De groene thuisomgeving: intelligente energie-efficiëntie met behulp van een domotica-systeem. Jeroen Claessens

De groene thuisomgeving: intelligente energie-efficiëntie met behulp van een domotica-systeem Jeroen Claessens

Promotoren: prof. dr. Mario Pickavet, dr. ir. Didier Colle Begeleiders: Willem Vereecken, ir. Andy Van Maele Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: computerwetenschappen

Vakgroep Informatietechnologie Voorzitter: prof. dr. ir. Daniël De Zutter Faculteit Ingenieurswetenschappen Academiejaar 2008-2009

De groene thuisomgeving: intelligente energie-efficiëntie met behulp van een domotica-systeem Jeroen Claessens

Promotoren: prof. dr. Mario Pickavet, dr. ir. Didier Colle Begeleiders: Willem Vereecken, ir. Andy Van Maele Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: computerwetenschappen


DANKWOORD Deze masterproef had nooit bestaan zonder Andy. Ik wens je te bedanken om me aan te zetten mijn eigen weg te gaan en me op korte tijd in contact te brengen met de juiste personen om het onderwerp van deze masterproef vorm te geven. Mijn promotor Prof. Mario Pickavet wil ik uitdrukkelijk bedanken om mij de kans te geven mijn eigen onderwerp te definiëren. Graag wil ik ook alle medewerkers binnen NIKO N.V. bedanken die me bijstonden met technisch kennis, praktische tips en een af en toe een portie humor. Ik wens ook Willem te bedanken. Ik heb dit jaar meer bijgeleerd dan in eender welk academiejaar. Jouw glasheldere analyses en je geargumenteerde manier van werken zullen mij altijd bijblijven. Bedankt om mij het voorbije jaar te begeleiden. Het voltooien van deze masterproef betekent niet alleen het einde van een academiejaar. Ik wens mijn ouders te bedanken voor alles wat ze voor mij de voorbije jaren gedaan hebben. Voor alle mogelijkheden die ik kreeg. Om er altijd voor mij te zijn. En niet in het minst om mij de voorbije maanden te verdragen. Ik heb jullie verdraagzaamheid bewonderd. Als dit dankwoord maar aan één enkele persoon zou gericht zijn dan kon dat enkel aan Lieselotte zijn. Wat jij voor mij betekend hebt dit jaar, daar kan ik zelf niet bij. Ik kan je onmogelijk genoeg bedanken voor alles wat je doet, voor alles wat je bent. Dankjewel.

Jeroen Claessens, 21 augustus 2009

TOELATING TOT BRUIKLEEN De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.

Jeroen Claessens, 21 augustus 2009

DE GROENE THUISOMGEVING: INTELLIGENTE ENERGIE-EFFICIËNTIE MET BEHULP VAN EEN DOMOTICASYSTEEM

Jeroen Claessens

Promotoren: prof. dr. Mario Pickavet, dr. ir. Didier Colle Begeleiders: ir. Willem Vereecken, ir. Andy Van Maele Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: computerwetenschappen


SAMENVATTING In deze masterproef stellen we het gebruik van een intelligent domoticasysteem voor om het huishoudelijk energieverbruik te beperken. Het systeem bestaat uit een standaard domoticasysteem, een beslissingseenheid en een netwerk van vermogensensoren. Het systeem heeft als doel het gebruikersgedrag te optimaliseren. Het potentieel van het systeem wordt onderzocht voor verschillende toepassingsdomeinen. We evalueren het potentieel voor het beperken van stand-byverbruik, hoofdverbruik en het verbruik van klimaatbeheersinginstallaties, en doen dit voor verschillende gebruikerstypes.

TREFWOORDEN Energie-efficiëntie, domotica, vermogenmeting

A green home environment: intelligent energy efficiency through home automation. Jeroen Claessens Supervisors: Mario Pickavet, Didier Colle, Willem Vereecken, Andy Van Maele Abstract− −This article suggests techniques to reduce electric power consumption in residential buildings by using an intelligent home automation system. The system improves user behaviour while maintaining a maximum level of comfort. Keywords− −Energy efficiency, home automation, power sensor

I. INTRODUCTION Global energy consumption is increasing very fast. The International Energy Outlook of 2009 predicts an increase in global energy consumption of 44% from 2006 to 2030 [1]. The negative impact of these prognoses on the environment drives the politics to legislate for more energy efficient technologies. As part of the European Union's climate and energy policy, the European Commission wants to reduce overall energy consumption by 20% by 2020 [2]. Although the industry and the service sector are large energy consumers, we believe that, with a share of 29% in European electricity consumption, households will play a crucial role in achieving the Commission’s ’20 20 by 2020’ goal [3]. Of course, improving the energy efficiency of devices will be a useful approach to reduce household electricity consumption in the long term. However, a change in user behaviour is the only way to reduce energy consumption in the short term. II. AN INTELLIGENT HOME AUTOMATION SYSTEM Within this scope we propose an intelligent home automation system to apply energy saving techniques. We want to achieve an increase in household energy efficiency by improving user behaviour in an automated and autonomous way. Therefore our system consists of a standard home automation system, a decision unit and a power sensor network. In order to compensate for inefficiencies in the user’s behaviour, the system detects user behaviour including device operation modes. These detections are based on the output of the power sensors and the feedback of the home automation system. They allow the decision unit to command the home automation system. This in its turn controls the energy consuming device in order to eliminate useless energy consumption. To demonstrate the feasibility of our energy saving principle, we built a proof of concept.

avoided by disconnecting an appliance by means of the home automation system. A second angle of approach is the reduction of the main power consumption of energy using products by using the products in a more efficient way. This requires operational control of an appliance. As third and last angle, we consider all climate control appliances. Considering the different nature of HVAC devices, we put them in a separate section. The appliances for climate control are of a substantially different nature. They work by the principles of thermodynamics, heat transfer and fluid mechanics. They usually permit a home automation system to control the operation mode. IV. MODELLING ENERGY SAVINGS To review the potential of our system in each energy saving area, we built a households model based on four typical cases. Each case represents a typical household. We distinguished the cases by the number of residents, the type of building, the number of electrical devices, the device properties, device use times, etc. The resulting cases have a total electricity consumption of 7500 kWh (in case 1) to 600kWh (in case 4). V. APPLYING ENERGY SAVING TECHNIQUES Energy saving techniques facilitated by our system are discussed for each of the energy saving areas and the energy saving potential is evaluated. A. Stand-by power consumption We use a very straightforward principle to reduce standby power consumption. The power sensors are used to measure the power consumption. If this value lies below a threshold the decision unit will consider the power consumed as standby power and request the home automation system to interrupt the current to the device. This purely theoretical approach shows promising results in cases with a large number of appliances.

III. ENERGY SAVING AREAS We distinguish between three energy saving areas for our system to operate in: standby, main and HVAC power consumption. A first angle of approach is the reduction of standby power consumption. Standby power can be easily

Figure 1: Theoretical reduction of stand-by power consumption.

However,

in the

cases with little

total electricity

consumption and a small number of appliances, no energy savings are possible with our home automation system (see Figure 1). Note that additional standby power is caused by the inefficiency of our home automation system and of-the-shelf power sensors. We suggest additional optimizations by clustering devices that are often used together. B. Main power consumption Our study shows that at this moment, there is no potential for our system to use consumer electronics in a more efficient way. This is due to the lack of interfaces to control the operation state of a device. Other appliances (like refrigerators, cookers...) show no potential either, because their energy efficiency cannot be influenced by our system. On the other hand, light control shows a lot of potential. We propose detecting light intensity by using light sensors. Energy savings are achieved through daylight harvesting and presence detection. C. HVAC Our intelligent home automation system can be used to control individual climate control devices. However the full potential of our system lies in the simultaneous control of all HVAC appliances in the building. This way, our system can prevent energy loss due to conflicting control decisions (e.g. loss of energy through ventilation) and can provide the desired climate control effect in the most energy efficient way. VI. CONCLUSIONS We proposed the use of an intelligent home automation system to reduce residential energy consumption. Our system shows potential to reduce standby power, lighting power and climate control power. The extent of the energy savings are however bounded by the original behaviour of the user. The more economical the user’s behaviour, the smaller the energy saving potential. REFERENCES [1] Energy Information Administration (2009). International Energy Outlook 2009. [2] European Commission (2008). Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions - 20 20 by 2020 - Europe's Climate Change Opportunity. [3] Eurostat (2007). Panorama of Energy. Energy statistics to support EU policies and solutions.

INHOUDSTAFEL HOOFDSTUK 1

INLEIDING .......................................................................................................................... 1

HOOFDSTUK 2

ONTWERP VAN EEN INTELLIGENT DOMOTICASYSTEEM ..................................................... 3

2.1

2.3.1 2.3.1 2.3.2 2.3.3

DOMOTICASYSTEEM ............................................................................................................................... 4 State of the art................................................................................................................................. 4 Nikobus domoticasysteem ............................................................................................................... 4 SENSORNETWERK................................................................................................................................... 6 Vermogensensoren .......................................................................................................................... 6 Plogg® vermogensensor .................................................................................................................. 6 Communicatietechnologie ............................................................................................................... 7 BESLISSINGSEENHEID .............................................................................................................................. 8 Technische laag ............................................................................................................................... 9 Communicatielaag ........................................................................................................................... 9 Business logica ................................................................................................................................. 9 Applicatielaag ................................................................................................................................ 10

i. ii.

Netwerkrepresentatie ................................................................................................................................10 persistentie ................................................................................................................................................10

2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3

2.4

HET INTELLIGENT DOMOTICASYSTEEM ...................................................................................................... 11

HOOFDSTUK 3 3.1

MODELLEN ....................................................................................................................... 12

GEBRUIKERSMODEL .............................................................................................................................. 13 3.1.1 Opbouw van het model.................................................................................................................. 13 3.1.2 De cases ......................................................................................................................................... 14 i. ii. iii. iv.

CASE 1 ........................................................................................................................................................15 CASE 2 ........................................................................................................................................................16 CASE 3 ........................................................................................................................................................16 CASE 4 ........................................................................................................................................................16

3.1.3

Besluit ............................................................................................................................................ 16 3.2 ANALYTISCH VERMOGENMODEL .............................................................................................................. 17 3.2.1 Componenten ................................................................................................................................ 17 i. ii. iii. iv. v. vi. vii. viii.

3.2.2 HOOFDSTUK 4 4.1

Parameters .................................................................................................................................................17 Beslissingseenheid .....................................................................................................................................17 Schakelmodule ...........................................................................................................................................18 Dimmodule ................................................................................................................................................19 Vermogensensoren ....................................................................................................................................19 Voeding (12V) ............................................................................................................................................20 Feedbackmodule ........................................................................................................................................20 Elektriciteitsprijs ........................................................................................................................................20

Besluit en toekomstperspectief...................................................................................................... 20 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN ................................................................................. 22

STAND-BYVERBRUIK.............................................................................................................................. 24 4.1.1 Inleiding ......................................................................................................................................... 24 i. ii. iii. iv.

Definitie .....................................................................................................................................................24 Stand-byverbruik in België en de EU-25 .....................................................................................................24 Bestaande initiatieven ...............................................................................................................................24 Wetgeving ..................................................................................................................................................25

4.1.2

Beperken van stand-byverbruik ..................................................................................................... 26

i.

Scenario 1: Basisprincipe ...........................................................................................................................27

ii. iii. iv.

Scenario 2: Gedecentraliseerd meten en schakelen ..................................................................................29 Scenario 3: Master-slave cluster ................................................................................................................32 Scenario 4: Heterogene cluster ..................................................................................................................35

4.1.3

Besluit ............................................................................................................................................ 37 4.2 HOOFDVERBRUIK ................................................................................................................................. 39 4.2.1 Gebruikersgedrag .......................................................................................................................... 39 4.2.2 Algemene technieken .................................................................................................................... 40 i. ii.

Herkenning van aanwezigheid, activiteit en omgeving ..............................................................................40 De gebruiker sensibiliseren ........................................................................................................................41

4.2.3

Verlichting...................................................................................................................................... 41

i. ii. iii. iv.

Inefficiënt dimmen .....................................................................................................................................42 Dimmer alternatief ....................................................................................................................................42 Daylight harvesting ....................................................................................................................................43 Simulatie van seniorenwoningen ...............................................................................................................44

4.2.4

Elektrische toestellen ..................................................................................................................... 46

i. ii.

Activiteits- en aanwezigheidsgebaseerde toestelbesturing .......................................................................47 Efficiëntie monitoring ................................................................................................................................48

4.2.5 4.3

Besluit ............................................................................................................................................ 48 KLIMAATBEHEERSING ............................................................................................................................ 49 4.3.1 Installatietypes .............................................................................................................................. 49 i. ii. iii. iv. v.

Verwarming ...............................................................................................................................................49 Airconditioning...........................................................................................................................................50 Zonwering ..................................................................................................................................................50 Ventilatie ....................................................................................................................................................51 Overige toestellen ......................................................................................................................................51

4.3.2 4.3.3

Efficiëntiemonitoring ..................................................................................................................... 52 besluit ............................................................................................................................................ 52 REBOUND EFFECT ................................................................................................................................. 53

4.4

HOOFDSTUK 5 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4

TOEKOMSTPERSPECTIEVEN.............................................................................................. 54 Smart grids .................................................................................................................................... 54 Analyseren en informeren.............................................................................................................. 55 De updates van een settopbox ...................................................................................................... 56 Niet-huishoudelijk energieverbruik ................................................................................................ 56

HOOFDSTUK 6

BESLUIT ............................................................................................................................ 57

BIJLAGE A

GEDETAILLEERDE SOFTWARE DOCUMENTATIE ................................................................ 59

BIJLAGE B

GEDETAILLEERD GEBRUIKERSMODEL ............................................................................... 60

BIBLIOGRAFIE

........................................................................................................................................ 61

TABEL VAN AFKORTINGEN API

Application Programming Interface

CFL

Compact Fluorescent Lamp (spaarlamp)

CREG

Commissie voor de Regulering van de Elektriciteit en het Gas

EuP

Energy using Product

EU-25

Samenstelling van de Europese Unie op 1 mei 2004.

FFD

Full Function Device

HVAC

Heating, Ventilation and Air Conditioning

ICT

Informatie- en Communicatietechnologie

IEA

International Energy Agency

IR

Infrarood

kWh

Kilowattuur

LED

Light-Emitting Diode

LFL

Lineair Fluorescent Lamp

Lx

Eenheid voor lichtsterkte (Lux)

MAC

Media Access Control

PAN

Personal Area Network

PLC

Power Line Communications

RF

Radio Frequent

RFD

Reduced Function Device

SPD

Spectral Power Distribution

TOE

Ton Oil Equivalent

TWh

Terawattuur

UPnP

Universal Plug and Play

VREG

Vlaamse Reguleringsinstantie voor de Elektriciteits- en Gasmarkt

Wh

Wattuur

HOOFDSTUK 1 INLEIDING

HOOFDSTUK 1 INLEIDING

De globale energieconsumptie stijgt met een hoog tempo. De International Energy Outlook van 2009 voorspelt een toename van 44% tussen 2006 en 2030. Als we enkel het elektriciteitsverbruik beschouwen is dit zelfs een toename van 66% [17]. Analoge prognoses en de resulterende negatieve impact op het leefmilieu zijn een drijfveer voor de politiek om via de wetgeving energie-efficiëntie te stimuleren. De Europese Commissie wil tegen 2020 in het kader van het integraal energie- en klimaatveranderingsbeleid het energieverbruik met 20% verminderen door efficiënter om te gaan met energie [21]. Verschillende sectoren zijn verantwoordelijk voor het energieverbruik. In de EU-25 zijn huishoudens bijvoorbeeld goed voor 26% van het totale energieverbruik. Indien we opnieuw enkel het elektriciteitsverbruik beschouwen, zijn huishoudens zelfs verantwoordelijk voor 29% van het totale elektriciteitsverbruik in de EU-25 (zie Figuur 1.1) [24]. Om het energieverbruik met 20% te doen dalen tegen 2020 zal enkel het beperken van het elektriciteitsverbruik van huishoudens niet volstaan, maar inspanningen van huishoudens zijn wel noodzakelijk om de doelstelling te halen.

