MIPRO2024 oli sarjassaan 47. tapahtuma. Kroatian Opatijassa 19.-25.5.2022 pidetty konferenssi, ja SEIntS-tutkimusryhmän viemimisenä tapahtumaan oli raportti Kahvibotista. Ryhmää tapahtumassa edusti yliopisto-opettaja Mika Saari.
Kahvibotti-raportti tuo esiin IoT-tekniikan avulla saavutettavia energiasäästön mahdollisuuksia. Kahvibotin tapauksessa sovelluskohteena on ei-älykäs kodinkone, jonka digitalisoiminen ulkoisella IoT-laitteella mahdollistaa monia uudenlaisia teknisiä ja sosiaalisia käyttömahdollisuuksia. Raportissa käsitellään myös palautteen vaikutusta laitteen käyttäjien käyttäytymiseen energian säästämisessä.
Mika Saari esittelee Kahvibotti casea
Kahvibotissa toteutuksessa käytettiin koneelta koneelle (M2M, Machine-to-Machine) -ratkaisua ja MQTT-protokollaa. Järjestelmä perustuu InfluxDB:n ja Grafana -työpöytänäkymien hyödyntämiseen. Datan tuottaminen tapahtui Shelly Plug- tuotteen avulla.
Kansainväliset konferenssi-tapahtumat tarjoavat myös mahdollisuuden verkostoitua alan asiantuntijoiden kanssa. ”Samalla sain tilaisuuden verkostoitua alan asiantuntijoiden ja innovatiivisten yritysten kanssa, mikä avasi uusia yhteistyömahdollisuuksia ja syvensi ymmärrystäni alueen potentiaalista”, summaa Saari konferenssin antia.
Asuntojen hurjat ylilämmöt ja – toisien mielestä – sietämättömän kylmät sisäilman lämpötilat ovat asia, joka puhuttaa etenkin kerrostaloasukkaita. Tavallisen asukkaan mahdollisuuksia vaikuttaa asumismukavuutensa ovat karkeimmillaan ikkunoiden auki pitäminen kesät talvet tai patteriventtiilien säätäminen täysille – unohtamatta valittaa isännöitsijälle tai talohuoltoon. Ukrainan kriisin seurauksena lämmitysenergian säästämistavoitteetkin pitäisi jotenkin huomioida.
Nykytekniikka tarjoaa paljon mahdollisuuksia em. pulmatilanteiden selvittämiseen ja mahdollistaa aiempaa paremmin niihin reagoimisen. Esimerkiksi Porissa on saatavilla kaukolämpöenergian toimittajan OLO-palvelu, jonka avulla on mahdollista mitata ja seurata rakennuksen kaikkien tilojen lämpötiloja ja suhteellista kosteutta. Erilaisia mittaussuureita (mm. sisä- ja ulkoilman lämpötila, kosteus-%, kaukolämpönesteen tulo- ja paluulämpötila sekä tilavuusmäärä, jne.) yhdessä tarkastelemalla on mahdollista tehdä päätelmiä sekä asunnoissa vallitsevien olosuhteista että rakennuksessa käytettävän lämmitykseen käytetyn energiamäärän asianmukaisuudesta.
Tekniset ratkaisut em. palvelun kehittämiseksi ovat periaatteessa varsin helppoja; langalliset tai langattomat mittausanturit ja mittausdatan keruu määräajoin jonnekin talteen. Tuloksia seurataan joko reaaliajassa tai jälkikäteen. Ja, kuten yleensä – mahdolliset (tekniset) ongelmat piileksivät yksityiskohdissa, kuten sähkön syöttö, tiedonsiirto ja tietoturva. Ne ovat pääasiassa palvelun tarjoajan murheita. Palvelun käyttäjien kannalta suurin murhe ja odotusarvo on kuitenkin kerätyn mittausdatan hyödyntämisessä.
KIEMI-projektissa kehitettiin kumpaakin osapuolta askarruttaviin tapauksiin useita ns. pilottiratkaisuja. Niissä tutkittiin mm. erityyppisten anturien soveltuvuutta, tiedonsiirron luotettavuutta erilaisissa ympäristöissä sekä kerätyn mittausdatan hyödyntämistä käyttäjän näkökulmasta. Eräs varsin käyttökelpoiseksi useassa pilotissa osoittautunut ratkaisu oli käyttää kerätyn mittausdatan visualisoinnissa ns. mukavuuslämpötilakuvaajaa. Se on tavallaan äärimmilleen pelkistetty esitys yhden tai useamman mittauskohteen (eli tilan) tietyn mittausjakson aikana tehtyjen mittausten jakauman esittämiseen erittäin havainnollisella tavalla.
