemu DOBRO profilu • Skoraj popolno sledenje referenčnemu profilu. Odzivnost na hipne DOBRO spremembe (»stopnice«) • Sprejemljiva dinamika odzivnosti sistema glede na hitrost termičnih procesov. Dinamika premikov DOBRO rolete • Roleta je večino časa skoraj popolnoma zaprta. Delovanje dodatnih virov: Grelci ODLIČNO • Grelci omogočajo hiter dvig notranje temperature zraka. Ventilator NEZADOVOLJIVO • Zaradi premajhne kapacitete ventilator ni sposoben učinkovito hladiti notranjosti testne celice. Opombe • Sistem je skozi vse tri dni omogočal zadovoljive notranje temperaturne pogoje. Ocenjevalna lestvica: nezadovoljivo, zadovoljivo, dobro, odlično 152 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. referenčne vrednosti. Z diagrama na sliki 4.22 je razvidno, da sledenja referenčnemu temperaturnemu profilu nikakor ne bi bilo mogoče doseči le s pozicioniranjem senčila, saj je moral ventilator delovati skoraj med celotnim obdobjem trajanja eksperimenta. Iz pričujočega eksperimenta je zelo lepo razvidno, da se testna celica KAMRA zelo hitro pregreje, kar posledično privede do potrebe po močnem in konstantnem hlajenju s prezračevanjem. Takšnega odziva notranjega bivalno-delovnega okolja v realnih stavbah sicer ni pričakovati, kaže pa možnost, da se to lahko zgodi po več dneh sončnega in vročega vremena (poletni meseci) ali pa pri stavbah z velikimi zastekljenimi površinami, ki so izpostavljene sončnemu sevanju. 4.2.1.5 Ocena uspešnosti regulacije temperaturnih pogojev Analiza eksperimentov s toplotno regulacijsko zanko sistema KAMRA je pokazala na uspešnost regulacije temperaturnih procesov z že začetnimi nastavitvami regulatorjev, kar je bilo tudi pričakovati, saj so bile le-te osnovane na simulacijah, izvedenih v okolju Matlab/SIMULINK [Furlan 1999]. Zaradi geometrije in sestave ovoja testne celice je ta težila k hitremu ogrevanju (pregrevanju) in ohlajanju pri spreminjanju zunanjih vremenskih pogojev. Pričakovano se je pojavila nezmožnost sistema, da bi v poznih pomladnih, poletnih in zgodnjih jesenskih mesecih uspel vzdrževati notranje temperature znotraj želenih vrednosti, saj se je celica pregrevala kljub popolnoma zasenčenemu oknu in aktivnemu ventilatorju. Tudi pri ogrevanju celice (zimski meseci) se je izkazalo, da se le-ta zelo hitro segreje če je na voljo neposredno sončno sevanje, ki ogreje notranjost celice. Oba pojava, ki sta bila v primeru testne celice zelo izrazita, bi v realni stavbi potekala veliko manj izrazito, predvsem pa bi bil potreben daljši čas za nastanek podobnih notranjih pogojev. Kljub temu lahko iz odziva testne celice sklepamo na potek ter posledično način regulacije temperaturnih pogojev bivalno-delovnega okolja v realnih stavbah s predpogojem, da se upošteva manjša izrazitost dinamike procesa, ki je zelo odvisna od značilnosti obravnavane stavbe. V preglednici 4.7 so prikazani povzetki analize eksperimentov toplotne regulacijske zanke sistema KAMRA. Ocenjeni so pristopi in posamezni elementi regulacije temperaturnih pogojev z osnovnimi spoznanji o učinkovitosti razvitih regulacijskih pravil sistema. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 153 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Pri prenosu regulacijskih nastavitev in spoznanj o načinu vodenja notranjega okolja iz toplotne regulacije sistema KAMRA na sistem IRsNO je potrebno predvsem opozoriti, da zaradi specifik stavbe FGG oziroma kabineta KSKE III/1 neposreden prenos ni mogoč, je pa mogoče z upoštevanjem nekaj osnovnih smernic uporabiti nastavitve sistema KAMRA za izhodišče in osnovo pri optimizaciji nastavitev sistema IRsNO. • Vpliv sončnega sevanja na ogrevanje notranjega prostora kabineta KSKE III/1 bo manj izrazit, saj ima objekt večjo akumulacijsko maso ter velik toplotni ponor v sosednjih prostorih. Preglednica 4.7: Ocena različnih načinov reguliranja notranjih temperaturnih pogojev v testni celici KAMRA. Table 4.7: Evaluation of different approaches to the control of internal temperature conditions in the test cell. REGULACIJA NOTRANJIH TEMPERATUR ZRAKA Z: ROLETO DODATNIMI VIRI ROLETO IN DODATNIMI VIRI Sledenje DOBRO ODLIČNO ODLIČNO referenčnemu • Povprečna maksimalna • Sledenje referenčnemu • Dodatni viri omogočajo profilu odstopanja ± 3K. profilu je skoraj boljšo natančnost pri • Pojav večjih odstopanj popolno. sledenju referenčnemu pri izrazito visokih profilu. zunanjih temperaturah. Odzivnost na hipne ZADOVOLJIVO ODLIČNO ODLIČNO spremembe • Zaradi dinamike • Pri delovanju grelcev. • Dodatni viri omogočajo (»stopnice«) temperaturnih procesov večjo odzivnost sistema. so odzivi na hipne ZADOVOLJIVO spremembe relativno • Pri delovanju počasni. ventilatorja. Dinamika DOBRO premikov rolete • Okvirno 10 do 15 premikov na uro. DOBRO • Manj kot 10 premikov na uro. Delovanje dodatnih virov: Grelci ODLIČNO ODLIČNO Ventilator NEZADOVOLJIVO • Ventilator ima premajhno kapaciteto. NEZADOVOLJIVO • Ventilator ima premajhno kapaciteto. Opombe V času zelo vročih poletnih dni se kljub popolni zastrtosti okna celica močno pregreje. Vgrajen ventilator ima premajhno kapaciteto. Hlajenje s pomočjo prezračevanja deluje samo v primeru, ko so zunanje temperature nižje od notranjih. Uporaba dodatnih virov omogoča skrajšanje odzivnega časa sistema na hipne spremembe. Ocenjevalna lestvica: nezadovoljivo, zadovoljivo, dobro, odlično 154 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. • Razmerje med volumnom prostora in površino zasteklitve je v primeru testne celice 1 : 1 pri kabinetu KSKE pa je kar 14.3 : 1 kar pomeni, da bo sončno sevanje precej manj vplivalo na segrevanje prostora kot pri celici. Posledično se poveča tudi pomembnost ogrevalnega sistema ter dovajanja dodatne toplotne energije. • Nameščen ogrevalno-hladilni sistem ni primerljiv z grelci v KAMRI, saj ima drugačno dinamiko segrevanja in ohlajanja, najpomembnejša pa je razlika v odzivnem času, ki je pri radiacijskem ogrevanju veliko daljši. • Zaradi orientacije zasteklitve prostora kabineta KSKE je vpliv sončnega sevanja na notranjo temperaturo prostora možen le v popoldanskih urah, kar dodatno zmanjšuje pričakovan vpliv solarnih pritokov na ogrevanje prostora. • Ker gre v primeru prostora kabineta KSKE za prostor, ki ima dokaj enostavno določljiv urnik zasedenosti, je smiselno v sistem regulacije vpeljati urnike, ki okvirno določajo delovanje sistema. 4.2.2 Eksperimenti s svetlobno regulacijsko zanko Regulacija notranje osvetljenosti v testni celici KAMRA je vzpostavljena z uravnavanjem oziroma s spreminjanjem geometrije transparentnega dela ovoja. Spreminjanje geometrije odprtine je bilo doseženo s pomikanjem rolete med dvema končnima pozicijama, ki sta definirani s popolnoma odprto (100 %) ali popolnoma zaprto (0%) roleto. Roleta je krmiljena z mehkim regulatorjem osvetljenosti glede na trenutno notranjo osvetljenost in želeno referenčno notranjo osvetljenost. V nadaljevanju bosta predstavljena dva mehka regulatorja osvetljenosti (fuzzy_L1_E in fuzzy_LP1), ki sta se z eksperimenti izkazala kot najučinkovitejša pri regulaciji notranje osvetljenosti. Oba sta bila razvita po iteracijskem postopku in sta plod več vmesnih razvojnih faz mehkih regulatorjev osvetljenosti testne celice KAMRA [Trobec-Lah 2003]. Cilj iteracijskega postopka je bil razvoj mehkega regulatorja, ki bi bil zmožen s pomočjo premikanja rolete regulirati notranjo osvetljenost v okvirih zastavljenega tolerančnega območja (± 300 lx) okoli referenčnega profila. Kot dodaten kvalitativen kriterij pri izbiri primernega regulatorja je bila tudi želja po regulatorju, ki bi bil sposoben doseči zadan cilj s čim manj za uporabnike motečimi premiki rolete. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 155 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.2.2.1 Mehki regulator fuzzy_L1_E Vhodne veličine fuzzy_L1_E regulatorja: • želena (referenčna) notranja osvetljenost testne celice (SP_light) je označena z oznako SP na vmesniku mehkega regulatorja ter definirana na območju od 0 do 2500 lx. Vhodna jezikovna spremenljivka SP je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.23): SS – small small, S – small, SM – small medium, M – medium, ML – medium large, L – large in LL – large large. Na sliki 4.23 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice; • razlika med merjeno notranjo osvetljenostjo (FL_light) in želeno notranjo Slika 4.23: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke SP. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Fig. 4.23: Fuzzy space of input linguistic variable SP. The values of linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Slika 4.24: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke ERR. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Fig. 4.24: Fuzzy space of input linguistic variable ERR. The values of linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) 156 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. osvetljenostjo (SP_light). Na vmesniku mehkega regulatorja je veličina označena z oznako ERR in definirana na območju od - 1000 do + 1000 lx. Spremenljivka je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.24): LN – large negative, MN – medium negative, SN – small negative, ZE – zero, SP – small positive, MP – medium positive, LP – large positive. Na sliki 4.24 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice. Izhodna veličina fuzzy_L1_E regulatorja: • Izhodna vrednost regulatorja je položaj rolete z oznako Err na vmesniku mehkega regulatorja in z definicijskim območjem od 0 do 100 cm. Vrednost spremenljivke Err oziroma pozicija rolete je ostra vrednost. Pravila odločanja v mehkem regulatorju za regulacijo osvetljenosti so definirana v obliki logične matrike, ki predstavlja način zapisa ČE – POTEM pravil (Slika 4.25). Vsi izhodni signali regulatorja se potem nahajajo na odgovarjajočem mestu tridimenzionalne prostorske lupine rešitev (Slika 4.26), ki odraža celoten sistem regulacije notranje osvetljenosti v testni celici. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 157 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.25: Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju osvetljenosti testne celice. Matrika predstavlja zapis ČE - POTEM pravil (IF - THEN) pri vhodnih parametrih ERR (y os) in SP (x os) in izhodni veličini Err. Primer pravila: IF SP = SS pro (izbran logični operater) ERR = MN THEN Err = 80. (Trobec- Lah, 2003, str.: 111/41) Fig. 4.25: Decision matnx of fuzzy regulator of lllumination. Matnx represents IF - TFIEN rules for mput parameters ERR (y axis) and SP (x axis) and output parameters Err (z axis). Example of a rule: IF SP = SS pro (chosen logical operator) ERR = MN THEN Err = 80. (Trobec-Lah, 2003, str.: 111/41) Slika 4.26: Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno-izhodnih povezav med količinami SP, ERR in Err pri mehkem regulatorju osvetljenosti L1_E. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) Fig. 4.26: Shell of solutions is a three-dimensional representation of all input-output relations between SP, ERR and Err for the fuzzy regulator of illumination L1_E. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/44) 158 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.2.2.2 Mehki regulator fuzzy_LP1 Vhodne veličine fuzzy_LP1 regulatorja: • želena (referenčna) notranja osvetljenost testne celice (SP_light) je označena z oznako SP na vmesniku mehkega regulatorja ter definirana na območju od 0 do 2500 lx. Vhodna jezikovna spremenljivka SP je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.27): SS – small small, S – small, SM – small medium, M – medium, ML – medium large, L – large in LL – large large. Na sliki 4.27 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice; Slika 4.27: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke SP. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Fig. 4.27: Fuzzy space of input linguistic variable SP. The values of linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Slika 4.28: Prikaz mehkega prostora vhodne jezikovne spremenljivke ERR. Predikatne vrednosti jezikovne spremenljivke so podane s trikotnimi funkcijami in definirane z vrednostmi krajišč v tabeli. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Fig. 4.28: Fuzzy space of input linguistic variable ERR. The values of linguistic variable are in the form of triangular functions with defined edges. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/51) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 159 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.29: Logična matrika odločanja pri mehkem regulatorju osvetljenosti. Matrika predstavlja zapis ČE - POTEM pravil (IF - THEN) pri vhodnih parametrih ERR (y os) in SP (x os) in izhodni veličini Err. Primer pravila: IF SP = SS sum (izbran logični operater) ERR = MN THEN Err = 75. Logični operaterji pro (produkt) so na robovih zamenjani z operaterjem sum (vsota). (Trobec-Lah, 2003, str.: 111/51) Fig. 4.29: Decision matrix of fuzzv regulator of illumination. Matrix represents IF - THEN rules for input parameters ERR (y axis) and SP (x axis) and output parameters Err (z axis). Example of a rule: IF SP = SS sum (chosen logical operator) ERR = MN THEN Err = 75. Logical operator pro (product) is at the edge of the matrix exchanged for the sum (sum) operator. (Trobec-Lah, 2003, str.: 111/51) Slika 4.30: Lupina rešitev predstavlja tridimenzionalno predstavitev vseh vhodno-izhodnih povezav med količinami SP, ERR in Err pri mehkem regulatorju osvetljenosti testne celice. Sprememba nekaterih mehkih operaterjev pro v obliko sum se odraža v bolj razgibani površini lupine. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/52) Fig. 4.30: Shell of solutions is a three-dimensional representation of all input-output relations etween SP, ERR and Err for the fuzzy regulator of illumination LP1. The switching of operator pro for the operator sum on the edges of logical matrix is exhibited in a more intensely curved shell. (Trobec-Lah, 2003, str.: III/52) • razlika med merjeno notranjo osvetljenostjo (FL_light) in želeno notranjo osvetljenostjo (SP_light). Na vmesniku mehkega regulatorja je veličina označena z 160 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. oznako ERR in definirana na območju od - 700 do + 700 lx. Spremenljivka je v mehkem prostoru predstavljena s sedmimi mehkimi množicami (Slika 4.28): LN -large negative, MN - medium negative, SN - small negative, ZE - zero, SP - small positive, MP - medium positive, LP - large positive. Na sliki 4.28 so mehke množice definirane s pomočjo preglednice, kjer so definirani krajišči in vrh trikotne mehke množice. Izhodna veličina fuzzy_LP1 regulatorja: • Izhodna veličina mehkega regulatorja je položaj rolete, označen z Err na vmesniku mehkega regulatorja ter definiran na območju od 0 do 100 cm. Vrednost spremenljivke Err oziroma pozicija rolete je ostra vrednost. Pravila odločanja regulatorja fuzzy_LP1 so podana v logični matriki (Slika 4.29), izhodni signal pa je regulirna veličina Err, ki je prostorsko predstavljena na lupini rešitev (Slika 4.30). 4.2.2.3 Eksperimenti V nadaljevanju bo predstavljena serija izbranih reprezentativnih eksperimentov z različnimi nastavitvami mehkih regulatorjev osvetljenosti testne celice KAMRA, ki so bili razviti in preizkušeni med testiranji regulacijskega sistema KAMRA. Izmed 151 analiziranih eksperimentov s svetlobno regulacijsko zanko je v nadaljevanju predstavljenih 7 tipičnih, ki predstavljajo odziv testne celice (prosti tek) ter razvoj najuspešnejših regulatorjev notranje osvetljenosti. Ker je oblikovanje regulacijskih pravil mehkih regulatorjev osvetljenosti potekalo s pomočjo eksperimentiranja, je bilo pričakovati, da bo za razvoj uspešnega regulatorja potrebno veliko vmesnih korakov. V času oblikovanja in testiranja regulatorjev notranje osvetljenosti testne celice so bili razviti 3 različni tipi regulatorjev vsak s svojimi izpeljankami, končno število preizkušenih tipov je bilo 12 (fuzzy_L1 z variantami od A do G, fuzzy_L2 z variantami od A do C in fuzzy_LP1 in LP2). Pri izboru predstavljenih eksperimentov je bil glavni poudarek na predstavitvi delovanja najučinkovitejših regulatorjev, kot sta v prejšnjem poglavju predstavljena regulatorja fuzzy_L1_E in fuzzy_LP1 s Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 161 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. predstavitvijo delovanja tudi nekaj manj uspešnih vmesnih stopenj (fuzzy_L1_B in fuzzy_L2_A), ki služita kot referenci za delovanje uspešnih tipov regulatorjev. Eksperimenti so predstavljeni v grafični obliki (primer tabelaričnega zapisa eksperimenta se nahaja v prilogi C) s prikazom nivoja sončnega sevanja, referenčnega profila osvetljenosti, notranje osvetljenosti in pozicije rolete. Vsak eksperiment je dodatno opisan in razložen še v tekstovni obliki z obrazložitvami osnovnih pogojev in rezultatov. Uporabljene oznake in njihov pomen Preglednica 4.8: Pomen na diagramih označenih in predstavljenih veličin. Table 4.8: Meaning of abbrevations used in the diagrams. Oznaka Pomen SPIllumn Želena notranja osvetljenost InsideIllumn Notranja merjena osvetljenost SolarRadtRT1 Globalno merjeno sončno sevanje RollPosition Položaj rolete (100 % = 100 cm –odprta roleta, 0 % = 0 cm –zaprta roleta) so tolmačeni v preglednici 4.8. 162 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-SVET-104: Osvetljenost testne celice ob odprti roleti (7. – 9. 12.) • Roleta je konstantno popolnoma odprta (RollPosition = 100 %). • Regulacija notranje osvetljenosti je izklopljena. • Eksperiment je potekal zgodaj decembra in je bil namenjen spoznavanju in prikazu notranje osvetljenosti testne celice v odvisnosti od spreminjanja nivoja sončnega sevanja brez vpliva regulacijskega sistema KAMRA. • Dnevni maksimumi sončnega neposrednega sevanja so se gibali od 200 do 360 W/m2. • Vreme je bilo prva dva dni pretežno oblačno, kar je razvidno iz nazobčane oblike krivulje sončnega sevanja, zadnji dan pa se je v popoldanskih urah razjasnilo (Slika 3750 3500 3250 3000 2750 2500 2250 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 7. - 9. 12. OSVETLJENOST TESTNE CELICE OB POPOLNOMA ODPRTI ROLETI 08:00:00 12:10:00 16:20:00 20:30:00 00:40:00 04:50:00 09:00:00 13:10:00 17:20:00 21:30:00 01:40:00 05:50:00 10:00:00 14:10:00 18:20:00 22:30:00 ČAS SolarRadt*10-----lnsidelllumn/10-----RollPosition*10 Slika 4.31: Eksperiment z odprto roleto brez vključene regulacije osvetljenosti nazorno kaže na trenutno odražanje sprememb v zunanjem vremenu na notranjih nivojih osvetljenosti. Fig. 4.31: The experiment without the regulation of internal illumination (roller blind is fully open) illustrates instantaneous manifestation of changes in weather on the internal illumination. '.¦ Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 163 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.31). • Iz diagrama zabeleženih vrednosti notranje osvetljenosti in neposrednega sončnega sevanja na sliki 4.31 je razvidno pričakovano trenutno odražanje sprememb v nivoju razpoložljivega sončnega sevanja na notranjo osvetljenost celice. Pričujoči eksperiment nazorno kaže dinamiko odzivanja notranje osvetljenosti celice na zunanje motnje (spremembe v vremenu), ki se odraža v trenutnih spremembah nivoja osvetljenosti. Za razliko od temperaturnega odziva celica pri osvetljenosti nima »zakasnitve« odziva, zato je tudi regulacija osvetljenosti veliko bolj delikatna kot regulacija temperature. • V času trajanja eksperimenta s popolnoma odstrtim delom transparentnega ovoja so notranji nivoji osvetljenosti dosegli maksimalne dnevne vrednosti od 690 do 1350 lx pri zunanjem sončnem sevanju od 200 do 360 W/m2. 164 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-SVET-132: Regulacija notranje osvetljenosti s pozicioniranjem rolete – tip regulatorja fuzzy_L1_B (31. 7.–1. 8.) • Pozicija rolete je določena s pomočjo mehkega regulatorja osvetljenosti tipa fuzzy_L1_B [Trobec-Lah 2003]. Uporabljeni tip regulatorja je druga iteracija razvoja mehkega regulatorja osvetljenosti v sistemu KAMRA. • Eksperiment je potekal poleti od 31. 7. do 1. 8. ter je bil namenjen preverjanju odziva regulatorja na notranje zahteve (SPIllumn) pri danih zunanjih vremenskih pogojih (SolarRadtRT1). • Neposredno sončno sevanje je doseglo maksimalno vrednost 890 W/m2 prvi dan eksperimenta, naslednji dan pa 790 W/m2. • Oblika in nazobčanost grafa intenzitete neposrednega sončnega sevanja (Slika 4.32) drugi dan kaže pretežno oblačno vreme z vmesnimi obdobji jasnega vremena. Vreme je bilo prvi dan eksperimenta bolj stanovitno, saj se je oblačnost pričela pojavljati šele v popoldanskih urah. 30. 7. - 1. 