Dienstensector; 27%

Huishoudens; 29%

Overige; 3%

Industrie; 41% FIGUUR 1.1: ELEKTRICITEITSVERBRUIK IN DE EU-25 PER SECTOR [24]

Uit onderzoek in opdracht van de Vlaamse Gemeenschap blijkt dat meer dan 90% van de bevolking in Vlaanderen energiebesparing belangrijk vindt [63]. Gezinnen doen elk jaar meer inspanningen om energie te besparen wat blijkt uit de jaarlijkse stijging van het aantal huishoudelijke energiepremies uitgekeerd door de elektriciteitsnetbeheerders. Toch gebeurt er nog te weinig om het huishoudelijk elektriciteitsverbruik te re-

1

HOOFDSTUK 1 INLEIDING duceren. De premies worden voornamelijk uitgereikt voor isolatie- en verwarmingsacties. Amper 9% van de premies werd uitgereikt voor andere maatregelen [62]. Het Vlaams Energieagentschap onderzocht het gedrag van de bevolking op het vlak van energiebesparing. Uit dit onderzoek blijkt dat 27% van de bevolking weinig inspanningen doet om energie te besparen en 50% zichzelf zuinig vindt, maar nog mogelijkheden ziet voor extra besparingen. Er zijn verschillende verklaring voor het niet zuinig omspringen met energie. Zo geeft 45% van de bevolking gemakzucht aan als reden en zegt 36% er niet altijd aan te denken. Verder wordt het behoud van comfort als derde belangrijkste reden opgegeven [63]. Nochtans blijkt dat alleen een verandering van het gedrag van de gebruiker op korte termijn het elektriciteitsverbruik per huishouden kan doen dalen [40]. Het elektriciteitsverbruik in huishoudens dient verschillende doelen. We gebruiken elektriciteit voor koken wassen, koelen, verwarmen, verlichten, ICT… Om energie te besparen zonder comfort te verliezen, moeten we onbenut energieverbruik vermijden. Een eerste stap is om het stand-byverbruik van toestellen aan te pakken. Het stand-byverbruik is verantwoordelijk voor 10% van het huishoudelijk energieverbruik [39]. Daarnaast dienen we het hoofdverbruik van toestellen en lichtbronnen optimaal te benutten. Door de werkingstoestand van een verbruiker te koppelen aan de activiteit of aanwezigheid van de gebruiker, kan onnodig energieverbruik vermeden worden. In deze masterproef proberen we een technologische oplossing te vinden om het elektriciteitsverbruik van huishoudens te beperken. We stellen een intelligent domoticasysteem voor dat autonome beslissingen neemt om het energieverbruik te beperken met een minimum aan comfortverlies. Het systeem dient het gedrag van de gebruiker aan te vullen, zonder dat de gebruiker zijn gedrag drastisch moet wijzigen. In Hoofdstuk 2 bespreken we het ontwerp van dit intelligent domoticasysteem. We stellen het gebruik van vermogensensoren voor om in realtime het elektriciteitsverbruik in de woning te kunnen monitoren. Het intelligent domoticasysteem toont aan dat de voorgestelde oplossing technologisch haalbaar is en laat toe concrete besparingstechnieken te evalueren. In Hoofdstuk 3 stellen we een theoretisch model op van ons systeem. Daarnaast wordt een gebruikersmodel voorgesteld op basis van het energieverbruik in 4 typische gezinswoningen. Deze modellen worden gebruikt in Hoofdstuk 4 om het potentieel van energiebesparende technieken te evalueren. We maken onderscheid tussen het stand-byverbruik en hoofdverbruik van elektrische toestellen. Daarnaast wordt onderzocht wat de mogelijkheden van ons systeem zijn in combinatie met klimaatbeheersing. Tot slot geven we in Hoofdstuk 5 een aantal voorbeelden van mogelijke toepassingen van het systeem, al dan niet met een energiebesparend effect.

2

HOOFDSTUK 2 ONTWERP VAN EEN INTELLIGENT DOMOTICASYSTEEM


We willen het energieverbruik beperken door het gebruikersgedrag te verbeteren. Hiervoor hebben we een systeem nodig dat dezelfde energierelevante handelingen kan uitvoeren als een gebruiker. Het systeem moet toestellen kunnen aan- en uitschakelen. In het beste geval kan het systeem ook de uitvoeringmodus van een toestel beïnvloeden. Daarnaast moet het systeem ook de toestand van alle verbruikers in het netwerk kunnen herkennen. Zoals reeds aangehaald in Hoofdstuk 1 moet het systeem autonoom zijn. Het systeem moet beslissen welke acties nodig zijn op het gepaste tijdstip. Anderzijds mag het comfort van de gebruiker hier slechts minimaal door verminderen. De gebruiker moet steeds de controle over zijn verbruikers behouden. We merken op dat we het in deze masterproef meerdere keren zullen hebben over gebruikers en verbruikers. Met verbruiker wordt steeds een energieverbruikend toestel of een energieverbruikende component bedoeld. In de literatuur noemt men dit soms een Energy using Product (EuP). Met gebruiker wordt telkens de persoon bedoeld die een verbruiker aanstuurt (bijv. een persoon die koffiezet).

3


2.1 DOMOTICASYSTEEM Domotica staat voor een geheel van automatisatietechnieken in en rond de woning met als doel het verbeteren van de woon- en leefkwaliteit. Domoticasystemen kunnen bijvoorbeeld functionaliteit bieden voor zorg, beveiliging, bewaking en multimedia, maar kunnen ook gebruikt worden om gewone functionaliteiten te bieden zoals het besturen van verlichting. Wij zullen het domoticasysteem gebruiken om elektrische verbruikers te besturen met het oog op energie-efficiëntie. Wanneer domotica wordt ingezet om energie te besparen, is succes echter niet steeds gegarandeerd. De uiteindelijk bereikte energie-efficiëntie hangt onder ander af van de configuratie en het eigen verbruik van het systeem.

2.1.1

STATE OF THE ART

Typisch bestaat een domoticasysteem uit een aantal functionele eenheden, sensoren en actuatoren die verbonden worden met behulp van een communicatienetwerk. Verschillende media kunnen gebruikt worden als fysische laag van dit netwerk. Draadloze systemen maken gebruik van radiofrequente (RF) of infrarood (IR) communicatie. Voor de bedrade systemen is er keuze uit twisted pair, coax, powerline en zelfs optische vezel. Het communicatienetwerk wordt georganiseerd volgens een bepaalde netwerktopologie: een ster, een bus, een ring of een gemengde topologie. De bustopologie is courant omdat ze de installatie van bekabelde systemen vereenvoudigt. De sensoren en functionele eenheden communiceren onderling via een protocol. Dit protocol kan bedrijfseigen zijn, maar er zijn ook open standaarden beschikbaar.

X10 is een open industriestandaard voor domoticatoepassingen op basis van Power Line Communications (PLC). Het laagspanningsnetwerk (110 of 230 V) doet dienst als fysisch medium. Hoewel de bandbreedte laag is (enkele tientallen bits per seconde), is deze standaard heel populair [69]. KNX® is een gestandaardiseerd netwerk protocol dat ontworpen is voor domoticatoepassingen. Het protocol ondersteunt meerdere fysische media zoals twisted pair, RF, IR, PLC [42]. LonWorks® is een netwerk platform gebaseerd op het LonTalk® protocol. Het is vergelijkbaar met KNX®, maar biedt extra mogelijkheden die verder reiken dan domoticatoepassingen [13].

2.1.2 NIKOBUS DOMOTICASYSTEEM De samenwerking met Niko N.V. liet ons toe gebruik te maken van het Nikobus domoticasysteem. Zoals de naam doet vermoeden, worden de functionele eenheden, actuatoren en sensoren verbonden via een gemeenschappelijke bus. Het systeem werkt op basis van een bedrijfseigen protocol. Het systeem beschikt over basisfunctionaliteiten om stroomkringen te schakelen en dimmers aan te sturen, maar ook over uitbreidingen voor rolluiksturing, inbraakbeveiliging, toegangscontrole enz. Deze functies worden in aparte modules aangeboden. We maken in de testopstelling gebruik van een schakelmodule, een dimmodule en een feedbackmodule. Een schakelmodule bevat meerdere relais die elk een stroomkring kunnen onderbreken. Een dimmodule stuurt een dimcontroller aan de hand van een variabele laagspanning. Beide modules zijn programmeerbaar. De programmering associeert een fysisch adres van een sensor met een functie van de module. Sensoren kunnen bijvoorbeeld drukknoppen, bewegingssensoren of een rookmelder zijn. De feedbackmodule registreert de toestand van de overige modules die aangesloten zijn op de bus en staat in voor de communicatie met een extern systeem, bijvoorbeeld een computersysteem.

4

HOOFDSTUK 2 ONTWERP VAN EEN INTELLIGENT DOMOTICASYSTEEM Het Nikobus domoticasysteem beschikt over voldoende functionaliteit om toestellen aan of uit te schakelen en een aantal actuatoren (bijv. een rolluik) aan te sturen. Daarnaast kan aan de hand van de feedbackmodule een overzicht worden gecreëerd van de toestand van de modules. Op basis van deze feedback kunnen we achterhalen welke stroomkringen geen vermogen verbruiken. Dit is echter onvoldoende om de gebruikstoestand van een toestel te achterhalen (bijv. stand-bytoestand van een tv-toestel of het dimpercentage van een lichtbron).

5


2.2 SENSORNETWERK Het domoticasysteem is ontoereikend om de uitvoeringstoestand van toestellen in te stellen of te detecteren. We stellen daarom voor het vermogenverbruik van toestellen te meten aan de hand van vermogensensoren. Op deze manier kan gedetecteerd worden of een toestel al dan niet is aangeschakeld. Daarnaast is het ook mogelijk om verschillende uitvoeringstoestanden te herkennen op basis van het vermogenverbruik. Een tv-toestel kan bijvoorbeeld 0 W verbruiken wanneer het is uitgeschakeld, 5 W wanneer het toestel zich in een standbytoestand bevindt en meer dan 150 W wanneer het toestel in gebruik is. Omdat de uitvoeringstoestand van een toestel op een willekeurig ogenblik kan veranderen, zijn metingen op regelmatige tijdstippen noodzakelijk. We stellen een netwerk van vermogensensoren voor om de ontbrekende functionaliteit in het domoticasysteem aan te vullen. Draadloze sensornetwerken zijn alomtegenwoordig. Ze bestaan uit zelforganiserende draadloze sensor nodes die samen bepaalde eigenschappen van de omgeving monitoren. De sensor nodes zijn meestal heel klein en hebben een beperkt energieverbruik om hun levensduur te maximaliseren. Ze worden hoofdzakelijk gebruikt voor het monitoren van temperatuur, luchtvochtigheid, geluid, trilling, beweging of vervuiling.

2.2.1

VERMOGENSENSOREN

Een geschikte vermogensensor dient aan de volgende eisen te voldoen: voldoende nauwkeurige meting, compatibele netwerkinterface, beperkte vermogenverbruik. Er zijn talloze producten die een dergelijke sensor bevatten: AlertMe SmartPlug™ , EpiSensor Energy Monitor™, PlugWise Circle™, Plogg®, Tendril Volt™, … Dit zijn alle kant-en-klare toestellen die in het stopcontact passen. Dit is een interessante feature die het mogelijk maakt de vermogensensor overal in de woning te gebruiken. Een vermogensensor is een atypische sensornode. Omdat de sensor het vermogen meet, veronderstellen we de beschikbaarheid van een energiebron. Toch blijft een beperkt energieverbruik belangrijk, vooral wanneer de sensor in grote aantallen zou worden gebruikt. We wensen op te merken dat het mogelijk is om aan de hand van elektronische componenten zelf een vermogensensor te bouwen. Een efficiënt ontwerp met beperkte functionaliteiten kan energie-efficiënter zijn dan de hierboven voorgestelde oplossingen. Het ontwerpen van een vermogensensor valt echter buiten het kader van deze masterproef.

2.2.2

PLOGG® VERMOGENSENSOR

In onze testopstelling gebruiken we Plogg® vermogenmeters van Energy Optimizers Ltd. De voornaamste pluspunten van de toestellen zijn de ZigBee™ netwerkinterface en de beschikbaarheid van de application programming interface (API).

6


FIGUUR 2.1: EEN PLOGG® VERMOGENMETER

De ZigBee standaard implementeert de netwerklaag en de applicatielaag van de IEEE 802.15.4 standaard [71]. De IEEE 802.15.4 standaard definieert de fysische laag en de MAC laag voor een draadloos low cost Personal Area Network (PAN) met beperkte bandbreedte [38]. De lage kost en beperkte bandbreedte zijn geschikt voor de sensoren in ons systeem. Daarnaast zijn de standaarden ook ontworpen met het oog op energie-efficiëntie.

2.2.3

COMMUNICATIETECHNOLOGIE

Indien het sensor netwerk in een woning geïnstalleerd moet worden, is de keuze van de netwerktechnologie niet onbelangrijk. Indien de sensoren verbonden zouden worden via een buskabel (zoals de sensoren van het domoticasysteem), wordt de installatie van de sensoren veel omslachtiger. Dit is enkel haalbaar tijdens de bouw van nieuwe woningen. Maken we gebruik van draadloze communicatie, dan is het eenvoudiger om het sensornetwerk in een bestaande woning te introduceren. Er kunnen zich wel problemen voor doen door een te lage signaalkwaliteit, bijvoorbeeld indien de woning gewapende constructies bevat. Ook indien de sensoren ingebouwd zouden worden in stopcontacten kan dit nadelig zijn voor de signaalkwaliteit. Een logische oplossing voor deze problemen is een PLC-gebaseerd sensornetwerk. Elke vermogensensor is aangesloten op het stroomnet, er is dus geen nood voor een extra netwerkmedium. Verder onderzoek moet uitwijzen welke technologie het meest energie-efficiënt is. Andere technologieën zoals toekomstige uitbreiding van de Power over Ethernet (PoE) standaard met ondersteuning voor vermogens tot 25 W kunnen hierbij ook onderzocht worden [37].

7


2.3 BESLISSINGSEENHEID Het intelligent domoticasysteem dient autonome beslissingen te kunnen nemen. Omdat zowel het gebruikte domoticasysteem als het sensornetwerk over beperkte functionaliteiten beschikken, maken we gebruik van een beslissingseenheid. De beslissingseenheid is een computersysteem dat verbonden is met het domoticasysteem en het sensornetwerk. De beslissingseenheid vormt een overkoepelende laag boven de bestaande systemen (zie Figuur 2.2). De keuze voor een afzonderlijke beslissingseenheid laat toe een applicatie te ontwikkelen in een vertrouwde software omgeving. De applicatie is verantwoordelijk voor het nemen van de intelligente beslissingen. Daarnaast bevat de applicatie ook de interfaces naar de onderliggende systemen, meer bepaald het domoticasysteem en het sensornetwerk. De modulaire opbouw van de applicatie laat toe het systeem uit te breiden met andere onderdelen of een onderdeel te vervangen. We merken op dat het eveneens mogelijk is om een sensornetwerk rechtstreeks te verbinden met een domoticasysteem zonder gebruik te maken van een afzonderlijk systeem [31]. De applicatie die voor de intelligentie zorgt, dient dan geïmplementeerd te worden op een softwareplatform van het sensornetwerk.

FIGUUR 2.2: EEN AFZONDERLIJKE BESLISSINGSEENHEID

We beschrijven in het vervolg van deze sectie de opbouw van de applicatie van de beslissingseenheid (zie Figuur 2.3). De applicatie is opgebouwd uit verschillende lagen: technische laag, communicatielaag, applicatielaag en business logica. Elke laag staat in voor een specifieke functie. De technische laag bevat de hardware afhankelijkheden van de onderliggende deelsystemen. De communicatielaag staat in voor communicatie tussen de deelsystemen en de bovenliggende lagen. De applicatielaag controleert het verloop van het programma. En de business logica bevat de intelligentie onder de vorm van een verzameling logische regels. In de volgende paragrafen bespreken we de verschillende lagen in meer detail.

8


FIGUUR 2.3: LAGEN ARCHITECTUUR

2.3.1

TECHNISCHE LAAG

Deze laag bevat de interfaces van de deelsystemen, meer bepaald de nikobus interface en de sensornetwerk interface (zie Figuur 2.3). Door componenten in de technische laag aan te passen, kan men bepaalde deelsystemen vervangen of de opstelling verder uitbreiden met nieuwe systemen. De laag vertaalt de signalen van de deelsystemen naar universele informatieboodschappen voor de communicatielaag. De boodschappen aan de deelsystemen worden op analoge wijze omgezet in systeemafhankelijk signalen voor de deelsystemen.

2.3.1 COMMUNICATIELAAG Deze laag vormt de scheiding tussen de deelsystemen en de intelligentie van de applicatie. Ze verzorgt de communicatie en werkt als een proxy tussen de technische laag en de applicatielaag. De laag bezorgt boodschappen van de applicatielaag aan de juiste component. Daarnaast buffert ze de boodschappen in beide richtingen. De communicatielaag brengt de applicatielaag op de hoogte wanneer boodschappen beschikbaar zijn en pusht boodschappen voor de technische laag in de buffer van de betreffende component. 2.3.2

BUSINESS LOGICA

De business logica implementeert de intelligentie van het systeem. De laag werkt op basis van pre- en postcondities die gegroepeerd kunnen worden tot logische regels (rules). Door de regels te controleren, bepaalt het systeem of er al dan niet een actie moet ondernomen worden. Bij het verifiëren van een regel worden de precondities gecontroleerd op basis van de informatie uit het geheugen. Indien aan alle voorwaarden voldaan is, worden de postcondities verzekerd. In beide gevallen gebeurt de volledige communicatie via de applicatielaag (zie §2.3.3). Voor het verifiëren van een conditie vraagt de applicatielaag de relevante netwerkinformatie op uit het geheugen. Bij het verzekeren van een conditie wordt op basis van de beschikbare informatie in het geheugen een gepast commandoboodschap gestuurd naar de communicatielaag.