Esimerkki KIEMI-mukavuuslämpökuvaajasta lämmityskauden ajalta. Kuvassa vihreällä rajauksella oleva alue edustaa ns. mukavuuslämpötila-aluetta, jossa lämpötila ja suhteellinen ilmankosteus ovat useimpien ihmisten mielestä siedettävällä tasolla.
Yhdistämällä samaan kuvioon sekä yksittäisen tilan tiettynä hetkenä tapahtuneen mittauksen lämpötila ja suhteellinen kosteus saadaan sen hetkinen arvio ko. tilan ”asumismukavuudesta” sillä hetkellä. Lisäksi kun mittauksia tehdään pitemmän ajan kuluessa, voidaan kaikki pisteet kerätä samaan kuvioon, jolloin on helppo havaita millaisia ko. tilan olosuhteet ovat olleet tarkastelujaksolla. Edelleen kun samaan kuvioon yhdistetään – esimerkiksi eri värillä – muita tiloja, saadaan havainnollinen käsitys kaikkien näiden tilojen olosuhteista tarkastelujaksolla. Sen avulla voidaan sekunneissa päätellä kokonaisen kerrostalon osalta yli- ja alilämpötilanteet sekä suhteellinen kosteus. Tarvittaessa on tietenkin mahdollista pureutua yksittäisen mittauskohteen mittausarvoihin tarkastelujakson kunakin ajanhetkenä.
Olosuhdemittaukset ja niiden perusteella laaditut mukavuuslämpötilakuviot olivat hyvänä apuna ja lähtökohtana KIEMI-projektin Satakuntalaisten kerrostalojen lämmitysenergian säästöpotentiaalia arvioivien laskelmien ja simulointien laatimisessa. Kuvioiden avulla oli mahdollista saada nopeasti yleiskuva tietyn rakennuksen kokonaistilanteesta ja paneutua sen jälkeen yksityiskohtiin. Varsinaiset energian säästöpotentiaalia arvioivat laskelmat tehtiin käyttäen esimerkkikohteiden todellisia arvoja, kuten rakenteet U-arvoineen, huoneistotyypit ilmansuuntineen ja ilmanvaihdon yksityiskohdat. Simuloimalla kunkin laskentakohteen tyypillisiä huoneistoja eri sisäilman lämpötila-arvoilla pyrittiin arvioimaan tarvittavan lämmitysenergian määrä eri tilanteissa. Kun saatuja tuloksia verrattiin rakennuksen keskimääräiseen vallitsevaan lämpötilaan, voitiin tehdä päätelmiä mahdollisten ”ylilämmitys”-tilanteiden vaatimasta lämmitysenergiasta. Laskennassa käytettiin tiettyjä olettamia, jotka on kuvattu tarkemmin raportissa, joka löytyy tämän blogin lopusta.
Kun saadut tulokset yleistettiin käsittämään vastaavanlaiset (yli 1000 asuin-m2, kaukolämpö, rakennusvuosi 1950-2005) asuinkerrostalot Satakunnassa saatiin kokonaissäästöpotentiaaliksi vähintään 19 GWh vuodessa. Se vastaa noin 1000 sähkölämmitteisen omakotitalon vuodessa käyttämää energiaa. Tulos on merkittävä myös siksi, että se olisi mahdollista saavuttaa ilman varsinaisia energiaremontti-investointeja. Lisäksi asumismukavuudesta tinkimättä.
Tampereen yliopiston Porin yksikön SEIntS -tutkimusryhmä osallistui vuoden 2022 teknologiamessuille Helsingissä (3.-5.5.2022). Messuja pidetään Pohjoismaiden johtavana teknologiatapahtumana.
Aiempiin vuosiin verrattuna messuilla oli melko rauhallista, ja siihen saattoi vaikuttaa koronarajoitusten jäljiltä muistiin jäänyt varovaisuus isoihin yleisötapahtumiin. Näytteilleasettajien osalta tarjonta painottui enemmän teollisuudelle suunnattuihin ratkaisuihin (mm. ohjelmistot painottuivat prosessioptimointiin), ja esittelypisteiden sisältönä oli enemmän järjestelmien esittelyä kuin käyttäjien itsensä kokeiltavia laitteita tai varusteita. Oheistapahtumia (muita muita samanaikaisia messuja) ei tällä kertaa ollut. Esittelypisteiden yhteydessä tuotiin myös aiempaa enemmän esiin rekrytointia.