8. REGULACIJA OSVETLJENOSTI (fuzzy_L1_B) 2750 2500 2000 1750 1500 1250 1000 750 500 250 0 03:30:00 f -4°C Objekt ima tendenco hitrega ohlajanja, ki pa je odvisna temperature od karakteristik konstrukcijskih sklopov. Nizke zunanje temperature -4°C > ?T > -1°C Ohlajanje objekta. Zunanje temperature nizje -2°C > ?T > 0°C Počasno ohlajanje objekta. od notranjih Zunanje temperature -1°C > ?T > 1°C Objekt se niti ne ohlaja niti ne segreva. enake notranjim Zunanje temperature višje 0°C > ?T > 2°C Počasno ogrevanje objekta. od notranjih Visoke zunanje 1°C > ?T > 4°C Ogrevanje objekta. temperature Zelo visoke zunanje ?T > 4°C Objekt ima tendenco hitrega ogrevanja, ki pa je odvisna temperature od karakteristik konstrukcijskih sklopov. Poleg sončnega sevanja vplivajo na toplotni proces v notranjem okolju tudi zunanje temperaturne razmere. Njihov vpliv na notranje temperaturno ugodje je v veliki meri odvisen od gradbeno-fizikalnih karakteristik (U-faktor, temperaturna zakasnitev) stavbnega ovoja, in Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 195 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. sicer tako transparentnega kot tudi netransparentnega dela. Vpliv zunanjih temperatur na notranje okolje je okvirno definiran z razliko med notranjo in zunanjo temperaturo zraka v preglednici 4.22, vendar je potrebno poudariti, da so dejanski vplivi zelo odvisni od karakteristik stavbe. Iz preglednic 4.21 in 4.22 je razvidno, da je končni vpliv zunanjega okolja na notranje temperaturno okolje posledica kombiniranega vpliva sončnega sevanja in zunanjih temperatur zraka [Furlan 1999]. Dejanska povezava med vplivom sončnega sevanja in zunanjih temperatur zraka na notranjost stavbe je razvidna iz diagrama na sliki 4.47, iz katerega je možno razbrati, da je ohlajanje notranjosti mogoče le pri nizkem sončnem sevanju ter nizkih zunanjih temperaturah. Podobno se objekt pri visokem sončnem sevanju zelo hitro pregreje kljub nizkim zunanjim temperaturam. Opisane povezave in vplivi zunanjega okolja na notranje okolje seveda ne predstavljajo popolne slike vseh vplivov, ampak samo izbor in poenostavitev, primerno za izbrano lokacijo. Pri definiranju specifičnih pravil regulatorjev je potrebno upoštevati tako značilnosti stavbe (orientacija, velikost, oblika, sestava ovoja ...) in notranjega okolja (vrsta dela, notranje Slika 4.47: Kombiniran vpliv sončnega sevanja in odstopanj zunanjih temperatur od notranjih (želenih) temperatur. (Furlan, 1999, str.: 123) Fig. 4.47: The combined influence of solar radiation and the difference between external and internal set point temperatures. (Furlan, 1999, str.: 123) 196 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. zahteve ...) kot tudi specifike lokacije, saj lahko lokalne klimatske razmere zelo drastično variirajo tudi na relativno ozkem geografskem področju. Odločujoč vpliv, ki ga je potrebno upoštevati pri definiciji mejnih danosti zunanjega okolja, ima predvsem orientacija transparentnega dela stavbnega ovoja, saj je s tem geometrijsko določeno, v kolikšni meri in kdaj bo potencial lokacije v obliki sončnega sevanja vplival na notranje okolje. Podobno bi bilo na določenih lokacijah (lokacije s stalnimi vetrovi ali zelo izrazito izpostavljene lokacije) smiselno upoštevati tudi vpliv vetra na notranje temperaturno okolje, saj hitrejše premikanje zraka pri zunanjih površinah stavbe pomeni tudi intenzivnejšo konvekcijo. Vpliv vetra na toplotne izgube se manjša z zniževanjem U-faktorja stavbnega ovoja ter je pri dobro toplotno izoliranih stavbah verjetno popolnoma zanemarljiv, kljub temu pa lahko veter zelo vpliva na vdor zunanjega zraka skozi stike elementov stavbe. 4.3 Parametri oblikovanja sistema IRsNO Osnovne specifikacije sistema integralne regulacije notranjega okolja predstavljajo ogrodje za oblikovanje sistema vodenja osvetljevanja, ogrevanja in prezračevanja v prostoru kabineta KSKE III/1. Platforma za izvajanje vodenja omogoča izvedbo širokega nabora nastavitev in načinov upravljanja s sistemom, ki je osnovan na krmilniku Mitsubishi MELSEC A2SHCPU(S1) ter nadzorni aplikaciji, izvedeni v SCADA Factory Link programskem okolju. Sistem vodenja ima tri glavne vsebinske sklope, ki se delijo glede na področje aplikacije regulacije. • Vodenje osvetlitve prostora (Preglednica 4.23) je omogočeno s šestimi venecijanskimi zunanjimi žaluzijami tipa »KRPAN 80« ter z vklapljanjem umetne osvetlitve. Vsaka žaluzija ima svoj motorni pogon, ki skrbi tako za spuščanje in dviganje žaluzije kot tudi določevanje nagiba lamel. Zaradi načina premikanja žaluzij se le-te spuščajo v zaprti poziciji, ko so popolnoma spuščene, jih ustavi končno stikalo, nakar je mogoče določati naklon lamel. Pri dviganju se žaluzije najprej popolnoma odprejo, šele nato se pričnejo premikati. Zaradi takšne specifike premikanja senčila se regulacija izvaja le pri popolnoma spuščeni žaluziji, in sicer s štirimi možnimi nakloni lamel (0°-popolnoma zaprta žaluzija, 30°, 60°, in 90°- Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 197 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 4.23: Oris osnovnih parametrov vodenja osvetljenosti kabineta KSKE III/1. Table 4.23: Basic parameter of illumination regulation in the cabinet KSKE III/1. PARAMETER OPIS Želena notranja osvetljenost prostora Definiranje notranje želene torej referenčne vrednosti osvetljenosti prostora. Utež za osvetljenost delovnega mesta 1 Utež za osvetljenost delovnega mesta 2 Histereza osvetlitve za premike lamel Histereza osvetlive za vklop umetne osvetlitve Utež (k1) za vpliv dejanske osvetljenosti delovnega mesta 1, ki določi v kolikšni meri vpliva meritev na izračun povprečne osvetljenosti prostora. Povprečna osvetljenost prostora se določi z izrazom 4.21. Utež je možno definirati na intevalu med 2.0 in 0.0. Utež (k2) za vpliv dejanske osvetljenosti delovnega mesta 2, ki določi v kolikšni meri vpliva meritev na izračun povprečne osvetljenosti prostora. Povprečna osvetljenost prostora se določi z izrazom 4.21. Utež je možno definirati na intevalu med 2.0 in 0.0. S pomočjo histereze se določi pasovno območje odstopanj, ki mora biti preseženo, da sistem izvede premik lamele. S pomočjo histereze se določi pasovno območje odstopanj, ki mora biti preseženo, da sistem aktivira umetno osvetlitev prostora. Nastavitve urnikov s stanji delovanja žaluzij Resinhonizacija pozicije žaluzij Izbira prioritetne regulacije V urnikih je možno določiti način delovanja aktuatorjev. Urniki so lahko definirani za vsak dan posebej ali pa za celotne skupine dni, npr.: delavnik, praznik, dopust... Časovni interval, v katerem sistem izvede inicializacijo začetne pozicije žaluzij. Periodična sinhronizacija pozicije je potrebna zaradi možnega seštevanja napak, ki nastanejo pri vodenju lamel. Izbor kateri reguliran parameter notranjega okolja je prioriteten. Izbor je možen med osvetlitvijo in toploto. Definiranje jakosti vetra za dvig žaluzij Konstante PID-regulatorjev Varovalo proti poškodovanju žaluzij je izvršeno s spremljanjem hitrosti vetra. Če je presežena vnešena vrednost, sistem avtomatsko dvigne vse žaluzije, ne glede na način regulacije (ročno ali avtomatsko). Konstante PID oziroma PI-regulatorjev sistema. Nastavlja se integrirni čas (Ti) in ojačanje proporcionalnega dela regulatorja (K). maksimalno odprte lamele). Za fleksibilnejšo regulacijo je omogočen tudi popoln dvig vsakega posameznega segmenta žaluzij. Ker sistem ne omogoča povratne informacije o poziciji (naklonu) lamel, se lahko med delovanjem pojavi desinhronizacija delovanja, čemur se je mogoče izogniti s ciklično inicializacijo senčila v prvotni položaj (popolnoma odprta žaluzija), interval inicializacije je mogoče poljubno nastaviti znotraj nadzorne aplikacije sistema IRsNO. Reinicializacijo žaluzije v izhodiščni položaj je mogoče izvesti tudi ročno. Zaradi izvedbe regulacije s stopenjskim odpiranjem lamel je v sistemu potrebno definirati histerezo v nivoju osvetljenosti za preklop med dvema stopnjama. Definiranje histereze preprečuje nenehno preklapljanje med dvema pozicijama v primeru mejnih vrednosti osvetljenosti prostora. Algoritem vodenja osvetlitve lahko upravlja z vsako žaluzijo posebej ali pa so le-te združene v skupine. Vzporedno z avtomatsko 198 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. regulacijo je vedno omogočena tudi ročna, ki je dosegljiva z računalniško aplikacijo IRsNO ali pa s tipkama za pomik žaluzij, ki sta nameščeni pri oknu. Glede na urnike obratovanja delovanja posamezne žaluzije je lahko le-ta popolnoma odprta, popolnoma zaprta ali pa v stanju reguliranja notranje osvetljenosti prostora. Ker se osvetljenost notranjega prostora meri na dveh delovnih mestih (O1 in O2), se za dejansko osvetljenost prostora (O) uporablja povprečje uteženih osvetljenosti posameznih delovnih mest (k1 in k2). Tako je osvetlitev prostora določena z izrazom 4.22. Če razpoložljiva dnevna svetloba ne zadošča za izpolnitev želenih vrednosti notranje osvetljenosti, sistem kot dodaten vir vključi umetno osvetlitev. Za preprečitev zaporednega pogostega vklapljanja in izklapljanja luči zaradi stopenjske regulacije lamel žaluzij je na nadzornem sistemu potrebno vnesti histerezno območje za vklop luči. Če je sistem v nočnem režimu (za regulacijo osvetljenosti ni izbrana nobena žaluzija), se tudi luči ne prižgejo. Ker so žaluzije nameščene na zunanji strani oken, je ob močnem vetru možna poškodba celotne žaluzije ali pa le posameznih elementov. Sistem IRsNO spremlja s pomočjo zunanjega senzorja tako jakost kot tudi smer vetra, kar mu omogoča, da pri močnem vetru dvigne žaluzije ter s tem prepreči poškodbe. (O1 ?k1 + O2 ?k2 ) (4.22) 2 • Regulacija notranje temperature prostora (ogrevanje in hlajenje) (Preglednica 4.24) je dosežena s pozicioniranjem žaluzij, odpiranjem okna in aktiviranjem stropnih hladilno-grelnih radiacijskih panelov. Prioritetno se vedno izbere pasivni vir, torej vire ogrevanja, ki ne potrebujejo dotoka dodatne energije iz neobnovljivih virov (sončno sevanje in zunanji zrak), šele ko je potencial takšnih virov izčrpan, se uporabijo stropni hladilno-grelni elementi. V nadzornem sistemu IRsNO se definira način delovanja tako, da se izbira med ogrevalno ali hladilno sezono. Pri ogrevanju je potrebno nastaviti želeno (referenčno) notranjo temperaturo zraka ter vrednost oziroma količino sončnega sevanja, ki je še zadovoljivo za pokrivanje potreb po ogrevanju prostora brez dodatnih virov. Če sistem ne uspe pokriti energetskih potreb prostora za vzdrževanje želene notranje temperature, se aktivirajo hladilno-grelni Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 199 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 4.24: Oris osnovnih parametrov vodenja temperature kabineta KSKE III/1. Table 4.24: Basic parameter of temperature regulation in the cabinet KSKE III/1. PARAMETER OPIS Režim delovanja Z definiranjem režima delovanja se sistemu definira ali je v ogrevalni ali v hladilni sezoni. Želena temperatura prostora Želene temperature notranjega zraka definirajo ciljne vrednosti sistema. Možen je vnos želene temperature za delovni režim (delovnik) in reducirni režim (noč, prazniki...) Definiranje notranje relativne vlažnosti za izklop hlajenja Če je definirana relativna vlažnost notranjega zraka presežena, sistem izklopi hladilne radiacijske elemente. Varovalo je namenjeno preprečevanju nastanka kondenza na hlajenih površinah seval. Pasivno hlajenje Če je sistem v hladilnem režimu, je hlajenje omogočeno s prezračevanjem, s pomočjo odpiranja okna. Definiranje zunanje relativne vlažnosti za zapiranje okna Sistem spremlja zunanjo relativno vlažnost zraka in okno avtomatsko zapre, če ta preseže definirano vrednost, s čimer se prepreči padanje dežja v prostor. Okno se zapre tudi v primeru, če je zunanja absolutna vlažnost višja od notranje želene, pri kateri hlajenje s prezračevanjem ni več učinkovito. Izbira prioritetne regulacije Gre za izbor prioritetnega reguliranega parametra notranjega okolja. Izbor je možen med osvetlitvijo in toploto. Konstante PID-regulatorjev Konstante PID oziroma PI-regulatorjev sistema. Nastavlja se integrirni čas (Ti) in ojačanje proporcionalnega dela (K). stropni paneli. Ker spreminjanje pozicije žaluzij sočasno vpliva tako na notranjo osvetljenost kot tudi notranje temperature zraka, je potrebno v nadzornem sistemu pri nastavitvah za žaluzije definirati prioritetno regulacijo. Če je izbrana pri žaluzijah prioritetna regulacija »toplota«, pomeni, da bo sistem poskušal najprej z žaluzijami uravnavati notranjo temperaturo zraka, šele nato notranjo osvetljenost delovnih mest. Ko je sistem v nastavitvah za ogrevanje, se možnost ogrevanja notranjega prostora z zunanjim zrakom zanemari, saj pogoji, ko je zunanji zrak toplejši od notranjega in je hkrati potrebno ogrevati delovno-bivalno okolje, nastopajo zelo redko. Nasprotno pa je mogoče notranji prostor hladiti s prezračevanjem, pri čemer sistem odpre okno ter spusti zunanji zrak v notranjost. Pri takšnem hlajenju je potrebna pozornost pri vlažnosti zraka, saj če je absolutna vsebnost vlage (izračun se izvede iz relativne vlažnosti in temperature zraka) v zunanjem zraku višja od želene v prostoru, hlajenje ni učinkovito oziroma se notranji bivalni pogoji poslabšajo. V tem primeru sistem kljub potrebi po hlajenju ne aktivira odpiranja okna. Če prezračevanje ne zadošča za želen učinek hlajenja prostora, IRsNO aktivira hladilno-grelne stropne panele. Seveda na notranje temperature zraka močno vpliva tudi neposredno sončno sevanje, ki povzroča možnost pregrevanja v poletnih mesecih. Podobno kot pri ogrevanju se v sistemu nastavi vrednost sončnega sevanja, ki je še sprejemljiva za uporabnike glede 200 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. toplotnega ugodja (v poletnih mesecih že relativno nizke vrednosti sončnega sevanja povzročajo pregrevanje prostorov), če je ta vrednost presežena, sistem zastre okna ter s tem prepreči vstop sevanja v prostor. Senčenje oken v obdobju hlajenja se izvaja ne glede na to, ali je prioriteta pri regulaciji žaluzij »osvetljenost« ali »toplota«, saj je uporaba umetne osvetlitve energetsko manj potratna kot hlajenje prostora z dodatnimi viri. Pri vseh operacijah avtomatskega vodenja je tako kot pri regulaciji osvetljenosti vedno možna ročna prekinitev z računalniško aplikacijo IRsNO ali pa z gumbi za upravljanje odpiranja okna in premikanja žaluzij. • Zagotavljanje kvantitete notranjega zraka (Preglednica 4.25) se izvaja z odpiranjem okna, s čimer se notranji zrak zamenja z zunanjim, svežim. Kvaliteta notranjega zraka je definirana s koncentracijo CO2 v prostoru, ki je merjena s senzorjem, nameščenim v kabinetu KSKE III/1. Ko je presežena definirana želena koncentracija CO2, sistem aktivira odpiranje okna. Ker prezračevanje služi tudi za hlajenje prostora, je povezava med hlajenjem in vzdrževanjem kvalitete notranjega zraka dosežena s spremljanjem zunanjih temperatur zraka in primerjave absolutne vlažnosti zunanjega in notranjega zraka. Ker kvaliteta zraka predstavlja prioriteto pri zagotavljanju ugodnega bivalnega okolja, prezračevanje deluje prednostno pred vsemi drugimi regulacijskimi nastavitvami. Tako pri preseženi koncentraciji CO2 sistem prezračuje prostor tudi takrat, ko takšen ukrep pomeni nižjo energetsko učinkovitost. Edini razlog za preprečitev prezračevanja kabineta so neugodni zunanji vremenski pogoji oziroma takrat, ko obstaja nevarnost padanja dežja ali snega v prostor. Sistem IRsNO pri odpiranju okna spremlja zunanje vremenske razmere ter pri nastopu visoke relativne vlažnosti zunanjega zraka (dež ali sneg) prepreči oziroma zadrži odpiranje okna, če pa je to že odprto, ga zapre. Preglednica 4.25: Oris osnovnih parametrov vodenja kvalitete zraka kabineta KSKE III/1. Table 4.25: Basic parameters of air quality regulation in the cabinet KSKE III/1. PARAMETER OPIS Kritična vsebnost CO2 Nastavljena maksimalna vrednost vsebnosti CO2 v zraku, ki je še sprejemljiva za kvaliteten notranji zrak. Histereza za zaprtje okna Ko vrednost CO2 pade pod definirano histerezno območje od kritične meje, se okno zapre. Definiranje zunanje relativne vlažnosti za zapiranje okna Sistem spremlja zunanjo relativno vlažnost zraka in če ta preseže definirano vrednost, se okno avtomatsko zapre ter s tem prepreči padanje dežja v prostor. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 201 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Zbiranje podatkov sistema poteka periodično vsakih 30 s, saj zaradi dinamike obravnavanih procesov manjša perioda ni smiselna. Predvsem pri termičnih procesih manjša perioda ne bi vplivala na boljšo ali hitrejšo odzivnost sistema. Izvedba dejanskega sistema vodenja bo v kabinetu KSKE III/1 potekala v dveh fazah, pri čemer prva faza obsega izvedbo klasične regulacije s pomočjo PI-regulatorjev ter testiranje in uglašavenje tako senzorjev kot tudi izvršnih členov. V drugi fazi bodo v regulacijsko shemo vključeni tudi mehki regulatorji, ki bodo oblikovani po zasnovi, predstavljeni v pričujoči nalogi. Izvedba mehke regulacije bo vključena v sistem vodenja tako, da bo omogočen prehod z mehkega na klasičen način vodenja, če bo to potrebno ali zaželeno. Odločitev za izvedbo možnosti preklopa znotraj noadzorne aplikacije je bila sprejeta zaradi želje po možnem primerjanju delovanja obeh načinov regulacije. V trenutnem stanju je izvedena prva faza izvedbe sistema IRsNO, ki obsega postavitev sistema PI-regulatorjev ter njihovo testiranje in odpravljanje napak delovanja. Shema strukture izvedenega dela sistema IRsNO v računalniškem okolju IDR BLOK se nahaja v prilogi C. 4.4 Nadzorna aplikacija IRsNO Nadzorna aplikacija vodenja sistema notranjega okolja v kabinetu KSKE III/1 je izvedena v okolju SCADA Factory Link in je nameščena v sosednjem prostoru na osebnem računalniku z Microsoft XP operacijskim sistemom. Aplikacija uporabnikom omogoča dostop do nastavitev in funkcij sistema vodenja ter izvaja komunikacijo med krmilnikom Mitsubihi A2SHCPU(S1) in človeškim operaterjem. Nadzorni sistem je izvedlo podjetje INEA, d. o. o., po specifikacijah in v sodelovanju s KSKE. Pri zagonu aplikacije se odpre osnovno okno z vhodnim menijem (Slika 4.48), ki predstavlja vstopno točko v program ter omogoča dostop do različnih podmenijev s prikazom stanja sistema ter možnostmi spreminjanja nastavitev. Pri vsakem ponovnem zagonu aplikacije je ta v načinu »obiskovalec«, ki uporabniku ne omogoča spreminjanja nastavitev in dostopa do naprednih funkcij, ampak le ogled poteka merjenih količin in stanja aktuatorjev, torej dostop do podmenijev »Main« in »Trendi«. Za dostopanje do naprednih funkcij, kot je nastavljanje parametrov želenih vrednosti v podmeniju »Regulator«, pa je potrebno vnesti v osnovnem 202 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. meniju geslo s skrbniškim dovoljenjem. Po vnosu ustreznega gesla je preko glavnega menija sistema uporabniku omogoča dostop do sledečih podmenijev: • geslo – prijava (F3) – prijava uporabnikov, • geslo – odjava (F4) – odjava uporabnikov, • main (F5) – prikaz merjenih količin, prikaz želenih količin, prikaz stanja aktuatorjev, prikaz režima regulacije, • trendi (F6) – grafični prikaz izbranih merjenih količin, • eksperiment (F7) – nalaganje predhodno shranjenega eksperimenta ter obdelava eksperimentov, • regulator (F8) – spreminjanje nastavitev sistema vodenja s prenastavljanjem želenih vrednosti, režimov delovanja ter načina delovanja posameznih elementov regulacije, • alarmi (F9) – izpis in obdelava alarmov, ki so se dogodili med delovanjem sistema, • analiza alarmov (F11) – podmeni menija alarmi, ki omogoča analizo alarmov, • zgodovina alarmov (F12) – priklic zgodovine alarmov za poljubno izbrano časovno obdobje, • urniki (F10) – nastavljanje, urejanje in vnos novih urnikov s specifikacijami delovanja sistema, • sistem – pregled delovanja sistema ter povezav s krmilnikom, • nastavitev časa – gumb za nastavitev ure in datuma, • zaustavitev serverja – gumb za varno zaustavitev strežnika aplikacije, • izhod iz aplikacije – gumb za izključitev programa. Po podmenijih se je mogoče premikati s pomočjo pritiska na ustrezno ikono ali pa z bližnjicami preko funkcijskih tipk (od F3 do F12). Vsi podmeniji v aplikaciji sistema vodenja IRsNO so razdeljeni na tri osnovne dele, pri čemer so v zgornjem delu ekrana nanizane ikone za dostop do glavnega menija in ostalih podmenijev, v spodnjem delu se nahajajo prikaz trenutnega časa in datuma ter vrstica s prikazom zadnjega alarma in tipka za potrditev le-tega. Osrednji del ekrana je namenjen vsebini trenutno izbranega menija. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 203 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. V podmeniju »Main« (Slika 4.49) so, kot je bilo že omenjeno, prikazana stanja vseh merjenih količin, želenih vrednosti in pozicije ter način delovanja aktuatorjev. Med merjenimi količinami zunanjega okolja so prikazane: • direktno sončno sevanje (W/m2), • difuzno sončno sevanje (W/m2), • osvetljenost (lx), • temperatura zraka (°C), • relativna vlažnost zraka (%), • specifična vlažnost zraka (g/Kg), • hitrost vetra (m/s), • smer vetra (°). Slika 4.48: Vstopno okno v računalniški nadzorni aplikaciji IRsNO. Fig. 4.48: Main menu of the computer application IRsNO. 204 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Količine bivalno-delovnega okolja so prikazane vzporedno z želenimi vrednostmi, ki so prikazane pod merjenimi v modri barvi. Prikazane količine notranjega okolja so sledeče: • povprečna osvetljenost prostora (lx), določena s pomočjo izraza 4.21, • utežena vrednost osvetljenosti delovnega mesta 1 (lx), • utežena vrednost osvetljenosti delovnega mesta 2 (lx), • temperatura zraka (°C), • relativna vlažnost zraka (%), • specifična vlažnost zraka (g/Kg), • koncentracija CO2 (ppm). Slika 4.49: Okno »Main« je glavno okno aplikacije IRsNO, na katerem so predstavljene vse merjene in želene količine ter stanja aktuatorjev. Fig. 4.49: »Main« is the main supervision window of the IRsNO application, where all set point and measured values as well as all the actuator states are displayed. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 205 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. V spodnjem delu podmenija »Main« so prikazana stanja aktuatorjev s trenutnimi pozicijami in načinom delovanja. Pri žaluzijah sta tako označena način delovanja (R – ročno, A – avtomatsko, U – delovanje po urniku) ter pozicija lamel. Pri ogrevalno-hladilnih elementih so označeni: način delovanja (ogrevanje ali hlajenje), grafično prikazana merjena in želena temperatura notranjega zraka, vstopna in izstopna temperatura hladilnega ali ogrevalnega medija ter trenutna in kumulativna poraba energije. Pri osvetlitvi (luči) je grafično prikazana merjena in želena osvetljenost prostora. Grafična predstavitev vseh spremljanih količin v obliki diagramov je omogočena v podmeniju »Trendi« (Slika 4.50), kjer se izrisujejo izbrane količine v določeni časovni skali, ki jo je mogoče definirati z ukaznimi gumbi v spodnjem delu ekrana. Vsaki od prikazanih količin je mogoče določiti ustrezno barvo, s kurzorjem in Slika 4.50: V oknu »Trendi« so grafično prikazani trendi izbranih merjenih količin. Fig. 4.50: Window »Trendi« is where all of the measured values can be displayed in the form of diagrams. 