9


2.3.3

APPLICATIELAAG

De applicatielaag controleert het verloop van het programma en is verantwoordelijk voor het initialiseren en het beëindigen van de applicatie. Daarnaast verwerkt de applicatielaag informatieboodschappen van de communicatielaag. De informatieboodschappen worden geïnterpreteerd en de netwerkstatus wordt geüpdatet in het geheugen. De laag is ook voorzien van een component om persistentie mogelijk te maken.

i.

N ETWERKREPRESENTATIE

De applicatielaag beheert de netwerkrepresentatie, dit is de voorstelling van het netwerk in het geheugen. Elke toegang tot de netwerkrepresentatie gebeurt via de applicatielaag. De netwerkrepresentatie bestaat zowel uit statische als variabele informatie. De statische informatie omvat typisch de eigenschappen van de toestellen zoals naam, adres, type en locatie. Daarnaast omvat de statische informatie ook de controle relaties tussen de verschillende objecten. De applicatielaag raadpleegt deze relaties op het ogenblik dat de toestand van een toestel gewijzigd moet worden. We merken op dat deze statische informatie ook gewijzigd kan worden indien de applicatie wordt uitgebreid met een user interface. De variabele informatie bestaat uit de tijdsgebonden gegevens die de huidige toestand van het netwerk weergeven. Deze informatie bevat statusinformatie zoals aan en uit, maar eveneens de meetresultaten van een sensor. Deze informatie wordt pas geüpdatet op het ogenblik dat de applicatielaag een statusverandering ontvangt van de communicatielaag.

ii.

PERSISTENTIE

Een afzonderlijke component van de applicatielaag verzorgt de persistentie. De statische informatie van de netwerkrepresentatie en de regels van de business logica worden bij het afsluiten van het programma weggeschreven in configuratiebestanden. De configuratiebestanden worden tijdens de initialisatie van de applicatie opnieuw ingelezen. Voorbeelden van configuratiebestanden kan men terugvinden in Bijlage A.

10


2.4 HET INTELLIGENT DOMOTICASYSTEEM We ontworpen een intelligent domoticasysteem dat voldoet aan onze gestelde eisen. Het systeem laat in beperkte mate toe te handelen zoals een gebruiker. Het systeem kan verbruikers in- en uitschakelen via het domoticasysteem, maar beschikt niet over de mogelijkheid de uitvoeringsmodus van toestellen aan te passen. Daarnaast kan het systeem de handelingen van een menselijke gebruiker monitoren om op elk ogenblik de toestand van alle verbruikers in de woning te kennen. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van vermogensensoren en van de feedbackmodule van het domoticasysteem. De beslissingseenheid zorgt voor een integratie van beide systemen en voegt de nodige intelligentie toe aan het systeem. In Figuur 2.4 geven we een overzicht van de testopstelling die het intelligent domoticasysteem voorstelt. Voor de duidelijkheid worden het communicatienetwerk en de bedieningspunten van het domoticasysteem niet weergegeven.

FIGUUR 2.4: TESTOPSTELLING: BOVENAAN (V.L.N.R. FEEDBACK- SCHAKEL-, DIMMODULE, DIMMER) ONDERAAN (V.L.N.R. BESLISSINGSEENHEID, VERMOGENMETERS)

Deze testopstelling dient enerzijds als een proof of concept, ze toont aan dat het bouwen van het voorgestelde intelligente domoticasysteem theoretisch mogelijk is. Anderzijds laat het systeem ons toe de voorgestelde energiebesparingen te kwantificeren. In Hoofdstuk 3 wordt een analytisch vermogenmodel van deze testopstelling besproken. Op basis van dit model worden de energiebesparende technieken in Hoofdstuk 4 geëvalueerd.

11

HOOFDSTUK 3 MODELLEN


In dit hoofdstuk worden 2 modellen voorgesteld die verder zullen gebruikt worden in Hoofdstuk 4 om energiebesparende technieken te evalueren. Het eerste model laat toe het gebruik van een gezin te simuleren door gebruik te maken van 4 specifieke cases. Het tweede model bestaat uit een wiskundige benadering van de testopstelling uit Hoofdstuk 2 en laat toe de invloed van bepaalde energiebesparende maatregelen kwalitatief te evalueren.

12


3.1 GEBRUIKERSMODEL 3.1.1

OPBOUW VAN HET MODEL

Om het elektriciteitsverbruik van een gezin te modelleren werd een bottom-up model gebouwd. Op basis van het verbruik van individuele toestellen werd voor 4 specifieke gevallen het jaarverbruik samengesteld. Het model laat toe de impact van verschillende parameters te evalueren. Het model wordt hier kort besproken, het volledige model is terug te vinden in Bijlage B. Een gezin gebruikt in Vlaanderen gemiddeld tussen de 3500 kWh [65] en 4300 kWh [47]. De Vlaamse reguleringsinstantie voor de elektriciteits- en gasmarkt (VREG) onderscheidt verschillende categorieën. Het model bestaat uit 4 cases die overeenstemmen met het elektriciteitsverbruik van 4 typische gezinnen volgens de VREG. De VREG onderscheid nog een aantal extra gevallen. Deze gevallen werden in dit model achterwege gelaten, omdat ze weinig relevante verschillen hebben in het kader van dit onderzoek. De 4 geselecteerde cases werden gecategoriseerd aan de hand van typische kenmerken zoals inplanting, ligging, oppervlakte en aantal gezinsleden. Kenmerken Inplanting Ligging Oppervlakte Gezinsleden Elektriciteitsverbruik

CASE1

CASE2

CASE3

open

halfopen

1

landelijk

dorp

voorstad

stadscentrum

>85 m²

65-84 m²

65-84 m²

<65 m²

appartement (<5)

CASE4 1

appartement (>5)

>= 3

2

2

1

7.500 kWh

3.500 kWh

1.200 kWh

600 kWh

TABEL 3.1: KENMERKEN VAN CASES IN HET GEBRUIKERSMODEL

De 4 cases zijn bottom-up uitgewerkt op basis van de penetratiegraad, gebruiksduur, stand-byverbruik, hoofdverbruik en stand-byratio voor elk van de meer dan 80 geselecteerde toestellen en verlichtingstypes. In totaal bevat het model 45 toestellen met een stand-byverbruik van gemiddeld 3.6 W. De toestellen wordt onderverdeeld in volgende 4 categorieën: huishoudelijk, HVAC, ICT en sporadisch gebruik. De huishoudelijke categorie omvat toestellen die onder meer volgende functies hebben: verlichting, wassen, drogen, koelen, vriezen, schoonmaken, koken... In de categorie HVAC vinden we naast verwarming, ventilatie en airconditioning ook water verwarming terug. De categorie ICT bevat alle elektrische toestellen met toepassingen in een kantooromgeving, maar ook entertainment zoals televisie en hifi keten. Voor elk toestel werden volgende waarden bepaald:

1

Het hoofdverbruik ( ): dit is het vermogen dat ogenblikkelijk door het toestel verbruikt wordt tijdens de gebruiksfase. Het stand-byverbruik ( ): dit is het vermogen dat ogenblikkelijk door het toestel verbruikt wordt wanneer het zich in een waakstand bevindt. De penetratiegraad (): dit is het aantal toestellen van dit type dat in de woning aanwezig is. De gebruiksduur (: dit is het gemiddeld aantal uren dat een toestel tijdens de week gebruikt wordt. Deze parameter werd bepaald volgens het gemiddeld tijdsgebruik van een Vlaming [32]. De stand-byratio (): dit is de verhouding van de hoeveelheid stand-bytijd tot de som van de standbytijd en de tijd dat het toestel uitgeschakeld staat. Deze verhouding kan bijvoorbeeld aanduiden dat

Minder/meer dan 5 appartementen per gebouw

13

HOOFDSTUK 3 MODELLEN een toestel telkens onmiddellijk wordt uitgeschakeld en zich nooit in een stand-bytoestand bevindt. De verhouding variërend tussen 0 en 1, laat toe het gebruikersgedrag te modelleren.

De meetresultaten voor stand-byratio, stand-byverbruik en hoofdverbruik zijn zowel afkomstig van eigen meetexperimenten als uit de literatuur. De penetratiegraad en het gebruikersgedrag werden gebaseerd op vaststellingen in bestaande woningen en statistieken uit de literatuur. We geven een voorbeeld van een tv-toestel in het gebruikersmodel voor CASE 1 en 2 in Tabel 3.2. CASE 3 en 4 zijn weggelaten omdat het toestel er niet in voorkomt. De penetratiegraad is er 0, de overige parameters hebben geen waarde. In het gebruikersmodel is de stand-byratio gelijk voor de verschillende cases. Deze werkwijze laat toe de cases te vergelijken onafhankelijk van het energiebewustzijn van de gebruikers.

Toestel Hoofdverbruik (ogenblikkelijk) Stand-byverbruik (ogenblikkelijk) Stand-byratio Gebruiksduur (per week) Penetratiegraad Totaal Hoofdverbruik Totaal Stand-byverbruik

CASE 1 TV lcd 250 W 3W 0.72 15 h 1 196 kWh 17 kWh

CASE 2 TV lcd 250 W 3W 0.72 10 h 1 130 kWh 18 kWh

TABEL 3.2: VOORBEELDBEREKENING GEBRUIKERSMODEL

Het hoofd- en stand-byverbruik wordt berekend op jaarbasis. De gebruiksduur wordt uitgedrukt in uren per week, dit laat toe om afwijkend gebruikersgedrag tijdens het weekend in rekening te brengen.

365.25 7 1000

Het ogenblikkelijk verbruik wordt vermenigvuldigd met de gebruiksduur per week. Om het jaarverbruik te bekomen wordt vermenigvuldigd met een factor 365.25/7. Er wordt gedeeld door een factor 1000 om het verbruik uit te drukken in kWh. 365.25 !168 # 7 1000 Om het jaarlijks stand-byverbruik te berekenen wordt de stand-byratio in rekening gebracht. Om de duur te bereken wordt de gebruiksduur afgetrokken van het aantal uren in een week (7 24%/ 168%/'(()).

3.1.2

DE CASES

De cases schetsen het elektriciteitsverbruik van 4 gezinnen elk met hun eigen energierelevante gedragingen. In de literatuur worden 3 gebruikersgedragingen onderscheiden [4]:

Aankoopgedrag: Dit gedrag wordt gemodelleerd door het aantal toestellen dat wordt gekocht en de energie-efficiënte van de toestellen. Dit wordt in het model voorgesteld aan de hand van de penetratiegraad (), het stand-byverbruik ( ) en het hoofdverbruik ( ). Gebruiksgedrag: Dit gedrag beschrijft hoe de gebruiker een toestel inzet om een bepaalde taak uit te voeren. Dit wordt in het model voorgesteld aan de hand van de gebruiksduur ( en de stand-byratio (). Merk het verschil op met het geheel van gebruikersgedragingen.

14


Indirect gedrag en restricties: Deze gedragsvorm betreft allerlei keuzes van de gebruiker die invloed hebben op het verbruik zonder dat men een rechtstreeks verband legt met het elektriciteitsverbruik. Deze keuzes bepalen bijvoorbeeld de architectuur van de woonruimte, het type verwarmingsinstallatie of zelfs de samenstelling van het gezin. In het model komen een aantal van deze keuzes naar voor via de kenmerken van de cases (zie Tabel 3.1). De invloed van deze keuzes op het energieverbruik wordt gemodelleerd aan de hand van de penetratiegraad () en de gebruiksduur ().

De parameters van het model werden bepaald op basis van statistieken en waarnemingen in bestaande woningen [4; 9; 12; 26; 27; 29; 32; 40; 53; 65]. Elke case is bedoeld als een realistisch voorbeeld, maar niet als een representatief gemiddelde van de categorie. Hierdoor kan het totaal energieverbruik van een case ook licht afwijken van het vooropgestelde verbruik. Een overzicht van de resulterende cases in Tabel 3.3 en Figuur 3.1, geeft het elektriciteitsverbruik voor de verschillende categorieën weer.

Categorie VREG Gemodelleerd totaal Verlichting ICT Huishouden Klimaatbeheersing Sporadisch Totaal stand-by

CASE 1

CASE 2

CASE 3

CASE 4

7.500 kWh 7.323 kWh

3.500 kWh 3.694 kWh

1.200 kWh 1.212 kWh

600 kWh 583 kWh

1.320 kWh

331 kWh

144 kWh

60 kWh

758 kWh

255 kWh

132 kWh

32 kWh

2.495 kWh

1.423 kWh

684 kWh

352 kWh

959 kWh

895 kWh

0 kWh

0 kWh

771 kWh

237 kWh

105 kWh

73 kWh

1.018 kWh

553 kWh

147 kWh

65 kWh

TABEL 3.3: GEMODELLEERD VERBRUIK PER CATEGORIE

8 MWh 7 MWh 6 MWh 5 MWh 4 MWh 3 MWh 2 MWh 1 MWh 0 MWh CASE 1

CASE 2

CASE 3

Verlichting

ICT

Huishouden

Klimaatbeheersing

Sporadisch

Totaal standby

CASE 4

FIGUUR 3.1: TOTAAL ELEKTRICITEITSVERBRUIK PER CATEGORIE

i.

CASE 1

CASE 1 is gebaseerd op een grote vrijstaande woning. Het gezin is samengesteld uit 2 volwassenen en 2 kinderen. Het elektriciteitsverbruik van verlichting bedraagt 18%. Dit is vrij veel maar valt binnen het Belgisch gemiddelde (10-20%). Het gezin bezit ook het grootste aantal toestellen in de categorie ICT. Het jaarlijks standbyverbruik in deze categorie is ongeveer even groot als het jaarlijks hoofdgebruik.

15


ii.

CASE 2

CASE 2 werd gebaseerd op een rijhuis van gemiddelde grote met halfopen bebouwing. Het gezin bestaat uit 2 actieve volwassenen. Het gezin verbruikt in vergelijking met CASE 1 veel minder energie voor verlichting (9%), dit kan verklaard worden door het beperkte aantal kamers in de woning en een lagere aanwezigheid.

iii.

CASE 3

CASE 3 stelt een ruim appartement voor in een stedelijk gebied. Het gezin bestaat uit 2 volwassenen. Het is hoofdzakelijk het verbruik van huishoudelijke toestellen (64%) dat bijdraagt tot het totale elektriciteitsverbruik.

iv.

CASE 4

CASE 4 bestaat uit een enkele kamer. Deze erg kleine woonruimte kan bijvoorbeeld een kleine flat of studentenkamer zijn. Er zijn amper huishoudelijke toestellen aanwezig. Er is bijvoorbeeld geen kookplaat in de woning. De koelkast is de grootste verbruiker. De bewoner is mogelijk afhankelijk van externe diensten om te voorzien in basiscomfort (bijv. een wassalon).

3.1.3

BESLUIT

We hebben een bottom-up model gebouwd dat gebaseerd is op 4 typische gebouwen en gezinssamenstellingen. De parameters zorgen voor verschillende energierelevante gedragingen in de cases. We zullen dit model gebruiken om de efficiëntie van energiebesparende technieken te evalueren voor de verschillende cases.

16


3.2 ANALYTISCH VERMOGENMODEL Er werd een veralgemeend analytisch vermogenmodel opgebouwd van de testopstelling beschreven in Hoofdstuk 2. Dit model wordt gebruikt in Hoofdstuk 4 om potentiële energiewinst aan te tonen. We definiëren een aantal parameters om de verschillende deelvermogens van de componenten te identificeren in het totale vermogen van het systeem.

3.2.1 COMPONENTEN Het totale vermogen wordt opgesplitst zoals weergegeven in Figuur 3.2. De indices verwijzen naar het gedeelte van de testopstelling, dat verantwoordelijk is voor het vermogenverbruik. De verschillende onderdelen worden hieronder behandeld. *+*, -. /012.,.3 4566.3 /.3/+ 7+.4538 9..4-02

FIGUUR 3.2: IDENTIFICATIE VAN VERMOGENS IN TESTOPSTELLING

i.

P ARAMETERS

Een aantal algemene parameters bepalen de omvang van de opstelling. :0 ; <<= :0/ ; >(=<% )(; ( <<= :04 ; >( ? ( <<=

ii.