Matkan tavoitteena oli selvittää messujen tarjontaa kiinteistöjen sisäolosuhteiden mittaamiseen käytettävien anturien ja ohjelmistojen osalta sekä etsiä potentiaalisia kontakteja tulevia pilotteja ja hankkeita varten. Antureita oli kyllä tarjolla moneen eri mittaukseen, mutta suurin osa niistä vaikutti sopivan paremmin teollisuudelle ja sen kiinteisiin jatkuviin mittaustarpeisiin, kuin asuin- ja työtilojen lyhytaikaisiin olosuhdekartoituksiin.
Lämpötilan ja kosteuden mittausten ollessa jo arkipäivää, kuului ilmanpaineen mittaus olevan nousevana trendinä. Tarjonnasta löytyi myös muutamia toimijoita, joiden välineillä ns. ”loggereilla” voidaan toteuttaa kohteesta kerättäviä mittausdatasettejä. Laitteiden koot vaihtelivat Padel-mailaa vastaavasta ”jättiläisestä”, jonka antureita voidaan vaihtaa tarpeen mukaan aina USB-muistitikkuun verrattavissa olevaan miniatyyrilaitteeseen. Osa laitteista toimii niin, että data kerätään ensin laitteen omaan muistiin ja siirretään sieltä jatkokäsittelyyn manuaalisesti. Osa laitteista osaa kommunikoida kännysovellusten kautta, jolloin datasetin lähetys verkon yli palvelimelle on helppoa. Muutamien toimijoiden osalta tarjolla oli myös datan käsittelyyn soveltuvia sovelluksia. Rajapintojen osalta tarjonta vaikutti olevan vielä kehityskaaren alkupäässä. Loggerien ja niissä käytettävien anturien pitäminen käyttökunnossa ja käyttökohteen vaatiman sertifioinnin puitteissa, tulee laitteille tehdä säännöllisesti kalibrointeja. Osa kalibroinneista on mahdollista tehdä perusvälineillä itse ja osa vaatii anturien käyttöä erillisessä kalibrointipalvelussa. Kyseisiä palveluja on saatavissa sekä Suomesta että EU-alueella.
Kiinteistöihin liittyvä energiansäästö tuli messuilla esiin esimerkiksi ilmanvaihtolaitteiden tekniikan kehittymisenä; laitekokonaisuuden sisältö on muuttunut yhdestä keskitetystä päälaitteesta useamman pienen yksikön klusteriksi. Esillä oli myös sähköautojen latauspisteitä ja aurinkosähköjärjestelmiä.
Erityishuomiona voidaan mainita huoltopalvelu, joka tarjosi teollisuuden elektroniikkalaitteiden uusimisen vaihtoehdoksi niiden korjausta ja testausta kiinteillä hinnoilla. Tämä laitteiden elinkaarta pidentävä palvelu on hyvä esimerkki Green-ICT ajattelusta.
Tätä blogia kirjoittaessa messusivusto on jo siirtynyt vuoden 2023 tapahtuman valmisteluihin. Seuraavaa messua odotellessa muisteltiin myös messualuetta ”vartioimaan” jäänyttä vanhaa MiG-21BIS suihkuhävittäjää.
Laadukas sisäilma on tärkeä asia työssäjaksamiselle ja haaste rakennuksen talotekniikalle. Talviaikaan sisäilma voi tuntua liian kylmältä ja kurkussa voi tuntua kuivan tunnetta. Vastaavasti kesällä sisäilma voi tuntua kuumalta ja ahdistavan ”painavalta”. Henkilöstöltä saattaa tulla satunnaisia palautteita sisäilman ongelmista, mutta niiden käsittely ja ongelmien taustoihin kiinni pääseminen voi tuntua ylitsepääsemättömän vaikealta.
KIEMI-hanke (Vähemmällä enemmän – Kohti kiinteistöjen energiaminimiä) toteutti porilaiseen päiväkotiin pilotin, jossa rakennuksen sisäilman ominaisuuksia (lämpötila, kosteus, hiilidioksidi) mitattiin mm. huonekohtaisilla RuuviTag– antureilla, ja anturien mittaustuloksia kerättiin esitettäväksi WebUI-sovellukseen (graafinen käyttöliittymä).
Graafisen käyttöliittymän avulla eri anturien (ja niiden valmistajien) keräämää dataa pääsee tutkimaan yhteisen käyttöliittymän kautta. Käyttäjä voi vertailla eri anturien tuottamia mittaustietoja halutulla aikavälillä. Lisäksi datasta voidaan koostaa erilaisia yhdistelmäkuvaajia. Esimerkiksi lämpötilan ja suhteellisen kosteusarvon yhdistelmästä saadaan ns. mukavuuslämpökuvaaja. Kuvaajan avulla nähdään, miltä osin sisäilman ominaisuudet täyttävät halutut laatukriteerit ja millä ajanjaksoilla sisäilma kaipaisi talotekniikalta tarkempaa ohjausta.