206 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.51: V oknu »Eksperiment« je omogočeno zaganjanje in shranjevanje predhodno definiranih eksperimentov, prikazane so želene vrednosti definirane v eksperimentu ter tudi trenutne vrednosti. Fig. 4.51: In the »Eksperiment« window managing of the previously defined experiments is possible. klikom na odgovarjajoče mesto grafičnega prikaza pa je mogoče odčitati stanje izrisanih količin v določenem trenutku. Predhodno shranjene in definirane eksperimente je mogoče priklicati in zagnati v podmeniju »Eksperiment« (Slika 4.51), kjer je uporabniku omogočeno delo z zagonom želenega eksperimenta. Mogoče je definirati začetni in končni čas, avtorja eksperimenta, ime eksperimenta, identifikacijsko oznako in poljubne opombe uporabnika. Glavni podmeni za določanje nastavitev delovanja sistema je »Regulator« (Slika 4.52), kjer so uporabniku s skrbniškimi pravicami omogočene spremembe nastavitev sistema IRsNO. V Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 207 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. podmeniju se nahajajo skupine z nastavitvami, ki definirajo delovanje posameznih elementov regulacije: • žaluzije – določiti je mogoče interval resinhronizacije pozicije žaluzij (merjeno v minutah) ali pa resinhronizacijo izvesti ročno s pritiskom na gumb. Kot varovanje pred poškodbami je potrebno vnesti ustrezno jakost vetra, pri kateri sistem avtomatsko dvigne žaluzije. Mogoče je tudi določiti način delovanja za vsako žaluzijo posebej, kar pomeni, da je lahko posamezna žaluzija v avtomatskem načinu (pozicija se regulira glede na trenutno nastavljen regulator), ročnem (ročno upravljanje) ali pa glede na urnik delovanja (v urniku je definiran način vodenja Slika 4.52: V oknu »Regulator« je uporabniku z administratorskimi pravicami omogočeno spreminjanje režimov, referenčnih vrednosti, histereznih zank ter načinov vodenja (ročno, avtomatsko). Fig. 4.52: In the »Regulator« window user with administrator privileges can change and modify operating regimes, set point values, histeressis loops and modes of regulation (manual, automatic). 208 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.53: V preglednici »Alarmi« je možen pregled in potrditev vseh izbranih alarmov ali samo posameznega alarma sistema. Alarmi uporabnika opozarjajo na delovanje sistema, ki je bilo sproženo zaradi nepričakovanih dogodkov kot je dež, močan veter in podobno. Fig. 4.53: The table »Alarmi« enables the overview and confirmation of all chosen alarms or just one single alarm of the system. Alarms are designed to notify the user of the system functioning due to abnormal weather conditions (rain, wind…). žaluzije, ki je lahko poljuben). Omogočeno je tudi definiranje zaporedja dvigovanja žaluzij, in sicer tako, da se za vsako žaluzijo določi zaporedje prioritete popolnega dviga žaluzije (definirati je mogoče prioriteto od 0 do 6, pri čemer 0 pomeni da se žaluzije nikoli ne dvignejo); okno – parametri, ki določajo delovanje prezračevanja z odpiranjem in zapiranjem okna. Mogoče je vnesti maksimalno dovoljeno koncentracijo CO2 (ppm), histerezno zanko za zaprtje okna (ppm) ter intervale trajanja prezračevanja. Kot varovalo pred padanjem dežja v prostor je določena relativna vlažnost zunanjega zraka, ki prepreči odpiranje okna ko je dosežena; Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 209 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.54: Zgodovina alarmov omogoča ogled alarmnih sporočil za poljuben razpon datumov v preteklosti. Fig. 4.54: History of alarms enables viewing of previous alarm messages. • svetlobni senzorji – na področju določevanja želenih in mejnih parametrov za osvetlitev prostora se določijo notranja želena vrednost osvetlitve ter vplivni utežni faktorji za oba merilna mesta osvetljenosti v prostoru (k1 in k2 – glej izraz 4.21). Določi se tudi mejna zunanja vrednost osvetljenosti, ki še dovoljuje aktivacijo umetne osvetlitve. V zadnjem delu parametrov je mogoče definirati obseg histereznih zank za premik lamel, za dvig žaluzij ter vklop umetne osvetlitve ter časovni interval za izvedbo premika, vklopa in dviga. Časovni interval omejuje pogostost premikov, saj sistem znotraj trajanja intervala ne more ponovno premakniti lamele ali vklopiti luči; • ogrevalno-hladilni paneli – mogoče je izbrati način delovanja, torej ali sistem hladi ali ogreva prostor, ter referenčni temperaturi za notranjo temperaturo zraka (delovni in reducirni način delovanja) in želeno relativno vlažnost notranjega zraka. Ali je 210 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. sistem v delovnem ali reduciranem režimu, je mogoče definirati s pomočjo urnikov ali pa ga neposredno definira operater ter takrat izbere med izklopom, delovnim ali reduciranim načinom delovanja. Kot varovalo pred nastankom kondenza na grelno-hladilnih panelih v času hlajenja se vnese maksimalna dovoljena relativna vlažnost Slika 4.55: Osnovni podmeni za dostop do urnikov sistema IRsNO. Fig. 4.55: Sub-menu for the access to the schedules of the IRsNO system. Slika 4.56: Meni za vnos urnikov omogoča časovno določevanje urnikov za vsak dan posebej ali pa za skupine dni z istimi značilnostimi (npr.: delavniki, prazniki). Fig. 4.55: Menu for the schedule input enables definition of different schedules for different days or the same schedule to a group of days with the same common characteristics (work day, weekend…). Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 211 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. prostora; • regulator – na tem področju je mogoče spreminjati ojačanje (K) in integrirni čas (Ti) za PI pomožne regulatorje regulacijske zanke osvetljenosti in ogrevanja. V podmeniju »Alarmi« (Slika 4.53) so zbrani vsi alarmi, ki jih uporabnik še ni pregledal in potrdil. S potrditvijo alarma le-ta preide iz seznama aktualnih alarmov v podmeni »Zgodovina alarmov« (Slika 4.54), ki predstavlja bazo podatkov, v kateri so zbrani vsi alarmi, ki so se sprožili v času delovanja sistema. Skozi zgodovino je mogoče navigirati s pomočjo časovnega filtra. Način delovanja sistema vodenja je mogoče vnaprej določiti s pomočjo vnosa urnikov, ki časovno definirajo začetek, konec in načina delovanja. Urnik je mogoče določiti poljubno za vsak dan v letu ali pa se definirajo splošni urniki za delovnike, sobote, nedelje, praznike ... Do Slika 4.57: Urejevalnik urnikov, v katerem je možno definirati časovno način delovanja sistema. Fig. 4.57: Schedule editor enables time dependant definitions of system actions. 212 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. podmenija za upravljanje z urniki je mogoče dostopati iz glavnega menija s pritiskom na tipko »Urniki« ali pa preko bližnjice s pritiskom funkcijske tipke F10. Pri vstopu v podmeni »Urniki« (Slika 4.55) je mogoče nadalje dostopati do funkcij, ki omogočajo delo z urejanjem in definiranjem urnikov, ter nove urnike naložiti v sistem vodenja. Omogočena je izbira med vpisom urnikov (F2), pošiljanjem slednjih v sistem (F3) in njihovim preverjanjem (F4). Z izbiro vpisa urnikov uporabnik dostopa do mesečnega koledarja, kjer je mogoče vsakemu dnevu predpisati odgovarjajoči želeni način delovanja z definiranjem odgovarjajočega urnika (Slika 4.56). Vsebina izbranega urnika pa se lahko spreminja z ukazom »Dnevni režim«, ki odpre okno za urejanje trenutno izbranega urnika (Slika 4.57). Nov urnik se vnese s pomočjo ukaza »Nov dnevni režim«, ki zažene urejevalnik urnikov (Slika 4.57). Ko je delo z urniki zaključeno, je potrebno vse spremembe poslati v sistem vodenja, kar se izvede z ukazom »Pošlji urnike«. 4.5 Zagon sistema IRsNO Sistem IRsNO je bil dokončno nameščen in prvič zagnan v testno uporabo 12. 3. 2008. Začetno delovanje sistema je bilo namenjeno predvsem izvajanju testiranj za določitev odzivnosti sistema ter odpravljanju napak izvedbe s posebnim poudarkom na določanju potrebnih izboljšav vmesnika nadzornega sistema vodenja (računalniška aplikacija). V prvi fazi je bila nameščena le klasična regulacija brez vgrajenih mehkih regulatorjev, ki bodo dodani po začetnih testiranjih in izboljšavah sistema. Sistem vodenja in njegove nastavitve bodo oblikovani s pomočjo eksperimentalnega pristopa, saj dejanskih referenc, razen odziva testne celice KAMRA, ni. Na začetku obratovanja sistema IRsNO je bila izvedena serija eksperimentalnih tekov, s katerimi se je spoznal odziv prostora ter so se definirale pomanjkljivosti delovanja sistema. Teh eksperimentov sicer ni mogoče okarakterizirati kot prosti tek sistema, saj je le-tega pri trenutnih pogojih, kjer je kabinet KSKE III/1 neprestano v uporabi, nemogoče izvesti. Prav vpliv uporabnikov se bo verjetno z začetnimi eksperimenti izkazal kot ključen za izoblikovanje primernega delovanja IRsNO, saj s svojimi željami ter predstavo o tem, kakšno mora biti njihovo delovno okolje, odločujoče vplivajo na oceno ustreznosti delovanja ter posledično s spreminjanjem nastavitev tudi na dejansko delovanje sistema. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 213 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Konfiguracija sistema pri zagonu prvih testiranj ni bila popolna, ker v prvi fazi še nista bila nameščena kalorimetra na grelno-hladilnih panelih, ki bosta merila in spremljala porabo energije za ogrevanje in hlajenje prostora (glej poglavje 3.4.1, slika 3.7). Pri začetnem testiranju sistema se je pokazalo, da sistem ogrevalno-hladilnih panelov v načinu ogrevanja z zaustavitvijo črpalke ni sposoben zaustaviti pretoka skozi panele, saj je pritisk v razvodu centralnega ogrevanja stavbe FGG na Jamovi cesti 2 premočan. Rešitev za pričujočo težavo bo vgraditev avtomatsko vodenega ventila, ki bo pri zaustavitvi črpalke tudi zaprl dotok ogrevalnega medija v sistem panelov. Ventil bo vgrajen pri naslednji posodobitvi IRsNO-ja, torej sočasno s priključitvijo kalorimetrov. Opisana težava s pretokom ogrevalnega medija skozi panele se pri preklopu sistema na hlajenje ne pojavlja. Pri vodenju osvetljenosti so se pri prvih testnih zagonih sistema pokazale težave z namestitvijo in tipom senzorjev za merjenje notranje osvetljenosti (LI06 LRA proizvajalec Thermokon). Pri teh se je izkazalo, da dejansko merijo zelo ozek kot vpadne svetlobe, ter zaradi te značilnosti meritev, ki jih podajo, v večini primerov ne kažejo realne osvetljenosti delovnih površin prostora. Senzorja lahko v primerjavi z ročnim luksmetrom izmerita tudi do 200 lx nižjo osvetljenost, pač odvisno od njune pozicije. Takšno delovanje senzorjev za merjenje svetlobe za uporabo pri določanju nivoja notranje osvetljenosti ni uporabno in bi jih bilo potrebno zamenjati s senzorji, ki imajo večji vidni kot kakor uporabljena senzorja LI06. Kljub vsemu pa zaradi praktičnih razlogov zamenjava v prvi fazi ni bila izvedena, saj bi to pomenilo nepotrebno zamudo pri testiranju zagona sistema IRsNO. Rešitevi za nastali problem sra bila iskanje pozicije senzorjev, ki da ustrezen približek meritve, ter kompenziranje izmerjene osvetljenosti z določitvijo utežnostnih faktorjev (k1 in k2). potrebno je opozoriti, da opisana rešitev glede merjene dejanske notranje osvetljenosti delovnih mest v prostoru kabineta predstavlja le začasno rešitev za čas izvajanja prvega dela testiranja sistema. V naslednjih poglavjih bodo predstavljene prve meritve, pridobljene med eksperimentalnimi teki sistema IRsNO, ki so bili izvedeni pri nastavljanju njegovih parametrov regulacije. Komentirani bodo predvsem odzivnost sistema ter značilnosti prostora in načina uporabe, ki se odražajo pri kontaminaciji notranje atmosfere z ogljikovim dioksidom. 214 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.5.1 Osvetljenost prostora Prvi eksperimenti z regulacijo osvetljenosti kabineta KSKE so potrdili predvidevanja simulacijskih izračunov, izvedenih v računalniški aplikaciji SPOT. Podobno kot pri simulacijah osvetljenosti se je tudi v začetnih poizkusih pokazala relativno problematična osvetljenost obeh delovnih mest v kabinetu. Kritične so predvsem dopoldanske in jutranje ure, saj je takrat severozahodna stran stavbe FGG (tam se nahaja kabinet KSKE) v senci ter tako nanjo ne vpliva neposredno sončno sevanje. Težava s prenizko osvetljenostjo se potencira v času oblačnega vremena. Po začetnih težavah z nameščenimi senzorji osvetljenosti sta bila senzorja pozicionirana tako, da je bil senzor na delovnem mestu 2 obrnjen proti zasteklitvi, medtem ko je bil senzor na delovnem mestu 1 v horizontalnem položaju (za položaja delovnih mest glej sliko 3.4). Takšna konfiguracija merjenja se je s preizkusi pokazala kot dokaj kredibilna glede podajanja realnih meritev notranje osvetljenosti prostora. 21. 3. 2008 ZUNANJA IN NOTRANJA OSVETLJENOST 16000 0:00:00 1:40:00 3:20:00 5:00:00 6:40:00 8:20:00 10:00:00 11:40:00 13:20:00 15:00:00 16:40:00 18:20:00 20:00:00 21:40:00 23:20:00 ČAS ILL-ext------ILL2-int Slika 4.58: Primerjava med notranjo osvetljenostjo delovnega prostora 2 in zunanjo osvetljenostjo. Pričujoči dan je bil izredno oblačen z občasnimi snežnimi padavinami. Fig. 4.58: Comparison of internal illumination o the workspace 2 and the external illumination. The weather on the day in question was heavily overcast with occasional snow showers. 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 215 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Eksperiment, izveden s popolnoma odprtimi vsemi žaluzijami, je bil izveden z namenom, da je bila pridobljena korelacija med zunanjo in notranjo osvetljenostjo prostora, kadar okna niso senčena ter je sistem regulacije osvetljenosti izključen. Podobno nas je v tem eksperimentu zanimala tudi povezava med meritvama notranje osvetljenosti na različnih mestih ter pod nekoliko drugačnimi pogoji. Na sliki 4.58 je prikazan diagram merjene zunanje osvetljenosti ter meritve notranje osvetljenosti na delovnem mestu 2. Prikazani dan je bil izrazito oblačen z mnogimi snežnimi plohami, zato tudi zunanja osvetljenost nikoli ni presegla vrednosti, višje od 16000 lx, kar pri dnevih z lepšim vremenom ni nič nenavadnega. Maksimalna dnevna vrednost zunanje osvetljenosti je segla do 15384 lx in je bila dosežena v poznem dopoldnevu. Sledilo je močno poslabšanje vremena, kar se odraža tudi pri zunanji osvetljenosti, saj se je leta v času 15 minut zmanjšala kar za 10000 lx. Opazovanje notranje osvetljenosti kaže, da se zunanje spremembe v nivoju osvetljenosti zelo hitro odražajo tudi na notranjih vrednostih. Primerjava diagramov zunanje in notranje osvetljenosti na delovnem mestu 2 kaže skoraj identično obliko z nekoliko zamaknjenimi maksimalnimi in minimalnimi vrednostmi. Maksimalna vrednost notranje osvetljenosti je dosegla vrednost 1409 lx, ki pa časovno ne sovpada z maksimumom, doseženim pri zunanji osvetljenosti. Primerjava med dvema 1600 21. 3. 2008 MERITEV NOTRANJE OSVETLJENOSTI V KABENETU KSKE III/1 (MERITVE IZVEDENE NA DVEH DELOVNIH MESTIH) 0:00:00 1:40:00 3:20:00 5:00:00 6:40:00 8:20:00 10:00:00 11:40:00 13:20:00 15:00:00 16:40:00 18:20:00 20:00:00 21:40:00 23:20:00 ČAS ILL2-intILL1-int ILL-setpoint 1400 1200 1000 800 600 400 200 •¦ Slika 4.59: Notranja osvetljenost na obeh delovnih mestih. Fig. 4.59: Internal illumination of workplace 1 and 2. 216 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. različnima meritvama osvetljenosti v prostoru kabineta KSKE III/1 (delovno mesto 1 in 2), predstavljena na sliki 4.59, nazorno kaže različne pogoje, ki nastanejo v različnih delih prostora. Prav tako pa se v prikazanih meritvah odraža razlika v poziciji senzorja, saj je horizontalno pozicioniran senzor veliko manj občutljiv na zunanje spremembe, kar je bilo tudi pričakovati, saj ni obrnjen proti odprtini, ampak proti stropu prostora. Slika 4.60 prikazuje zgodnje testiranje regulacije notranje osvetljenosti prostora s klasičnimi regulatorji za pozicioniranje žaluzij na oknu kabineta KSKE. Avtomatska regulacija osvetljenosti je bila aktivna od 7.00 do 18.00 ter je vodila pet žaluzij, šesta, skrajno desna in zgornja žaluzija, pa je bila ves čas odprta. Sistem je dokaj ugodno reguliral notranjo osvetljenost, saj so največja odstopanja od želene vrednosti 500 lx znašala ± 350 lx. V popoldanskem času je vidno problematično nihanje oziroma »žaganje« nivoja notranje osvetljenosti prostora zaradi neposrednega vpada sončnega sevanja v prostor. Sistem je bil v tem času očitno nesposoben primerno odreagirati, saj so bile žaluzije preveč odprte ali pa preveč zaprte. Delovanje sistema v začetnih testiranjih je pokazalo na manjšo dinamiko 20. 3. 2008 REGULACIJA NOTRANJE OSVETLJENOSTI KABINETA KSKE III/1 1600 /Wl L I ilnll A i i/Mi ftiin i 0:00:00 1:40:00 3:20:00 5:00:00 6:40:00 8:20:00 10:00:00 11:40:00 13:20:00 15:00:00 16:40:00 18:20:00 20:00:00 21:40:00 23:20:00 ČAS ILL2-intILL1-int ||_L-setpoint Slika 4.60: Notranja osvetljenost na obeh delovnih mestih ob vključeni avtomatski regulaciji notranje osvetljenosti prostora kabineta KSKE. Fig. 4.59: Internal illumination of workplace 1 and 2 when the automatic system IRsNO was active. 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 217 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. sprememb v nivoju notranje osvetljenosti v odvisnosti od zunanjih sprememb ,kot se je ta odražala v sistemu KAMRA. 4.5.2 Temperaturni odziv prostora Med prvo fazo testiranja in delovanja sistema ter merjenja notranjih parametrov okolja sistem grelno-hladilnih panelov ni deloval pravilno oziroma zaradi visokih tlakov v sistemu razvoda centralnega ogrevanja ni bilo mogoče zaustaviti pretoka tople vode v panele. Ta težava se bo razrešila pri naslednji posodobitvi sistema, ko bo vgrajen dodatni avtomatsko vodeni ventil za zapiranje pretoka. Meritve temperatur tako odražajo le ogrevanje prostora, pri čemer notranja temperatura ni bila regulirana s pomočjo sevalnih panelov, saj regulacija pretoka ogrevalnega medija ni bila mogoča. Slika 4.61 prikazuje temperaturni potek v trenutnem stanju regulacije sistema. Z nje je razvidna dejanska temperaturna stabilnost prostora z minimalnimi spremembami, ki so nastopile zaradi prezračevanja ter odsotnosti dodatnih virov (ljudje, računalniki) v prostoru. Žaluzije v kabinetu so bile regulirane avtomatsko tako da so v 19. 3. 2008 NOTRANJA IN ZUNANJA TEMPERATURA 0:00:00 1:40:00 3:20:00 5:00:00 6:40:00 8:22:30 10:02:30 11:42:30 13:22:30 15:02:30 16:42:30 18:22:30 20:02:30 21:42:30 23:22:30 ČAS T-intT-setpoint-del -----------T-ext T-setpoint-red Slika 4.61: Notranja in zunanja temperatura s prikazanima želenima vrednostima v delovnem času (T-setpoint-del) in nočnem času (T-setpoint-red). Fig. 4.61: Internal end external air temperature with set point values shown for the daily (T-setpoint-del) and nightly (T-setpoint-red) regime. 30 25 20 15 10 5 i/ -5 218 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. popoldanskih urah preprečile pregrevanje kabineta, do katerega bi prišlo, če ne bi bila okna senčena, saj je bil predstavljeni dan (Slika 4.61) izrazito sončen. Ker ogrevalni elelementi v prostoru niso bili regulirani, se kaže neprimernost notranjega toplotnega okolja, saj trenutno stanje kaže velik potencial za prihranke pri ogrevanju, če bi bil ogrevalni sistem ustrezno voden. Upravičenost avtomatskega sistema, kot je IRsNO, se pokaže že pri tako trivialnem prikazu, kot je pretirano ogrevanje stavbe FGG brez kakršne koli ustrezne kontrole ter smiselnega načina odzivanja na zunanje pogoje. V sklopu merjenja notranjega temperaturnega okolja kabineta KSKE je bila spremljana tudi relativna vlažnost zraka, saj le-ta vpliva tudi na dojemanje temperature oziroma zmožnost telesa, da se hladi z odvajanjem vlage s površine kože (znojenje). Izvedene meritve so potrdile že predhodno znano dejstvo, da ima stavba FGG na Jamovi cesti 2 zelo nizko raven relativne zračne vlage. Iz meritev na sliki 4.62 je vidna skoraj konstantna vrednost notranje relativne zračne vlage od 19 do 22 % kljub izrazitemu nihanju zunanje vlažnosti (od 25 do 92 %). 19. 3. 2008 RH NOTRANJEGA IN ZUNANJEGA ZRAKA 100 0:00:00 1:40:00 3:20:00 5:00:00 6:40:00 8:22:30 10:02:30 11:42:30 13:22:30 15:02:30 16:42:30 18:22:30 20:02:30 21:42:30 23:22:30 ČAS RH-int RH-ext Slika 4.62: Korelacija med notranjo in zunanjo relativno vlažnostjo zraka. Manjši skoki v drugače konstantnem nivoju notranje vlažnosti zraka so posledica prezračevanja. Fig. 4.62: Correlation between the internal and external relative humidity. Fluctuations seen in the otherwise constant value of internal air humidity are the result of ventilation. '.••• 80 70 60 50 40 30 20 10 •¦ Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 219 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Spremembe v nivoju notranje relativne zračne vlage so nastopile le pri prezračevanju, kar je vidno na sliki 4.62 od 11.30 do 14.40, vendar so bila tudi ta nihanja le trenutna. Tako nizka vrednost relativne zračne vlage v prostoru kabineta KSKE je s stališča kvalitetnega delovno-bivalnega okolja nesprejemljiva, saj pri ljudeh povzroča izsuševanje kože in nosne sluznice. Rešitev takšne situacije bi bila mogoča le z uvedbo aktivnega navlaževanja prostora. 4.5.3 Kvaliteta zraka Pri spremljanju notranjih nivojev koncentracije CO2 se je izkazalo, da so mejne nastavljene vrednosti maksimalne koncentracije (900 ppm) pri polno zasedenem prostoru zelo hitro dosežene. Ker je prostor kabineta KSKE III/1 sestavljen iz dveh prostorov, ki sta večino časa povezana z odprtimi vrati, vplivajo na količino prisotnega CO2 vsi uporabniki v obeh sobah. Pri polni zasedenosti kabineta sta v prvi sobi, kjer je nameščen merilec CO2, prisotni dve osebi ter tri v sosednji sobi. Na sliki 4.63 je prikazan tipičen dan, ko prostor ni konstantno zaseden, saj so uporabniki odhajali in prihajali. Iz diagrama je lepo viden vpliv uporabnikov, 14. 3. 2008 KONCENTRACIJA CO2 V KABINETU KSKE III/1 ( i t j \ \ j \ \ J \ l^V-^w" r~~^/ ^>- ^y-„ ^^r^^v~ 3:00:00 4:15:00 5:30:00 6:45:00 8:00:00 9:15:00 10:31:00 12:25:30 13:40:30 14:55:30 16:10:30 17:25:30 18:40:30 19:55:30 21:10:30 22:25:30 23:40:30 ČAS CO2-koncent CO2-kritic Slika 4.63: Prikaz vsebnosti CO2 v kabinetu KSKE III/1 prikazuje vpliv uporabnikov, prezračevanja in nezrakotesnosti ovoja stavbe. Fig. 4.63: CO2 concentration in the cabinet KSKE III/1 during one day shows the impact of the users, of the ventilation and air permeability of buildings envelope. 