Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Tijdens deze workshops lieten een 30-tal Europese energiedeskundigen, academici én industriëlen hun brains los op een aantal zelfgeformuleerde vragen en uitdagingen.
Juist, het Internet of Things, het internet der dingen, het nieuwste buzzword. Of, vertaald naar industriële omgevingen, Industrie 4.0 of The Factory of the Future. Al zien de 'ingenieurs-hackers' dat zelf in een bredere context.
«Hardware is niet het probleem», zo trok Joost Duflou van het Flanders’ Mechatronics Technology Centre vzw (FMTC), de bijeenkomst op gang. Sensoren en actuatoren zijn vandaag makkelijk te vinden én goedkoop. «De vraag is hoe we die op een intelligente manier kunnen inzetten.»
Het FMTC, de KULeuven en de Vrije Universiteit Brussel deelden enkele resultaten van hun Perpetual-onderzoeksproject waarin ze naar manieren zoeken om zowel high-end industriële machines als huishoudelijke installaties intelligenter te maken. Hier ging het alvast om intelligente (zone-)verwarming.
Hoe breng je het energieverbruik van je woning in kaart? Wanneer schakel je de wasmachine, de diepvriezer aan of uit? Wat is het optimale aanlooptraject voor je verwarming? Blijkt dat 70 à 90% van alle programmeerbare thermostaten helemaal niet geprogrammeerd zijn en dat de gebruikers eenvoudig de aan/uit-functie gebruiken.
Zo onderzocht het FMTC verschillende logaritmen om de verwarming aan te sturen. Van de eenvoudige ‘aan-uit’ knop tot de proportionele sturing die inpikt op het verschil tussen de eigenlijke en de gewenste temperatuur, tot de zelflerende ‘Time Proportional & Integral’ (TPI) sturing en de Model Predictive Control (MPC) die rekening houdt met een veel breder en vollediger dynamisch model. Zo houdt MPC ook rekening met de energiekosten van het ogenblik waardoor het niet alleen zeer flexibel is maar ook beter presteert dan TPC.
Als ‘opwarmer’ konden de deelnemers op een lopende temperatuurgrafiek inloggen om manueel de virtuele verwarming bij te sturen, de temperatuur te optimaliseren, rekening houdend met de gebruikte energie, de totale kost en penalisatiepunten voor ‘ongemak’. Enkele ‘spelers’ scoorden beter dan TPI. Geen enkele haalde echter de MPC-resultaten...
Tot op een tiende graad
Een intelligente/slimme omgeving houdt rekening met het profiel van de gebruiker en met de waarschijnlijkheid of kans dat de gebruiker op een bepaald ogenblik warmte, licht of energie wenst. Een algoritme kan dan dagschema’s opnemen, omgevingsfactoren -het weer, het seizoen, het aantal mensen in een ruimte,...- maar ook ‘korte termijn dynamieken’ zoals het gebruik van de voorbije dagen. Allerlei voorspellingsproblemen dienen zich aan en men kan nauwelijks genoeg ‘feature sets’ opnemen in het model.
Zo werkt men aan de VUB met de ‘Building Controls Virtual Test Bed (BCVTB)’ simulatiesoftware. Er kunnen verschillende simulatieprogramma’s aan gekoppeld worden -bijvoorbeeld van een kantoor- maar ook hardware -verwarming. De onderzoekers keken naar het comfortgevoel van bepaalde gebruikers maar ook naar de tevredenheid/misnoegdheid van meerdere gebruikers bij bepaalde instellingen.
Een gebruiker kan immers best wel tevreden zijn met 19°C zelfs als hij eigenlijk 20°C wil. Maar het maakt wel een groot verschil in energieverbruik. Wat als de gebruiker onverwacht ‘vroeger’ komt en het is 17°C? Het is de bedoeling de tevredenheidsscores en verbruiken naar de beste balans te tillen.
Ook zijn de onderzoekers van plan dit te meten tot op ‘tienden’ van een graad. Trystan Lea van OpenEnergyMonitor.org (Noord-Wales) lichtte toe wat het zelfgebouwde open OpenEnergyMonitor systeem -dat bestaat uit draadloze sensoren die geregeld data doorsturen naar een webgebaseerd basisstation- ondertussen vermag.