B ESLISSINGSEENHEID

Het computersysteem waarop de software draait, wordt aangeduid met be voor beslissingseenheid. Het vermogen van de beslissingseenheid is afhankelijk van de implementatie (OS, software en hardware). Een boven-

17

HOOFDSTUK 3 MODELLEN grens voor het vermogenverbruik werd bepaald op 6W door installatie op een PC-Engines ALIX 3c3 [51]. De meetresultaten van vermogenmetingen van de verschillende onderdelen worden weergegeven in Tabel 3.4. We merken op dat de meetresultaten gelden wanneer er geen toetsenbord, muis, of grafische interface (VGA) verbonden is. Indien men de toestand van het systeem wil raadplegen of de configuratie aanpassen, kan men hiervoor beter gebruik maken van een netwerkinterface. Onderdeel Alix 3c3 ZigBee usb adapter Serial2usb adapter Totaal

Vermogen (Watt) 5.3 W 0.4 W 0.3 W 6.0 W

TABEL 3.4: VERMOGEN VAN BESLISSINGSEENHEID PER ONDERDEEL

Het is aannemelijk dat dit vermogen nog verder kan geminimaliseerd worden. Voor deze installatie werd gebruik gemaakt van Windows XP Professional® als besturingssysteem. Door gebruik te maken van bijvoorbeeld Windows XP Embedded® of een aangepaste Linux® distributie kunnen overbodige modules van het OS achterwege worden gelaten. Op deze manier kunnen de hardwarevereisten en dus het energieverbruik verder dalen. -. %( @(?A>( @ ( (=;==>=((%( 6B

iii.

S CHAKELMODULE

Om het vermogen van de geschakelde circuits te modelleren, werd het stand-byverbruik van de schakelmodule vereenvoudigd tot een lineaire variabele in functie van het aantal circuits. In werkelijkheid neemt het vermogen toe met een vaste waarde per module in plaats van per circuit. Dit zou leiden tot een onregelmatig trapfunctie. 8 7 Vermogen (W)

6 5 4 3 2 1 0 0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24

Aantal schakeluitgangen (NCS) Reëel

Gemodelleerd

FIGUUR 3.3: STAND-BYVERBRUIK SCHAKELMODULE

/ @(?A>( C( >(=<% )(; << 0.28 B =;?(@() @ ( =<% )(;?A ;( !>(;)? > @( ((; A@( ( > >( We merken op dat het in theorie mogelijk moet zijn om voor een module met 12 circuits een totaal vermogen van slechts 0.5 W te bereiken. Dit kan onder andere door de modules van het domoticasysteem met een lage

18

HOOFDSTUK 3 MODELLEN spanning te voeden vanuit een centrale stroomadapter, dit vermijdt dat elke module de stroom zelf dient om te vormen naar een lagere spanning. Naast dit continue sluimerverbruik wordt extra vermogen opgenomen wanneer een circuit ingeschakeld wordt. Dit is te wijten aan de monostabiele relais die in de modules gebruikt worden. Dit type relais kan slechts in gesloten toestand gehouden worden mits continue bekrachtiging en dus ook vermogenverbruik. Door gebruik te maken van een bistabiele relais kan dit extra vermogenverbruik (∆ / ) vermeden worden. In het model wordt dit extra vermogen gelijk gesteld aan nul. Dit is te verantwoorden daar de gebruiksduur van de toestellen doorgaans beperkt is en het hoofdverbruik van de toestellen veel groter zal zijn. ∆ / A(>(@A(> @(?A>( @() AA ( ?A ;( ' (( (( > > = >(=<% )(; 0.28 B 0B /012.,.3 0/ :0 / I

0/ :0

/

E

050F5* GGH

E

!∆ / *+./*.,

050F5* GGH

*+./*.,

In het totale vermogen /012.,.3 dat via de schakelmodule geleverd wordt, is ook het vermogen van de geschakelde verbruikers opgenomen: *+./*., .

iv.

D IMMODULE

In dit model wordt verondersteld dat elke uitgang van de dimmodule slechts 1 dimmer aanstuurt. Het standbyvermogen per gedimd circuit bestaat uit het stand-byvermogen van de dimmodule en het vermogen van een onbelaste dimmer. Het actief vermogen verbruikt door een dimmer, kan verder opgedeeld worden in het nuttig vermogen verbruikt door het toestel en een restvermogen dat verloren gaat in de dimmer. Beide vermogens zijn afhankelijk van het dim percentage (de spanning die de dimmer aanstuurt). In het model wordt het restvermogen echter constant verondersteld, dit brengt de correctheid van het model niet in het gedrang. J ? <A 4 = @(?A>( ?A ;( @(?A>( A(; =( ??( 0.29B 0.93B 1.22B ∆4 (L @(?A>( C( >(=<% )(; dim << <( @(?A>( ?A ;( (=@(?A>( ??( 0 2.20B 4566.3 04 :0 4

v.

E

050F5* GGH

P∆4 *+./*., !JQ

V ERMOGENSENSOREN

De meetwaarden van een vermogensensor in de testopstelling worden één maal per minuut gelezen door ons systeem. Het systeem maakt hiervoor een draadloze connectie met de sensoren. De sensoren dienen dus continu stand-by te zijn. Een vermogensensor wordt aangeduid met ps voor power sensor : R/ ∆R/ R/ ,../

; @(?A>( =(=A( @ (C ; C( @(?A>( C( (@ >> @ ( =(=A standbyvermogen van een vermogensensor (^(( ' ?(( ( =(=A( (@ > 'A ( 0.0166 _` 1 ?a

19

HOOFDSTUK 3 MODELLEN R/

/.3/+ E : R/ P ,../ ∆R/ Q R/

De Plogg toestellen hebben een aanzienlijk stand-byvermogen dat in vele gevallen het stand-byverbruik van kleinere toestellen zal overtreffen. Er dient opgemerkt te worden dat de Plogg toestellen beschikken over extra functionaliteiten (zoals logging, timers, schakelaar…), waaruit we kunnen afleiden dat een eenvoudigere sensor veel energie-efficiënter zou kunnen zijn. Verder wordt een deel van het vermogen door de sensoren gebruikt om de draadloze communicatie mogelijk te maken. De ZigBee Plogg toestellen zijn geconfigureerd als Full Function Device (FFD). Als Reduced Function Device (RFD) en End Device zouden ze minder energie verbruiken [71], maar dit verschil is verwaarloosbaar ten opzichte van het huidige totaal verbruik van 0,93W. We gebruiken in dit model de waarde van de Plogg toestellen voor het vermogenverbruik van een sensor. /.3/+ b,+88 c8d 0.93W

vi.

V OEDING (12V)

De testopstelling bevat een 12V voeding (niet weergegeven op de figuur) die uitsluitend gebruikt wordt voor het voeden van de LED verlichting in de schakelaar. De bus wordt gevoed door één van de modules. 7+.4538 2B

vii.

F EEDBACKMODULE

De feedbackmodule voorziet de seriële interface tussen het Nikobussysteem en de beslissingseenheid. Omdat de module echter ook een functionele rol heeft in het domoticasysteem werd het vermogen niet bij het vermogen van de beslissingseenheid (-. ondergebracht. 9..4-02 0B

viii.

E LEKTRICITEITSPRIJS

Af en toe zullen we de gerealiseerde besparing financieel uitdrukken. Op basis van de cijfers van de Commissie voor de Regulering van de Elektriciteit en het Gas (CREG) wordt een vaste prijs van 15c/kWh inclusief BTW gehanteerd. [10]

3.2.2

BESLUIT EN TOEKOMSTPERSPECTIEF

We beschouwen het geïntroduceerd stand-byverbruik per jaar voor het volledige model in Figuur 3.4 (links). We zetten het vermogen uit in functie van het aantaal geschakelde circuits (:0/ ). We veronderstellen dat het aantal gedimde circuits een tiende bedraagt van het aantal geschakelde circuits. :04

1 :0/ 10

Het energieverbruik werd onderverdeeld in categorieën die het mogelijk maken die module te identificeren die verantwoordelijk is voor het energieverbruik. Het energieverbruik van de voeding 7+.4538 werd opgeteld bij het energieverbruik van de beslissingseenheid -. en werd aangeduid met be. Verder onderscheiden we energieverbruik voor het dimmen van een circuit, schakelen van een circuit en meten van het vermogen van alle circuits.

20


450 kWh 400 kWh 350 kWh 300 kWh 250 kWh 200 kWh 150 kWh 100 kWh 50 kWh 0 kWh

450 kWh 400 kWh 350 kWh 300 kWh 250 kWh 200 kWh 150 kWh 100 kWh 50 kWh 0 kWh 1

10

20

1

30

N CS be

dimmen

schakelen

10

20

30

N CS sensor

be

dimmen

schakelen

sensor

FIGUUR 3.4: INTRODUCTIE VAN GEMODELLEERD VERMOGEN: HEDEN (LINKS), TOEKOMST (RECHTS)

Het constante aandeel van de beslissingseenheid wordt proportioneel kleiner wanneer het aantal geschakelde circuits stijgt. Bij een groot aantal circuits merken we voornamelijk het energieverbruik van de vermogensensoren op. Ook het aandeel van de modules in het domoticasysteem neemt toe. Door in de toekomst gebruik te maken van energie-efficiëntere componenten kan het geïntroduceerd energieverbruik beperkt worden. We geven een schatting van dit verbruik in Figuur 3.4 (rechts). Voor deze schatting werd rekening gehouden met de oorzaak van het stand-byverbruik. We veronderstellen dat het energieverbruik van de vermogensensoren minstens gehalveerd kan worden. /.3/+ 0.4 B Het hoge energieverbruik van het domoticasysteem heeft twee redenen Enerzijds worden de modules gevoed met 230V, elke module bevat een transformator die een lagere spanning levert. Door gebruik te maken van één transformator die alle modules voedt, kan een grotere efficiëntie bereikt worden. We introduceren wel een extra gemeenschappelijk energieverbruik van 2 W voor de transformator. 7+.4538 4B Anderzijds verbruiken de relais in de schakelmodule stroom wanneer de relais gesloten worden. Door gebruik te maken van bipolaire relais zal een relais slechts een stroom impuls nodig hebben in plaats van een continue stroom. We schatten het totale verbruik van een schakelmodule met 12 uitgangen hierdoor in de toekomst op 0,5 W. Hierdoor worden / en ∆ / beïnvloed. / 0.04 B ∆ / 0 Ook voor dimmodules en dimmers zijn efficiëntere technologieën beschikbaar. We geven hieronder een voorzichtige schatting. 4 1 B We stellen in Figuur 3.4 vast dat het stand-byverbruik geïntroduceerd door ons systeem in de toekomst aanzienlijk kleiner zal zijn. Het aandeel van de beslissingseenheid zal groter worden. Hoewel extra inspanningen het vermogen van de beslissingseenheid kunnen reduceren, is dit onwaarschijnlijk wanneer de functionaliteit en complexiteit van het systeem toeneemt.

21

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN


In 2007 telde België 4 523 391 private gezinnen [27]. In totaal waren ze verantwoordelijk voor een totaal huishoudelijk elektriciteitsverbruik van 21.86 TWh [28]. Een kleine besparing in elk gezin kan bijgevolg bijdragen tot een grote daling van het totale elektriciteitsverbruik. In dit hoofdstuk zullen technieken besproken worden om het huishoudelijk elektriciteitsverbruik te beperken door gebruik te maken van ons intelligent domoticasysteem uit Hoofdstuk 2. Waar mogelijk wordt een analyse gemaakt van de gerealiseerde energiewinst en wordt de besparingstechniek geëvalueerd voor de verschillende cases van het gebruikersmodel. Het eigenlijke verbruik van een toestel is afhankelijk van verschillende factoren: de capaciteit, efficiëntie, de penetratiegraad en de gebruiksduur van de toestellen (zie Figuur 4.1).

FIGUUR 4.1: RELATIE GEDRAG EN ELEKTRICITEITSVERBRUIK PER APPARAAT [4]

In de figuur wordt de efficiëntie aangeduid met technische besparing en de gebruiksduur met bedrijfstijd. De capaciteit en de efficiëntie werden niet als afzonderlijke parameters opgenomen in het gebruikersmodel, ze komen tot uitdrukking via het hoofdverbruik en de gebruiksduur van een toestel. We veronderstellen namelijk dat efficiëntere toestellen een lager energieverbruik hebben en toestellen met een hogere capaciteit een kor-

22

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN tere gebruiksduur kennen. De bedrijfstijd wordt in het model gedefinieerd als de gebruiksduur (), de penetratiegraad () is ook in het model opgenomen. De 4 factoren zijn op hun beurt afhankelijk van het gebruikersgedrag, meer bepaald het aankoopgedrag, gebruiksgedrag en indirect gedrag. Het aankoopgedrag komt in de verschillende cases van het gebruikersmodel tot uiting onder de vorm van de types en aantallen toestellen aanwezig in de woning (zie hoofdstuk 3). Het indirect gedrag betreft verschillende keuzes van de bewoner en eigenschappen van de woning die het energieverbruik beïnvloeden (bv. grootte van de woning, type verwarming, aanwezigheid van de bewoner) en werd gedefinieerd voor elke case. Het gebruikersgedrag tijdens de gebruiksfase van een toestel heeft invloed op de prestaties en de bedrijfstijd van een toestel. Door gebruik te maken van een domoticasysteem zullen we enerzijds de prestaties en gebruiksduur van toestellen aanpakken, op deze manier verbeteren we het gebruiksgedrag (zie §4.2.1). Anderzijds kan het uitschakelen van oude, weinig zuinige stroomadapters als een technische besparing gezien worden, doordat hier het gedrag gesimuleerd wordt van een zuinige stroomadapter die zichzelf uitschakelt in onbelaste toestand. Daarnaast wordt het eigenlijke verbruik ook beïnvloed door achtergrondvariabelen zoals energieprijs, beleidsmaatregelen, gezinsverdunning, inkomensevolutie... Het effect van deze variabelen zal niet worden beschouwd en de variabelen zullen onveranderlijk worden verondersteld [4].

23


4.1 STAND-BYVERBRUIK 4.1.1

INLEIDING i.

D EFINITIE

Veel elektrische toestellen blijven stroom verbruiken wanneer ze niet worden gebruikt. De toestellen bevinden zich in een sluimertoestand. Het door het toestel opgenomen vermogen wordt dan stand-by-, sluip- of sluimerverbruik genoemd. In de literatuur wordt het stand-byvermogen toegewezen aan verschillende functies [4]:

Stand-byfunctie: het klaar zijn om de primaire functie (sneller) uit te voeren. Ook vaak omschreven als wachtfunctie, bijvoorbeeld een tv-toestel wacht op een signaal van de afstandsbediening. Secundaire functies: bijvoorbeeld een timerfunctie, weergeven van een klok …

Het is echter niet altijd duidelijk of een verbruik als sluimerverbruik, dan wel als hoofdverbruik kan bestempeld worden. In een aantal gevallen is de wachtfunctie eigen aan het toestel. Bijvoorbeeld in het geval van een antwoordapparaat is het wachten op een inkomend gesprek een primaire functie. Daarom wordt er soms onderscheid gemaakt tussen passieve en actieve stand-by.

ii.

S TAND - BYVERBRUIK IN B ELGIË EN DE EU-25

Het sluimerverbruik kan oplopen tot 10% van het totale huishoudelijke energieverbruik [39] en in bepaalde landen tot 14%, bijvoorbeeld in Denemarken 14.4%, Portugal 13.7% en Italië 15% [18]. In 2005 werd geschat dat 3.7 biljoen toestellen verantwoordelijk waren voor het totale stand-byverbruik van 47 TWh in de Europese Gemeenschap [22]. Voor België komt het totaal huishoudelijk stand-byverbruik, afhankelijk van de bron, op een verbruik tussen 1 en 3 TWh (zie Tabel 4.1). We merken op dat er nog steeds een stijgende tendens waar te nemen is, in het jaar 2010 verwacht men 17% stand-byverbruik [34]. Bron [7] [28]

Totaal huishoudelijk elektriciteitsverbruik (in 2007) 15.54 TWh 21.86 TWh

8% Stand-by

14% Stand-by

1.24 TWh 1.75 TWh

2.18 TWh 3.06 TWh

TABEL 4.1: STAND-BYVERBRUIK IN BELGIË

Bij de berekeningsmethode voor het totale huishoudelijke elektriciteitsverbruik in bron [7] dient echter een kanttekening gemaakt te worden. Hoewel er via 2 methodes een vergelijkbare waarde bekomen wordt, is de betrouwbaarheid twijfelachtig. Het totale aantal huishoudens in België wordt vermenigvuldigd met het gemiddeld elektriciteitsverbruik van een gezin in Vlaanderen. Deze methode is enkel relevant indien het gemiddeld verbruik in Vlaanderen ook representatief is voor Wallonië en Brussel.

iii.

