Jak IoT hlídá např. vlhkost i bezpečnost mostů díky spolupráci čtyř fakult ČVUT

Duch startupu

Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT funguje již osm let: „Vznikli jsme jako projekt v operačním programu Výzkum a vývoj pro inovaci. Současně s projektem vznikla součást ČVUT, samostatný ústav, který má ředitele a je na stejné úrovni jako fakulty. To bylo v roce 2012. Fyzicky jsme začali fungovat, když se postavila budova a vybavila novým vybavením, což bylo v roce 2014, kdy jsme měli slavnostní otevření. Toho jsem se účastnil a od roku 2015 zde působím naplno, takže mohu říct z první ruky, že zde byl patrný duch startupu,“ popisuje začátky fungování Centra Michal Kuzmič z Univerzitního centra.

Unikátní spojení čtyř fakult

Projekt je unikátní tím, že sdružuje specialisty z několika oborů, zabýval se konstrukcí inteligentních budov s ohledem na propojení do větších celků, chytrých měst:

 „Čtyři fakulty, konkrétně fakulty strojní, stavební, elektrotechnická a biomedicíny, se spojily a zaplnily budovu výzkumníky. Hlavní myšlenka byla propojit obory, které se zaměřují na budovy, jejich komplexní kvalitu a zastavěné prostředí. Projekt má přesah na sídla, jde tedy o víc než jednu budovu, ale dotýká se čtvrtí a celých měst. Z logiky věci ale začínáme u budov. Od začátku část výzkumníků, kteří pochází z elektrotechnické fakulty, se věnovala vývoji v oblasti senzoriky. Dále v oblasti monitoringu, řízení a diagnostiky, která souvisí s provozem budov, ale i s jinými oblastmi výstavby. Řešíme například stabilitu mostů, konstrukcí, nebo kvalitu ovzduší. Měření kvality ovzduší je dnes docela běžné, výjimečné výsledky máme třeba u konstrukcí a propojení různých systémů s ohledem na energetiku. Většina naší práce tedy leží ve výstavbě a energetice.“

Měří vlhkost ve stavbách

Výzkum probíhá v několika projektech, většina z nich se týká právě zapojení internetu věcí:

„Rozdělení projektů, které se specializují na Internet věcí, vychází z několika již zmíněných oblastí. My se specializujeme na materiály konstrukce, kde lze Internet věcí využít v řadě věcí. Můžeme zkoumat změny vlastností konstrukcí a výstavby. Příkladem je technologie MoistureGuard, což je vestavěný senzor pro měření vlhkosti ve dřevostavbách. Vyvinuli jsme knowhow a prototyp. Existuje firma, která tuto technologii běžně nabízí, takže se domovské know how podařilo dostat na trh. Po právnické stránce je to startup, který má licenci od nás. Zabývá se problematikou, která se týká mostních a střešních konstrukcí, jde o měření jejich stability. Principy jsou různé. Pro měření mechanického namáhání využíváme optická vlákna. Máme zajímavé instalace v mostech, ale i v lamelových nosnících, kde je integrované optické vlákno, v reálném čase se může monitorovat pohyb, dá se z toho vyčíst i řada dalších informací, je to primárně stavěné na bezpečnost konstrukce. Jde vyčíst i zatížení, nebo průjezd po vozovce. To je oblast materiálů konstrukcí,“ popsal Michal Kuzmič první část projektů, na které týmy výzkumníků z Centra pracují.

Energetika a kvalita prostředí

Další velká oblastí, ve které Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT působí, jsou energetické systémy:

„Senzory slouží pro energetický management, jde například o senzory osvitu, nebo senzory, které snímají průběh oblačnosti, nebo zastiňování fotovoltaiky. Všechny tyto senzory lze integrovat pomocí Internetu věcí. Další odnoží je tedy zakomponování energetického managementu. S tím souvisí třetí část, a to kvalita prostředí. Primárně se věnujeme vnitřnímu prostředí, na které se dlouhá léta specializujeme. Tento výzkum probíhá ve spolupráci se stavební fakultou. Naši kolegové pomohli nastavit a určit normy, jaká je zdravá koncentrace CO2. Díky výzkumu vznikají multiparametrická čidla, které měří CO2, nebo klasické parametry jako vlhkost. Tyto údaje párujeme se schopností analyzovat a říct, co to znamená pro uživatele. Poslední roky se věnujeme také vnějšímu prostředí a máme sadu venkovních senzorů, které využíváme pro municipality, pokud mají zájem třeba porovnat polétavý prach.“

Zařízení pro prediktivní řízení bateriového úložiště s fotovoltaickým zdrojem založené na cloudové službě předpovědi osvitu. Zdroj: www.uceeb.cz

Sledují mosty

Díky unikátnímu výzkumu slouží Internet věcí ke zvýšení bezpečnosti mostů a sledování jejich zdraví, což je velmi aktuální téma:

„Tento projekt vychází z výzkumu kolegyně Kristýny Čápové a kolegy Jana Včeláka. Využívají optické vlákno, které je do mostu dodatečně přidělané, takže konstrukci kopíruje. Kontroluje se tzv. Fiber Bragg mřížka. Na optickém vlákně jsou vypálené zářezy, díky kterým lze sledovat průběh namáhání a ty lze porovnat s limitujícími hodnotami. Pokud je mechanická deformace příliš velká, způsobená například povětrnostními podmínkami, a zvýšilo se riziko, že by se konstrukce mohla porušit, či dokonce zbortit, pak se odešle varovné hlášení. Technologii jsme použili i při jiných situacích,  a to při zakládání staveb. Pokud se zakládají velké betonové piloty do podloží, je potřeba mít jejich stabilitu, zda nehrozí nějaká deformace. Podobný výzkum jsme už provedli pro stavební firmy,“ uvedl Michal Kuzmič.

Nejen měření ale i správné vyhodnocení

Výzkum zde neslouží pouze pro bádání samotné, ale Centru energetických budov se podařilo dostat některé produkty na běžný trh:

„Jsou tři způsoby komercializace našich výzkumů. Některé technologie vznikly autonomně, kdy jsme měli granty. Díky tomu jsme mohli podpořit výzkumné týmy a jejich vlastní výzkum, který jsme pak nabídli ke komercializaci. Díky tomu se mohou takto nabízet již senzory vnitřního prostředí. Typičtějším příkladem komercionalizace našich produktů přichází díky partnerství s nějakým podnikem, pro který vyvíjíme. Může jít o víceletý projekt, kdy nové typy senzorů kombinujeme a vylepšujeme jejich parametry, nebo probíhají kratší smluvní výzkumy, například pokud firmy potřebují svoje senzory optimalizovat. Doplňkově nabízíme služby, kdy jako univerzita něco změříme a připravíme analýzu. Tu jsme připravili pro řadu škol v Praze, nebo Brně. Například v našem sídle v Buštěhradě máme pokusnou síť vystavěnou na technologii LoRa, na kterou jsme připojili šestnáct kladenských škol. Ty pravidelně měříme. O tuto službu je zájem, protože měření umíme vyhodnotit. Technologie samotná je zaměnitelná, mohou se použít naše senzory, nebo jiné, ale důležité je vyhodnocení a návazné doporučení, které z toho plyne,“ uzavřel Michal Kuzmič.

Senzor kvality vnitřního prostředí IAQ 03/IAQ 03PM. Zdroj: UCEEB

Chcete spolupracovat s výzkumným týmem UCEEB?