Lisäksi hanke toteutti OSKU-palautesovelluksen, jolla päiväkodin henkilöstö sai raportoitua omia havaintoja tai tuntemuksiaan sisäilman ominaisuuksista. Palautesovelluksessa henkilöstön edustaja (nimellään tai anonyymisti) ilmoittaa huoneeseen liittyvät havainnot ja niiden ajanhetken. Palautesovellusta käytettiin henkilöstötilaan tuodun kosketusnäytöllisen tabletin avulla. Palautesovelluksen havainnot koottiin väliraporttiin.
Yhdistämällä OSKU-palautesovelluksen kautta saadut havainnot ja antureista WebUIhin kerätyn datan saatiin aikaan yhdistelmä, jossa käyttäjä, esimerkiksi rakennuksen sisäilman laadusta vastaava henkilö, pääsee väliraportin avulla tutkimaan sisäilmaan liittyviä palautteita ja niiden antohetkellä vallinneita olosuhteita. Hän voi tutkia, onko henkilöstön kokema tilanne todennettavissa ja yhdistettävissä rakennuksen sisäilman mittausarvoihin.
Suomessa talvikausi asettaa haasteita hyvälle sisäilman laadulle. Lämmitys kuivaa sisäilmaa ja ilmankosteuden vähentyminen tekee sisäilmasta käyttäjän kannalta laadultaan heikompaa. Myös ilmanvaihtojärjestelmässä kovilla pakkasilla tehty ilmanvaihdon ohjaaminen pienemmälle ilmavirtaukselle heikentää huoneiden sisäilman laatua hiilidioksidipitoisuuksien noustessa. Lämmityksen ja ilmanvaihdon ohjaamisessa tulisi huomioida vuodenaikojen ja ulkolämpötilojen lisäksi huonetilojen käyttäjien läsnäolo. Lämmityksen tarkempi ohjaus auttaa parantamaan sisäilman laatua ja samalla se voi vähentää lämmitykseen kuluvaa energiamäärää. Vastaavasti ilmanvaihdossa energiatehokkuuden parantamiseen liittyvät toimet tulisi kohdistaa ensisijaisesti niihin hetkiin, kun huoneissa ei ole ihmisiä.
Pilottia toteuttamassa ollut tutkija Mikko Nurminen kertoo pilotista kertyneistä kokemuksista seuraavaa:
Pilotissa ratkaistiin todellisen käyttötarpeen (energiatehokkuus ja sisäilman laatu) haasteita. Ihmisten ja organisaatioiden osalta on tunnistettu haasteelliseksi saada energiatehokkuuteen liittyvien päätösten tueksi tarvittavaa dataa. Data on usein siiloutunutta, ja sen saamiseksi pitäisi avata pääsyä dataa tuottaviin järjestelmiin ja siitä voi koitua lisäkustannuksia. Ruuvitagin osalta oli hienoa päästä omalla tekemisellään vaikuttamaan dataketjun toimintaan. Koska kyseessä on yksityisille markkinoitu ja omaksi ostettava sensori, on sen kanssa toimiminen jo lähtökohtaisesti suunniteltu käyttäjälle helpommaksi. Varsinainen datasisältö (lämpötila- ja kosteusmittaukset yms.) on määritetty valmistajan toimesta, joten niitä ei pääse itse muuttamaan. Käytännön toteutuksen haasteista voisin mainita kommunikoinnin mittauslaitteiden valmistajien kanssa, joka ei ole itsestään selvä asia. Järjestelmätoimittajilla ei ole varsinaista syytä (liiketoiminnan lisätulot) datarajapintojensa avaamiselle ja osalle toimittajista asia voi olla täysin uutta ja jopa vaaralliselta kuulostava ajatus. Teknisten dokumenttien saaminen valmistajalta ja rajapinnan käytön salliminen ei vielä takaa sitä, että käyttäjä voi niiden perusteella päätellä, minkälaista dataa rajapinnasta voi saada. Eli tärkeä osa hankkeen pilotointia onkin saada hyvät keskusteluyhteydet järjestelmätoimittajien edustajien kanssa.DataSites järjestelmänä hakee dataa kolmansilta osapuolilta (anturien ja mittalaitteiden valmistajat), ja tarjoaa hakemansa datan omien rajapintojensa kautta.
Kiinnostuitko pilotista? Hanke kartoittaa tulevalle syksylle vastaavia pilotointikohteita. Asiassa kannattaa olla yhteydessä hankkeen projektipäällikkö Jari Soinin kanssa.