Het systeem bestaat uit een Raspberry Pi met RFM12Pi draadloze adapter board of NanodeRF (Arduino + Ethernet kloon) waaraan verschillende open hardwareborden gekoppeld kunnen worden om elektrische energie (emonTx), temperatuur en vochtigheid (emonTH) te meten of data op een LCD-scherm (emonGLCD) te zetten.
Toepassingen zijn er vooral in het volgen van het binnenshuisklimaat. Met Carbon Co-op werkt men in Manchester aan het energie-efficiënt retrofitten van een tiental huizen, op basis van eerdere monitoring.
Het initiatief is nu ook begonnen met het sturen van warmtepompen. «Door de flow temperatuur van een warmtepomp naar beneden te halen en langer te verwarmen kan je best wel wat minder energie verbruiken, zo blijkt.»
OpenTRV wil energie besparen
... door kamers die ongebruikt zijn, niet te verwarmen. Dat lukt niet met één enkele thermostaat. Het pleit voor een retrofit die op individuele radiatoren een ‘thermostatic radiator valve’ (TRV) zet die via radio aan en uitgeschakeld kan worden. De OpenTRV controle eenheid meet de temperatuur in de kamer en of er iemand aanwezig is.
Dat stuurt dan de boiler aan. Resultaat: een mogelijke besparing van 50% op de verwarmingsfactuur. De openbron software is Apache, de hardware een soldeerplaatje. De initiatiefnemers zoeken nu een advocaat - want men wil geen last met patenten- en een industriële/mechanische design ingenieur -om het toestel vorm te geven- en een front-end webdesigner die de software-interface een gezicht kan geven.
Alles ‘open bron’ en je hebt er geen internet voor nodig. Met een prijsdoel van £10/radiator of zo’n £200 voor een heel huis zit er niet onmiddellijk winst in. Maar dat is ook niet echt de bedoeling.
(foto's: LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet
Kaderteksten:
Flukso-meter van bij ons
In eerdere elektro:camps kwam o.a. het Leuvense Flukso aan bod. Met deze open bron webgebaseerde elektriciteitsmeter van bij ons, meet je niet alleen je elektriciteitsverbruik. Je kan het ook vergelijken met die van andere Flukso-ïsten, met hen in gesprek gaan en ervaring delen. De meter koppel je in de buurt van de veiligheidskast op een lijn en die meet het verbruik. Via ethernet of het wifi-netwerk stuurt hij om de vijf minuten de data door naar Flukso’s web server. Daar kan je je data consulteren, uitzetten op verschillende tijdslijnen en tegenover anderen.
Elektro:camp un-conference
De ingenieur-hackers kwamen voor de 8e keer bijeen op deze ‘Electro:camp’. Oorspronkelijk jaarlijks vinden deze bijeenkomsten nu sneller plaats. Het vakgebied van Smart Metering, Smart Home en Smart Grid maakt dan ook een snelle evolutie door. De eerste bijeenkomst was bij Fraunhofer IWTM (Kaiserslautern) in oktober 2010, volgden Stuttgart, Groningen, Offenburg, Leuven... Bij dergelijke ‘un-conferences’ mag ieder die opdaagt een presentatie verzorgen. Na het bezoek aan het Leuvense Fablab trokken de deelnemers een stoel bij en algauw schreven ze hun suggesties voor een agenda op een post-it en kleefden die op het bord. «Wie gaat er eerst voor?»
SBO: soepeler dan de Europese financieringskanalen
Perpetual is een SBO-Strategisch BasisOnderzoeksprogramma met een 4-jarentraject gefinancierd door het IWT (Vlaanderen). «Het is een terrein met een groot potentieel maar op het einde van de rit verwacht men geen ‘plug & play’-product», lichtte Joost Duflou, directeur van het FMTC, toe. Wel nemen er ook een dozijn bedrijven deel. «Aanvankelijk kijken zij mee over de schouder van de researchers -als 'toerist'- om te zien of en waar het werk voor hen interessant kan zijn. Zij leveren trouwens de te onderzoeken cases en datasets aan.» De deelnemers aan de workshop konden input geven en het verdere onderzoek mee richting geven. Het geheel gebeurt onder confidentialiteitsclausules. Eventuele IP is van de onderzoeksinstellingen. Als financieringsinstrument blijkt dit alvast soepeler dan de Europese kanalen.