B ESTAANDE INITIATIEVEN

Een aantal fabrikanten hebben producten op de markt gebracht om het stand-byverbruik te beperken, onder meer: Stand-by killer™, Energy keeper™, Trickle Star™…. Deze producten worden als verdeelstekker gebruikt en bij een sterke vermindering van de belasting wordt de stroomtoevoer automatisch uitgeschakeld. Soms wordt hierbij ook een onderscheid gemaakt tussen master en slave stopcontacten. We merken op dat de efficiëntie van deze producten sterk afhankelijk is van het eigen verbruik van het product. Daarnaast is ook het systeem van GreenSwitch™ het vermelden waard [33]. Hier wordt elk stopcontact van een toestel met stand-byverbruik uitgerust met een draadloos gestuurde schakelaar. Een master switch laat toe alle

24

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN schakelaars tegelijk aan of uit te schakelen. Elke draadloze schakelaar is uitgerust met een override zodat de gebruiker het apparaat toch nog kan inschakelen. Dit systeem heeft als voordeel dat het heel eenvoudig te installeren en te bedienen is. Cijfers over het eigen verbruik van het systeem zijn niet beschikbaar.

iv.

W ETGEVING

Ook via de wetgeving worden inspanningen gedaan om het stand-byverbruik te beperken. Hieronder volgt een kort overzicht. In 1999 werd het One Watt Plan voorgesteld door het IEA, het International Energy Agency [39].

Vanaf 2010 zouden de deelnemende lidstaten proberen het stand-byverbruik van alle toestellen te beperken tot 1 W.

In 1999 stelt de Europese Raad een Code of Conduct voor in verband met externe voedingsadapters en Digitale tv diensten [2]. Fabrikanten zijn vrij de code of conduct al dan niet te aanvaarden. 2005, het Europees Parlement en de Raad publiceren het Eco-design Directive 2005/32/EG met algemene energiebesparende richtlijnen voor het productieproces van elektrische toestellen [20].

Deze richtlijnen bevatten geen rechtstreeks bindende vereisten voor bepaalde toestellen, maar bepalen de voorwaarden waaraan de ecodesign vereisten moeten voldoen.

2008, publicatie van verordening 1275/2008 tot vaststelling van uitvoeringsbepaling van de richtlijnen in het Eco-design Directive [22]. De voorschriften worden in twee fases van kracht en tegen 2020 hoopt men met deze wetgeving 35TWh minder energie te verbruiken in de EU-25. Dit is een besparing van 78% t.o.v. de geschatte 49 TWh stand-byverbruik bij een ongewijzigd beleid [8].

Vanaf januari 2010 mogen toestellen in de uit-stand maximaal 1.00 W verbruiken. In de stand-bystand mogen ze maximaal 1.00 W verbruiken, tenzij de stand-bystand ook informatie weergeeft. In dat geval is een verbruik van maximaal 2.00W toegestaan. Vanaf januari 2013 mogen toestellen in de uit-stand of stand-bystand maximaal 0.50 W verbruiken. Indien de stand-bystand ook informatie weergeeft, is een verbruik van 1.00 W toegestaan.

Een overzicht van de wetgeving wordt gegeven in Tabel 4.2. Termijn

Uit

Stand-by

Stand-by met info

2010

1.00 W

1.00 W

2.00 W

2013

0.50 W

0.50 W

1.00 W

TABEL 4.2: WETGEVING TOEGELATEN STAND-BYVERBRUIK IN DE EUROPESE UNIE [23]

Deze vrij krachtige wetgeving heeft een grote impact op verdere mogelijkheden om het stand-byverbruik te beperken. Voor alle toestellen geproduceerd na 2013 zal de grootste besparing in stand-byverbruik gerealiseerd worden door deze maatregelen. Technologieën om het stand-byverbruik nog verder te beperken, dienen dus heel efficiënt te zijn en zullen behalve voor de bestaande toestellen relatief weinig energiewinst opleveren. Hieruit kunnen we ook afleiden dat technieken om het stand-byverbruik te beperken vooral in bestaande woningen zullen moeten geïntegreerd worden, omdat er minder stand-byverbruik zal zijn in nieuwbouwwoningen met typisch meer nieuwe elektrische toestellen. De beschikbaarheid van toestellen met een lager stand-byverbruik hoeft echter geen aanleiding te zijn tot het vervangen van goed functionerende toestellen. Indien men rekening houdt met life cycle analyses, kan blijken dat het energie-efficiënter is om toestellen te blijven gebruiken, mits een geoptimaliseerd gebruikersgedrag. Verder onderzoek dient dit uit te wijzen.

25

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Tot slot maken we nog een kanttekening. In ontwikkelingslanden is er een veel lagere penetratiegraad van elektrische toestellen, maar de toestellen beschikbaar op de markt zijn meestal geen state-of-the-art en vaak tweedehands. Wanneer toestellen uit ontwikkelde landen met een groot stand-byverbruik vervangen worden en terecht komen in ontwikkelingslanden, zal men op globaal niveau een toename zien van het standbyverbruik. Het afdanken van toestellen kan een globale verplaatsing van energieverbruik opleveren in plaats van een besparing. Om een positief effect van de Europese wetgeving te ondervinden op wereldschaal, is het belangrijk dat toestellen met een groot stand-byverbruik tot het einde van hun levensduur optimaal gebruikt worden, ongeacht de locatie.

4.1.2

BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK

Om het stand-byverbruik te beperken, willen we ons intelligent domoticasysteem gebruiken om de toestellen volledig uit te schakelen wanneer ze niet in gebruik zijn. We bespreken de voorwaarden, haalbaarheid en beperkingen van het systeem en stellen mogelijke verbeteringen voor. We evalueren ook het gebruik van de vermogenmeters voor deze toepassing. Het stand-byverbruik van een groot aantal toestellen wordt vervangen door het verbruik van een centraal systeem. Om te detecteren wanneer er sluimerverbruik is, wordt het vermogen gemeten. Het intelligent systeem kan nu het domoticasysteem aansturen en de stroomkring van het betreffende toestel uitschakelen. Op deze manier elimineren we het stand-byverbruik van het toestel. Dit wordt schematisch weergegeven in Figuur 4.2. De figuur geeft een vermogenmeter, de beslissingseenheid (be) en een schakelmodule van het domoticasysteem (DS) weer. (1) De vermogenmeter meet het stand-byverbruik van het televisietoestel. (2) Op basis van de vermogenmeting stuurt de beslissingseenheid een commando naar het domoticasysteem. (3) Het domoticasysteem schakelt het circuit van het televisietoestel uit. Het stand-byverbruik werd vermeden.

FIGUUR 4.2: PRINCIPE VOOR HET BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK (BE: BESLISSINGSEENHEID, DS: DOMOTICASYSTEEM)

Deze techniek heeft een aantal consequenties. Om het toestel opnieuw aan te schakelen, dient de stroomkring eerst aangeschakeld te worden. De bewoner moet hiervoor dus gebruik maken van het domoticasysteem. Om het gebruikersgemak te verhogen en reactietijden van het toestel te verkorten, kan een toestel automatisch terug in een stand-bystand gebracht worden, bijvoorbeeld op basis van aanwezigheidsdetectie (zie ook §4.2).

26

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Om het gemeten energieverbruik te kunnen herkennen als stand-byverbruik, moet het systeem voldoende informatie hebben over het toestel. Hiervoor kan bijvoorbeeld een drempelwaarde per toesteltype gebruikt worden. Voor het gebruiksgemak zou kunnen gebruik gemaakt worden van een zelflerend systeem. In de opstelling werden de vermogenmeters vóór het domoticasysteem geplaatst, met andere woorden tussen het domoticasysteem en de elektriciteitstoevoer. Dit is nodig omdat de communicatie met de vermogenmeters nog mogelijk zou zijn na het uitschakelen van het circuit (zie Figuur 2.4). We gaan hier verder op in in §ii.

i.

S CENARIO 1: B ASISPRINCIPE

In een eerste scenario evalueren we de energiebesparing wanneer bovenstaand principe blindelings wordt toegepast voor alle toestellen in het gebruikersmodel met een stand-byverbruik groter dan 0 W. Zoals aangehaald in §3.2 introduceert ons intelligent domoticasysteem een extra stand-byverbruik. Voor de vermogenmeters bedraagt dit 0,93W per sensor (zie §v). b,+88 c8d 0.93W Er wordt ook beroep gedaan op de schakelfunctionaliteit van het domoticasysteem, ook dit brengt een extra stand-byverbruik met zich mee. / 0.28B Samen vormt dit een aanzienlijk extra stand-by vermogen, hierdoor wordt het realiseren van energiewinst enkel mogelijk in gevallen waar het ‘target’ stand-byverbruik enkele grootteordes groter is. We proberen het stand-byverbruik van het toestel te vervangen door het stand-byverbruik dat door het systeem geïntroduceerd wordt, dit verbruik noemen we f . Merk op dat f continu verbruikt wordt, ook tijdens de gebruiksfase van een toestel. *+./*., g f *+./*., g b,+88 c8d h

*+./*., g 0.93W 0.28B *+./*., g 1.21B

Ook het eigen verbruik van de beslissingseenheid (-. zie §3.2.1) dient gecompenseerd te worden door de energiebesparing. Dit is in het nadeel van de cases waar het aantal toestellen met stand-byverbruik laag is. -. 6 B We vinden in het gebruikersmodel voornamelijk toestellen met een stand-byverbruik tussen 0 en 3 W. Figuur 4.3 toont het aantal toestellen per case, weergegeven volgens hun stand-byverbruik. We vinden in cases 1 & 2 een behoorlijk aantal verbruikers met een hoog stand-byverbruik. We vermoeden dus dat er potentieel is om te besparen.

27

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN 90 80 Aantal toestellen

70 60 50 40 30 20 10 0 CASE 1 0W

CASE 2 ]0 , 3] W

CASE 3 ]3 , 6] W

CASE 4

>6W

FIGUUR 4.3: AANTAL VERBRUIKERS PER CASE PER STAND-BYVERBRUIK

Indien we voor alle toestellen met een stand-byverbruik groter dan 0, een vermogensensor zouden toevoegen en veronderstellen dat het systeem ogenblikkelijk een stand-bytoestand detecteert, bekomen we het resultaat weergegeven als scenario 1 in Figuur 4.4.

Totaal stand-byverbruik

1.200 kWh 1.000 kWh 800 kWh 600 kWh 400 kWh 200 kWh 0 kWh CASE 1

CASE2 Origineel

CASE3

CASE4

Scenario 1

FIGUUR 4.4: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 1

In cases 1 & 2 werd het stand-byverbruik teruggedrongen. In cases 3 & 4 is het stand-byverbruik met respectievelijk 31% en 102% toegenomen (zie Tabel 4.3). Het verbruik van de beslissingseenheid is doorslaggevend, voornamelijk door het kleine aantal toestellen in de woning.

28

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Stand-byverbruik Oorspronkelijk Scenario 1 Besparing Absoluut Relatief 2 Financieel

CASE1 1.022 kWh 594 kWh

CASE2 547 kWh 368 kWh



428 kWh 42% 64,2 €

179 kWh 33% 26,8 €

-46 kWh -31% - 6,9 €

-66 kWh -102% - 10,0 €

TABEL 4.3: BESPARINGEN SCENARIO 1

In cases 1 en 2 is duidelijk potentieel om te besparen op het stand-byverbruik. Het is echter niet mogelijk op basis van dit resultaat tebesluiten dat dit een gunstig scenario is, want dit scenario is niet realistisch. Elke verbruiker met een stand-byverbruik groter dan 0 dient over een eigen circuit te beschikken. De resulterende stertopologie maakt een introductie van het systeem in een bestaande woning onmogelijk en zelfs een installatie in een nieuwe woning wordt praktisch onmogelijk. In §4.1.2.ii gaan we hier verder op in. Daarnaast dienen we rekening te houden met de wetgeving besproken in §4.1.1. Op termijn zal dit systeem tot een verhoging van het stand-byverbruik leiden, doordat steeds meer toestellen vervangen zullen worden door zuinigere modellen. We merken op dat het extra verbruik van 1.21 W per circuit een overschatting is. Door technologische verbeteringen moet dit verbruik verder beperkt worden (zie §3.2.2). Ten slotte kan men de bedenking maken dat men het totale stand-byverbruik verder kan terugdringen door verbruikers met een stand-byverbruik lager dan b,+88 c8d (hier 1.21 W) niet van een vermogenmeter te voorzien. Dit vereist echter dat het stand-byverbruik van de verbruikers bekend is voorafgaand aan de installatie.

ii.

S CENARIO 2: G EDECENTRALISEERD METEN EN SCHAKELEN

Om na het uitschakelen van de stroomkring communicatie met de sensoren te bewaren, werden de sensoren in het circuit geplaatst vóór de schakelmodule van het domoticasysteem (zie Figuur 2.4). Hierdoor blijven de sensoren operationeel wanneer een circuit uitgeschakeld wordt. Traditioneel zal een uitgang van een domoticamodule een volledige stroomkring aansturen, bestaande uit een groep van verbruikers of stopcontacten. Dit wordt weergegeven in een klassiek ééndraadschema (zie Figuur 4.5). In het geval van scenario 1 zou dit resulteren in een ster topologie. Dit is zichtbaar in Figuur 4.5 (rechts) waar elk stopcontact van een aparte voeding wordt voorzien. Dit scenario is dan ook uitgesloten aangezien de bekabeling van de woning niet langer realistisch is.

2

0.15 €/kWh [10]

29


FIGUUR 4.5: VEREENVOUDIGD ÉÉNDRAADSCHEMA: TRADITIONEEL (LINKS) EN SCENARIO 1 (RECHTS)

Omdat het schakelen van een gemeenschappelijk circuit te weinig functionaliteit biedt en vermogenmeters onbereikbaar kunnen worden, verplaatsen we de schakelfunctionaliteit naar het niveau van de vermogenmeter. Door de vermogenmeters te decentraliseren en tegelijk van een schakelfunctionaliteit te voorzien, kan een traditionele topologie behouden blijven. De vermogensensoren bevinden zich dichter bij de verbruiker en worden gevoed via gemeenschappelijke circuits. Verbruikers op een gemeenschappelijk circuit kunnen zo toch in3 dividueel geschakeld worden en de meettoestellen blijven bereikbaar . Dit is geen onrealistisch hypothese, de Plogg toestellen gebruikt in de testopstelling, beschikken bijvoorbeeld over een dergelijke functie. Het decentraliseren van het schakelen maakt het domoticasysteem niet overbodig. Een aantal functionaliteiten wordt niet gedecentraliseerd, zoals het sturen van dimmers. Ook de interface met de bedieningspunten blijft nodig. In dit scenario wordt de voorwaarde voor het stand-byverbruik van het toestel (*+./*., soepeler, doordat het stand-byverbruik van de schakelmodule wegvalt. We verwachten dus een iets grotere efficiëntie t.o.v. scenario 1. *+./*., g f *+./*., g 0.93W Door de nieuwe waarde voor het eigen verbruik toe te passen in het model, vinden we inderdaad grotere besparingen in het stand-byverbruik (zie Figuur 4.6 en Tabel 4.4). Voornamelijk in cases 1 & 2 worden extra besparingen gerealiseerd. In de cases met minder toestellen, cases 3 & 4, blijft de techniek onvoldoende.

3

Merk op dat het bereikbaar blijven van een vermogenmeter geen must is, zolang er individueel geschakeld kan worden en het intelligent systeem ‘weet’ dat een toestel is uitgeschakeld.

30


Totaal stand-byverbruik

1.200 kWh 1.000 kWh 800 kWh 600 kWh 400 kWh 200 kWh 0 kWh CASE 1

CASE2

Origineel

CASE3

Scenario 1

CASE4

Scenario 2

FIGUUR 4.6: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 2

Stand-byverbruik Oorspronkelijk Scenario 2 Besparing Absoluut Relatief Financieel

4

CASE1 1.022 kWh 451 kWh




571 kWh

242 kWh

-19 kWh

-52 kWh

56%

44%

-13%

-80%

85,6 €

36,3 €

- 2,9 €

- 7,9 €

TABEL 4.4: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 2

Het verder beperken van het eigen verbruik van de vermogensensoren (en schakelfunctie) zal lineair bijdragen tot de behaalde energie-efficiëntie. In Figuur 4.7 zien we de verhouding van het nieuwe totale stand-byverbruik t.o.v. het originele stand-byverbruik. In case 4 wordt pas een besparing gerealiseerd wanneer het verbruik van de sensoren onder 0,3 W zakt. Ook dan blijft de investering in het systeem moeilijk te verantwoorden. We zien ook een sterkere daling in de cases met minder toestellen. Het kunstmatig punt, met een eigen verbruik van 0 W geeft het aandeel van het verbruik van de beslissingseenheid weer. Een daling van dit verbruik is vereist, willen de cases met weinig toestellen baat hebben bij de techniek.

4

0.15 €/kWh [10].

31


Resterend stand-byverbruik

200%

150%

100%

100% 80%

50% 36% 10% 5%

0% 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Eigenvermogen sensor (W) CASE 1

CASE 2

CASE 3

CASE 4

FIGUUR 4.7: EVOLUTIE STAND-BYBESPARING IN SCENARIO 2 IN FUNCTIE VAN HET EIGEN VERBRUIK VAN DE VERMOGENSENSOREN.

iii.