1100 1000 900 800 700 600 500 400 220 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. saj se prične koncentracija CO2 dvigati zjutraj ob 7.15, ko se je prostor začel uporabljati, ter je naraščala vse do 12.30, ko koncentracija doseže 1040 ppm in so uporabniki ročno prezračili prostor, saj je bila avtomatska regulacija odpiranja okna izključena. Prostor je potreboval približno 30 minut, da so se notranje vrednosti koncentracije CO2 spustile pod mejno določenih 900 ppm. Izmenjava zraka ter s tem tudi CO2 med notranjo atmosfero in zunanjostjo se izvaja tudi v času, ko okna niso odprta, saj ovoj stavbe ni popolnoma zrakotesen. Pojav nezrakotesnosti ovoja stavbe FGG je lepo viden iz padajočega trenda koncentracije CO2 v kabinetu KSKE III/1, saj ta pada z okvirno hitrostjo 80 ppm/h. Tako se vrednosti CO2 v prostoru kabineta, potem ko so uporabniki zapustili prostor, ustalijo na okoli 500 ppm ter na tej stopnji ostanejo do začetka naslednjega delovnika (Slika 4.63). Večjo obremenjenost prostora z uporabniki kaže diagram na sliki 4.64, kjer je bil prostor skoraj neprestano popolnoma zaseden. Avtomatsko odpiranje okna je bilo vključeno ter nastavljeno na maksimalno mejno vrednost CO2 900 ppm. Ko je bila ta vrednost dosežena, je sistem IRsNO avtomatsko odprl okno ter pričel prezračevati. Okno je bilo odprto do takrat, ko 19. 3. 2008 KONCENTRACIJA CO2 V KABINETU KSKE III/1 0:00:00 1:40:00 3:20:00 5:00:00 6:40:00 8:22:30 10:02:30 11:42:30 13:22:30 15:02:30 16:42:30 18:22:30 20:02:30 21:42:30 23:22:30 ČAS CO2-koncent CO2-kritic Slika 4.64: Z uporabniki močno obremenjen prostor, viden je učinek avtomatskega prezračevanja prostora s sistemom IRsNO. Fig. 4.64: Fully occupied space – the effect of automatic ventilation is clearly distinguishable from the shape of the CO2 concentration graph. 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 221 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. je senzor zaznal, da se je koncentracija CO2 v prostoru spustila za 100 ppm pod maksimalno dovoljeno vrednostjo. Zaradi zakasnitve meritve ter mešanja zraka v prostoru se vsebnost CO2 v notranji atmosferi spušča še kar nekaj časa po zaključku prezračevanja. Nazobčana oblika grafa v območju od 11.30 do 14.30 priča o zelo močni obremenjenosti prostora z izdihanim CO2. V tem času se je moral prostor prezračiti štirikrat. Podobno kot je bilo že vidno s slike 4.64, se v popoldanskih urah koncentracija zmanjšuje, vse dokler se ne ustali na vrednostih okoli 500 ppm, ki očitno predstavljajo koncentracijo CO2 v zunanjem zraku na področju Ljubljane. Dvig vsebnosti ogljikovega dioksida, viden na sliki 4.64, od 20.00 do 21.00 je odraz zasedenosti prostora, saj je bil v tem času v prostoru prisoten uporabnik. Začetne meritve koncentracije CO2 v prostoru kabineta KSKE so pokazale izrazit vpliv uporabnikov, saj se, če je prostor polno zaseden, koncentracija CO2 zelo hitro približa mejni dovoljeni vrednosti. Prezračevanje z avtomatskim odpiranjem okna deluje učinkovito, saj v okvirno 10 minutah prezrači prostor do te meje, da vrednosti CO2 padejo 100 – 150 ppm, pač odvisno od zasedenosti prostora. Po odhodu uporabnikov se prostor brez prezračevanja z izmenjavo zraka z zunanjostjo skozi netesen ovoj stavbe vrne na izhodiščno količino CO2 (vsebnost v zunanjem zraku) po približno 5 ali 5.5 urah oziroma s hitrostjo cca 80 ppm/h. 4.6 Nastavitve mehkih regulatorjev IRsNO V drugi fazi izvedbe sistema IRsNO bo po zakjučitvi optimizacije ter odpravljanja napak sistema vodenja le-ta nadgrajen z mehkimi regulatorji. Ti bodo v sistem vključeni tako, da bo ves čas delovanja avtomatskega vodenja možen preklop med klasično in mehko regulacijo. Razloga za takšno odločitev sta možnost primerjanja med obema načinoma regulacije ter varovanje pred pretirano neugodnim delovanjem sistema med nastavljanjem pravil mehkih regulatorjev. Mehki regulatorji bodo na začetku oblikovani po smernicah, ki so se izkazale kot učinkovite in primerne za nadaljnji razvoj z analizo eksperimentalnih podatkov, pridobljenih s sistemom KAMRA, ki je bila izvedena in predstavljena v pričujočem delu. Nadaljnja optimizacija delovanja bo izvršena neposredno s pomočjo eksperimentov in preučevanja odziva sistema. 222 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Sistem IRsNO in s tem mehki regulatorji bodo v končni fazi optimizirani glede na dve osnovni skupini kriterijev. Prvo skupino bodo tvorili kvantitativni kriteriji tako imenovanih ugodnih vrednosti parametrov notranjega okolja (operativna temperatura, osvetljenost delovne površine, maksimalna koncentracija CO2 …). Slednje definirajo splošno sprejete vrednosti, za katere se je izkazalo, da pri veliki večini uporabnikov zadovoljijo njihove potrebe. Prav tu pa nastopi druga skupina kriterijev, ki je definirana z dejanskimi uporabniki in ne z abstrahiranimi, povprečnimi, statistično določenimi vrednostmi. Torej če pridejo dejanske želje ljudi, ki bodo uporabljali avtomatsko vodeno okolje sistema IRsNO, v navzkrižje z učinkovitostjo delovanja sistema, mora avtomatska regulacija upoštevati želje uporabnikov ter s tem omogočati personalizacijo delovno-bivalnega okolja. Zaradi zgornjih razlogov bo zato sistem IRsNO pri optimizaciji pravil mehkih regulatorjev upošteval tako objektivne kriterije učinkovitega delovanja kot tudi subjektivne kriterije prijetnega delovnega okolja uporabnikov. Nastavitve mehkih regulatorjev bodo definirane s pomočjo dveh področij pridobljenega znanja in izkušenj. Prvo področje predstavljajo izkušnje ter delujoči modeli in primeri iz sistema KAMRA, ki nam pri oblikovanju mehkih regulatorjev predstavljajo osnovne smernice in vodilo na katerega se je mogoče opreti ter graditi nadaljnje regulatorje sistema IRsNO. Glavna pomanjkljivost regulatorjev ter sistema KAMRA je bila izvedba v testni celici. Kljub temu da je predstavljala eksperimentalno okolje, postavljeno v realne pogoje, nikakor ne odraža realnosti, ampak še vedno samo idealiziran približek realne stavbe, zato tudi ni pričakovati, da bi bilo mogoče nastavitve regulatorjev KAMRE neposredno prenesti v sistem IRsNO. Tako se vključi drugo področje znanja, ki ga predstavljajo izkušnje z uporabo prostora KSKE, ter spoznanja, pridobljena s testiranji, ki so bila in se še vedno izvajajo s pomočjo sistema IRsNO v prvi fazi delovanja. Ti eksperimenti predstavljajo osnovo za potrditev simulacij glede odziva prostora ter kot taki orodje za definiranje mejnih pričakovanih vrednosti v danem okolju. Eksperimenti in izkušnje iz prve faze delovanja sistema IRsNO in izkušenj iz KAMRE bodo omogočali oblikovanje ter tudi optimiziranje mehkih regulatorjev sistema IRsNO. Za oblikovanje in izvedbo mehkih regulatorjev v sistemu IRsNO bo uporabljeno računalniško orodje za načrtovanje sistemov vodenja IDR BLOK s predpripravljenimi bloki za oblikovanje Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 223 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. mehkih regulatorjev, imenovanimi FUZZY bloki. Ti vsebujejo vse elemente za oblikovanje poljubnega mehkega regulatorja z dvema vhodoma ter enim izhodom. Pri oblikovanju mehkega algoritma je uporabnik omejen z izbiro dveh logičnih operaterjev, hkrati so lahko oblike definiranih mehkih množic le trikotne oblike. Vgrajena logična operaterja omogočata osnovne operacije mehkih množic s pogojem: • Izvrednotenje mehke logične operacije IN (AND) poteka z vgrajenima posplošenima operatorjema min in pro: min: r = min (E, dE) pro: r = E x dE • Izvrednotenje mehke logične operacije ALI (OR) poteka z vgrajenima posplošenima operatorjema sum in max: sum: r = E + dE – E xdE max: r = max (E, dE) • E – prva mehka spremenljivka, • dE – druga mehka spremenljivka, • r – rezultat na pogojni strani po izvrednotenju procesa. Predpripravljen blok za izvedbo mehkih regulatorjev v okolju IDR BLOK je tipa Sugeno in Takagi [Trobec-Lah 2003], za katerega je značilno, da sta postopka inference in ostrenja neločljivo združena, zato je izhodna vrednost takšnega regulatorja vedno ostra vrednost. 4.6.1 Mehki regulator osvetljenosti Pri sistemu KAMRA sta se kot najučinkovitejša mehka regulatorja osvetljenosti izkazala fuzzy_L1_E in fuzzy_LP1. Predvsem fuzzy_LP1 se je pokazal kot izredno natančen in učinkovit pri regulaciji notranje osvetljenosti testne celice KAMRA, kot takšen je bil tudi izhodišče za oblikovanje prvih nastavitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO (IRsNO_ill_1). Vhodni veličini v mehki regulator IRsNO_ill_1 predstavljata želena veličina (SP-T) ter razlika med želeno in dejansko osvetljenostjo (ER) prostora kabineta KSKE. Vhodni veličini sta jezikovni spremenljivki, predstavljeni s sedmimi mehkimi množicami. Slika 4.65 prikazuje vhodno spremenljivko SP-T, ki je definirana na intervalu od 0 do 2250 224 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. lx. Slika 4.66 prikazuje vhodno spremenljivko ER, ki je definirana na intervalu od -700 do 700 lx. Povezave med vhodnimi in izhodnimi vrednostmi regulatorja so zapisane v obliki logične matrike odločitev (Slika 4.67), ki je način zapisa ČE – POTEM pravil mehkega regulatorja. Številčne vrednosti, navedene v matriki, predstavljajo izhodne ostre oziroma konsekvenčne vrednosti regulatorja in so določene na osnovi poznavanja procesa ter regulatorja fuzzy_LP1. Regulator ima lahko pet izhodnih vrednosti, pri čemer vrednosti 0, 30, 60 in 90 odgovarjajo naklonom lamel žaluzij. Vrednost 100 pomeni popoln dvig žaluzij, ki so v sistemu definirane, da jim je dovoljen popoln dvig. Vrstni red dvigovanja žaluzij je mogoče poljubno nastaviti, in sicer v vrstnem redu od 1 do 6, kar pomeni, da se bo žaluzija, označena z 1, dvignila najprej, tista z oznako 6 pa zadnja. Matrika mehkega regulatorja IRsNO_ill_1 je sestavljena na Slika 4.65: Vhodna spremenljivka SP-T mehkega regulatorja IRsNO_ill_1. Fig. 4.65: Input variable SP-T of fuzzy regulator IRsNO_ill_1. Slika 4.66: Vhodna spremenljivka ER mehkega regulatorja IRsNO_ill_1. Fig. 4.66: Input variable ER of fuzzy regulator IRsNO_ill_1. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 225 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. podlagi 7 x 7 vhodnih mehkih množic, kar pomeni največ 49 logičnih pravil odločanja v obliki ČE – POTEM stavkov. Stavki so lahko prikazani v obliki matrike (Slika 4.67) ali pa zapisani v nizu zaporednih pravil: • 1.) IF SP-T = SS sum ER = LN THEN Z = 100 • 2.) IF SP-T = SS sum ER = MN THEN Z = 100 11.) IF SP-T = S pro ER = ZE THEN Z = 60 49.) IF SP-T = LL sum ER = PL THEN Z = 0 Slika 4.67: Matrika odločitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO_ill_1. Fig. 4.67: Decision matrix of illumination fuzzy regulator IRsNO ill 1. 226 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 4.6.2 Mehki regulator temperature – režim ogrevanja Regulacija notranjih temperatur oziroma solarnih dotokov skozi transparentni del stavbnega ovoja FGG v prostor kabineta KSKE bo temeljila podobno kot regulator osvetljenosti na mehkem regulatorju notranjih temperatur sistema KAMRA. Prav tako kot toplotni regulator KAMRE bo tudi toplotni regulator sistema IRsNO deljen na dva, in sicer na mehki regulator za ogrevalno sezono (IRsNO_temp_o) in hladilno sezono (IRsNO_temp_h). Njuna medsebojna povezava bo določena s pomočjo izraza, ki je bil definiran že v sistemu KAMRA: položaj žaluzije = ((IRsNO_temp_h/100*Ter/2) + (IRsNO_temp_o/100*(100–Ter/2)), kjer sta »IRsNO_temp_h« in »IRsNO_temp_o« izhodna signala temperaturnega regulatorja Slika 4.68: Vhodna spremenljivka RAD mehkega regulatorja IRsNO_temp_o. Fig. 4.68: Input variable RAD of fuzzy regulator IRsNO_temp_o. Slika 4.69: Vhodna spremenljivka ER-T mehkega regulatorja IRsNO_temp_o. Fig. 4.69: Input variable ER-T of fuzzy regulator IRsNO_temp_o. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 227 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. IRsNO za ogrevalni režim (o) in hladilni režim (h). Ter je razlika med zunanjo temperaturo in notranjo želeno temperaturo zraka. Vhodni veličini v mehki regulator IRsNO_temp_o predstavljata razlika med želeno in merjeno notranjo temperaturo zraka (ER-T) ter merjeno globalno sončno sevanje (RAD). Vhodni veličini sta jezikovni spremenljivki, predstavljeni s sedmimi mehkimi množicami. Slika 4.69 prikazuje vhodno spremenljivko ER-T, ki je definirana na intervalu od -600 (-6 °C) do 600 (6°C). Slika 4.68 prikazuje vhodno spremenljivko ER-T, ki je definirana na intervalu od 0 do 1000 W/m2. Povezave med vhodnimi in izhodnimi vrednostmi regulatorja so predstavljene na sliki 4.70 v obliki logične matrike odločitev, ki je predstavitev ČE – POTEM pravil mehkega regulatorja IRsNO_temp_o. Regulator ima lahko pet izhodnih vrednosti, pri čemer vrednosti 0, 30, 60 in Slika 4.70: Matrika odločitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO_temp_o. Fig. 4.70: Decision matrix of illumination fuzzy regulator IRsNO_temp_o. 228 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 90 odgovarjajo naklonom lamel žaluzij. Vrednost 100 pomeni popoln dvig žaluzij. Pravila odločitev mehkega regulatorja IRsNO_temp_o je mogoče zapisati tudi v obliki ČE – POTEM stavkov: • 1.) IF RAD = SS pro ER-T = LN THEN Z = 100 • 2.) IF RAD = SS pro ER-T = MN THEN Z = 100 • • • 11.) IF RAD = S pro ER-T = ZE THEN Z = 100 • • 49.) IF RAD = LL pro ER-T = PL THEN Z = 30 4.6.3 Mehki regulator temperature – režim hlajenja Vhodni veličini v mehki regulator temperature za režim hlajenja (IRsNO_temp_h) predstavljata razlika med želeno in merjeno notranjo temperaturo zraka (ER-T) ter merjeno globalno sončno sevanje (RAD). Vhodni veličini sta jezikovni spremenljivki, predstavljeni s sedmimi mehkimi množicami. Slika 4.72 prikazuje vhodno spremenljivko ER-T, ki je definirana na intervalu od -600 (-6 °C) do 600 (6°C) in je enaka kot pri regulatorju IRsNO_temp_o. Slika 4.72 prikazuje vhodno spremenljivko ER-T, ki je definirana na intervalu od 0 do 1000 W/m2. Povezava med vhodnimi in izhodnimi vrednostmi regulatorja so predstavljene na sliki 4.73 v obliki logične matrike odločitev, ki je predstavitev ČE – POTEM pravil mehkega regulatorja IRsNO_temp_h. Tako kot pri regulatorju IRsNO_temp_o ima tudi regulator IRsNO_temp_h izhodne vrednosti 0, 30, 60 in 90, ki definirajo naklon lamel žaluzij ter vrednost 100, ki predstavlja popolnoma dvignjeno žaluzijo. Če – POTEM stavki mehkega regulatorja IRsNO_temp_h: • 1.) IF RAD = SS pro ER-T = LN THEN Z = 100 • 2.) IF RAD = SS pro ER-T = MN THEN Z = 100 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 229 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 11.) IF RAD = S pro ER-T = ZE THEN Z = 90 49.) IF RAD = LL pro ER-T= PL THEN Z = 0 Slika 4.71: Vhodna spremenljivka RAD mehkega regulatorja IRsNO_temp_h. Fig. 4.71: Input variable RAD of fuzzy regulator IRsNO_temp_h. Slika 4.72: Vhodna spremenljivka ER-T mehkega regulatorja IRsNO_temp_h. Fig. 4.72: Input variable ER-T of fuzzy regulator IRsNO_temp_h. 230 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 4.73: Matrika odločitev mehkega regulatorja osvetljenosti IRsNO_temp_h. Fig. 4.73: Decision matrix of illumination fuzzy regulator IRsNO_temp_h. 4.7 Komentarji k sistemu IRsNO Sistem avtomatskega vodenja notranjega okolja kabineta KSKE II/1 oziroma IRsNO predstavlja način regulacije notranjega vizualnega, toplotnega in olifaktoričnega udobja. Pri zasnovi in izvedbi sistema smo se opirali na znanje pridobljeno s sistemom KAMRA, ki je bilo sistematično analizirano in je bilo ter še bo uporabljeno pri oblikovanju in optimizaciji sistema. Zaradi praktičnih razlogov lažje obravnave ter izločanja napak pri postavitvi IRsNA je bil le-ta oziroma bo vzpostavljen v dveh fazah: • prva faza je obsegala sistematično analizo podatkov, pridobljenih s sistemom KAMRA, ter uporabo tega znanja za oblikovanje sistema IRsNO. Postavitev senzorske mreže ter oblikovanje regulacijskega sistema sta sestavljena iz krmilnika Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 231 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ter računalniške aplikacije za nadzor in vodenje. Sistem v prvi fazi ne vsebuje mehkih regulatorjev. Eksperimenti, izvedeni v času testiranja IRsNO prve faze, so bili namenjeni odkrivanju napak in težav pri senzorjih, aktuatorjih ter sistemu vodenja, prav tako pa so služili za določanje oziroma spoznavanje odziva prostora; • druga faza bo obsegala vključitev mehkih regulatorjev za pozicionoiranje žaluzij v sistem vodenja. Vključitev bo izvedena tako, da bo ves čas omogočen preklop med mehkimi in klasičnimi regulatorji. Eksperimenti, ki se bodo izvajali, bodo namenjeni optimizaciji sistema ter preučevanju različnih možnih načinov za določitev nastavitev regulatorja, ki omogočajo ugodne bivalne razmere ter energetski prihranek. Ob zaključku pisanja pričujoče doktorske naloge druga faza sistema IRsNO še ni bila vgrajena v sistem vodenja, saj odpravljanje težav z delovanjem sistema še ni bilo zaključeno. V zaključku naloge so predstavljene vhodne spremenljivke in matrika odločitev za mehke regulatorje osvetljenosti in temperature prostora kabineta KSKE. Ti mehki regulatorji bodo uporabljeni kot izhodiščni regulatorji sistema pri nadaljnjem delu bodo glede na njihovo učinkovitost ali neučinkovitost delovanja modificirani in optimizirani. Proces prezračevanja prostora regulacijsko ne predstavlja kompleksnega problema, zato bodo pri kontroli prezračevanja uporabljeni klasični PI-regulatorji. Podobno kot pri prezračevanju bo tudi pri vodenju delovanja grelno-hladilnih panelov v začetku uporabljena klasična regulacija s PI-regulatorji. Če se bo klasičen način vodenja izkazal za nepraktičnega ali premalo fleksibilnega, bo pri nadaljnjem delu vpeljana mehka regulacija tudi teh elementov. 232 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 233 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 5 ZAKLJUČEK 5.1 Sklep Jedro pričujoče doktorske naloge je bilo oblikovanje smernic ter osnovnih pravil sistema vodenja parametrov notranjega okolja v stavbah, z žariščem na aktivnih dejavnikih vpliva. Pozornost je bila usmerjena predvsem na preučitev in določitev vplivov in načinov uravnavanja toplotnega in vizualnega ugodja ter kvalitete notranje atmosfere stavb. Seveda na bivalno-delovno okolje odločujoče vplivata tudi faktorja prostorske akustike in ergonomije prostora, vendar sta oba vpliva izrazito diskretne narave v primerjavi s faktorji toplotnega ali svetlobnega udobja uporabnikov. Razlog za takšno delitev leži predvsem v tem, da je ergonomija prostora definirana z arhitekturno rešitvijo stavbe in notranje opreme. Podobno je prostorska akustika vezana na notranjo opremo ter le delno na zunanje dejavnike hrupa in s tem posredno na delovanje ovoja stavbe. Nasprotno velja za toplotno ugodje, vizualno udobje in kvaliteto zraka v bivalnih prostorih, saj se ti dejavniki oblikovanja notranjega okolja neprestano dinamično spreminjajo pod vplivom zunanjih klimatskih danosti in želja, zahtev in dejavnosti uporabnikov. Dodatno na način in dinamiko prenosa zunanjih vplivov v notranjost stavbe vpliva tudi oblika in zasnova stavbnega ovoja, in sicer predvsem njegovi transparentni deli. Iz naštetih razlogov je razvidno, da je delitev na aktivne (toplotno ugodje, vizualno udobje, kvaliteta zraka) in pasivne (prostorska akustika, ergonomija prostora) dejavnike vpliva oblikovanja notranjega bivalno-delovnega okolja upravičena in smiselna v kontekstu regulacije in oblikovanja optimalnih razmer bivanja. Pri zasnovi integralnega regulacijskega sistema notranjega okolja (IRsNO), ki ga obravnava pričujoča naloga, so tako bili upoštevani samo aktivni faktorji. To pa nikakor ne pomeni, da so s tem ostali elementi vpliva na oblikovanje bivalno-delovnega okolja v kakršnikoli meri manj pomembni, saj lahko le celovito oblikovano grajeno okolje uporabnikom ponudi prijetno in udobno bivanje. Zasnova sistema IRsNO temelji in izhaja iz bioklimatsko oblikovane stavbe, ki v sistemu človek-stavba-okolje ne predstavlja inštrumenta za izločevanje uporabnikov od danosti naravnega okolja, ampak vmesnik, ki omogoča pretok in regulacijo energije, snovi in informacij. Bioklimatska stavba s svojim ovojem in notranjo organizacijo tvori sistem, ki s 234 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. primernim oblikovanjem in s prilagajanjem mikro, mezo in makro klimatskim danostim okolja omogoča udobne bivalne pogoje ter maksimalno interakcijo z zunanjostjo. Bistvo takšnega oblikovanja grajenega okolja je maksimalen izkoristek danih pogojev in tehnologij gradnje na nivoju oblikovanja stavbnega ovoja, in šele, ko je potencial »pasivnih« ukrepov izkoriščen, poseganje po tehnoloških rešitvah z vgradnjo naprednih sistemov napeljav. V tem kontekstu predstavlja IRsNO nadgradnjo pravilno bioklimatsko oblikovanega stavbnega ovoja, ki omogoča boljšo odzivnost na zunanje pogoje in uporabnikove želje s spreminjanjem karakteristik transparentnega dela stavbnega ovoja, s čimer zagotavlja učinkovitejše delovanje sistema. Transparentni del ovoja stavb omogoča dinamičen odziv na zunanje danosti in notranje zahteve ter zato tudi zahteva zadovoljiv nivo kontrole za dosego ustreznih rezultatov regulacije. Transparentni del stavbnega ovoja, kot ciljno področje uporabe avtomatskega sistema vodenja izmenjav, energije informacij in snovi, je bil sistematično analiziran glede na njegove karakteristike, funkcije ter trenutne zmožnosti izvedbe. Pregled je obsegal dva sklopa, in sicer obravnavo oblikovanja transparentnega dela stavbnega ovoja iz gledišča interaktivnosti povezav med zunanjostjo in notranjostjo, ter pregled že izvedenih sistemov kontrole spreminjanja geometrije elementov zasteklitve ovoja stavbe, z namenom oblikovanja čim bolj ugodnega in energetsko varčnega notranjega okolja. Osnova prvega dela je bila analiza vpliva karakteristik zasteklitev na notranje okolje ter s tem primernost izbora tehnoloških rešitev, s katerimi se omogoča aktivno delovanje transparentnih elementov. Pozornost je bila usmerjena predvsem na