S CENARIO 3: M ASTER - SLAVE CLUSTER

Veel toestellen worden in combinatie gebruikt met elkaar. Een typisch voorbeeld is een televisietoestel met bijhorende settopbox, dvd-speler, surround system... Daarom gaan we verschillende toestellen groeperen in 5 een cluster en de volledige cluster via één circuit voeden en schakelen . Door een cluster van verbruikers als één verbruiker te zien, kan het sluimerverbruik van een toestel niet langer individueel gemeten worden, maar wordt het aantal vermogenmeters beperkt. Hierdoor verwachten we een kleiner eigen verbruik van het systeem. Merk ook op dat de complexiteit van de bekabeling daalt. Het clusteren van een aantal toestellen zal echter onvoldoende zijn om de volledige topologie van het elektriciteitsnet in de woning te verbeteren. We behandelen in dit scenario master-slave clusters. Een master-slave cluster bestaat uit 1 hoofdtoestel (de master) en een onbepaald aantal randapparaten (de slaves). Een typisch voorbeeld is een pc met randapparaten zoals scherm, speakers, scanner, printer... In dit geval worden de randapparaten (slaves) niet gebruikt zonder de pc (master). Door de techniek uit scenario 1 te gebruiken voor de volledige cluster, kan het standbyverbruik van zowel de master als de slaves vermeden worden. De vermogenmeter meet het volledige circuit en mits een voldoende groot verschil tussen het hoofdverbruik van de master en het totale stand-byverbruik van de cluster, kan de stand-bytoestand gedetecteerd worden. Niet al het stand-byverbruik van de slaves kan vermeden worden. Doordat de slaves niet continu aangeschakeld zijn tijdens het gebruik van de master, veroorzaken ze nog een beperkt stand-byverbruik. Dit wordt schematisch weergegeven op Figuur 4.8. De gearceerde zone duidt tijdstippen aan waarop de volledige cluster wordt uitgeschakeld en dus het stand-byverbruik van de volledige cluster vervangen wordt door f .

5

Dit is het principe dat voornamelijk toegepast wordt door fabrikanten van ‘stand-by killers’.

32


FIGUUR 4.8: GEBRUIKERSGEDRAG MASTER-SLAVE CLUSTER

Om de master-slave clustertechniek op het gebruikersmodel toe te passen, creëerden we een cluster aan de hand van de toestellen van het gebruikersmodel. We bespreken de behaalde winst binnen de clusters en het potentieel van de techniek voor de verschillende cases. Als master selecteerden we de desktop pc en een aantal randapparaten. We geven een overzicht van de penetratiegraad van de toestellen per case in Tabel 4.5. (M)aster / (S)lave

CASE 1

CASE 2

CASE 3

CASE 4

Desktop pc (M)

1

1

1

0

Monitor lcd (S)

2

1

0

0

Monitor crt (S)

0

0

1

0

Muis draadloos (S)

1

1

0

0

Printer inkjet (S)

0

1

1

0

Printer laser (S)

1

0

0

0

Aantal Slaves

4

3

3

0

TABEL 4.5: AANTAL TOESTELLEN IN MASTER-SLAVE CLUSTER PER CASE

Het stand-byverbruik van de cluster kan nu als volgt berekend worden (zie ook Figuur 4.8).

365.25 !24 f !i # h ! !i # hj ! j k 365.25 l24 f E !i # h5 ! 5 m 5

Hier werden indexen nvoor master gebruikt en voor slave . i duidt de gebruiksduur van het master toestel aan en ! j het ogenblikkelijk stand-byverbruik van slave toestel 2. Er wordt ook een extra vermogen f meegerekend, dit is het stand-byverbruik van de vermogensensor en de schakeluitgang. Hoewel het verbruik instaat voor de primaire functie van de sensor, wordt het toch tot het stand-byverbruik gerekend. Dit verbruik vervangt het sluimerverbruik van de gehele cluster. Dit maakt het ook mogelijk om de besparende techniek beter te evalueren. Het hoofdverbruik blijft op deze manier ongewijzigd.

33

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN In het model werd de berekening uitgevoerd op basis van een aanpassing van de stand-byratio. Dit toont aan dat de toegepaste clustertechniek eigenlijk overeenkomt met het simuleren van een verbeterd gebruikersgedrag.

i # h 168 # h i I 0 h

De resultaten van deze besparingstechniek worden weergegeven in Tabel 4.6 en Figuur 4.9. Het originele stand-byverbruik van de cluster wordt vergeleken met het resterende stand-byverbruik na toepassen van de besparing in de cluster. Verder wordt ook aangeduid hoeveel van het oorspronkelijke totale vermogen hierdoor bespaard werd. Het verbruik van de beslissingseenheid werd hier niet meegerekend omdat dit de resultaten teveel zou vertekenen. Daarnaast blijkt uit beschikbare toestellen op de markt dat het nemen van deze beslissing slechts een beperkt vermogen vereist. M-S cluster

Totaal Cluster origineel Cluster scenario 1 Cluster scenario 3 ∆

CASE 1

CASE 2

CASE 3

CASE 4

1.022 kWh 90 kWh

547 kWh 49 kWh

147 kWh 34 kWh

65 kWh 0 kWh

74 kWh

42 kWh

32 kWh

0 kWh

14 kWh

12 kWh

11 kWh

0 kWh

76 kWh

38 kWh

22 kWh

0 kWh

7%

7%

15%

0%

Relatief

TABEL 4.6: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 3: M-S CLUSTER TECHNIEK

100 kWh 90 kWh 80 kWh 70 kWh 60 kWh 50 kWh 40 kWh 30 kWh 20 kWh 10 kWh 0 kWh CASE 1 Origineel

CASE 2 Scenario 1

CASE 3

CASE 4

Scenario 3

FIGUUR 4.9: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 3: M-S CLUSTER TECHNIEK

In Cases 1 & 2 wordt een besparing van 7% op het totale stand-byverbruik vastgesteld. Het totale standbyverbruik blijft hoog door het grote aandeel andere toestellen in de woning. Indien we enkel de toestellen binnen de cluster beschouwen is de besparing heel efficiënt. In Case 3 bedraagt de besparing ten opzichte van het totale stand-byverbruik 15%. Deze besparing is proportioneel groter doordat de cluster al een aanzienlijk deel van het totale stand-byverbruik uitmaakt. f is telkens verantwoordelijk voor het grootste deel van het resterend stand-byverbruik van de cluster.

34

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN f

f

f 24 365.25 10.6 )B%

In Case 4 was er geen potentieel voor deze techniek omdat er geen cluster kon gevormd worden met het kleine aantal toestellen. Er werd in case 4 dan ook geen vermogen f meegerekend.

iv.

S CENARIO 4: H ETEROGENE CLUSTER

We kunnen niet in elke groep toestellen een master aanduiden, we beschouwen daarom ook een heterogene cluster. Een heterogene cluster kan verschillende toestellen met een gelijkaardige functionaliteit bevatten die mogelijk, maar niet noodzakelijk, in combinatie met elkaar gebruikt worden. Een typisch voorbeeld zijn de toestellen voor huiskamerentertainment zoals een televisietoestel met bijhorende settopbox, surround system, dvd-speler of game console. Enerzijds zal het televisietoestel enkel de output weergeven van een interne tuner of van één van de randapparaten, anderzijds is het mogelijk dat de settopbox actief is zonder dat de tv gebruikt wordt, bijvoorbeeld voor het beluisteren van digitale radio, een geprogrammeerde opname of een onaangekondigde software-update (zie ook Hoofdstuk 5: Toekomstperspectieven). Hieruit blijkt dat er niet altijd een master kan worden aangeduid. Dit maakt het minder eenvoudig om te bepalen wanneer de cluster aan- dan wel uitgeschakeld dient te worden. Naarmate de onafhankelijkheid van de toestellen in de cluster groter wordt, zal het stand-byverbruik minder efficiënt vermeden kunnen worden. De onafhankelijkheden van de toestellen worden schematisch weergegeven in Figuur 4.10

FIGUUR 4.10: GEBRUIKERSGEDRAG HETEROGENE CLUSTER

Naast de dankbare typevoorbeelden (pc met randapparaten en huiskamer entertainment) vinden we ook een groot aantal toestellen terug dat minder eenvoudig in clusters is in te delen. Naarmate het aantal toestellen in een cluster stijgt of de relatie tussen de toestellen in de cluster vermindert, daalt de efficiëntie van de energie besparing.

35

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Om de heterogene clustertechniek op het gebruikersmodel toe te passen, creëerden we een cluster aan de hand van de toestellen van het gebruikersmodel. We bespreken de behaalde winst binnen de clusters en het potentieel van de techniek voor de verschillende cases. Het modelleren van een heterogene cluster is complexer dan de modellering van een master-slave cluster. Het gebruiksgedrag speelt hier een grotere rol. Afhankelijk van het tijdstip waarop de verschillende toestellen worden gebruikt, kan al dan niet extra bespaard worden op het stand-byverbruik. De efficiëntie die met deze techniek beoogd wordt, is grotendeels afhankelijk is van de mate waarin de toestellen gezamenlijk of afzonderlijk gebruikt worden. De toestellen die in aanmerking komen voor dit type cluster worden weergegeven in Tabel 4.7. We stellen vast dat er enkel in Cases 1 & 2 potentieel is voor de heterogene clustertechniek. Heterogene cluster

CASE 1

CASE 2

CASE 3

CASE 4

TV crt

0

0

1

0

TV lcd

1

1

0

0

Settopbox

1

1

0

0

Video speler

0

1

0

0

DVD speler

1

0

0

0

Surround system

1

0

0

0

Stereoketen

0

1

0

1

Game console

1

0

0

0

Aantal Toestellen

5

4

1

1

TABEL 4.7: AANTAL TOESTELLEN IN HETEROGENE CLUSTER

De gebruiksduur van de toestellen werd gemodelleerd in het model. Het tijdstip van gebruik werd echter niet in het model opgenomen. We zullen een realistische schatting maken van het besparingspotentieel op basis van een arbitrair gebruikersgedrag. We veronderstellen dat de meeste toestellen uit de cluster samen met een ander toestel gebruikt worden. Het vergelijken van de resultaten tussen de cases onderling is weinig zinvol, maar het scenario geeft wel een idee van het potentieel van de techniek. In Case 1 wordt de totale duur waarop minstens 1 van de toestellen in de cluster actief is, geschat op 39 uur per week, of ongeveer 5.6 uur per dag. In Case 2 wordt deze duur geschat op 17 uur, of slechts 2.4 uur per dag. In de andere cases komt dit overeen met de gebruiksduur van het enige toestel. We kunnen deze waarde zien als de gebruiksduur van het mastertoestel in de master-slave cluster, en duiden deze duur ook aan met i . Door de stand-byratio () van elk toestel aan te passen, kan eenvoudig het stand-byverbruik herberekend worden. i # 168 # Verder wordt net zoals in de Master-Slave cluster een extra vermogen f meegerekend.

Het resultaat van dit scenario wordt weergegeven in Tabel 4.8. In Cases 1, 2 & 3 werd een duidelijke besparing gerealiseerd binnen de cluster. Wanneer we dit bespaarde energieverbruik in de context van het totale standbyverbruik plaatsen, merken we op dat de besparing in case 2 veel groter is. Dit is enerzijds te wijten aan het

grotere stand-byverbruik in de cluster van Case 2 en anderzijds ook aan de veel kortere gebruiksduur i van de cluster. Hoewel Cases 3 & 4 beide slechts 1 toestel in hun cluster hebben, wordt er enkel in Case 3 een echte besparing gerealiseerd. Dit komt enkel en alleen omdat het toestel in Case 3 een heel hoog standbyverbruik heeft. Case 4 biedt opnieuw geen potentieel voor de besparingstechniek. De tabel bevat ook de referentiewaarden uit scenario 1 voor deze clusters. We merken op dat de waarden voor Cases 3 & 4 identiek zijn. Dit is logisch, aangezien hier per cluster slechts één toestel opgenomen werd. Hierdoor is de situatie in scenario 4 gelijk aan scenario 1.

36

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Heterogene cluster

Totaal Cluster origineel

Cluster scenario 1 Cluster scenario 4 ∆

CASE 1

CASE 2

CASE 3

CASE 4

1.022 kWh 125 kWh

547 kWh 143 kWh

147 kWh 29 kWh

65 kWh 2 kWh

95 kWh

42 kWh

11 kWh

11 kWh

39 kWh

19 kWh

11 kWh

11 kWh

86 kWh

125 kWh

18 kWh

-9 kWh

8%

23%

12%

-14%

Relatief

TABEL 4.8: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 4: HETEROGENE CLUSTER TECHNIEK

160 kWh 140 kWh 120 kWh 100 kWh 80 kWh 60 kWh 40 kWh 20 kWh 0 kWh CASE 1 Origineel

CASE 2 Scenario 1

CASE 3

CASE 4

Scenario 4

FIGUUR 4.11: BEPERKEN VAN STAND-BYVERBRUIK SCENARIO 4: HETEROGENE CLUSTER TECHNIEK

Het clusteren van toestellen is dus duidelijk een nuttige techniek om het stand-byverbruik te optimaliseren in bepaalde gevallen. De grootte van de cluster en het stand-byverbruik van de toestellen in de cluster is echter doorslaggevend, de samenstelling van een cluster dient dus goed gekozen te worden. Ook heeft een cluster met duidelijke afhankelijkheden tussen de toestellen onderling een groter besparingspotentieel, dit werd aangetoond door de Master-Slave cluster uit scenario 3.

4.1.3

BESLUIT

Scenario 1 toonde het belang van efficiënte vermogenmeters en schakeleenheden aan. Hoewel het scenario niet realistisch was omwille van de stertopologie van het elektriciteitsnetwerk, werd het principe van de besparingstechniek aangetoond. Om de stertopologie te vermijden werd in scenario 2 de functionaliteit gedecentraliseerd. Het schakelen werd overgelaten aan de vermogenmeters en deze werden op hun beurt dichter bij de verbruikers geplaatst. Scenario 2 kan op deze manier gezien worden als een realiseerbare en efficiëntere versie van scenario 1. Scenario 3 en 4 brachten ook een vereenvoudiging aan in de topologie door het clusteren van toestellen. Hierdoor beschikt men niet langer over individuele meetresultaten en kan het stand-byverbruik van een individueel toestel niet meer zo nauwkeurig vermeden worden. Dit wordt echter gecompenseerd doordat minder sensoren gebruikt worden die een eigen vermogen introduceren. Te weinig toestellen in de cases kwamen in aanmerking voor het clusteren, deze techniek kan dan ook gezien worden als een extra optimalisatie die geval per geval dient geëvalueerd te worden.

37

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Hoewel een onderzoek naar de investeringskosten voor de installatie voor een domoticasysteem buiten het kader van deze masterproef valt, kan aan de hand van de berekende besparingen en een inschatting van de de levensduur wel een budget voor ons systeem berekend worden. In CASE 1 werd door het toepassen van het 2 scenario € 85 bespaard (zie Tabel 4.4). Met een geschatte levensduur van 20 jaar is de bestedingsruimte voor een installatie € 1700. Dit is onvoldoende. Indien de woning echter al over een domoticasysteem beschikt biedt dit wel mogelijkheden. Tenslotte dient men rekening te houden met de toekomstige Europese wetgeving inzake stand-byverbruik. Hierdoor zal de efficiëntie van de besproken besparingstechnieken dalen, naarmate oudere toestellen vervangen worden door zuinigere modellen die aan de wetgeving zullen voldoen.

38


4.2 HOOFDVERBRUIK In §4.1 werden technieken voorgesteld om het stand-byverbruik te beperken, goed voor ongeveer 10% van het huishoudelijk verbruik. In dit deel wordt aandacht geschonken aan het hoofdgebruik van de huishoudelijke 6 toestellen. Het hoofdverbruik, zonder verlichting en klimaatbeheersing , staat in voor ongeveer 80% van het totale residentiële verbruik. Liggen energiebesparingen voor het rapen of is het minder eenvoudig dan het lijkt? Opnieuw wordt geprobeerd om het gebruikersgedrag te optimaliseren door gebruik te maken van het intelligent domoticasysteem uit Hoofdstuk 2. Dit lijkt een veelbelovende aanpak, daar het gebruikersgedrag tot 30% verschil zou kunnen uitmaken in het totale energieverbruik (elektriciteit, water, gas…) [45]. Gebruikersgedrag is echter een ruim begrip dat alle beslissingen van een gebruiker omvat. Niet alleen dagelijkse handelingen, maar ook permanente beslissingen, zoals de keuze voor een bepaalde technologie, maken deel uit van het gebruikersgedrag. Een verandering van de levensstijl of levensfase kan eveneens een belangrijke oorzaak zijn voor een stijging of daling van het energieverbruik van een huishouden. En daarnaast draagt voornamelijk de installatie van extra toestellen bij tot een toename van het hoofdverbruik. Hoeveel van dit gebruikersgedrag kan geoptimaliseerd worden? De permanente beslissingen, zoals de keuze van dakisolatie, het type waterverwarming of zelfs de kleur van de muren, vallen in ieder geval buiten het bereik van het systeem. Daarnaast is het ook onmogelijk om alle dagelijkse beslissingen te controleren. Wordt de vaatwasmachine volledig gevuld? Wordt de was gedroogd aan een wasdraad? We zullen in dit luik focussen op de alledaagse beslissingen waarbij een intelligent domoticasysteem de gebruiker kan helpen zijn gedrag te optimaliseren. Waar mogelijk wordt de besparing die door het systeem gerealiseerd wordt, kwantitatief geëvalueerd. We maken onderscheid tussen verlichting en elektrische toestellen, omdat ze elk een verschillende aanpak vereisen.

4.2.1

GEBRUIKERSGEDRAG

Meer dan de helft van de Vlamingen vindt energiebesparing ‘heel belangrijk’ (54%) en nog eens 38% vind het ‘eerder belangrijk’. Als voornaamste reden om zuinig met energie om te gaan, wordt in de eigen portefeuille gekeken. Na de financiële reden komt het milieu op de tweede plaats. Wanneer we verklaringen zoeken voor het toch niet zuinig omspringen met energie, geeft 45% gemakzucht aan en zegt 36% er niet altijd aan te denken. Verder wordt het behoud van comfort als derde belangrijkste reden opgegeven [63]. Aangezien geoptimaliseerd gebruikersgedrag tot 30% verschil kan maken op het totale energieverbruik, is het duidelijk dat het gedrag van de gebruiker een niet te onderschatten invloed heeft op het totale energieverbruik [45]. Een intelligent domoticasysteem dat het gedrag van de gebruiker verbetert, kan op elk van de 3 vlakken (gemakzucht, vergeten en comfort) een duidelijk verschil maken. De grootte van de besparing die een systeem kan realiseren door gebruikersgedrag te automatiseren, is grotendeels afhankelijk van het oorspronkelijk gebruikersgedrag. In de woning van een weinig energiebewuste gebruiker zal een groter potentieel aanwezig zijn, dan in de woning van een erg energiebewuste gebruiker, omdat laatstgenoemde al grote inspanningen doet om zijn verbruik te beperken. Onderzoek leert ons ook dat energiebewuste gebruikers vaak reeds over zuinigere toestellen beschikken. De eigenlijke bijdrage van een systeem in de praktijk is afhankelijk van de mate van energie-efficiëntie in de referentietoestand. [63] Men kan zich de bedenking maken of een gebruiker die zich niet betrokken voelt bij het thema van energiezuinigheid ooit een investering in een dergelijk systeem zal overwegen. De stijgende trend van de prijzen op de elektriciteitsmarkt kan mogelijk toch een overtuigend argument zijn.

6

De invloed van HVAC, zonnewering, gordijnen, ramen … wordt afzonderlijk behandeld in §4.3.

39


4.2.2

ALGEMENE TECHNIEKEN i.

H ERKENNING VAN AANWEZIGHEID , ACTIVITEIT EN OMGEVING

Wanneer we het hoofdverbruik willen beperken door het gedrag aan te passen, zijn er slechts twee opties. Enerzijds kunnen we verbruikers sneller uitschakelen wanneer hun functionaliteit niet benut wordt, anderzijds kunnen we een bepaalde functionaliteit proberen realiseren op een zo energie-efficiënt mogelijke wijze. Het detecteren van de aanwezigheid of de activiteit van een bewoner zijn in beide gevallen van belang. De minst complexe benadering is uiteraard de aanwezigheidsdetectie. Door gebruik te maken van vrij eenvou7 dige beweging- of aanwezigheidsensoren , kan het systeem een onderscheid maken tussen ruimtes met activiteit en ruimtes zonder activiteit. Wanneer we aan elk toestel in de woning een zone koppelen, kunnen we de sturing van dat toestel controleren op basis van de aanwezigheid in de zone. Een dergelijke zone hoeft niet overeen te stemmen met de ruimtes van de woning. De zone van een toestel kan bijvoorbeeld meerdere ruimtes omvatten of slechts een gedeelte van de ruimte. We geven enkele voorbeelden:

Taakverlichting in de keuken wordt volledig overbodig wanneer er geen aanwezigheid is in de keuken. Indien de radio zich in de woonkamer bevindt, maar ook beluisterd wordt in de keuken, zal de zone voor de radio zowel de woonkamer als de keuken omvatten. Indien een digitale fotokader enkel zichtbaar is vanuit een hoek van de woonkamer, wordt er een zone geassocieerd die overeenkomt met dat deel van de woonkamer. Dit is mogelijk mits beschikbaarheid van aanwezigheidsdetectie in voldoende hoge resolutie.

De actieve zones kunnen ook gebruikt worden om bepaalde toestellen in een stand-bytoestand te brengen, zodat ze een aantal functies (sneller) terug kunnen vervullen, een tv-toestel kan dan bijvoorbeeld opnieuw reageren op de afstandsbediening. Dergelijke ingrepen hebben een positieve invloed op het gebruikerscomfort, maar gaan ten koste van de efficiëntie. Hoeveel energie er verloren gaat, is o.a. afhankelijk van de aanwezigheidsgraad van de bewoner. Wanneer we een stap verder gaan, kunnen we de gebruiker ook identificeren. Dit laat toe gepersonaliseerde voorkeuren toe te passen. Vaak wordt deze techniek geassocieerd met extra comfort, maar identificatie kan ook nuttig zijn om activiteiten te associëren met een bepaald individu. Zo kan de ene persoon op een bepaalde plaats een sterkere lichtintensiteit wensen dan een andere persoon, omwille van de verschillende aard van activiteit. Het identificeren van personen vereist in de meeste gevallen echter het dragen van sensoren of tags. Dit verhoogt de complexiteit van het systeem, de installatie-inspanning en de instapdrempel voor de gebruiker. Wanneer we ook gedetailleerd de verschillende activiteiten van een gebruiker willen onderscheiden, dan wordt gebruik gemaakt van draagbare sensoren. In de literatuur wordt dikwijls geopteerd voor traagheidsensoren gemonteerd in schoenen of losse sensoren die de gebruiker in een broekzak kan dragen. Op deze manier kan bijvoorbeeld onderscheid gemaakt worden tussen strijken en lezen in de woonkamer of tussen slapen en tv kijken in de slaapkamer. [1; 25]. In plaats van de bewoner te voorzien van sensoren, kan men ook gebruiksvoorwerpen in de ruimte van tags voorzien [57]. Detectie van activiteit gebeurt door een detector die aanwezig is in de kamer of bevestigd is op het lichaam van de gebruiker. Een andere mogelijkheid bestaat uit het detecteren van de toestand van een toestel op basis van het vermogenverbruik dat door sensoren gemeten wordt. In vergelijking met de aanwezigheidsdetectie, is activiteitsdetectie veel complexer en vereist het ingrijpendere maatregelen. Activiteitsdetectie verbetert wel sterk de herkenningsnauwkeurigheid. Naast het traceren van voorwerpen en personen, kunnen gegevens over de omgeving bijdragen tot een betere voorspelling van het gebruikersgedrag. Zo kan informatie over het weer, de intensiteit van het daglicht, zelfs 7

Aanwezigheidsensoren maken naast passief infrarood ook gebruik van ultrasone signalen, hierdoor kan minimale beweging gedetecteerd worden, bijv. tijdens het slapen.

40

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN verkeersinformatie en de elektronische agenda’s van de bewoners bijdragen tot een efficiënter energieverbruik. Op basis van de buitentemperatuur en de geplande afwezigheid van een bewoner, kan de temperatuur bijvoorbeeld tijdelijk verlaagd worden in de woning. Het verwerken van deze gegevens verhoogt opnieuw de complexiteit, maar de gegevens zijn meestal wel vrij eenvoudig te bekomen en te verwerken. Het herkennen van aanwezigheid is een absoluut pluspunt om efficiënt energie te besparen met behulp van een domoticasysteem. Het herkennen van specifieke activiteiten zal in een huishoudelijke context voornamelijk bijdragen tot een verhoogd comfort en een energie-efficiënte aanpassing van de lichtintensiteit. Andere besparende toepassingen zijn eerder geschikt in industriële gebouwen of in een kantooromgeving. Daarenboven vormt de installatie en configuratie van een systeem gebaseerd op activiteitsherkenning een hoge drempel. We suggereren daarom ook een systeem met aanwezigheidsdetectie, omgevingsinformatie en eventueel identificatie van de gebruiker voor extra comfort. We merken op dat een gebruiker die bereid is aan comfort in te boeten en zijn gedrag sterker te laten beïnvloeden door het systeem, grotere besparingen zal kunnen realiseren. Het intelligent domoticasysteem dat gebouwd werd in Hoofdstuk 2 beschikt over voldoende functionaliteit om verbruikers aan te sturen op basis van eenvoudige aanwezigheidsdetectie. In het systeem werd enkel een bewegingsdetector opgenomen. De werking van andere sensoren kan echter op analoge wijze geïntegreerd worden, indien ze communiceren met het domoticasysteem.

ii.

D E GEBRUIKER SENSIBILISEREN

Zoals reeds aangehaald in §4.2.1, speelt het gebruikersgedrag een cruciale rol. Onderzoek toont aan dat er een verband is tussen de kennis over energieverbruik en de eigenlijke energiebesparingen [63]. Ook blijkt uit de cijfers dat er een duidelijk draagvlak is voor meer geavanceerde energiebesparingen. Door een gebruiker te informeren over zijn energieverbruik in realtime, bijvoorbeeld door tijdelijke of permanente vermogenmeters in de lichtkringen in te schakelen, kan de gebruiker zijn eigen gedrag evalueren en aanpassen. We merken op dat permanente metingen hier niet noodzakelijk toe bijdragen. Een gebruiker kan in enkele weken tijd al een vrij goed beeld krijgen van zijn energieverbruik en de grootverbruikers in zijn woning identificeren. Het voordeel van permanente meetresultaten komt o.a. aan bod in §4.2.4 en §4.3.2.

4.2.3

VERLICHTING 8

Verlichting is verantwoordelijk voor gemiddeld 9 tot 16% van het huishoudelijk elektriciteitsverbruik [4]. In totaal is verlichting verantwoordelijk voor 19% van de globale elektriciteitsconsumptie. Verlichting wordt gebruikt om bepaalde activiteiten mogelijk te maken, maar ook om sfeer te creëren. Hiervoor maakt men gebruik van talloze verlichtingstypes: gloeilampen, halogeenlampen, Compact Fluorescent Lamp (CFL) of spaarlampen, Lineair Fluorescent Lamp (LFL) en Light-Emitting Diode verlichting (LED). Elk type verlichting heeft zijn toepassingsgebied, rendement en prijsklasse. Er worden conflicterende trends waargenomen op het vlak van verlichtingstypes. Enerzijds daalt het aantal gloeilampen sterk ten voordele van de CFL’s met een veel hoger rendement, anderzijds stijgt het aantal halogeenlampen die met een rendement van 10 tot 30 lumens/watt amper beter scoren dan de gloeilampen (10 tot 20 lumens/watt). In de toekomst kan LED-verlichting de halogeenlampen in een aantal toepassingen vervangen. Op dit moment (2009) is LED-verlichting echter nog heel duur in vergelijking met de andere verlichtingstypes (zie Tabel 4.9). In Tabel 4.9 creëerden we een overzicht van de courante verlichtingtypes. Per verlichtingstype worden richtwaarden voor rendement, aankoopprijs en levensduur samengevat en wordt het voornaamste toepassingsgebied weergegeven [6; 15; 19; 36; 44; 49; 50; 59]. 8

8.8% Verenigde Staten 2001 [16] 16% Nederland 1997 [4]

41

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Rendement (Lumens/Watt) 10 – 20

Aankoopprijs (Lumens/€) 3400

Levensduur (1000 h) 0.75 – 2.5

10 – 30

240

1–4

CFL

40 – 100

340

10 – 12

LFL

30 – 110

600 – 1800

7 – 24

LED

20 – 55

20

50

Kenmerken Gloeilamp Halogeenlamp

Typische toepassing Compacte huishoudelijk verlichting (< 0.5h /dag) Taakverlichting. Dimmen van volledig kleurenspectrum (bijv. restaurants, hotels,..). Compacte huishoudelijke verlichting (>0,5h /dag) Algemeen commercieel en institutioneel Signalering, verkeerslichten, automobiel industrie, home entertainment. Taak- of decoratieve verlichting.

TABEL 4.9: OVERZICHT VERLICHTINGSTYPES

Het is voorbarig om te stellen dat de technologische vooruitgang in de verlichtingsproducten maximale besparingen kan realiseren in het verbruik van huishoudelijke verlichting. Het gebruik van alternatieve lichtbronnen brengt een grote besparing met zich mee, maar dit zal onvoldoende zijn om het stijgende energieverbruik voor verlichting te neutraliseren [56].

i.

I NEFFICIËNT DIMMEN

Specifieke taken vereisen een verschillende lichtintensiteit, de Belgische wetgeving ARAB. eist bijv 300 tot 500 lx voor kantoorwerk, 750 lx voor tekenkamers en 1000 lx voor plaatsen waar precisiewerk wordt verricht [30]. In woonkamers wordt ook vaak een gedimd licht gebruikt voor het creëren van sfeervoller ‘warm’ licht. Daarom vinden we in veel woningen dimmers terug. We bespreken hier het effect van het gebruik van dimmers en stellen een aantal alternatieven voor. Bij het opstellen van het model voor gedimde circuits vallen onmiddellijk een aantal inefficiënties op: de onbelaste dimmer verbruikt 0.93W en slechts een deel van het door de dimmer opgenomen vermogen wordt afgeleverd aan de lamp. Verder worden dimmers vaak niet volledig uitgeschakeld, waardoor ze onnodig stroom blijven verbruiken. Om het extra geïntroduceerde stand-byverbruik van de dimmer te vermijden, stellen we 2 mogelijke oplossingen voor:

Extra vermogenmeter introduceren

Door een vermogenmeter met een stuurbare schakelaar aan de voeding van de dimmer te plaatsen, kan onnodig verbruik van de dimmer geëlimineerd worden. Door het toevoegen van een logische regel aan het intelligent domoticasysteem, kan een stand-byverbruik gedetecteerd worden in het geval het circuit per ongeluk niet volledig werd gedoofd. Het gebruik van een vermogenmeter introduceerde in het geval van de testopstelling een vermogen b,+88 c8d van 0.93W en reduceerde het stand-byverbruik van de dimmer niet. Indien een efficiëntere vermogenmeter gebruikt zou worden, kan dit tot een redelijke reductie van het stand-byverbruik leiden.

Technologisch verbeterde dimmer

Dimmers die technisch geavanceerder zijn, zullen een lager stand-byverbruik hebben.

ii.

D IMMER ALTERNATIEF

Dimmers worden gebruikt om een aangepaste lichtintensiteit te bereiken. Wanneer men de gewenste lichtsterkte vermindert, zal het verbruik echter niet lineair dalen.

42

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN p q.r o I l m o4 p4 Hier stelt o de huidige luminantie voor en p de huidige spanning. De index (design) duidt de waarde aan waarvoor het toestel ontworpen werd. Dit betekent dat wanneer de spanning met de helft verlaagd wordt, de luminantie gereduceerd wordt tot slechts 10%. Of omgekeerd dat om de luminantie met 50% te laten dalen, de spanning met slechts 20% à 25% kan dalen. p .s I l m 4 p4

.s o q.r l m Il m 4 o4 .s

o q.r I l m 4 o4 o .ts 4 Il m o4 Een daling in luminantie van 50% levert dus slechts een daling in vermogen van 25 à 30%. Wanneer dimmers enkel gebruikt worden om de gewenste lichtintensiteit te bekomen en de kleurtemperatuur van het licht niet van belang is, dan is het gebruik van een switchbank een gepast alternatief. Een switchbank controleert de lichtsterkte aan de hand van meerdere verschillende of gelijke verlichtingsbronnen. Bij een grotere vraag naar lichtsterkte, worden extra verlichtingsbronnen aangeschakeld. Doordat deze bronnen steeds werken met een maximale energie-efficiëntie, wordt het vermogen optimaal benut. Om het gebruikerscomfort te behouden, kan het inschakelen van extra lichtbronnen geautomatiseerd worden, zodat de bediening gelijkaardig is aan de traditionele bediening van een gedimd circuit. Het nadeel van deze methode is uiteraard de hogere installatiekost en de onveranderbare kleurtemperatuur. De kleurtemperatuur is afhankelijk van de Spectral Power Distribution (SPD) van de lichtbron. Halogenen en gloeilampen vertonen typisch een lagere temperatuur wanneer ze gedimd worden, bijvoorbeeld een temperatuurdaling van 700 K. CFL’s daarentegen hebben de neiging een iets hogere lichttemperatuur te produceren, 9 bijvoorbeeld een stijging van 100 K [35] . Er zijn echter al CFL’s te verkrijgen met een lagere lichttemperatuur. Door deze lichtbronnen te gebruiken kan een switchbank toch voor een aangepaste lichttemperatuur zorgen. Een switchbank is dus een energie-efficiënt alternatief voor dimmers. Het aansturen van de switchbank kan gebeuren via een domoticasysteem.

iii.