gradbeno-fizikalne značilnosti stekel (U, ?v, g) ter način delovanja in vpliv elementov senčenja. V drugem delu je bil izveden pregled in analiza pristopov k regulaciji toplotno-optičnih tokov skozi stavbni ovoj, posebna pozornost pa tokrat namenjena predvsem sistemom, ki bazirajo na uporabi mehke logike. Pregledani, opisani in primerjani so bili trije primeri, in sicer delo na FGG v okviru Katedre za stavbe in konstrukcijske elemente (sistem KAMRA), sistem razvit na LESO-PB (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) in sistem vodenja, ki so ga izdelali v laboratoriju za elektroniko tehnične univerze na Kreti. Pregled načina delovanja transparentnega dela stavbnega ovoja ter sistemov za avtomatsko prilagajanje njegovih karakteristik je bil uporabljen kot osnova za snovanje in oblikovanje novega sistema regulacije notranjega okolja. IRsNO je nameščen v realnem delovnem okolju Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 235 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. kabineta KSKE III/1 v stavbi FGG na Jamovi cesti 2. Prostor kabineta je bil predhodno analiziran s pomočjo simulacijskih orodij za izračun osvetljenosti, s čimer je bilo pridobljeno osnovno znanje glede karakteristik oz. odziva prostora na zunanje danosti. Pozornost je bila usmerjena k notranji osvetljenosti predvsem zato, ker se je že s sistemom KAMRA izkazalo, da je osvetljenost prostora karakteristika, ki jo je zelo težavno nadzorovati. Kot izhodišče pri oblikovanju sistema IRsNO so bili sistematično pregledani vsi eksperimenti izvedeni s sistemom KAMRA, ki je bil izveden na KSKE kot testna aplikacija za študijo regulacij toplotnih in svetlobnih pojavov v stavbah [Trobec-Lah 2003]. Dodatno oporo so nudile tudi numerične simulacije vodenja temperaturnega odziva notranjega okolja stavbe, ki so bile izvedene v okviru literature [Furlan 1999]. Množica eksperimentalnih podatkov pridobljenih s testno celico KAMRA, ki predhodno še niso bili analitično in sistematično obdelani, je nudila izdatno pomoč ter omogočila lažje odločitve pri izboru načina in smeri zasnove sistema vodenja IRsNO. Skupaj je bilo pregledanih in analiziranih 308 eksperimentov, izvršenih v časovnem obdobju treh let ter razdeljenih v tri skupine delovanja: regulacija temperature, regulacija osvetljenosti in harmonizirana regulacija. Sistem IRsNO je osnovan na ugotovitvah in spoznanjih predhodno izvedenih analiz ter se v veliki meri opira na izsledke in delovanje sistema KAMRA, ki tako predstavlja neke vrste prototip za oblikovanje sistema IRsNO. Opis vseh gradnikov in elementov sistema osvetljuje strukturo, kompleksnost in način delovanja IRsNO, ki je bil v prvi fazi izvedbe apliciran brez uporabe mehkih regulatorjev. Ti bodo vključeni v drugi fazi ter integrirani na takšen način, da bo preklop med mehko ali klasično regulacijo .možen v vsakem trenutku. S tem bo na voljo možnost primerjanja delovanja oziroma učinkovitosti obeh tipov reguliranja, hkrati pa bo obstajal zasilni izhod v primeru nezaželenega odziva pri nepravilno oblikovanih mehkih regulatorjih. Predstavljena struktura in oblika sistema IRsNO, opisana v pričujočem delu, je ogrodje okoli katerega se bo v nadaljevanju oblikovanja, predvsem pa optimiziranja, delovanja in nastavitev sistema, gradilo celovito vodenje notranjega bivalno-delovnega okolja. 236 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 5.1.1 Stavbni ovoj Pri obravnavanju lastnosti stavbnega ovoja se je kot pomembno pokazalo vprašanje upravičenosti obravnavanja transparentnih delov ovoja kot dinamičnih elementov izmenjav med zunanjim in notranjim okoljem. Problematika sama po sebi ni trivialnega pomena, saj se v zadnjih dvajsetih letih na področju arhitekture in graditeljstva pojavlja tendenca k ustvarjanju bivalnih okolij, ki stremijo k popolni izločitvi izmenjav in povezav med zunanjostjo in notranjostjo. Ne glede na to, da takšno dojemanje grajenega okolja ni v skladu z osnovno hipotezo bioklimatskega načrtovanja bivalno-delovnega okolja, nas je v kontekstu preučevanja delovanja stavbnega ovoja zanimala upravičenost ali neupravičenost ukrepov, ki elementom transparentnega dela stavbnega ovoja zmanjšujejo toplotno prehodnost. Ukrep sam predstavlja dobrodošel napredek pri zmanjševanju transmisijskih toplotnih izgub stavbe, vendar skupaj s pozitivnimi posledicami povzroči tudi nezaželen vpliv na zmanjšanje transmisivnosti zasteklitev za vidni (?v) in celotni sončni spekter (g). Izvedeni sta bili dve paralelno izvajani analizi vpliva zmanjšanja U-faktorja zasteklitve, pri čemer je bilo v analizo vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na notranje okolje vključenih 27 naključno izbranih realnih objektov (Priloga B) [Krainer et al. 2007]. Kontrola rezultatov omenjene analize je bila izvedena s primerjalno analizo vpliva U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta (Priloga A) [Krainer, Košir 2007]. Namen obeh analiz je bil preveriti upravičenost oziroma neupravičenost ukrepa zmanjševanja U-faktorja zasteklitev, ki poslabša dinamičnost in interaktivnost transparentnih delov stavbe. Rezultati obeh analiz so pričakovano pokazali na zmanjšanje porabe energije za ogrevanje stavbe pri zamenjavi dvojne zasteklitve (U = 1.12 W/m2K, g = 0.61, ?v = 0.76) s trojno (U = 0.74 W/m2K, g = 0.50, ?v = 0.66), pričakovano pa je tudi bilo sočasno zmanjšanje notranje osvetljenosti. Pri analizah so bila zanimiva predvsem razmerja med porabo ogrevalne energije pri dvojni in trojni zasteklitvi ob enaki površini transparentnih delov ovoja. Izkazalo se je da so prihranki pri ogrevalni energiji v večini primerov zanemarljivi v primerjavi z zmanjšanjem nivoja osvetljenosti notranjih prostorov. Tako se je izkazalo, da povprečen prihranek ogrevalne energije v primeru 27-tih primerjanih stavb znaša 14.4 %, sočasno pa se osvetljenost notranjih prostorov poslabša za 25.3 %. Zelo podoben rezultat je dala tudi analiza Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 237 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. hipotetičnega enoprostornega objekta, kjer se je poraba ogrevalne energije pri zasteklitvi južnega zidu z 20 % tlorisne površine zmanjšala le za 1.7 %, notranja osvetljenost pa se je poslabšala kar za 18.0 %. Opisana situacija z zasteklitvijo v velikosti 20 % tlorisne površine prostora predstavlja tipičen primer bivalnih prostorov v stanovanjskih stavbah. Tudi pri povečanju zasteklitve na celotno površino južnega zidu je zmanjšanje porabe energije (7 %) majhno v primerjavi z zmanjšanjem nivoja osvetljenosti prostora (18 %). Izsledki obeh analiz so pokazali na neupravičenost ukrepa zmanjševanja transmisivnosti zasteklitev oken za vidni ter tudi celotni del sončnega spektra. Zmanjševanje količine dnevne svetlobe v bivalnih in delovnih prostorih ima neposreden vpliv na človekovo fizio-biološko delovanje in dobro počutje, zaradi česar je nujno za normalno delovanje ljudi. Seveda pa znižanje prepustnosti zasteklitve za celoten sončni spekter (g) neposredno zmanjšuje tudi solarne dotoke ter tako zmanjšuje možnost izkoriščanja razpoložljivih obnovljivih virov energije za ogrevanje stavb. Obe analizi sta potrdili začetno hipotezo o neupravičenosti zamenjave dvojne zasteklitve s trojno zasteklitvijo pri trenutnem tehnološkem stanju dostopnih komercialnih tipov zasteklitev. Vse našteto pa seveda ne pomeni, da prihodnji razvoj ne bo prinesel zasteklitev, ki bodo omogočale nizko toplotno prehodnost ter hkrati visoko transparentnost za sončno sevanje. Zasteklitve kot del transparentnega stavbnega ovoja za učinkovito delovanje potrebujejo zaščito pred sončnim sevanjem. Funkcija sončne zaščite oz. senčila je omogočanje senčenja zasteklitve ter s tem uravnavanje solarnih dotokov ter notranje osvetljenosti prostorov. Pregled nabora tipov senčil, ki je bil izveden v okviru študije delovanja stavbnega ovoja, je pokazal širok spekter razpoložljivih načinov senčenja. V okviru reguliranja notranjega okolja stavbe se je izkazalo, da je smiselno uporabiti tip senčil, ki omogočajo maksimalno prilagodljivost danim zunanjim pogojem ter notranjim zahtevam. Takšna so naprimer vsa premična (roloji, rolete, žaluzije, ...) ter delno tudi fiksna senčila z rotirajočimi elementi (lamele). Predvsem žaluzije kot najbolj napredno senčilo omogočajo tako senčenje kot tudi komunikacijo z zunanjostjo ter, kar je najpomembnejše, nudijo izredno prilagodljivost pri uporabi oz. regulaciji notranjega okolja. V primeru sistema IRsNO so bile tako izbrane na zunanjost objekta nameščene žaluzije in nato vgrajene na okno kabineta KSKE. Uporabljene žaluzije so izdelane iz aluminija in motorizirane z motorjem za spuščanje in dviganje ter rotiranje lamel. Zaradi mehanske izvedbe žaluzij je možna avtomatska regulacija naklona 238 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. lamel le v popolnoma spuščenem stanju. Ker ta lastnost močno vpliva na prilagodljivost regulacije notranje osvetljenosti, je bil način premikanja lamel pri sistemu IRsNO zasnovan tako, da se vse lamele vseh senčil premikajo sočasno in sicer v koraku po 30°. V primeru, da popolnoma horizontalno pozicionirane lamele ne zadoščajo za zagotovitev osvetljenosti prostora, sistem prične z dvigovanjem posameznih segmentov žaluzij. S tem je omogočena večja fleksibilnost regulacije kot bi jo bilo mogoče doseči le z uravnavanjem naklona ob popolnoma spuščenih žaluzijah. Senčenje zasteklitev na stavbnem ovoju pa predstavlja izgubo potencialno izkoristljivih solarnih dotokov, ki s sončnim sevanjem padajo na zunanji del stavbe. Izkoriščanje tega potenciala tudi v času, ko neposrednega sončnega sevanja v prostor ni mogoče zagotoviti (v zimskem času je zaradi vizualnega udobja potrebno senčiti transparentne elemente stavbnega ovoja), ali pa je le-to nezaželjeno (poletni čas zaradi nastanka pregrevanja), bi bilo omogočeno z integracijo senčil in aktivnih elementov izkoriščanja sončne energije. V okviru naloge je bila predstavljena zasnova senčila-kolektorja, ki predstavlja element zaščite notranjosti stavbe pred sončnim sevanjem hkrati pa tudi napravo, ki omogoča ogrevanje vode s pomočjo uporabe sončne energije. Takšen sistem za učinkovito delovanje potrebuje sistem vodenja, ki bi uravnaval notranje okolje ter tudi usmerjal sončni kolektor tako, da bi zagotovil optimalen izkoristek pri danih vremenskih pogojih. Senčilo-kolektor bi še dodatno povečalo aktivno vlogo transparentnega dela stavbnega ovoja ter s tem izboljšalo učinkovitost delovanja bioklimatske stavbe. 5.1.2 Regulacija toplotno-optičnih procesov Pri razvoju sistema IRsNO je kot opora in izhodišče služil sistem KAMRA [Kristl et al. 2007] [Trobec-Lah 2003] ter analiza in primerjava značilnosti še dveh podobnih (LESO-PB [Guillemin, Morel 2001] in laboratorij za elektrotehniko TU Krete [Kolokotsa et al. 2000, 2002, 2005]), a kljub vsemu v podrobnostih drugačnih sistemov regulacije notranjega okolja. Namen takšne analize oz. primerjave je bilo izluščenje pristopov k regulaciji optično– termičnih procesov ter identificiranje potencialnih pasti pri koncipiranju novega sistema. Primerjava sistema KAMRA z drugima sistemoma je bila izredno dragocena v smislu določanja najprimernejših poti do hitre in učinkovite zasnove sistema avtomatskega vodenja Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 239 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. notranjega okolja [Košir et al. 2006]. Vsi trije sistemi so skozi eksperimente ter primerjave pokazali smiselnost uporabe avtomatske regulacije pri uravnavanju parametrov notranjega okolja, ki vodi k velikim prihrankom pri porabi energije za ogrevanje in hlajenje. Energetski prihranki pa nikakor niso edini pozitivni učinki, saj je bilo dokazano, da avtomatska regulacija omogoča boljše notranje bivalne pogoje. To se še posebej odraža pri vizualnem udobju ter kvaliteti zraka. Opisani sistemi so s pomočjo spreminjanja geometrije zasteklitve poskušali uravnavati notranje temperaturne in vizualne pogoje bivalnega okolja. Regulacija je bila pri vseh sistemih izpeljana s pomočjo mehkih regulatorjev oz. s kombinacijo mehkih in klasičnih PID-regulatorjev. Uporaba mehke logike se je izkazala kot primerna, saj so bili pri vseh sistemih doseženi rezultati zelo ugodni tako iz gledišča prihrankov energije, kakor tudi zagotavljanja uporabnikovih želja. Med primerjanimi sistemi je bilo zelo veliko stičiščnih točk, saj so si v določenih aspektih sistemi zelo podobni. Najpomembnejša razlika je bila predvsem pri usklajevanju med temperaturnimi in osvetljenostnimi aspekti regulacije; sistem LESO-PB in sistem laboratorija za elektrotehniko TU iz Krete sta namreč uporabila princip preklopa med regulacijskima zankama. Slednje pomeni, da v primeru uporabnikove prisotnosti sistem vodi senčila le glede na želeno osvetljenost, v uporabnikovi odsotnosti pa aplikacija preklopi na vodenje glede na referenčni temperaturni profil. Nasprotno pa se je sistem KAMRA poskušal odzvati na dejansko stanje sočasnega vpliva tako toplotnih kot tudi svetlobnih procesov v notranjem okolju. Takšen pristop bi omogočil maksimalno izkoriščenost energetskega potenciala sončnega sevanja pri želenih notranjih pogojih osvetljenosti. Žal pa uporabljen način vodenja senčila na testni celici KAMRA ni zadovoljil kvalitativnim kriterijem, saj je, ob sicer uspešnemu sledenju želenim notranjim vrednostim, uporabljal nesprejemljivo dinamiko premikov rolete. 5.1.3 Sistem IRsNO Sistem avtomatske regulacije notranjega bivalno-delovnega okolja predstavlja nadaljevanje dela opravljenega s testnim sistemom regulacije spremenljive geometrije ovoja stavbe – KAMRA. Ta sistem in eksperimenti izvedeni z njim so predstavljali podlago, na kateri se je razvil in izgradil sistem IRsNO. KAMRA je tako prestavljala eksperimentalno osnovo, kjer so 240 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. bili preizkušeni osnovni principi regulacije notranjega vizuialnega ter toplotnega okolja s pomočjo modificiranja geometrije stavbnega ovoja. Jedro pričujoče naloge je bil razvoj in izvedba regulacijskega sistema IRsNO, ki predstavlja razširitev in nadgradnjo že opravljenega dela v okviru sistema KAMRA ter predvsem prenos v dejansko delovno-bivalno okolje. V specifičnem primeru gre za postavitev sistema v delovno okolje kabineta KSKE III/1 v stavbi FGG na Jamovi cesti 2 v Ljubljani. Prenos izkušenj in postopkov regulacije, razvitih na testni celici KAMRA, v realno delovno okolje pa ni predstavljalo le tehničnih, temveč zaradi specifik prostora in zahtev uporabnikov tudi mnogo konceptualnih težav. Kot osnova za snovanje nastavitev sistema IRSNO je bila izvedena sistematična pregledna analiza 308 eksperimentov, izvedenih v treh letih izvajanja testiranj s testno celico KAMRA. V tem času so bili izpeljani in izvedeni eksperimenti za definiranje nastavitev mehkih regulatorjev toplotnih in svetlobnih procesov v testni celici. Med analiziranimi eksperimenti je bilo 129 eksperimentov s toplotno regulacijsko zanko, 151 eksperimentov s svetlobnimi regulacijskimi zankami ter 28 eksperimentov s harmoniziranim delovanje regulacije notranjih termičnih in svetlobnih pogojev celice. Največja pozornost je bila posvečena analizi rezultatov pridobljenih pri testiranju svetlobnih regulacijskih zank, saj je zaradi dinamike optičnega procesa osvetljevanja prostora največ težav pričakovati ravno pri regulaciji notranje osvetljenosti. Pri analizi rezultatov eksperimentov s svetlobnimi regulacijskimi zankami sistema KAMRA je bila glavna pozornost posvečena najuspešnejšim regulatorjem: fuzzy_L1_E, fuzzy_L1_F in fuzzy_LP1, ti pa bodo predstavljali tudi izhodišče za oblikovanje mehkih regulatorjev sistema IRsNO. IRsNO je bil zastavljen kot sistem avtomatskega vodenja notranjega okolja, ki bo s pomočjo senzorske mreže in aktuatorjev uravnaval aspekte vizualnega in toplotnega ugodja ter kvaliteto zraka v delovnem okolju kabineta KSKE III/1. Razvoj sistema je bil zastavljen v dveh fazah, kjer je prva faza obsegala formulacijo področja delovanja, analizo in oceno predhodno opravljenega dela ter vzpostavitev dejanskega regulacijskega sistema. V prvi fazi v sistem še niso bili vključeni mehki regulatorji, ampak je ta deloval le s pomočjo klasične PID-regulacije. Mehka regulacija bo integrirana v regulacijski sistem šele po zaključku testiranja delovanja izvršnih členov, senzorjev ter klasičnih regulatorjev. Takšna delitev v dve fazi omogoča lažji nadzor nad izvedbo in delovanjem tako kompleksnega regulacijskega sistema Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 241 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. kot je IRsNO, predvsem pa preprečuje možnost nastanka situacij v katerih je težavno ali skoraj nemogoče odkriti vzrok težav delovanja sistema, saj sistem vsebuje preveč neznank. Takšnim situacijam smo se želeli izogniti s postopno izvedbo sistema, ki se mu dodajo nove komponente šele po tem, ko se težave v delovanju predhodno nameščenih delov odpravijo. Sistem regulacije notranjega okolja IRsNO se trenutno izvaja brez vključenih mehkih regulatorjev, saj se na sistemu še odpravljajo težave v delovanju oz. v določevanju primernih nastavitev za delovanje klasične regulacije. V tem času je bilo izvedeno s pomočjo sistema tudi spoznavanje odziva prostora, ki bo uporabnikom olajšalo izvedbo primernih nastavitev delovanja sistema. Po odpravljenih pomankljivostih sistema v trenutni konfiguraciji bodo dodani v vodenje mehki regulatorji, ki bodo oblikovani na osnovi mehkih regulatorjev osvetlitve in notranjih temperatur sistema KAMRA (predvsem fuzzy_LP1). Začetne nastavitve mehkih regulatorjev bodo v začetnih poizkusih minimalno spremenjene, saj bodo izhajale iz najučinkovitejših nastavitev regulatorjev sistema KAMRA. Glavne spremembe so bile izvedene pri končnih izhodnih vrednostih, saj so le-te bile prirejene na možna stanja žaluzij, ki obsegajo štiri stopnje naklona lamel (0°, 30°, 60° in 90°) ter popoln dvig žaluzije (100). Ta sprememba sicer ne bi bila nujna, izvedena je bila zaradi večje preglednosti in nazornosti matrike odločitev mehkih regulatorjev. Modifikacije izhodiščnih nastavitev regulatorjev so bile izvedene tudi pri vhodnih mehkih množicah. Spremembe obsegajo določitev novih definicijskih območij ter definicije posameznih vhodnih množic. Mehka regulacija bo uporabljena le pri regulaciji notranje osvetljenosti ter pri pozicioniranju žaluzij za omogočanje (prioriteta ogrevanje) oziroma preprečevanje (prioriteta hlajenje) solarnih dotokov. Pri regulaciji koncentracije ogljikovega dioksida s prezračevanjem bodo zaradi enostavnosti problema uporabljeni le klasični regulatorji, saj omogočajo zadostno fleksibilnost kontrole. Podobno bo tudi v primeru aktivacije grelno-hladilnih elementov uporabljena klasična regulacija, če pa se bo skozi izvedene eksperimente izkazalo, da je pri grelno-hladilnih panelih potrebna večja fleksibilnost, ki jo ponujajo mehki regulatorji, bo tudi za slednje izvedena mehka regulacija. Začetne meritve izvedene s pomočjo sistema IRsNO so potrdile rezultate, pridobljene s simulacijami osvetljenosti kabineta KSKE III/1, ki so pokazale, da bo največji vpliv sončnega sevanja na notranjo osvetljenost v popoldanskih urah, ko je okno kabineta izpostavljeno 242 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. neposrednemu sončnemu sevanju. Delovanje sistema je pokazalo, da je tudi v relativno oblačnem vremenu dinamika premikov senčil v primerjavi z dopoldanskim časom v popoldnevu izrazitejša. Pojav pa se še potencira v jasnem vremenu, saj takrat neposredno osončenje povzroča visoko osvetljenost že pri priprtih lamelah žaluzij, posledično sistem takrat skoraj popolnoma zastre žaluzije. Pri takšnem delovanju sistema se je v začetnih eksperimentih pojavila težava, kjer je regulacija vseh žaluzij istočasno privedla do preosvetljenosti ali podosvetljenosti prostora. Posledično so se lamele izmenično odpirale in zapirale, notranja osvetljenost pa je »žagala« okrog želene vrednosti z dokaj velikim odstopanjem. Nastala težava je bila odpravljena z omogočanjem postopnega odpiranja posameznih segmetov žaluzij. Na tak način je lahko sistem postopoma dvigoval posamezne segmente žaluzij, hkrati pa vsem preostalim spuščenim žaluzijam uravnaval naklon lamel. Posledično je bila s tem dosežena večja prilagodljivost in natančnost regulacije notranje osvetljenosti prostora. Pri opazovanju odziva osvetljenosti prostora kabineta KSKE na zunanje spremembe se je pokazalo, da ima v primerjavi s testno celico KAMRA manj izrazito dinamiko odziva, saj se skoki v nivoju zunanje osvetljenosti ne odražajo tako izrazito. Med opazovanimi parametri notranjega okolja pa je najbolj presenetila količina oz. koncentracija CO2 v prostoru ter hitrost njegovega naraščanja. Meritve v prostoru kabineta so namreč pokazale, da je bila določena mejna kritična vrednost (900 ppm) zelo hitro dosežena, čeprav je prostor relativno velik (163.40 m3) in ni pretirano zaseden (0.05 oseb/m2). Prezračevanje prostora učinkovito odpravi težavo, vendar je pri polno zasedenem prostoru kabineta KSKE (soba 1 in 2) za vzdrževanje koncentracije CO2 pod določeno maksimalno vrednostjo potrebno redno prezračevanje na približno vsakih 120 minut. Zanimivo pa je spremljanje koncentracije CO2 v prostoru kabineta KSKE, ki je pokazalo tudi na nezrakotesnost ovoja stavbe FGG, saj sta se notranja in zunanja koncentracija CO2 izenačili v približno 5 urah po tem, ko so uporabniki zapustili prostor. 5.2 Nadaljnje delo V nadaljevanju dela na področju vodenja notranjega bivalno-delovnega okolja v stavbah, bo v kontekstu razvoja sistema IRsNO potrebno opraviti še veliko dela na vzpostavitvi, predvsem pa na optimizaciji delovanja sistema, saj trenutno stanje nikakor ne predstavlja konfiguracije, Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 243 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ki bi bila zmožna zadovoljiti potrebam vsakodnevne uporabe v realnem okolju. Vključitev in optimiziranje mehkih regulatorjev v sistem, ki predstavlja kombinacijo klasične in mehke regulacije bo omogočilo večjo fleksibilnost delovanja sistema ter s tem tudi boljše zadovoljevanje uporabnikovih želja. Vzporedno izvajanje eksperimentov bo omogočilo določevanje in izboljševanje nastavitvenih parametrov, kar bo pripeljalo do zadovoljivo optimiziranih nastavitev regulatorjev. Končni cilj ter želja načrtovalcev in oblikovalcev IRsNO je vzpostavitev sistema, ki bo zmožen delovati v realnem okolju brez konstantnega poseganja izučenega operaterja v njegovo delovanje. Ta bo zadovoljil uporabnikovim željam po udobnem delovnem ali bivalnem okolju, vendar se je potrebno zavedati, da udobno in prijetno delovno ali bivalno okolje ni mogoče definirati s standardiziranimi vrednostmi parametrov notranjega okolja, ta lahko namreč služijo le kot pomoč pri oblikovanju začetnih vrednosti. Tako je nujno omogočiti uporabnikom, da si delovno-bivalno okolje prikrojijo in prilagodijo svojim željam in potrebam brez odvečnega vsiljevanja povprečnih standardiziranih vrednosti ali omejevanja načina uporabe (npr. preprečevanje prezračevanja) zaradi energetske učinkovitosti. Energetska učinkovitost sistema notranjega okolja je sicer prioriteta pri delovanju, vendar le dokler ne poseže v kvaliteto bivanja. Uporabniki bodo pripravljeni sprejeti le takšen avtomatiziran regulacijski sistem notranjega okolja, ki jih ne bo omejeval, ampak jim bo omogočal boljše in kvalitetnejše bivanje. Čeprav sistem IRsNO regulira le nekaj aspektov notranjega okolja se je potrebno zavedati, da uporabniki doživljajo in zaznavajo svojo okolico, kamor spada tudi notranji prostor, skozi kompleksen sistem medsebojno povezanih čutnih zaznav, spominov, sanj in domišljije. Doživljanje notranje osvetljenosti prostora tako ni odvisno samo od vidne percepcije, temveč je neločljivo vezano tudi na vse ostale človeške čute [Pallasmaa 2007]. Na pomen te povezave je opozoril John Dewey v svoji knjigi Umetnost kot izkustvo: »Čuti, tip in okus pa tudi vid in sluh, imajo estetske lastnosti. Nimajo jih pa sami, ampak povezani; kot interaktivne in ne kot enostavne in ločene entitete. Poleg tega povezave niso omejene na isto vrsto, barve z barvami, zvok z zvoki [...]. Oko, uho ali karkoli so le kanali, po katerem poteka odziv. [...]. Pri gledanju slike ni res, da so vizualne lastnosti [...]. v središču in so druge lastnosti razporejene okoli njih kot dodatek ali povezava. Nič ne bi moglo biti dlje od resnice [...]. Ko z očmi zaznamo kavzalna pomagala, bistrost vode, mrzlost ledu, trdnost skale, golost drevesa pozimi, je jasno, da so pri zaznavanju zraven 244 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. in ga nadzorujejo druge lastnosti in ne le očesne. In povsem gotovo je, da optične lastnosti niso samostojne in taktilne in emotivne lastnosti niso le prilepljene nanje [...]. Čutne lastnosti se zaradi svoje organske povezanosti rade širijo in zlivajo.« - povzeto po [Pallasmaa 2007]. Pri razvoju sistema IRsNO tako ni bil namen ustvarjalcev ustvariti sistem, ki bi onemogočal uporabnikom prikrojevanje notranjega okolja njihovim željam in predstavam, temveč kvečjemu ravno nasprotno. Stremeli smo k sistemu, ki bi omogočal oblikovanje raznovrstnih pogojev notranjega okolja ter ne bi zanemarjal pomembnosti celostnega obravnavanja doživljanja bivalno-delovnega okolja. Cilj nadaljnjega dela v kontekstu sistema IRsNO je pripeljati delovanje sistema do te stopnje, da bo sposoben zadovoljiti željam uporabnikom prostora in istočasno omogočati energetske prihranke. Sistem naj s svojim delovanjem seveda ne bi smel biti moteč, hkrati pa naj bi bil čimbolj intuitiven za uporabo. Le takšen avtomatski sistem vodenja ima na koncu možnost, da bo sprejet iz strani ljudi, ki uporabljajo stavbe, v katerih je nameščeno avtomatsko vodenje. Kjuč do izvedbe sistema, ki bi lahko izpolnil vse navedene zahteve, pa je celostno (bioklimatsko) obravnavanje tako stavbe ter tudi notranjega okolja in načina vodenja njegovih parametrov. IRsNO kot sistem vodenja notranjega okolja v stavbah se bo s svojimi značilnostmi celostnega pristopa k problematiki avtomatizacije notranjega okolja poskušal približati zgoraj opisanemu idealu. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 245 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. LITERATURA Ander, D. G. 2003. Daylighting: Performance and design. Hoboken, John Wiley & Sons, Inc.: 296 str. Asada, H., Boelman, E. C. 2004. Exergy analysis of a low temperature radiant heating system. Building Service Engineering Research and Technology 25: str. 197-209. Bauer, M., Geiginger, J., Hegetschvveiler, W., Morel, N, Sejkora, G., Wurmsdobler, P. 1996. DELTA: A blind controller using fuzzy logic - Final report - OFEN/BEW funding No. 50 943. Lusanna, Ecole Polytechique Federale de Lusanne: 134 str. Brainard, G. C, Hanifin, J. P., Greeson, J. M., Byrne, B., Glickman, G., Gerner, E., Rollag, M. D. 2001. Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. The Journal of Neuroscience 21, 16: str. 6405-6412. Calvino, F., La Gennusa, M., Rizzo, G., Scaccianoce, G. 2004. The control of indoor thermal comfort conditions: introducing a fuzzy adaptive controller. Energy and Buildings 36, 2: str. 97-102 CR 1752. 1998. Ventilation for buildings - Design criteria fot the indoor environment. Brussels, European Committee for Standardization: 73 str. Đonlaič, D., Jurkovič, F., Tovornik, B., Lampič, S. 1995. Osnove snovanja mehkih (fuzzy) regulacij. Maribor, Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko: 168 str. EN 410. 1998. Glass in building - Determination of luminous and šolar characteristics of glazing. Brussels, European Committee for Standardization: 38 str. EN 675. 1997. Glass in building - Determination of thermal transmittance (U value) - Calculation method. Brussels, European Committee for Standardization: 12 str. EN 832. 1998. Thermal performance of buildings - Calculation of energy use for heating - Residential buildings. Brussels, European Committee for Standardization: 46 str. Furlan B. 1999. Izdelava simulacijskega modela toplotnega odziva stavbe s spremenljivimi lastnostmi ovoja in aplikacija mehkega vodenja. Magistersko naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za gradbeništvo, Konstrukcijska smer: 164 f 246 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Gouda, M. M., Danaher, S., Underwood, C. P. 2001. Thermal Comfort based fuzzy logic controller. Building Service Engineering Research and Technology 22: str. 237-253 Guillemin, A., Morel, N. 2001. An Innovative lighting controller integrated in a self-adaptive building control system. Energy and Building 33, 5: str. 477-487 Heschong, L. 2003a. Daylight and Retail Sales. Heschong Mahone Group. Fair Oaks, California Energy Commission: 86 f. Heschong, L. 2003b. Windows and Classrooms: A Study of Student Performance and the Indoor Environment. Fair Oaks, Heschong Mahone Group. California Energy Commission: 131 f. Heschong, L. 2003c. Windows and Offices: A Study of Office Worker Performance and the Indoor Environment. Heschong Mahone Group. Fair Oaks, California Energy Commission: 159 f. Imanari, T., Omori, T., Bogaki, K. 1999. Thermal comfort and energy consumption of the radiant ceiling panel system. Comparison with the conventional all-air system. Energy and Building 30, 2: str. 167-175 ISO 8995. 1989. Principles of visual ergonomics – The Lighting of indoor work systems. Brussels, International Organization for Standardization: 27 str. Jeong, J-W., Mumma, A. S. 2007. Practical cooling capacity estimation model for a suspended metal ceiling radiant cooling panel. Building and Environment 42, 9: str. 3176-3185 Kaltenbach, F. (ur.) 2004. Translucent Materials – Glass, Plastics, Metals. Basel, Birkhäuser: 110 str. Kladnik, R., Krainer, A., Perdan, R. 1997. Light and thermal energy coordination in building. V: PLEA 1997 KUSHIRO: the 14th International Conference on Passive and Low Energy Architecture, 1997 Kushiro, Japan : proceedings. Vol. 1. Tokyo, PLEA 1997 Japan Committee: str. 59-64 Kladnik, R., 1987. Teorija KAMRE. Interna publikacija KSKE št.16. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Katedra za stavbe in konstrukcijske elemente: 60 str. Kokol, P., Hleb-Babič, Š., Pogorelec, V., Zorman, M. 2001. Inteligentni sistemi. Maribor, Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko: 211 str. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 247 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Kolokotsa, D., Niachou, K., Geros, V., Kalaitzakis, K., Stavrakakis, G. S., Santamouris, M. 2005. Implementation of an integrated indoor environment and energy management system. Energy and Buildings 37, 1: str. 93-99 Kolokotsa, D., Stavrakakis, G. S., Kalaitzakis, K., Agoris, D. 2002. Genetic algorithms optimized fuzzy controller for the indoor environmental management in buildings implemented using PLC and local operating networks. Artificial Intelligence 15, 5: str. 417-428 Kolokotsa, D., Tsiavos, D., Stavrakakis, G. S., Kalaitzakis, K., Antonidakis, E. 2000. Advanced fuzzy logic controllers designed and evaluated for buildings occupants thermal-visual comfort and indoor air quality satisfaction. Energy and Buildings 33, 6: str. 531-543 Košir, M., Kristl, Ž., Krainer, A. 2006. Parametrical study of fuzzy control approaches for regulating thermal and optical flows. EuroSun 2006: Conference Proceedings, Glasgow, UK, 27.-30. June, 2006. Abingdon, International Solar Energy Society: str. 1-9 Krainer, A. 1993. Building Science and Environment-Conscious, Design Module 1: Design Principles, 7 Toward Smart Buildings. European Commission TEMPUS Joint European Project JEP-1802. Krainer, A., Košir, M. 2007. Primerjalna analiza vpliva U-faktorja zasteklitve na dnevno svetlobo in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta – interna raziskava. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za gradbeništvo, Konstrukcijska smer, KSKE. Krainer, A., Košir, M., Kristl, Ž. 2007. Analiza vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na notranje okolje 27-tih naključno izbranih objektov – izvedeno delno v okviru seminarja študentov predmeta Zgradba, Okolje, Energija (UL FGG UNI – konstrukcijska smer, 4. letnik) in Bioklimatske zgradbe (UL FGG VSŠ – konstrukcijska smer, 3. letnik). Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za gradbeništvo, Konstrukcijska smer, KSKE. Krainer, A., Košir, M., Kristl, Ž., Dovjak, M. 2008. Pasivna hiša proti bioklimatski hiši. Gradbeni vestnik letnik 57, 3: str. 58-68 Kristl, Ž., Košir, M., Trobec-Lah, M., Krainer, A. 2007. Fuzzy control system for thermal and visual comfort in building. Renewable Energy 33, 4: str.694-702 248 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Lee, S. E., DiBartolomeo, L. D., Selkowitz, E. S. 1998. Thermal and daylighting performance of an automated venetian blind and lighting system in a full-scale private office. Energy and Buildings 29, 1: str. 47-63 Miriel, J., Serres, L., Trombe, A. 2002. Radiant ceiling panel heating-cooling system: experimental and simulated study of the performances, thermal comfort and energy consumption. Applied Thermal Engineering 22, 16: str. 1861-1873 Munakata, T. 1998. Fundamentals of the New Artificial Inteligence: Beyond Traditional Paradigms. New York, Springer-Verlag: 231 str. 01gyay, A., 01gyay, V. 1957. Šolar control & shading devices. Princeton, Princeton University Press: 201 str. Orel, B., Spreizer, H., Slemenik Perše, L., Fir, M., Šurca Vuk, A., Merlini, D., Vodlan, M., Köhl, M. 2007. Silicone-based thicknes insensitive spectrally selective (TISS) paints as selective paint coatings for coloured šolar absorbers (Part I). Šolar Energy Materials & Šolar Cells 91, 2-3: str. 93-107 Orel, B., Spreizer, H., Šurca Vuk, A., Fir, M., Merlini, D., Vodlan, M., Köhl, M. 2007. Selective paint coatings for coloured šolar absorbers: Polyurethane thickness insensitive spectrally selective (TISS) paints (Part II). Šolar Energy Materials & Šolar Cells 91, 2-3: str. 108-119 Pallasmaa, J. 2007.Oči kože: arhitektura in čuti. Ljubljana, Studia humanitatis: 119 str. Paič, Z. 2002. Sustavi površinskog grijanja i hlađenja.Zagreb, Energetika marketing: 560 str. Palaniappan, N. 2005. Fuzzy Topology - second edition. Harrow, Alpha Science International Ltd.: 193 str. Pilkington Spectrum™ v02.01.01. 2007. The Pilikington Glazing Calculator. St Helens Merseyside, Pilkington Group Limited. Roulet, C-A., Rossy, J-P., Roulet, Y. 1999. Using large radiant panels for indoor climate conditioning. Energy and Buildings 30, 2: str. 121-126 Rubinstein, F., Jennings, J., Avery, D. Blanc, S. 1999. Preliminary results from an advanced lighting controls testbed. IESNA 1998 Annual Conference, SanAntonio, TX, 10.-12. August, 1998, Journal of the IES. Ruck, N., Aschehoug, O., Aydinli, S., Christoffersen, J., Courret, G., Edmonds, L, Jakobiak, R., Kischkoweit-Lopin, M., Klinger, M., Lee, E., Michel, L. Scartezzini, J.-L., Selkowitz, S. 2000. Daylight in Buildings A source book on daylighting systems and Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. 249 Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. components. Paris, International Energy Agency (IEA) Solar Heating and Cooling Programme, Energy Conservation in Buildings & Community Systems: 228 str. Shaw, I. S. 1998. Fuzzy Control of Industrial Systems – Theory and Applications. Boston, Dordrecht, London, Kluwer Academic Publishers: 192 str. SPOT v3.0. 2006. Sensor Placement + Optimization Tool, Users manual. Boulder, Architectural Energy Corporation. Škrjanc, I., Zupančič, B., Furlan, B., Krainer, A. 2001. Theoretical and experimental FUZZY modelling of building thermal dynamic response. Building and Environment 36, 9: str. 1023-1038 Trobec-Lah, M. 2003. Harmonizacija toplotnih in svetlobnih tokov z uporabo mehke logike. Doktorska disertacija. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za gradbeništvo, Konstrukcijska smer: 384 str. Trobec-Lah, M., Zupančič, B., Krainer, A. 2005. Fuzzy control of illumination and temperature comfort in a test chamber. Building and Environment 40, 12: str. 1626-1637 Trobec-Lah, M., Zupančič, B., Peternelj, J., Krainer, A. 2006. Daylight illuminance control with fuzzy logic. Solar Energy 80, 3: str. 307-321 Vangtook, P., Chirarattananon, S. 2006. An experimental investigation of application of radiant cooling in hot humid climate. Energy and Buildings 38, 2: str. 273-285 Vitruvius. 2002. Ten Books on Architecture. Cambridge, Cambridge University Press: 333 str. Zupančič, B., 1996. Zvezni regulacijski sistemi – I. Del. Ljubljana, Univerza v Ljubljani. Fakulteta za elektrotehniko: 322 str. Xenophon. 1997. Memorabilia and Oeconomicus. Symposium and Apology. Harvard, Harvard University Press: 704 str. 250 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (251) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. PRILOGA A Primerjalna analiza vpliva U-faktorja zasteklitve na dnevno osvetljenost in energetsko bilanco hipotetičnega enoprostornega objekta Namen pričujoče primerjalne analize je bilo preveriti kolikšen in kakšen vpliv ima na parametre notranjega okolja spreminjanje tipa zasteklitve. Pozornost je bila posvečena predvsem osvetljenosti notranjega prostora z dnevno svetlobo in porabi energije za ogrevanje. Izračuni so bili izvedeni za dva tipa zasteklitve (dvojna in trojna zasteklitev) ter tri različne geometrijske konfiguracije transparentnih elementov. Rezultati analize so bili predstavljeni kot sprememba povprečne osvetljenosti prostora na standardni delovni površini (0.9 m) ob enakonočju (21.3. in 21.9.) ter sprememba porabe energije za ogrevanje pri izbrani konfiguraciji geometrije zasteklitve ob variiranju tipa zasteklitve. Analiza je bila izvedena na hipotetičnem enoprostornem objektu, ki je s transparentnim delom ovoja stavbe orientiran proti jugu. Stavba je pritlična z notranjimi dimenzijami 4.00 m x 6.00 m x 2.50 m, vsi konstrukcijski sklopi so debeli 30 cm s predpostavljenim U-faktorjem 0.15 W/m2K. (252) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 7.1: Geometrijske značilnosti objekta. Fig. 7.1: Buildings geometric characteristics. Slika 7.2: Diagrami osvetljenosti za konfiguracijo 1. Fig. 7.2: Diagrams of illumination for the configuration 1. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (253) Preglednica 7.1: Izkaz toplotnih karakteristik stavbe; primer K1-IIz. Table 7.1: Buildings thermal characteristics; example K1-IIz KARAKTERISTIKE STAVBE Ve - ogrevana prostornina stavbe (m3) 60.00 A„ - neto uporabna površina stavbe (m2) 24.00 fo ¦ oblikovni faktor (m-1) 1.04 n - število izmenjav zraka l/h KARAKTERISTIKE TRANSPARENTNIH ELEMENTOV A - površina zasteklitve (m2) 3.43 Orientacija zasteklitve U (W/m K) 1.12 g 0.61 Tv 0.76 TOPLOTNE KARAKTERISTIKE STAVBE Qs - izkoriščeni solarni pritoki (kWh)__________________ Q1 - izkoriščeni notranji pritoki (kWh) 384.98 752.93 Qt - transmisijske izgube (kWh) 1302.60 Qv - prezračevalne izgube (kWh) 1720.44 Qn - letna poraba toplote za ogrevanje (kWh) 1639.90 Qn/Au - specifična letna poraba toplote za ogrevanje (kWh/m2a) 68.33 Preglednica 7.2: Izkaz toplotnih karakteristik stavbe; primer K1-IIIz. Table 7.2: Buildings thermal characteristics; example K1-IIIz KARAKTERISTIKE STAVBE Ve - ogrevana prostornina stavbe (m3) 60.00 A„ - neto uporabna površina stavbe (m2) 24.00 f o ¦ oblikovni faktor (m-1) 1.04 n - število izmenjav zraka l/h KARAKTERISTIKE TRANSPARENTNIH ELEMENTOV A - površina zasteklitve (m2) 3.43 Orientacija zasteklitve U (W/m K) 0.74 g 0.50 Tv 0.66 TOPLOTNE KARAKTERISTIKE STAVBE Qs - izkoriščeni solarni pritoki (kWh)__________________ Q1 - izkoriščeni notranji pritoki (kWh) 315.56 752.93 Qt - transmisijske izgube (kWh) 1193.11 Qv - prezračevalne izgube (kWh) 1720.44 Qn - letna poraba toplote za ogrevanje (kWh) 1627.20 Qn/Au - specifična letna poraba toplote za ogrevanje (kWh/m2a) 67.80 J J (254) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 7.3: Geometrijske značilnosti objekta. Fig. 7.3: Buildings geometric characteristics. Slika 7.4: Diagrami osvetljenosti za konfiguracijo 2. Fig. 7.4: Diagrams of illumination for the configuration 2. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (255) Preglednica 7.3: Izkaz toplotnih karakteristik stavbe; primer K2-IIz. Table 7.3: Buildings thermal characteristics; example K2-IIz KARAKTERISTIKE STAVBE Ve - ogrevana prostornina stavbe (m3) 60.00 A„ - neto uporabna površina stavbe (m2) 24.00 fo ¦ oblikovni faktor (m-1) 1.04 n - število izmenjav zraka l/h KARAKTERISTIKE TRANSPARENTNIH ELEMENTOV A - površina zasteklitve (m2) 4.80 Orientacija zasteklitve U (W/m K) 1.12 g 0.61 Tv 0.76 TOPLOTNE KARAKTERISTIKE STAVBE Qs - izkoriščeni solarni pritoki (kWh)__________________ Q1 - izkoriščeni notranji pritoki (kWh) 538.75 752.93 Qt - transmisijske izgube (kWh) 1414.22 Qv - prezračevalne izgube (kWh) 1720.44 Qn - letna poraba toplote za ogrevanje (kWh) 1568.40 Qn/Au - specifična letna poraba toplote za ogrevanje (kWh/m2a) 65.35 Preglednica 7.4: Izkaz toplotnih karakteristik stavbe; primer K2-IIIz. Table 7.4: Buildings thermal characteristics; example K2-IIIz KARAKTERISTIKE STAVBE Ve - ogrevana prostornina stavbe (m3) 60.00 Au - neto uporabna površina stavbe (m2) 24.00 fo - oblikovni faktor (m-1) 1.04 n - število izmenjav zraka 1/h KARAKTERISTIKE TRANSPARENTNIH ELEMENTOV A - površina zasteklitve (m2) 4.80 Orientacija zasteklitve U (W/m K) 0.74 g 0.50 Tv 0.66 TOPLOTNE KARAKTERISTIKE STAVBE Qs - izkoriščeni solarni pritoki (kWh) Q1 - izkoriščeni notranji pritoki (kWh) 441.60 752.93 Qt - transmisijske izgube (kWh) 1261.01 Qv - prezračevalne izgube (kWh) 1720.44 Qn - letna poraba toplote za ogrevanje (kWh) 1541.20 Qn/Au - specifična letna poraba toplote za ogrevanje (kWh/m2a) 64.22 J J (256) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 7.5: Geometrijske značilnosti objekta. Fig. 7.5: Buildings geometric characteristics. Slika 7.6: Diagrami osvetljenosti za konfiguracijo 3. Fig. 7.6: Diagrams of illumination for the configuration 3. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (257) Preglednica 7.5: Izkaz toplotnih karakteristik stavbe; primer K3-IIz. Table 7.5: Buildings thermal characteristics; example K3-IIz KARAKTERISTIKE STAVBE Ve - ogrevana prostornina stavbe (m3) 60.00 A„ - neto uporabna površina stavbe (m2) 24.00 fo ¦ oblikovni faktor (m-1) 1.04 n - število izmenjav zraka l/h KARAKTERISTIKE TRANSPARENTNIH ELEMENTOV A - površina zasteklitve (m2) 10.00 Orientacija zasteklitve U (W/m K) 1.12 g 0.61 Tv 0.76 TOPLOTNE KARAKTERISTIKE STAVBE Qs - izkoriščeni solarni pritoki (kWh)__________________ Q1 - izkoriščeni notranji pritoki (kWh) 748.27 752.93 Qt - transmisijske izgube (kWh) 1837.92 Qv - prezračevalne izgube (kWh) 1720.44 Qn - letna poraba toplote za ogrevanje (kWh) 1423.80 Qn/Au - specifična letna poraba toplote za ogrevanje (kWh/m2a) 59.33 Preglednica 7.6: Izkaz toplotnih karakteristik stavbe; primer K3-IIIz. Table 7.6: Buildings thermal characteristics; example K3-IIIz KARAKTERISTIKE STAVBE Ve - ogrevana prostornina stavbe (m3) 60.00 A„ - neto uporabna površina stavbe (m2) 24.00 f o ¦ oblikovni faktor (m-1) 1.04 n - število izmenjav zraka l/h KARAKTERISTIKE TRANSPARENTNIH ELEMENTOV A - površina zasteklitve (m2) 10.00 Orientacija zasteklitve U (W/m K) 0.74 g 0.50 Tv 0.66 TOPLOTNE KARAKTERISTIKE STAVBE Qs - izkoriščeni solarni pritoki (kWh)__________________ Q1 - izkoriščeni notranji pritoki (kWh) 613.33 752.93 Qt - transmisijske izgube (kWh) 1518.72 Qv - prezračevalne izgube (kWh) 1720.44 Qn - letna poraba toplote za ogrevanje (kWh) 1324.60 Qn/Au - specifična letna poraba toplote za ogrevanje (kWh/m2a) 55.19 J J (258) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. VREDNOST LETNE NORMIRANE PORABE ENERGIJE ZA OGREVANJE 70 60 50 40 30 20 10 K2-llz K2-lllz Konfiguracije ¦ Qn/Au POVPREČNA OSVETLJENOST PROSTORA OB 12:00 NA ENAKONOČJE 900,00 800,00 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 K1-llz K1-lllz K2-llz K 2 - IIIz K3-llz K3-lllz Konfiguracije ¦ Eav-eq Slika 7.7: Primerjava zmanjšanja specifične letne porabe toplote za ogrevanje (Qn/Au) ter povprečne osvetljenosti (Eav-eq). Rezultati veljajo za čista stekla brez upoštevanja korekcijskega faktorja za vpadni kot. Fig. 7.7: Comparison of yearly reduction in specific heating energy demand (Qn/Au) and in average illumination levels (Eav-eq). Presented results are valid for clear glass without the incidence angle correction factor. K 1 - IIz K 1 - IIIz K3-Nz K 3 - IIIz Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (259) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. PRILOGA B Analiza vpliva spreminjanja karakteristik zasteklitve na notranje okolje 27-tih naključno izbranih objektov Pričujoča analiza je bila izvedena z namenom določitve vpliva zamenjave tipa zasteklitve (spreminjanje U-faktorja ter posledično prepustnosti za dnevno svetlobo) na nivo notranje osvetljenosti prostorov in porabo energije za ogrevanje celotne stavbe. Ker je bil cilj raziskave določiti razmerje med zmanjšanjem nivoja osvetljenosti (negativna posledica znižanja U-faktorja zasteklitve) in zmanjšanjem porabe energije za ogrevanje (pozitivna posledica znižanja U-faktorja zasteklitve), je bil namen kvantificirati razmerje med pozitivnimi in negativnimi vplivi znižanja U-faktorja zasteklitve. Stavbe vključene v analizo so bile izbrane iz zelo širokega spektra različnih oblik namembnosti in velikosti (Slika 8.8), s čimer je bilo Slika 7.8: Primera dveh objektov vključenih v primejalno analizo. Fig. 7.8: Examples of two buildings incorporated into the comparative analysis. (260) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. zagotovljeno, da bodo končni rezultati predstavljali trenutno realno stanje arhitekturne prakse. Analiza je bila delno izvedena v okviru seminarskega dela študentov pri predmetoma Zgradba, Okolje, Energija (UL FGG UNI - Konstrukcijska smer, 4. letnik) ter Bioklimatske zgradbe (UL FGG VSŠ - Konstrukcijska smer, 3. letnik). V končno primerjalno analizo je bilo vključenih 27 objektov, pri katerih so bili faktorji oblike stavbe (fo) v razponu med 0.1 in 1.0. Izvedeni izračuni osvetljenosti in porabe energije so bili opravljeni pri nespremenjenih geometrijskih karakteristikah objektov za dva različna tipa zasteklitve. Kvantifikacija interakcijskih vplivov med porabo energije in osvetljenosti notranjih prostorov je bila izvedena ob zamenjavi dvojne zasteklitve (U = 1.40 W/m2K, g = 0.65, ?v = 0.70) s trojno zasteklitvijo (U = 0.60 W/m2K, g = 0.50, ?v = 0.50) ter kaže na neugoden vpliv takšnega ukrepa na notranjo osvetljenost prostorov ob hkratnih, večinoma zanemarljivih, prihrankih pri energiji za ogrevanje. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (261) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 7.7: Sprememba nivoja osvetljenosti izbranega prostora pri zamenjavi tipa zasteklitve v času zimskega solsticija (21.12.) ob 12.00. Table 7.7: Change in the levels of illumination of the chosen space when the type of the glazing has varied - winter solstice (21.12.) at 12:00. PRIMER a:b E (U = avg, w \1X/ L40 W/m2K) Eavg, w (lX) (U = 0.60 W/m2K) AEavg, w (lx) AEavg, w (%) OKNA NA 1 STRANI a:b < 1:2 P14-S 0.48 245 175 70 28.6 P28-S 0.24 306 218 88 28.8 P24-S 0.41 280 198 82 29.3 OKNA NA 2 STRANEH a:b < 1:2 P32-S 0.4 192 139 53 27.6 OKNA NA 3 STRANEH a:b < 1:2 P33-S 1.03 684 490 194 28.4 P34-S 0.49 328 270 58 17.7 POVPREČJE 339.2 248.3 90.8 26.7 OKNA NA 1 STRANI a:b > 1:2 P16-S 0.6 359 326 33 9.2 P12-S 1.33 294 233 61 20.7 P9-S 1.33 390 280 110 28.2 P29-S 1 322 335 / / P30-S 1.66 105 67 38 36.2 P23-S 1 108 88 20 18.5 P10-S 0.77 319 226 93 29.2 P31-S 1 62 49 13 21.0 OKNA NA 2 STRANEH a:b > 1:2 P26-S 0.82 236 149 87 36.9 P6-S 1.12 37 27 10 27.0 P22-S 0.57 239 169 70 29.3 P17-S 0.65 433 306 127 29.3 P3-S 0.99 376 273 103 27.4 P4-S 1.02 213 150 63 29.6 P20-S 0.69 258 244 14 5.4 P18-S 0.85 278 201 77 27.7 OKNA NA 3 STRANEH a:b > 1:2 P27-S 1.16 431 301 130 30.2 P35-S 0.67 309 223 86 27.8 Pl-S 0.89 361 306 55 15.2 P21-S 1.2 1108 778 330 29.8 P19-S 0.93 422 301 121 28.7 POVPREČJE 317.1 239.6 82.1 25.4 (262) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 7.8: Sprememba nivoja osvetljenosti izbranega prostora pri zamenjavi tipa zasteklitve v času ekvinokcija (21.3. in 21.9.) ob 12.00. Table 7.8: Change in the levels of illumination of the chosen space when the type of the glazing has varied – equinox (21.3. and 21.9.) at 12:00. PRIMER a:b Eavg, eq (lx) (U = 1.40 W/m2K) (U = 0.60 W/m2K) AEavg, eq (lx) AEavg, eq (%) OKNA NA 1 STRANI a:b < 1:2 P14-S 0.48 471 338 133 28.2 P28-S 0.24 590 420 170 28.8 P24-S 0.41 541 383 158 29.2 OKNA NA 2 STRANEH a:b < 1:2 P32-S 0.4 371 268 103 27.8 OKNA NA 3 STRANEH a:b < 1:2 P33-S 1.03 1316 943 373 28.3 P34-S 0.49 631 520 111 17.6 POVPREČJE 606.8 450.5 156.3 25.8 OKNA NA 1 STRANI a:b > 1:2 P16-S 0.6 691 627 64 9.3 P12-S 1.33 566 449 117 20.7 P9-S 1.33 752 539 213 28.3 P29-S 1 620 507 113 18.2 P30-S 1.66 201 130 71 35.3 P23-S 1 209 169 40 19.1 P10-S 0.77 613 436 177 28.9 P31-S 1 120 95 25 20.8 OKNA NA 2 STRANEH a:b > 1:2 P26-S 0.82 455 288 167 36.7 In P6-S 1.12 56 42 14 25.0 P22-S 0.57 463 328 135 29.2 P17-S 0.65 837 593 244 29.2 P3-S 0.99 725 525 200 27.6 P4-S 1.02 411 288 123 29.9 P20-S 0.69 496 470 26 5.2 P18-S 0.85 535 387 148 27.7 OKNA NA 3 STRANEH a:b > 1:2 P27-S 1.16 808 564 244 30.2 P35-S 0.67 529 381 148 28.0 Pl-S 0.89 694 589 105 15.1 P21-S 1.2 2133 1497 636 29.8 P19-S 0.93 812 579 233 28.7 POVPREČJE 606.0 451.6 154.4 24.9 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (263) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 7.9: Sprememba nivoja osvetljenosti izbranega prostora pri zamenjavi tipa zasteklitve v času poletnega solsticija (21.6.) ob 12.00. Table 7.9: Change in the levels of illumination of the chosen space when the type of the glazing has varied - summer solstice (21.6.) at 12:00. PRIMER a:b E (U = avg, s \1X/ L.40 W/m2K) Eavg, s \1X/ (U = 0.60 W/m2K) AEavg, s (lx) AEavg, s (%) OKNA NA 1 STRANI a:b < 1:2 P14-S 0.48 629 450 179 28.5 P28-S 0.24 786 560 226 28.8 P24-S 0.41 723 512 211 29.2 OKNA NA 2 STRANEH a:b < 1:2 P32-S 0.4 494 358 136 27.5 OKNA NA 3 STRANEH a:b < 1:2 P33-S 1.03 1755 1257 498 28.4 P34-S 0.49 841 693 148 17.6 POVPREČJE 809.1 600.9 208.2 25.8 OKNA NA 1 STRANI a:b > 1:2 P16-S 0.6 921 836 85 9.2 P12-S 1.33 755 598 157 20.8 P9-S 1.33 1002 719 283 28.2 P29-S 1 827 600 227 27.4 P30-S 1.66 268 173 95 35.4 P23-S 1 278 226 52 18.7 P10-S 0.77 817 581 236 28.9 P31-S 1 160 127 33 20.6 OKNA NA 2 STRANEH a:b > 1:2 P26-S 0.82 606 384 222 36.6 In P6-S 1.12 67 49 18 26.9 P22-S 0.57 618 438 180 29.1 P17-S 0.65 1119 792 327 29.2 P3-S 0.99 966 700 266 27.5 P4-S 1.02 360 384 / / P20-S 0.69 661 627 34 5.1 P18-S 0.85 714 515 199 27.9 OKNA NA 3 STRANEH a:b > 1:2 P27-S 1.16 1066 743 323 30.3 P35-S 0.67 672 484 188 28.0 Pl-S 0.89 926 785 141 15.2 P21-S 1.2 2844 1996 848 29.8 P19-S 0.93 1082 772 310 28.7 POVPREČJE 796.6 596.6 211.2 25.2 (264) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. SPREMEMBA POVPREČNE OSVETLJENOSTI NA ZIMSKI SOLSTICIJ (21.12) [% ] 1 stran 2 strani Primer a:b < 1:2 a:b > 1:2 povprečje 3 strani ali več Slika 7.9: Znižanje nivoja notranje osvetljenosti v času zimskega solsticija ob 12.00. Fig. 7.9: Reduction of internal illumination levels on winter solstice at 12:00. SPREMEMBA POVPREČNE OSVETLJENOSTI NA EKVINOKCIJ (21.3. IN 21.9.) [%] 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 1 stran 2 strani Primer a:b < 1:2 a:b > 1:2 povprečje 3 strani ali več Slika 7.10: Znižanje nivoja notranje osvetljenosti v času jesenskega in spomladanskega ekvinokcija ob 12.00. Fig. 7.10: Reduction of internal illumination levels on equinox at 12:00. Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (265) SPREMEMBA POVPREČNE OSVETLJENOSTI NA POLETNI SOLSTICIJ (21.6.) [%] 1 stran 2 strani 3 strani ali več Primer a:b < 1:2 a:b > 1:2 povprečje Slika 7.11: Znižanje nivoja notranje osvetljenosti v času poletnega solsticija ob 12.00. Fig. 7.11: Reduction of internal illumination levels on summer solstice at 12:00. (266) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 7.10: Sprememba letnih transmisijskih (Qt) toplotnih izgub objekta ob zamenjavi tipa zasteklitve. Table 7.10: Change in the yearly transmission (Qt) losses of a building when the type of the glazing has varied. PRIMER fo Qt (kWh/a) (U = 1.40 W/m2K) Qt (kWh/a) (U = 0.60 W/m2K) AQt (kWh/a) AQt (%) n = 0.5/h Pl-T 0.61 30877.9 19410.9 11467.0 37.1 P2-T 0.29 94529.0 61635.0 32894.0 34.8 P3-T 0.67 19876.8 13119.2 6757.6 34.0 P4-T 0.45 32637.0 27395.4 5241.6 16.1 P5-T 0.47 58128.0 50923.0 7205.0 12.4 P6-T 0.33 10759.7 8730.3 2029.4 18.9 POVPREČJE 339.2 248.3 90.8 26.7 n = 1.0/h P7-T 0.41 101990.0 74200.0 27790.0 27.2 P8-T 0.59 32100.0 16320.0 15780.0 49.2 P9-T 0.27 148150.0 126410.0 21740.0 14.7 P10-T 0.16 449320.0 243880.0 205440.0 45.7 Pll-T 0.53 250451.8 167419.4 83032.4 33.2 P12-T 0.192 135144.0 97512.0 37632.0 27.8 P13-T 0.23 75294.0 44181.0 31113.0 41.3 P14-T 0.38 138639.8 112734.0 25905.8 18.7 P15-T 0.58 67420.0 50540.0 16880.0 25.0 P16-T 0.21 349439.8 168900.3 180539.5 51.7 P17-T 1 10376.7 8882.8 1493.9 14.4 P18-T 0.53 31301.7 21046.2 10255.5 32.8 P19-T 0.4 63389.0 55063.0 8326.0 13.1 P20-T 0.18 207517.0 197578.0 9939.0 4.8 P21-T 0.41 57452.5 38500.1 18952.4 33.0 P22-T 0.156 239326.0 150622.0 88704.0 37.1 P23-T 0.67 12333.9 10226.5 2107.4 17.1 P24-T 0.38 93168.4 65213.2 27955.2 30.0 POVPREČJE 136823.0 91623.8 45199.2 28.7 n = 1.5/h P25-T 0.19 102250.0 62542.0 39708.0 38.8 P26-T 0.41 34501.4 24438.2 10063.2 29.2 POVPREČJE 68375.7 43490.1 24885.6 34.0 n = 2.0/h P27-T 0.29 51517.6 27891.8 23625.8 45.9 POVPREČJE 51517.6 27891.8 23625.8 45.9 Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (267) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Preglednica 7.11: Sprememba celotne letne porabe energije za ogrevanje (Qn) objekta ob zamenjavi tipa zasteklitve. Table 7.11: Change in the yearly total heating demand (Qn) of a building when the type of the glazing has varied. PRIMER fo Qn (kWh/a) (U = 1.40 W/m2K) Qn (kWh/a) (U = 0.60 W/m2K) AQn (kWh/a) AQn(%) n = 0.5/h Pl-T 0.61 26420.1 19012.6 7407.5 28.0 P2-T 0.29 132238.0 113635.0 18603.0 14.1 P3-T 0.67 19878.8 14223.6 5655.2 28.4 P4-T 0.45 47471.9 44151.7 3320.2 7.0 P5-T 0.47 99059.0 94622.0 4437.0 4.5 P6-T 0.33 10400.3 9265.9 1134.4 10.9 POVPREČJE 55911.3 49151.8 6759.6 15.5 n = 1.0/h P7-T 0.41 240840.0 219820.0 21020.0 8.7 P8-T 0.59 30900.0 18230.0 12670.0 41.0 P9-T 0.27 720640.0 706520.0 14120.0 2.0 P10-T 0.16 682440.0 557210.0 125230.0 18.4 Pll-T 0.53 287691.5 236363.6 51327.9 17.8 P12-T 0.192 739755.0 711303.0 28452.0 3.8 P13-T 0.23 73319.0 47150.0 26169.0 35.7 P14-T 0.38 178290.8 162598.9 15691.9 8.8 P15-T 0.58 137450.0 125250.0 12200.0 8.9 P16-T 0.21 445451.2 282960.6 162490.6 36.5 P17-T 1 6767.8 6717.1 50.7 0.7 P18-T 0.53 31745.5 26117.3 5628.2 17.7 P19-T 0.4 236888.0 233218.0 3670.0 1.5 P20-T 0.18 826135.2 792892.8 33242.4 4.0 P21-T 0.41 74376.6 62191.4 12185.2 16.4 P22-T 0.156 290325.0 233925.4 56399.6 19.4 P23-T 0.67 17112.8 15816.6 1296.2 7.6 P24-T 0.38 317975.2 293518.6 24456.6 7.7 POVPREČJE 296561.3 262878.0 33683.3 14.3 n = 1.5/h P25-T 0.19 390589.0 376358.0 14231.0 3.6 P26-T 0.41 49858.8 43295.0 6563.8 13.2 POVPREČJE 220223.9 209826.5 10397.4 8.4 n = 2.0/h P27-T 0.29 145247.9 111302.9 33945.0 23.4 POVPREČJE 145247.9 111302.9 33945.0 23.4 (268) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. LETNO ZMANJŠANJE TRANSMISIJSKIH IZGUB 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Primer n = 0,5 n = 1,0 n = 1,5 n = 2,0 povprečje Slika 7.12: Prikaz zmanjšanja transmisijskih izgub analiziranih objektov ob zamenjavi dvojne zasteklitve (U = 1.40 W/m2K) s trojno (U =0.60 W/m2K) zasteklitvijo. Fig. 7.12: Reduction of transmission losses of a building when double (U = 1.40 W/m2K) glazing is switched for triple (U =0.60 W/m2K). 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 SPREMEMBA LETNE PORABE ENERGIJE ZA OGREVANJE Primer n = 0,5 n = 1,0 n = 1,5 n = 2,0 povprečje Slika 7.13: Zmanjšanja celotne letne potrebe po ogrevalni energiji analiziranih objektov ob zamenjavi dvojne zasteklitve (U = 1.40 W/m2K) s trojno (U = 0.60 W/m2K) zasteklitvijo. Fig. 7.13: Reduction of total vearlv heating energv demand of analvzed buildings when double (U = 1.40 W/m2K) glazing is switched for triple (U =0.60 W/m2K). Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (269) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. PRILOGA C Analizirani eksperimenti sistema KAMRA ANALIZIRANI EKSPERIMENTI IZVEDENI S SISTEMOM KAMRA (toplotna regulacija, skupno število eksperimentov: 129): 1.mesec EX-TEMP-001 (trajanje 4 dni; 23.2. do 25.2.) EX-TEMP-002 (trajanje 3 dni; 28.2. do 1.3.) 2.mesec EX-TEMP-003 (trajanje 3 dni; 1.3. do 3.3. ) EX-TEMP-004 (trajanje 7 dni; 13.3. do 19.3.) EX-TEMP-005 (trajanje 7 dni; 20.3. do 26.3.) EX-TEMP-006 (trajanje 5 dni; 27.3. do 31.3.) 3.mesec EX-TEMP-007 (trajanje 1 dan; 3.4. ) EX-TEMP-008 (trajanje 1 dan; 10.4.) EX-TEMP-009 (trajanje 4 dni; 13.4. do 16.4.) EX-TEMP-010 (trajanje 1 dan; 17.4.) EX-TEMP-011 (trajanje 5 dni; 25.4. do 30.4.) 4.mesec EX-TEMP-012 (trajanje 5 dni; 3.5. do 7.5.) EX-TEMP-013 (trajanje 7 dni; 8.5. do 14.5.) EX-TEMP-014 (trajanje 6 dni; 15.5. do 21.5.) EX-TEMP-015 (trajanje 7 dni; 22.5. do 28.5.) EX-TEMP-016 (trajanje 7 dni; 29.5. do 4.6.) 5.mesec EX-TEMP-017 (trajanje 7 dni; 5.6. do 11.6.) EX-TEMP-018 (trajanje 7 dni; 12.6. do 18.6.) EX-TEMP-019 (trajanje 1 dan; 24.6. do 26.6.) EX-TEMP-020 (trajanje 2 dneva; 27.6. do 28.6.) EX-TEMP-021 (trajanje 5 dni; 28.6. do 2.7.) 6.mesec EX-TEMP-022 (trajanje 1 dan; 3.7.) EX-TEMP-023 (trajanje 6 dni; 4.7. do 9.7.) EX-TEMP-024 (trajanje 7 dni; 10.7. do 16.7.) EX-TEMP-025 (trajanje 3 dni; 24.7. do 26.7.) EX-TEMP-026 (trajanje 5 dni; 26.7. do 30.7.) (270) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 7.mesec EX-TEMP-027 (trajanje 7 dni; 7.8. do 13.8.) EX-TEMP-028 (trajanje 5 dni; 16.8. do 20.8.) EX-TEMP-029 (trajanje 7 dni; 21.8. do 27.8.) EX-TEMP-030 (trajanje 7 dni; 28.8. do 3.9.) 8.mesec EX-TEMP-031 (trajanje 7 dni; 4.9. do 10.9.) EX-TEMP-032 (trajanje 7 dni; 11.9. do 17.9.) EX-TEMP-033 (trajanje 7 dni; 18.9. do 24.9.) EX-TEMP-034 (trajanje 7 dni; 25.9. do 1.10.) 9.mesec EX-TEMP-035 (trajanje 6 dni;3.10. do 8.10. ) EX-TEMP-036 (trajanje 7 dni; 9.10 do 15.10.) EX-TEMP-037 (trajanje 7 dni; 16.10. do 22.10.) 10.mesec EX-TEMP-038 (trajanje 7 dni; 13.11. do 19.11.) EX-TEMP-039 (trajanje 7 dni; 20.11. do 26. 11.) EX-TEMP-040 (trajanje 7 dni; 27.11. do 3.12.) 11.mesec EX-TEMP-041 (trajanje 7 dni; 4.12. do 10.12.) EX-TEMP-042 (trajanje 5 dni; 13.12. do 17.12.) EX-TEMP-043 (trajanje 7 dni; 18.12. do 24.12.) 12.mesec EX-TEMP-044 (trajanje 3 dni; 5.1. do 7.1.) EX-TEMP-045 (trajanje 7 dni; 8.1. do 14.1.) EX-TEMP-046 (trajanje 7 dni; 15.1. do 21.1.) EX-TEMP-047 (trajanje 7 dni; 22.1. do 28.1.) EX-TEMP-048 (trajanje 7 dni; 29.1. do 4.2.) 13.mesec EX-TEMP-049 (trajanje 7 dni; 12.2. do 18.2.) EX-TEMP-050 (trajanje 7 dni; 19.2. do 25.2.) EX-TEMP-051 (trajanje 7 dni; 26.2. do 4.3.) 14.mesec EX-TEMP-052 (trajanje 6 dni; 6.3. do 11.3.) 15.mesec EX-TEMP-053 (trajanje 5 dni; 9.4. do 13.4.) EX-TEMP-054 (trajanje 2 dneva; 23.4. do 24.4.) EX-TEMP-055 (trajanje 2 dneva; 25.4. do 26.4.) EX-TEMP-056 (trajanje 8 dni; 30.4. do 7.5.) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (271) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 16.mesec EX-TEMP-057 (trajanje 3 dni; 7.5. do 9.5.) EX-TEMP-058 (trajanje 1 dan; 10.5.) EX-TEMP-059 (trajanje 1 dan; 11.5.) EX-TEMP-060 (trajanje 2 dneva; 15.5. do 16.5.) EX-TEMP-061 (trajanje 2 dneva; 16.5. do 17.5.) EX-TEMP-062 (trajanje 1 dan; 18.5.) EX-TEMP-063 (trajanje 2 dneva; 21.5. do 22.5.) EX-TEMP-064 (trajanje 2 dneva; 22.5. do 23.5.) EX-TEMP-065 (trajanje 1 dan; 24.5.) EX-TEMP-066 (trajanje 13 dni; 25.5. do 6.6.) 17.mesec EX-TEMP-067 (trajanje 1 dan; 7.6.) EX-TEMP-068 (trajanje 1 dan; 8.6.) EX-TEMP-069 (trajanje 2 dneva; 12.6. do 13.6.) EX-TEMP-070 (trajanje 1 dan; 14.6.) EX-TEMP-071 (trajanje 2 dneva; 20.6. do 21.6.) EX-TEMP-072 (trajanje 2 dneva; 26.6. do 27.6.) EX-TEMP-073 (trajanje 1 dan; 28.6.) EX-TEMP-074 (trajanje 1 dan; 29.6.) 18.mesec EX-TEMP-075 (trajanje 2 dneva; 2.7. do 3.7.) EX-TEMP-076 (trajanje 1 dan; 4.7.) EX-TEMP-077 (trajanje 1 dan; 5.7.) EX-TEMP-078 (trajanje 1 dan; 6.7.) EX-TEMP-079 (trajanje 4 dni; 7.7. do 10.7.) EX-TEMP-080 (trajanje 1 dan; 11.7.) EX-TEMP-081 (trajanje 2 dneva; 12.7. do 13.7.) EX-TEMP-082 (trajanje 5 dni; 14.7. do 17.7.) 19.mesec EX-TEMP-083 (trajanje 3 dni; 20.8. do 22.8.) EX-TEMP-084 (trajanje 5 dni; 27.8. do 31.8.) 20.mesec EX-TEMP-085 (trajanje 1 dan; 10.9.) EX-TEMP-086 (trajanje 4 dni; 11.9. do 14.9.) EX-TEMP-087 (trajanje 3 dni; 17.9. do 19.9.) EX-TEMP-088 (trajanje 5 dni; 24.9. do 28.9.) 21.mesec EX-TEMP-089 (trajanje 6 dni; 1.10. do 5.10.) EX-TEMP-090 (trajanje 2 dneva; 8.10. do 9.10.) EX-TEMP-091 (trajanje 3 dni; 10.10. do 12.10.) EX-TEMP-092 (trajanje 2 dneva; 15.10. do 16.10.) (272) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-TEMP-093 (trajanje 2 dneva; 17.10. do 18.10.) EX-TEMP-094 (trajanje 5 dni; 22.10. do 26.10.) EX-TEMP-095 (trajanje 2 dneva; 29.10. do 30. 10.) 22.mesec EX-TEMP-096 (trajanje 2 dneva;5.11. do 6.11. ) EX-TEMP-097 (trajanje 3 dni; 7.11. do 9.11.) EX-TEMP-098 (trajanje 1 dan; 12.11.) EX-TEMP-099 (trajanje 4 dni; 13.11. do 16.11.) EX-TEMP-100 (trajanje 5 dni; 19.11. do 23.11.) EX-TEMP-101 (trajanje 3 dni; 24.11. do 26.11.) EX-TEMP-102 (trajanje 4 dni; 27.11. do 30.11.) 23.mesec EX-TEMP-103 (trajanje 5 dni; 3.12. do 7.12.) EX-TEMP-104 (trajanje 2 dneva; 8.12. do 9.12.) EX-TEMP-105 (trajanje 5 dni; 10.12. do 14.12.) EX-TEMP-106 (trajanje 2 dneva; 15.12. do 16.12.) EX-TEMP-107 (trajanje 5 dni; 17.12. do 21.12.) EX-TEMP-108 (trajanje 2 dneva; 22.12. do 23.12.) EX-TEMP-109 (trajanje 5 dni; 24.12. do 28.12.) EX-TEMP-110 (trajanje 2 dneva; 29.12. do 30.12.) EX-TEMP-111 (trajanje 5 dni; 31.12. do 4.1.) 24.mesec EX-TEMP-112 (trajanje 2 dneva; 5.1. do 6.1.) EX-TEMP-113 (trajanje 5 dni; 7.1. do 11.1.) EX-TEMP-114 (trajanje 2 dneva; 12.1. do 13.1.) EX-TEMP-115 (trajanje 5 dni; 14.1. do 18.1.) EX-TEMP-116 (trajanje 2 dneva; 19.1. do 20.1.) EX-TEMP-117 (trajanje 5 dni; 21.1. do 25.1.) EX-TEMP-118 (trajanje 2 dneva; 26.1. do 27.1.) 25.mesec EX-TEMP-119 (trajanje 4 dni; 1.3. do 4.3.) EX-TEMP-120 (trajanje 1 dan; 5.3.) EX-TEMP-121 (trajanje 7 dni; 6.3. do 12.3.) EX-TEMP-122 (trajanje 7 dni; 14.3. do 20.3.) EX-TEMP-123 (trajanje 6 dni; 21.3. do 26.3.) EX-TEMP-124 (trajanje 3 dni; 27.3. do 29.3.) EX-TEMP-125 (trajanje 1 dan; 31.3.) 26.mesec EX-TEMP-126 (trajanje 7 dni; 2.4. do 8.4.) EX-TEMP-127 (trajanje 7 dni; 9.4. do 15.4.) EX-TEMP-128 (trajanje 12 dni; 18.4. do 29.4.) EX-TEMP-129 (trajanje 1 dan; 30.4.) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (273) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ANALIZIRANI EKSPERIMENTI IZVEDENI S SISTEMOM KAMRA (svetlobna regulacija, skupno število eksperimentov: 151): 1.mesec EX-SVET-001 (trajanje 4 dni; 23.2. do 25.2.) EX-SVET-002 (trajanje 3 dni; 28.2. do 1.3.) 2.mesec EX-SVET-003 (trajanje 3 dni; 1.3. do 3.3. ) EX-SVET-004 (trajanje 7 dni; 13.3. do 19.3.) EX-SVET-005 (trajanje 7 dni; 20.3. do 26.3.) EX-SVET-006 (trajanje 5 dni; 27.3. do 31.3.) 3.mesec EX-SVET-007 (trajanje 1 dan; 3.4. ) EX-SVET-008 (trajanje 1 dan; 10.4.) EX-SVET-009 (trajanje 4 dni; 13.4. do 16.4.) EX-SVET-010 (trajanje 1 dan; 17.4.) EX-SVET-011 (trajanje 5 dni; 25.4. do 30.4.) 4.mesec EX-SVET-012 (trajanje 5 dni; 3.5. do 7.5.) EX-SVET-013 (trajanje 7 dni; 8.5. do 14.5.) EX-SVET-014 (trajanje 6 dni; 15.5. do 21.5.) EX-SVET-015 (trajanje 7 dni; 22.5. do 28.5.) EX-SVET-016 (trajanje 7 dni; 29.5. do 4.6.) 5.mesec EX-SVET-017 (trajanje 7 dni; 5.6. do 11.6.) EX-SVET-018 (trajanje 7 dni; 12.6. do 18.6.) EX-SVET-019 (trajanje 1 dan; 24.6. do 26.6.) EX-SVET-020 (trajanje 2 dneva; 27.6. do 28.6.) EX-SVET-021 (trajanje 5 dni; 28.6. do 2.7.) 6.mesec EX-SVET-022 (trajanje 1 dan; 3.7.) EX-SVET-023 (trajanje 6 dni; 4.7. do 9.7.) EX-SVET-024 (trajanje 7 dni; 10.7. do 16.7.) EX-SVET-025 (trajanje 3 dni; 24.7. do 26.7.) EX-SVET-026 (trajanje 5 dni; 26.7. do 30.7.) 7.mesec EX-SVET-027 (trajanje 7 dni; 7.8. do 13.8.) EX-SVET-028 (trajanje 5 dni; 16.8. do 20.8.) EX-SVET-029 (trajanje 7 dni; 21.8. do 27.8.) EX-SVET-030 (trajanje 7 dni; 28.8. do 3.9.) (274) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 8.mesec EX-SVET-031 (trajanje 7 dni; 4.9. do 10.9.) EX-SVET-032 (trajanje 7 dni; 11.9. do 17.9.) EX-SVET-033 (trajanje 7 dni; 18.9. do 24.9.) EX-SVET-034 (trajanje 7 dni; 25.9. do 1.10.) 9.mesec EX-SVET-035 (trajanje 6 dni;3.10. do 8.10. ) EX-SVET-036 (trajanje 7 dni; 9.10 do 15.10.) EX-SVET-037 (trajanje 7 dni; 16.10. do 22.10.) 10.mesec EX-SVET-038 (trajanje 7 dni; 13.11. do 19.11.) EX-SVET-039 (trajanje 7 dni; 20.11. do 26. 11.) EX-SVET-040 (trajanje 7 dni; 27.11. do 3.12.) 11.mesec EX-SVET-041 (trajanje 7 dni; 4.12. do 10.12.) EX-SVET-042 (trajanje 5 dni; 13.12. do 17.12.) EX-SVET-043 (trajanje 7 dni; 18.12. do 24.12.) 12.mesec EX-SVET-044 (trajanje 3 dni; 5.1. do 7.1.) EX-SVET-045 (trajanje 7 dni; 8.1. do 14.1.) EX-SVET-046 (trajanje 7 dni; 15.1. do 21.1.) EX-SVET-047 (trajanje 7 dni; 22.1. do 28.1.) EX-SVET-048 (trajanje 7 dni; 29.1. do 4.2.) 13.mesec EX-SVET-049 (trajanje 7 dni; 12.2. do 18.2.) EX-SVET-050 (trajanje 7 dni; 19.2. do 25.2.) EX-SVET-051 (trajanje 7 dni; 26.2. do 4.3.) 14.mesec EX-SVET-052 (trajanje 6 dni; 6.3. do 11.3.) 15.mesec EX-SVET-053 (trajanje 5 dni; 9.4. do 13.4.) EX-SVET-054 (trajanje 2 dneva; 23.4. do 24.4.) EX-SVET-055 (trajanje 2 dneva; 25.4. do 26.4.) EX-SVET-056 (trajanje 8 dni; 30.4. do 7.5.) 16.mesec EX-SVET-057 (trajanje 3 dni; 7.5. do 9.5.) EX-SVET-058 (trajanje 1 dan; 10.5.) EX-SVET-059 (trajanje 1 dan; 11.5.) EX-SVET-060 (trajanje 2 dneva; 15.5. do 16.5.) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (275) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. EX-SVET-061 (trajanje 2 dneva; 16.5. do 17.5.) EX-SVET-062 (trajanje 1 dan; 18.5.) EX-SVET-063 (trajanje 2 dneva; 21.5. do 22.5.) EX-SVET-064 (trajanje 2 dneva; 22.5. do 23.5.) EX-SVET-065 (trajanje 1 dan; 24.5.) EX-SVET-066 (trajanje 13 dni; 25.5. do 6.6.) 17.mesec EX-SVET-067 (trajanje 1 dan; 7.6.) EX-SVET-068 (trajanje 1 dan; 8.6.) EX-SVET-069 (trajanje 2 dneva; 12.6. do 13.6.) EX-SVET-070 (trajanje 1 dan; 14.6.) EX-SVET-071 (trajanje 2 dneva; 20.6. do 21.6.) EX-SVET-072 (trajanje 2 dneva; 26.6. do 27.6.) EX-SVET-073 (trajanje 1 dan; 28.6.) EX-SVET-074 (trajanje 1 dan; 29.6.) 18.mesec EX-SVET-075 (trajanje 2 dneva; 2.7. do 3.7.) EX-SVET-076 (trajanje 1 dan; 4.7.) EX-SVET-077 (trajanje 1 dan; 5.7.) EX-SVET-078 (trajanje 1 dan; 6.7.) EX-SVET-079 (trajanje 4 dni; 7.7. do 10.7.) EX-SVET-080 (trajanje 1 dan; 11.7.) EX-SVET-081 (trajanje 2 dneva; 12.7. do 13.7.) EX-SVET-082 (trajanje 5 dni; 14.7. do 17.7.) 19.mesec EX-SVET-083 (trajanje 3 dni; 20.8. do 22.8.) EX-SVET-084 (trajanje 5 dni; 27.8. do 31.8.) 20.mesec EX-SVET-085 (trajanje 1 dan; 10.9.) EX-SVET-086 (trajanje 4 dni; 11.9. do 14.9.) EX-SVET-087 (trajanje 3 dni; 17.9. do 19.9.) EX-SVET-088 (trajanje 5 dni; 24.9. do 28.9.) 21.mesec EX-SVET-089 (trajanje 6 dni; 1.10. do 5.10.) EX-SVET-090 (trajanje 2 dneva; 8.10. do 9.10.) EX-SVET-091 (trajanje 3 dni; 10.10. do 12.10.) EX-SVET-092 (trajanje 2 dneva; 15.10. do 16.10.) EX-SVET-093 (trajanje 2 dneva; 17.10. do 18.10.) EX-SVET-094 (trajanje 5 dni; 22.10. do 26.10.) EX-SVET-095 (trajanje 2 dneva; 29.10. do 30. 10.) (276) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 22.mesec EX-SVET-096 (trajanje 2 dneva;5.11. do 6.11. ) EX-SVET-097 (trajanje 3 dni; 7.11. do 9.11.) EX-SVET-098 (trajanje 1 dan; 12.11.) EX-SVET-099 (trajanje 4 dni; 13.11. do 16.11.) EX-SVET-100 (trajanje 5 dni; 19.11. do 23.11.) EX-SVET-101 (trajanje 3 dni; 24.11. do 26.11.) EX-SVET-102 (trajanje 4 dni; 27.11. do 30.11.) 23.mesec EX-SVET-103 (trajanje 5 dni; 3.12. do 7.12.) EX-SVET-104 (trajanje 2 dneva; 8.12. do 9.12.) EX-SVET-105 (trajanje 5 dni; 10.12. do 14.12.) EX-SVET-106 (trajanje 2 dneva; 15.12. do 16.12.) EX-SVET-107 (trajanje 5 dni; 17.12. do 21.12.) EX-SVET-108 (trajanje 2 dneva; 22.12. do 23.12.) EX-SVET-109 (trajanje 5 dni; 24.12. do 28.12.) EX-SVET-110 (trajanje 2 dneva; 29.12. do 30.12.) EX-SVET-111 (trajanje 5 dni; 31.12. do 4.1.) 24.mesec EX-SVET-112 (trajanje 2 dneva; 5.1. do 6.1.) EX-SVET-113 (trajanje 5 dni; 7.1. do 11.1.) EX-SVET-114 (trajanje 2 dneva; 12.1. do 13.1.) EX-SVET-115 (trajanje 5 dni; 14.1. do 18.1.) EX-SVET-116 (trajanje 2 dneva; 19.1. do 20.1.) EX-SVET-117 (trajanje 5 dni; 21.1. do 25.1.) EX-SVET-118 (trajanje 2 dneva; 26.1. do 27.1.) 25.mesec EX-SVET-119 (trajanje 4 dni; 1.3. do 4.3.) EX-SVET-120 (trajanje 1 dan; 5.3.) EX-SVET-121 (trajanje 7 dni; 6.3. do 12.3.) EX-SVET-122 (trajanje 7 dni; 14.3. do 20.3.) EX-SVET-123 (trajanje 6 dni; 21.3. do 26.3.) EX-SVET-124 (trajanje 3 dni; 27.3. do 29.3.) EX-SVET-125 (trajanje 1 dan; 31.3.) 26.mesec EX-SVET-126 (trajanje 7 dni; 2.4. do 8.4.) EX-SVET-127 (trajanje 7 dni; 9.4. do 15.4.) EX-SVET-128 (trajanje 12 dni; 18.4. do 29.4.) EX-SVET-129 (trajanje 1 dan; 30.4.) 27.mesec EX-SVET-130 (trajanje 7 dni; 8.5. do 14.5.) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (277) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 28.mesec EX-SVET-131 (trajanje 5 dni; 26.7. do 30.7.) EX-SVET-132 (trajanje 3 dni; 31.7 do 2.8.) 29.mesec EX-SVET-133 (trajanje 2 dneva; 3.8. do 4.8.) EX-SVET-134 (trajanje 2 dneva; 5.8. do 6.8.) EX-SVET-135 (trajanje 1 dan; 7.8.) EX-SVET-136 (trajanje 1 dan; 8.8.) EX-SVET-137 (trajanje 1 dan; 9.8.) EX-SVET-138 (trajanje 1 dan; 10.8.) EX-SVET-139 (trajanje 4 dni; 11.8. do 14.8.) EX-SVET-140 (trajanje 5 dni; 15.8. do 19.8.) EX-SVET-141 (trajanje 3 dni; 20.8. do 22.8.) EX-SVET-142 (trajanje 5 dni; 23.8. do 27.8.) EX-SVET-143 (trajanje 6 dni; 28.8. do 2.9.) 30.mesec EX-SVET-144 (trajanje 2 dneva; 3.9. do 4.9.) EX-SVET-145 (trajanje 6 dni; 6.9. do 11.9.) EX-SVET-146 (trajanje 2 dneva; 12.9. do 13.9.) EX-SVET-147 (trajanje 3 dni; 17.9. do 19.9.) EX-SVET-138 (trajanje 1 dan; 20.9.) EX-SVET-149 (trajanje 3 dni; 21.9. do 23.9.) EX-SVET-150 (trajanje 4 dni; 26.9. do 29.9.) EX-SVET-151 (trajanje 5 dni; 30.9. do 4.10.) ANALIZIRANI EKSPERIMENTI IZVEDENI S SISTEMOM KAMRA (sočasna regulacija toplote in svetlobe, skupno število eksperimentov: 28): 1.mesec EX-HARM-001 (trajanje 6 dni; 3.10. do 8.10.) EX-HARM-002 (trajanje 7 dni; 16.10. do 22.10.) 2.mesec EX-HARM-003 (trajanje 7 dni; 13.11. do 19.11.) EX-HARM-004 (trajanje 7 dni; 20.11 do 26.11.) 3.mesec EX-HARM-005 (trajanje 5 dni; 13.12. do 17.12.) EX-HARM-006 (trajanje 7 dni; 18.12. do 24. 12.) 4.mesec EX-HARM-007 (trajanje 5 dni; 14.1. do 18.1.) EX-HARM-008 (trajanje 7 dni; 29.1. do 4.2.) (278) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. 5.mesec EX-HARM-009 (trajanje 5 dni; 19.2. do 24.2.) EX-HARM-010 (trajanje 7 dni; 26.2. do 4.3.) 6.mesec EX-HARM-011 (trajanje 6 dni; 6.3. do 11.3.) 7.mesec EX-HARM-012 (trajanje 5 dni; 9.4. do 13.4.) EX-HARM-013 (trajanje 2 dneva; 23.4. do 24.4.) EX-HARM-014 (trajanje 3 dni; 24.4. do 26.4.) EX-HARM-015 (trajanje 8 dni; 30.4. do 7.5.) 8.mesec EX-HARM-016 (trajanje 2 dneva; 8.5. do 9.5.) EX-HARM-017 (trajanje 13 dni; 25.5. do 6.6.) 9.mesec EX-HARM-018 (trajanje 2 dneva; 13.6. do 14.6.) EX-HARM-019 (trajanje 2 dneva; 20.6. do 21.6.) 10.mesec EX-HARM-020 (trajanje 5 dni; 6.7. do 10.7.) EX-HARM-021 (trajanje 5 dni; 13.7. do 17.7.) 11.mesec EX-HARM-022 (trajanje 2 dneva; 20.8. do 21.8.) EX-HARM-023 (trajanje 5 dni; 27.8. do 31.8.) 12.mesec EX-HARM-024 (trajanje 3 dni; 17.9. do 19.9.) EX-HARM-025 (trajanje 5 dni; 24.9. do 28.9.) 13.mesec EX-HARM-026 (trajanje 5 dni; 1.10. do 5.10.) 14.mesec EX-HARM-027 (trajanje 1 dan; 11.9.) EX-HARM-028 (trajanje 1 dan; 12.9.) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (279) Preglednica 7.12: Primer tabelaričnega zapisa eksperimenta (EX-HARM-013) izvedenega s sistemom KAMRA. Table 7.12: Example of a tabulated notation of an experiment (EX-HARM-013) conducted in a test cell KAMRA. Pon. 23.04. 00:01:00 20 26.11 00:06:00 00:11:00 00:16:00 00:21:00 00:26:00 00:31:00 00:36:00 00:41:00 00:46:00 00:51:00 00:56:00 01:01:00 01:06:00 01:11:00 01:16:00 01:21:00 01:26:00 01:31:00 01:36:00 01:41:00 01:46:00 01:51:00 01:56:00 02:01:00 02:06:00 02:11:00 02:16:00 02:21:00 02:26:00 02:31:00 02:36:00 02:41:00 02:46:00 02:51:00 02:56:00 03:01:00 03:06:00 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 100 100 100 100 71.5 27.2 15.6 1.46 99.89 30.73 15.37 63.66 28.05 30.19 2.46 99.53 40.39 17.05 49.06 37.91 31.69 4.37 99.89 43.26 18.16 52.6 42.89 38.69 7.54 100 19.9 18.54 16.77 15.78 15.11 14.72 14.79 14.65 15.13 15.66 14.99 14.3 14.35 15.82 15.93 14.36 14.15 15.04 16.25 14.96 14.09 14.25 16.15 15.9 14.12 13.81 15.47 16.29 14.99 13.85 14.53 16.21 15.94 14.09 13.58 15.36 16.45 15.34 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 19.9 18.54 16.77 15.78 15.11 14.72 14.79 14.65 15.13 15.66 14.99 14.3 14.35 15.82 15.93 14.36 14.15 15.04 16.25 14.96 14.09 14.25 16.15 15.9 14.12 13.81 15.47 16.29 14.99 13.85 14.53 16.21 15.94 14.09 13.58 15.36 16.45 15.34 6.53 6.44 6.4 6.42 6.34 6.21 6.11 6.06 6.08 5.88 5.82 5.67 5.57 5.63 5.51 5.34 5.4 5.29 5.14 5.23 5.03 5.02 4.93 4.79 4.86 5.02 4.93 4.82 4.9 5.05 5.04 5.05 5.12 4.77 4.77 4.84 4.63 se nadaljuje... 0 0 0 0 1 0 0 2 0 0 2 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (280) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ... nadaljevanje 03:11:00 15 0 0 13.79 100 13.79 4.64 0 0 03:16:00 15 51.93 0 13.92 100 13.92 4.41 0 0 03:21:00 15 27.01 0 16.09 100 16.09 4.35 0 0 03:26:00 15 3.1 0 16.12 100 16.12 4.35 0 0 03:31:00 15 5.33 0 14.91 100 14.91 4.21 0 0 03:36:00 15 22.19 0 14.18 100 14.18 4.19 0 0 03:41:00 15 29.51 0 14.67 100 14.67 4.09 0 0 03:46:00 15 17.22 0 15.53 100 15.53 3.88 0 0 03:51:00 15 10.77 0 15.28 100 15.28 4.02 0 0 03:56:00 15 18.45 0 14.6 100 14.6 3.91 0 0 04:01:00 15 23.26 0 14.82 100 14.82 3.86 0 0 04:06:00 15 17.9 0 15.23 100 15.23 3.72 0 0 04:11:00 15 16.84 0 15 100 15 3.5 0 0 04:16:00 15 21.36 0 14.81 100 14.81 3.28 0 0 04:21:00 15 21.3 0 15.05 100 15.05 3.27 0 0 04:26:00 15 16.91 0 15.16 100 15.16 3.21 0 0 04:31:00 15 19.4 0 14.92 100 14.92 3.17 0 0 04:36:00 15 21.47 0 14.99 100 14.99 2.99 0 0 04:41:00 15 19.92 0 15.09 100 15.09 2.95 0 0 04:46:00 15 20.43 0 15.05 100 15.05 2.86 0 0 04:51:00 15 18.87 0 15.1 100 15.1 2.78 0 0 04:56:00 15 23.51 0 14.84 100 14.84 2.64 0 0 05:01:00 15 20.82 0 15.13 100 15.13 2.59 0 0 05:06:00 15 19.3 0 15.13 100 15.13 2.53 0 0 05:11:00 15 21.37 0 14.95 100 14.95 2.64 0 0 05:16:00 15 24.04 0 14.86 100 14.86 2.61 0 0 05:21:00 15 22.68 0 15.04 100 15.04 2.43 0 0 05:26:00 15 22.6 0 15.05 100 15.05 2.38 0 0 05:31:00 15 21.37 0 15.12 100 15.12 2.34 0 0 05:36:00 15 23.12 0 15.01 100 15.01 2.33 0 0 05:41:00 15 23.72 0 14.97 100 14.97 2.35 0 0 05:46:00 15 21.09 0 15.13 100 15.13 2.26 0 0 05:51:00 15 23.03 0 14.98 100 14.98 2.19 3 0 05:56:00 15 23.38 0 14.96 100 14.96 2.31 16 0 06:01:00 25 100 0 15.05 100 15.05 2.22 35 1 06:06:00 25 100 0 17.03 100 17.03 2.18 64 2 06:11:00 25 100 0 20.05 100 20.05 2.19 105 5 06:16:00 25 100 0 22.23 100 22.23 2.15 156 7 06:21:00 25 100 0 23.51 100 23.51 2.27 218 10 06:26:00 25 100 0 24.42 86 24.42 2.48 244 15 06:31:00 25 96.6 0 25.27 71 25.27 3.61 258 23 06:36:00 25 83.01 0 25.65 57 25.65 5.02 245 57 06:41:00 25 72.2 0 25.48 53 25.48 4.67 250 64 06:46:00 25 67.18 0 25.21 46 25.21 4.67 257 84 06:51:00 25 70.28 0 24.84 38 24.84 5.76 259 102 06:56:00 25 74.06 0 24.89 33 24.89 5.93 257 116 07:01:00 25 70.58 0 25.15 27 25.15 5.79 238 127 se nadaljuje... Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (281) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ... nadaljevanje 07:06:00 25 62.3 0 25.37 22 25.37 5.72 208 140 07:11:00 25 60.54 0 25.09 22 25.09 6.88 231 153 07:16:00 25 63.07 0 24.87 22 24.87 6.43 256 167 07:21:00 25 64.77 0 24.98 16 24.98 7.09 206 182 07:26:00 25 67.92 0 24.85 16 24.85 6.97 224 196 07:31:00 25 59.11 0 25.4 16 25.4 7.43 242 213 07:36:00 25 57.17 0 25.03 11 25.03 8.54 178 227 07:41:00 25 55.92 0 25.04 11 25.04 9.14 191 240 07:46:00 25 56.33 0 24.95 11 24.95 9.28 203 255 07:51:00 25 56.44 0 24.95 11 24.95 9.55 216 270 07:56:00 25 62.42 0 24.77 11 24.77 9.04 228 284 08:01:00 15 0 0 25.14 2 25.14 7.71 76 296 08:06:00 15 0 100 21.79 2 21.79 8.47 84 311 08:11:00 15 0 100 18.85 2 18.85 9.23 89 325 08:16:00 15 0 100 17.29 2 17.29 9.61 99 339 08:21:00 15 0 100 16.32 2 16.32 10.7 104 354 08:26:00 15 0 100 15.57 2 15.57 9.29 111 368 08:31:00 15 0 99.99 15 2 15 10.4 118 383 08:36:00 15 0 65.6 14.72 2 14.72 9.02 125 398 08:41:00 15 0 24.36 14.81 2 14.81 8.26 131 412 08:46:00 15 0 0 14.79 2 14.79 9.34 137 423 08:51:00 15 12.91 0 15.11 2 15.11 7.96 143 435 08:56:00 15 0.27 0 15.6 2 15.6 7.99 149 447 09:01:00 15 0 93.51 14.72 2 14.72 9.2 153 455 09:06:00 15 0 0 14.36 0 14.36 8.82 65 468 09:11:00 15 23.37 0 14.87 0 14.87 10.2 69 481 09:16:00 15 5.15 0 15.89 0 15.89 10.4 73 493 09:21:00 15 0 100 15.47 0 15.47 10.6 82 505 09:26:00 15 0 39.57 14.35 0 14.35 11.6 80 516 09:31:00 15 23.42 0 14.46 0 14.46 11.2 84 529 09:36:00 15 16.01 0 15.42 0 15.42 11.5 88 538 09:41:00 15 0 0 15.91 0 15.91 10.7 92 550 09:46:00 15 0 89.83 14.69 0 14.69 11.2 96 563 09:51:00 15 0 0 14.47 0 14.47 11.8 101 578 09:56:00 15 22.74 0 14.78 0 14.78 11.4 104 587 10:01:00 15 5.36 0 15.84 0 15.84 11.7 109 601 10:06:00 15 0 100 15.44 0 15.44 12.9 114 609 10:11:00 15 0 50.71 14.49 0 14.49 11.4 117 620 10:16:00 15 19.94 0 14.54 0 14.54 11.2 120 630 10:21:00 15 16.73 0 15.25 0 15.25 12.1 125 640 10:26:00 15 0 0 15.86 0 15.86 12.9 127 644 10:31:00 15 0 98.84 14.93 0 14.93 12.4 130 653 10:36:00 15 0 30.68 14.53 0 14.53 12.7 133 663 10:41:00 15 18.3 0 14.65 0 14.65 13.3 137 675 10:46:00 15 12.31 0 15.41 0 15.41 14.1 139 682 10:51:00 15 0 0 15.72 0 15.72 13.5 142 690 10:56:00 15 0 95.52 14.85 0 14.85 15 142 696 se nadaljuje... (282) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ... nadaljevanje 11:01:00 15 0 39.54 14.67 0 14.67 14.1 146 700 11:06:00 15 0 0 14.76 0 14.76 14.1 148 705 11:11:00 15 12.61 0 15.17 0 15.17 15.1 153 716 11:16:00 15 0 0 15.59 0 15.59 14.9 126 725 11:21:00 15 0 100 15.1 0 15.1 14.5 128 730 11:26:00 15 0 74.85 14.75 0 14.75 15 129 735 11:31:00 15 0 37.65 14.82 0 14.82 16.1 133 743 11:36:00 15 0 12.73 14.92 0 14.92 16.1 135 744 11:41:00 15 0 3.14 14.97 0 14.97 16.4 136 751 11:46:00 15 0 0.1 15 0 15 15.8 139 763 11:51:00 15 10.83 0 15 0 15 17.1 142 774 11:56:00 15 2.86 0 15.46 0 15.46 17.1 145 787 12:01:00 15 0 100 15.39 0 15.39 17.2 144 811 12:06:00 15 0 100 15.07 0 15.07 17.1 146 818 12:11:00 15 0 100 15.01 0 15.01 17.3 146 819 12:16:00 15 0 90.27 14.99 0 14.99 17.2 151 815 12:21:00 15 0 87.76 15.02 0 15.02 16.7 147 817 12:26:00 15 0 91.19 15.01 0 15.01 16.6 146 828 12:31:00 15 0 97.03 15.04 0 15.04 16.7 128 841 12:36:00 15 0 100 15.05 0 15.05 16.4 130 843 12:41:00 15 0 100 15.07 0 15.07 16.6 131 871 12:46:00 15 0 100 15.11 0 15.11 16.8 129 836 12:51:00 15 0 100 15.14 0 15.14 16.1 128 810 12:56:00 15 0 100 15.24 0 15.24 16.4 131 810 13:01:00 20 0 0 15.25 0 15.25 16.8 411 810 13:06:00 20 100 0 16.42 2 16.42 16.7 387 805 13:11:00 20 86.73 0 20.74 2 20.74 16.6 358 793 13:16:00 20 24.93 0 22.99 0 22.99 16.5 219 796 13:21:00 20 0 0 21.66 2 21.66 16.6 352 792 13:26:00 20 0 70.99 19.26 2 19.26 16.6 343 785 13:31:00 20 38.15 0 18.66 2 18.66 16.8 349 772 13:36:00 20 52.1 0 19.48 2 19.48 16.6 354 789 13:41:00 20 27.2 0 21.16 2 21.16 16.8 357 797 13:46:00 20 5.13 0 21.06 2 21.06 17.2 336 783 13:51:00 20 3.65 0 20.12 2 20.12 17 334 778 13:56:00 20 17.47 0 19.41 2 19.41 16.9 322 762 14:01:00 20 26.78 0 19.53 2 19.53 16.4 326 766 14:06:00 20 19.85 0 20.33 2 20.33 17 329 763 14:11:00 20 15.99 0 20.14 2 20.14 16.7 317 747 14:16:00 20 14.15 0 20.11 2 20.11 16.9 318 746 14:21:00 20 14.41 0 19.97 2 19.97 17.2 316 737 14:26:00 20 16.55 0 19.93 2 19.93 17.3 313 728 14:31:00 20 16.78 0 19.99 2 19.99 16.3 307 721 14:36:00 20 16.82 0 19.93 2 19.93 16.6 299 715 14:41:00 20 15.46 0 20.13 2 20.13 17 297 702 14:46:00 20 11.69 0 20.23 2 20.23 16.9 294 702 14:51:00 20 9.28 0 20.17 2 20.17 16.7 293 699 se nadaljuje... Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. (283) Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ... nadaljevanje__________________________________________________________ 14:56:00 20 14.11 0 19.84 2 19.84 16.2 285 686 15:01:00 25 80.59 0 19.94 0 19.94 16.9 149 677 15:06:00 25 100 0 22.66 0 22.66 16.5 149 669 15:11:00 25 85.97 0 25.84 0 25.84 16.5 144 661 15:16:00 25 36.09 0 27.43 0 27.43 16.9 247 648 15:21:00 25 17.78 0 26.02 0 26.02 16.3 242 642 15:26:00 25 31.83 0 24.48 0 24.48 16.5 242 640 15:31:00 25 41.66 0 24.46 0 24.46 16.6 231 623 15:36:00 25 42.39 0 24.95 0 24.95 16.7 227 618 15:41:00 25 37.44 0 25.38 0 25.38 16.5 223 605 15:46:00 25 34.37 0 25.26 0 25.26 16.9 220 595 15:51:00 25 29.83 0 25.22 0 25.22 16.4 214 580 15:56:00 25 31.45 0 24.81 0 24.81 16.7 208 570 16:01:00 25 34.45 0 24.9 0 24.9 16.5 206 555 16:06:00 25 31.93 0 25.18 0 25.18 16.9 201 548 16:11:00 25 30.74 0 25.17 0 25.17 16.6 189 536 16:16:00 25 28.84 0 25.08 0 25.08 16.9 192 526 16:21:00 25 29.33 0 24.97 0 24.97 16.6 182 507 16:26:00 25 31.26 0 25.01 0 25.01 16.7 181 499 16:31:00 25 31.3 0 25.04 0 25.04 16.3 177 485 16:36:00 25 27.71 0 25.12 0 25.12 16.6 168 466 16:41:00 25 26.21 0 25.08 0 25.08 16.5 163 453 16:46:00 25 24.83 0 25.12 0 25.12 16.6 156 441 16:51:00 25 25.4 0 25.02 0 25.02 16.4 150 426 16:56:00 25 28.81 0 24.84 0 24.84 16.7 147 413 17:01:00 25 25.17 0 25.1 11 25.1 16.3 416 402 17:06:00 25 23.33 0 25.13 11 25.13 16.5 401 388 17:11:00 25 25.15 0 24.94 11 24.94 16.5 385 374 17:16:00 25 27.94 0 24.95 11 24.95 16.2 371 361 17:21:00 25 24.37 0 25.11 11 25.11 16.3 355 348 17:26:00 25 28.24 0 24.77 11 24.77 15.9 348 333 17:31:00 25 27.64 0 25.02 11 25.02 15.8 332 320 17:36:00 25 25.85 0 25.19 11 25.19 16.2 318 304 17:41:00 25 24.39 0 25.01 11 25.01 15.5 305 290 17:46:00 25 27.98 0 24.75 11 24.75 15.7 285 269 17:51:00 25 23.34 0 25.15 11 25.15 15.6 268 248 17:56:00 25 29.8 0 24.77 11 24.77 15.5 261 242 18:01:00 25 27.78 0 25.07 16 25.07 15.2 356 231 18:06:00 25 26.57 0 24.98 16 24.98 16.3 340 216 18:11:00 25 25.74 0 24.94 16 24.94 16.2 306 199 18:16:00 25 22.34 0 25.29 16 25.29 16.9 295 188 18:21:00 25 23.43 0 25.09 16 25.09 16.1 267 170 18:26:00 25 25 0 24.93 16 24.93 15.8 248 156 18:31:00 25 22.8 0 25.01 22 25.01 15.5 327 140 18:36:00 25 24.76 0 24.91 22 24.91 15.4 273 118 18:41:00 25 27.14 0 24.95 22 24.95 15.7 275 122 18:46:00 25 23.27 0 25.14 27 25.14 15.1 309 105 se nadaljuje... (284) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. ... nadaljevanje 18:51:00 25 22.17 0 25.09 30 25.09 14.9 284 75 18:56:00 25 24.32 0 24.93 30 24.93 14.5 257 62 19:01:00 20 0 0 24.91 30 24.91 14.6 245 64 19:06:00 20 0 100 23.48 30 23.48 14.2 223 60 19:11:00 20 0 100 22.1 30 22.1 14 184 50 19:16:00 20 0 100 21.37 30 21.37 13.6 151 39 19:21:00 20 0 100 20.68 36 20.68 13.5 159 34 19:26:00 20 0 100 20.22 42 20.22 13.4 152 28 19:31:00 20 0 95.88 19.93 49 19.93 13.4 163 26 19:36:00 20 0 59.69 19.79 57 19.79 12.9 153 20 19:41:00 20 0 8.78 19.76 71 19.76 12.8 146 15 19:46:00 20 19 0 19.58 90 19.58 12.5 144 11 19:51:00 20 15.23 0 20.2 100 20.2 12.4 107 8 19:56:00 20 5.48 0 20.48 100 20.48 12.3 65 5 20:01:00 20 1.27 0 20.22 100 20.22 12.1 34 2 20:06:00 20 5.31 0 19.76 100 19.76 12 16 1 20:11:00 20 11.24 0 19.73 100 19.73 11.9 3 0 20:16:00 20 12.5 0 19.91 100 19.91 11.8 0 0 20:21:00 20 9.97 0 20.15 100 20.15 11.7 0 0 20:26:00 20 10.4 0 19.96 100 19.96 11.6 0 0 20:31:00 20 11.34 0 19.93 100 19.93 11.5 0 0 20:36:00 20 12.03 0 19.97 100 19.97 11.3 0 0 20:41:00 20 11.05 0 20.04 100 20.04 11.2 0 0 20:46:00 20 13.22 0 19.92 100 19.92 11 0 0 20:51:00 20 15.77 0 19.92 100 19.92 11 0 0 20:56:00 20 15.86 0 20 100 20 11 0 0 21:01:00 20 14.59 0 20.02 100 20.02 10.8 0 0 21:06:00 20 12.91 0 20.06 100 20.06 10.8 0 0 21:11:00 20 13.76 0 19.93 100 19.93 10.7 0 0 21:16:00 20 14.22 0 19.94 100 19.94 10.7 0 0 21:21:00 20 17.83 0 19.87 100 19.87 10.7 0 0 21:26:00 20 18.43 0 19.94 100 19.94 10.6 0 0 21:31:00 20 16.9 0 20.07 100 20.07 10.5 0 0 21:36:00 20 15.38 0 20.1 100 20.1 10.4 0 0 21:41:00 20 17.38 0 19.91 100 19.91 10.5 0 0 21:46:00 20 18.02 0 19.97 100 19.97 10.3 0 0 21:51:00 20 18.19 0 20.01 100 20.01 10.2 0 0 21:56:00 20 19.82 0 19.94 100 19.94 10.1 0 0 22:01:00 20 18.77 0 20.06 100 20.06 10.1 0 0 22:06:00 20 16.9 0 20.11 100 20.11 9.99 0 0 22:11:00 20 18.18 0 19.94 100 19.94 9.98 0 0 22:16:00 20 18.78 0 19.91 100 19.91 9.92 0 0 22:21:00 20 20.98 0 19.91 100 19.91 9.86 0 0 22:26:00 20 20.2 0 20.07 100 20.07 9.88 0 0 22:31:00 20 18.95 0 20.07 100 20.07 10 0 0 22:36:00 20 18.83 0 20.01 100 20.01 9.82 0 0 22:41:00 20 18.95 0 20.05 100 20.05 9.83 0 0 se nadaljuje... Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (285) ... nadaljevanje 22:46:00 20 19.4 0 19.99 100 19.99 9.81 0 0 22:51:00 20 20 20 20 21.79 21.85 21.45 18.7 0 0 0 0 19.91 19.99 20.03 20.03 100 19.91 9.78 0 0 22:56:00 100 19.99 9.81 0 0 23:01:00 23:06:00 100 100 100 20.03 20.03 9.91 9.85 0 0 0 0 23:11:00 20 21.58 0 19.9 19.9 9.96 0 0 23:16:00 20 20 20 20 23.14 21.01 20.66 21.88 0 0 0 0 19.98 20.12 20.05 19.92 100 19.98 9.83 0 0 23:21:00 23:26:00 23:31:00 100 100 100 20.12 20.05 19.92 9.88 9.79 9.8 0 0 0 0 0 0 23:36:00 20 23.54 0 19.94 100 19.94 9.72 0 0 23:41:00 20 20 20 20 23.33 20.5 20.9 21.76 0 0 0 0 19.95 20.14 20 19.92 100 19.95 9.73 0 0 23:46:00 23:51:00 100 100 20.14 20 9.69 9.6 0 0 0 0 23:56:00 100 19.92 9.62 0 0 Tor. 24.04. 00:02:00 20 22.16 0 19.98 100 19.98 9.47 0 0 (286) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. PRILOGA D IDR shema zasnove vodenja sistema IRsNO j- o> 1 JO i CD cn CD oo 0- 0. s x < I b C o O -1 _i N- Q_ 0. oi o o b :o .; ||S j LO o -* I ŠE ffi CO čE ^: O ^ _i = :o ,» | [T Q 113 co L! al f t „1 J CN #1 s|8 ? > L K! E i's i 2 f „i „ "C 1 „ § P 1 ,18 i =5 ^~ 1[f 11 bs i :P 5 g .1 - 1 __ s s « i ž z > UJ (^) ? „ ;o I* ,o 3 o lil Konstanl LO JU 5 i1 I š I Slika 7.15: Shema izvedenega regulacijskega algoritma IRsNO v okolju IDR BLOK (1/6). (Trdina, 2008, str.: 1) Fig. 7.15: Diagram of regulating algorithm of IRsNO executed in the IDR BLOK application (1/6). (Trdina, 2008, str.: 1) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (287) Slika 7.16: Shema izvedenega regulacijskega algoritma IRsNO v okolju IDR BLOK (2/6). (Trdina, 2008, str.: 2) Fig. 7.16: Diagram of regulating algorithm of IRsNO executed in the IDR BLOK application (2/6). (Trdina, 2008, str.: 2) (288) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 7.17: Shema izvedenega regulacijskega algoritma IRsNO v okolju IDR BLOK (3/6). (Trdina, 2008, str.: 3) Fig. 7.17: Diagram of regulating algorithm of IRsNO executed in the IDR BLOK application (3/6). (Trdina, 2008, str.: 3) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (289) Slika 7.18: Shema izvedenega regulacijskega algoritma IRsNO v okolju IDR BLOK (4/6). (Trdina, 2008, str.: 4) Fig. 7.18: Diagram of regulating algorithm of IRsNO executed in the IDR BLOK application (4/6). (Trdina, 2008, str.: 4) (290) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. Slika 7.19: Shema izvedenega regulacijskega algoritma IRsNO v okolju IDR BLOK (5/6). (Trdina, 2008, str.: 5) Fig. 7.19: Diagram of regulating algorithm of IRsNO executed in the IDR BLOK application (5/6). (Trdina, 2008, str.: 5) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer. (291) -C 8 o O) LU CD C? 00 ČL D. co X O) CM < d> o. b O O _i _i l*> D. 0. oo o CM o co CL> cx> "co co lO co ai co CM en (75 LT> O -šf z cd 1 ro i cc > 9 D CL > O "S s S s E CM | " ml I 1 „ ^ &3 1/ Si |! e ;. s, si co 1 1 1- | o, 1 H lo g> 1— 8. g" h- lo (L JjD d1; i,d o1: j,3 o1; E1 4}*. H1 1°" i" H1 » O™ Mg O" ra 0. D- Č0 * =! i- o 2 - s s » | s «. | s o J!2 !' 2 2, "co i h g s g = 1- a § . H s E wi s LU CO J: LJJ ,? D | LJJ „7 c | LU „7 L o O !o O !o ro e± jj i CD N 1 o o S Slika 7.20: Shema izvedenega regulacijskega algoritma IRsNO v okolju IDR BLOK (6/6). (Trdina, 2008, str.: 6) Fig. 7.20: Diagram of regulating algorithm of IRsNO executed in the IDR BLOK application (6/6). (Trdina, 2008, str.: 6) (292) Košir, M. 2008. Integralen regulacijski sistem notranjega okolja na osnovi mehke logike. Dok. dis. Ljubljana, UL, FGG, Odd. za gradbeništvo, Konstrukcijska smer.