D AYLIGHT HARVESTING

Zoals hierboven aangehaald zijn verschillende lichtsterktes wenselijk afhankelijk van de activiteit. We haalden hierbij enkele voorbeeldwaarden tussen 300 en 1000 lx aan. Wanneer we opmerken dat er op een zonnige zomerdag buiten tot 80.000 lx gemeten wordt, lijkt het een logische stap om hiervan gebruik te maken. Als de activiteiten van een bewoner overdag plaatsvinden, kan men gebruik maken van het invallende daglicht (afhankelijk van de architectuur van de woning). Door lichtsensoren te plaatsen kan de lokale lichtintensiteit gemeten worden. Door de meetresultaten te interpreteren met ons intelligent domoticasysteem, kan overbodige verlichting vermeden worden. Uit de resultaten van een case study gericht op daylight harvesting in kantooromgevingen, blijkt duidelijk dat deze techniek een groot potentieel heeft. Afhankelijk van de bewolking werd een besparing in basisverlichting tussen de 10 en 20% gemeten [54; 56]. Hoewel het in de laatstgenoemde studie om een zuidelijk gerichte open omgeving gaat, doet de studie vermoeden dat besparingen mogelijk zijn in minder optimale omstandigheden. 9

Merk op dat een lagere effectieve lichttemperatuur waargenomen wordt als een ‘warmer’ licht.

43

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN In de bovenstaande case werd daarenboven gebruik gemaakt van efficiënte LFL en CFL verlichting. Wanneer we de techniek toepassen op verlichtingtypes met een lager rendement, dan zal de besparing nog groter zijn. Om de toepassing van daylight harvesting in een huishoudelijke omgeving efficiënt te maken, stellen wij aangepaste voorwaarden voor om verlichtingsensoren in de woning te introduceren. We maken onderscheid tussen basisverlichting en taakverlichting. Basisverlichting creëert een globale lichtsterkte in de ruimte, taakverlichting is een gerichte lichtbron die specifieke activiteiten mogelijk maakt. In ruimtes waar voldoende daglicht binnenvalt, kan bespaard worden op het vlak van basisverlichting. Niet alle zones binnen de ruimte zullen even sterk belicht worden door het zonlicht. Zones met een gelijkmatige lichtintensiteit zullen zich gedurende de dag doorheen de ruimte verplaatsen, afhankelijk van de architectuur van de ruimte en de oriëntatie van de ramen. Aan de hand van sensoren kan men bepalen in welke zones er nood is aan extra basisverlichting. Om de basisverlichting op een efficiënte wijze te kunnen sturen is een voldoende hoge sensorresolutie noodzakelijk. Door lichtsensoren op weldoordachte plaatsen te installeren, kan het aantal sensoren sterk beperkt worden. Lichtsensoren kunnen daarnaast ook de efficiëntie van de verlichting evalue10 ren op lange termijn . Om besparing op taakverlichting mogelijk te maken, stellen we voor extra sensoren te plaatsen daar waar taakverlichting voldoende kan worden gecompenseerd door zonlicht, bijvoorbeeld op een bureau met taakverlichting of in het bereik van een leeslamp. Ook toestellen kunnen baat hebben bij het gebruik van lichtsensoren. Een monitor of tv zou bijvoorbeeld automatisch de helderheid van het display kunnen aanpassen, afhankelijk van het omgevingslicht. Dit vereist echter een interface met het domoticasysteem om de monitor te kunnen sturen. Opnieuw merken we op dat er mogelijkheden zijn voor activiteitsherkenning en personalisatie. Indien voor elke gebruiker vooraf persoonlijke voorkeuren op het vlak van lichtintensiteit geregistreerd worden, kan een aangepaste lichtsterkte gerealiseerd worden. Een geavanceerdere aanpak kan eruit bestaan de lichtintensiteit te definiëren per activiteit. Een combinatie van zowel personalisatie als activiteitsherkenning kan een specifieke bewoner voldoende lichtsterkte garanderen voor een bepaalde activiteitencategorie (bijv. precisiewerk). Door het aanpassen van de verlichting op een persoonlijk niveau kan tussen 5 en 10% energie bespaard worden in een kantooromgeving [56]. Voor het bepalen van de optimale verlichting moet steeds een afweging gemaakt worden tussen de voorkeur van de gebruiker en de besparing van energie. Verder zullen soms meerdere oplossingen voor het probleem bestaan of zullen conflicterende beslissingen genomen dienen te worden. Het realiseren van de optimale verlichting is een optimalisatieprobleem. In [55] wordt een mogelijk algoritme besproken dat hiervoor gebruikt kan worden. Zonlicht betekent niet alleen licht, maar ook warmte. Naast de voorkeur van de gebruiker op het vlak van lichtintensiteit, kan dus ook de kamertemperatuur een invloed hebben op het beslissingsproces. In §4.3 wordt onder andere het effect van zonwering besproken. Het kan nuttig zijn een afweging te maken tussen daylight harvesting en zonwering. Indien het zonlicht teveel extra warmte veroorzaakt, kan in bepaalde gevallen een airconditioning installatie gebruikt worden om dit te compenseren. In dit geval zal de energie uitgespaard door harvesting niet langer opwegen tegen de extra energie nodig voor de koeling.

iv.

S IMULATIE VAN SENIORENWONINGEN

Het gebruikersmodel voorgesteld in Error! Reference source not found. werd ontworpen op basis van een aantal cases. Impliciet bevatten deze cases ook informatie over het al dan niet zuinig zijn van de gebruiker. Om de mogelijke besparingen te kunnen kwantificeren, hebben we echter nood aan meer gedetailleerde statistieken over het tijdsgebruik van de gebruikers. Omdat het model niet werd ontworpen met het oog op verschillen in 10

Zo kunnen bijvoorbeeld defecte lampen gedetecteerd worden. Dit lijkt geen besparing, maar veel defecte LFL’s en CFL’s blijven stroom verbruiken wanneer ze defect zijn.

44

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN menselijke gedragsprofielen, bespreken we hier een onderzoek uit de literatuur [41]. De auteurs onderzochten aan de hand van een simulatie het energiebesparend potentieel van een aantal standaard domoticasystemen in seniorenwoningen. Er wordt voornamelijk gefocust op klimaatbeheersing, maar ook het elektriciteitsverbruik van de verlichting wordt geëvalueerd. De auteurs kozen een typische seniorenwoning als studieobject. Ze evalueren het gebruik van 3 types domoticavarianten: types C, E en AE. De huidige courante systemen worden aangeduid met type C-domotica. Edomotica duidt op een uitbreiding die toelaat verlichting, verwarming en ventilatie uit te schakelen bij afwezigheid. AE-domotica is een geavanceerder type domotica dat rekening houdt met toekomstige weersverwachtingen en ook de sturing van de zonwering beheert. Om het gedrag van de bewoner in rekening te brengen, maken ze onderscheid tussen 3 bewonersprofielen: zuinig, gemiddeld en verkwistend. Het verschil in bewonersprofiel lieten ze tot uiting komen door verschillende gedragingen te definiëren op het vlak van thermostaat regeling, openen van ramen tijdens het stookseizoen en het uitschakelen van verlichting bij afwezigheid. Om te kwantificeren hoe lang de gebruikers lichten lieten branden, werd een berekening gemaakt op basis van statistieken over tijdsbesteding bij senioren. Er werd berekend dat er per week gemiddeld 15.1 uur niemand aanwezig is in de woning. Hiervan komt slechts 6.5 uur in aanmerking voor het uitschakelen van het licht, omdat de overige uren overdag plaatsvinden en de verlichting op deze momenten niet aan staat. Verder wordt er tijdens de zomer ook geen energie bespaard, omdat het ’s avonds nog lang licht is. Hierdoor kan uiteindelijk op jaarbasis slechts tijdens 253.5 uur worden bespaard. Er wordt verondersteld dat een zuinige bewoner in het geval van afwezigheid de verlichting altijd uitschakelt. Voor de gemiddelde bewoner is verondersteld dat de verlichting in 50% van de gevallen is uitgeschakeld bij afwezigheid. De verkwistende bewoner laat de verlichting altijd branden bij afwezigheid. Hieruit leidt men af dat de gemiddelde gebruiker jaarlijks 50% 253.5 126.75 uur het licht laat branden tijdens zijn afwezigheid. Hierdoor gebruikt de gemiddelde bewoner 44kWh meer dan de zuiniger bewoner. De verkwistende bewoner verbruikt 88 kWh meer doordat hij het licht 253.5 uur langer laat branden. Het gebruik van het domoticasysteem zorgt er in de studie voor dat in alle 3 de gevallen het verbruik wordt herleid tot dat van de zuinige gebruiker. Voor de gemiddelde bewoner van de seniorenwoning betekent dit een totale daling in elektriciteitsverbruik van amper 1.7%. We plaatsen enkele kritische kanttekeningen bij deze berekening. Het eigen verbruik van een type C domoticasysteem (150 kWh) werd meegerekend in het totale verbruik van de woning in de referentiesituatie, o.a. omdat de installatie van dergelijke systemen courant is in repetitieve woningconstructies en de functies van een domoticasysteem wenselijk zijn voor veiligheid, comfort en zelfstandigheid van senioren. Concreet betekent dit dat in geen van de gevallen het domoticasysteem een besparing zou opleveren indien het een louter energiebesparende functie had. In het gemiddelde bewonersprofiel blijft de verlichting branden in 50% van de hierboven beschreven gevallen. Dit percentage wordt louter illustratief gebruikt en wordt niet beargumenteerd. De gemiddelde berekening heeft dan ook geen statistische relevantie. De uitersten van zuinige en verkwistende bewoner kunnen indicatief zijn, hoewel het profiel van de verkwistende verbruiker een overschatting maakt in het voordeel van de besparing. Door een analoge redenering op te stellen voor een gemiddeld gezin zal het aantal uren van afwezigheid veel hoger liggen door het aantal activiteiten buitenshuis. Een werkende persoon met partner is in België gemiddeld 9 uur per dag afwezig of dus 63 uur per week [32]. Dit biedt extra besparingsmogelijkheden. Ook is het aantal uren met besparingsmogelijkheden enkel berekend op basis van avonden zonder zonlicht. Er werd bijvoorbeeld geen rekening gehouden met donkere ochtenden tijdens de winter. Er werd evenmin rekening gehouden met mogelijke besparingen overdag. De detectie van aanwezigheid gebeurt in de studie voor de

45

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN volledige woning, er wordt geen aanwezigheid gedetecteerd op het niveau van de kamers onderling. De hier toegepaste besparingstechniek is dan ook minder geavanceerd, dan de door ons voorgestelde technieken op basis van aanwezigheids- of activiteitsdetectie. Gemiddeld kwamen 9.96 lampen tussen 10 en 55W (gloeilamp, CFL en LFL) in aanmerking voor de besparing. Deze lampen waren enkel verspreid over de woonkamer en de keuken. Van het totaal elektriciteitsverbruik voor verlichting (439 kWh) kwam slechts 38% (166 kWh) in aanmerking voor de besparing aan de hand van aanwezigheidsdetectie. We merken op dat er in een woning met meerdere actieve bewoners, ruimtes en lichtbronnen een extra besparingspotentieel aanwezig zal zijn. Ondanks mogelijke afwijkingen in de berekening, kunnen we toch besluiten dat een intelligent domoticasysteem kan ingezet worden om energie te besparen op het vlak van verlichting. We verwachten een grotere efficiëntie wanneer het systeem wordt toegepast in grotere woningen, of wanneer de meer verfijnde technieken toegepast zouden worden zoals eerder beschreven.

4.2.4

ELEKTRISCHE TOESTELLEN

In §4.2.3 werden mogelijkheden besproken om te besparen op verlichting in een huishoudelijke context. Om het hoofdgebruik van toestellen te beperken, zullen we het herkennen van aanwezigheid en activiteit (besproken in §4.2.2) evalueren voor elektrische toestellen. Naast verlichting zijn er tal van elektrische toestellen verantwoordelijk voor het huishoudelijk elektriciteitsverbruik. We geven een kort overzicht volgens Boonekamp en Jeeninga [4]:

Klimaatbeheersing; 11%

Verlichting; 16%

Koelen en vriezen; 18%

Koken; 8%

Reinigen; 20%

ICT, multimedia en overige; 19% Warm water; 8%

TABEL 4.10: OVERZICHT HUISHOUDELIJK ELEKTRICITEITSVERBRUIK PER CATEGORIE

We kunnen aannemen dat typische toestellen in categorieën als Koelen en vriezen, Reinigen of Warm water vandaag de dag zuiniger zijn dan 10 jaar geleden en dat het aantal toestellen in de categorie ICT, multimedia en overige zal zijn toegenomen. Toch geeft de verdeling aan dat een deel van de toestellen die verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk aandeel in het verbruik, niet geschikt zijn voor het toepassen van de hierboven besproken technieken. We bespreken de belangrijkste besparingsmogelijkheden en invloeden op het verbruik van de toestellen (naast de efficiëntie van het toestel).

Koelen en vriezen: Het verbruik van diepvriestoestellen en koelkasten is afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de geleverde prestatie. Koken: Het verbruik van fornuis, oven, microgolf is afhankelijk van de gewenste bereiding en dus enkel beïnvloedbaar via het kookgedrag van de verbruiker. Het stand-byverbruik werd al bespaard in §4.1. Reinigen: Het verbruik van wasmachine, vaatwasser, … is hoofdzakelijk afhankelijk van de gevraagde prestatie. Het stand-byverbruik werd al bespaard in §4.1.

46


Warm water: Het verbruik van een boiler wordt beïnvloed door de capaciteit in functie van het aantal inwoners. Consumer electronics (ICT, multimedia en overige): Het hoofdverbruik van deze toestellen is afhankelijk van de gebruiksduur. Verlichting: Besparingsmogelijkheden werden besproken in §4.2.3. Klimaatbeheersing: Besparingsmogelijkheden worden besproken in §4.3.

Enkel consumer electronics blijken voldoende potentieel te bezitten voor besparingen in het hoofdgebruik door toepassing van ons intelligent domoticasysteem. Voor de overige toestellen bespreken we nog enkele mogelijke toepassingen uit de regeltechniek.

i.

A CTIVITEITS - EN AANWEZIGHEIDSGEBASEERDE TOESTELBESTURING

Het potentieel voor de energiebesparingen bij de consumer electronics ligt hoofdzakelijk bij het vermijden van verbruik van een toestel dat niet benut wordt. Zoals eerder aangehaald, is de grootte van de besparing afhankelijk van het oorspronkelijk gedrag van de gebruiker. In de literatuur wordt het sturen van toestellen met het oog op energie-efficiëntie voornamelijk toegepast in een industriële context. In de residentiële sector beperkt men zich tot verlichting. In [70] heeft men geprobeerd het verbruik van consumer electronics wel in rekening te brengen. De auteurs simuleerden voor een volledige stad het effect van het gebruik van een energiebeheersysteem in woningen en bedrijven. Ze stellen een systeem voor dat autonoom en automatisch handelt om het verbruik te verminderen met een minimaal verlies aan comfort. Voor een huishouden vergelijkbaar met CASE 2 (zie §3.1.2) simuleerden ze een totale besparing van 12.41%. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van aanwezigheid- en lichtsensoren, maar ook van activiteitsdetectie. Om ook de functionele toestand van de elektrische toestellen in de woning te controleren, veronderstellen de auteurs dat alle toestellen over de nodige technologie beschikken. Zij argumenteren dat dergelijke technologische verbeteringen in de toekomst mogelijk zullen zijn. We hanteren hier evenwel een andere argumentatie. In §4.1, werden in scenario 2 schakelaars geïntroduceerd tussen de elektrische toestellen en de aansluiting op het elektriciteitsnetwerk. Dit liet toe om de toestellen volledig uit te schakelen. Er werd echter verondersteld dat de toestellen automatisch terug in een standbytoestand zullen komen wanneer ze opnieuw van stroom worden voorzien. Wanneer we op een analoge manier het hoofdverbruik van een toestel willen behandelen, kunnen we echter geen gelijkaardige redenering volgen. Wanneer een toestel werd uitgeschakeld terwijl het een primaire functie vervulde (niet in stand-bytoestand), hebben we geen zekerheid over de toestand waarin het toestel zich zal bevinden nadat het terug wordt aangeschakeld. Om een controle over de toestand van het toestel uit te kunnen oefenen, is een interface met het domoticasysteem nodig. We stellen het gebruik van Universal Plug and Play (UPnP) protocollen voor via verschillende beschikbare netwerkinterfaces (bijv. IR, RF, ethernet, PLC…) [60]. Veel toestellen beschikken echter niet over één van deze interfaces of ondersteunen nog geen UPnP. Zolang toestellen niet over compatibele interfaces beschikken en geen ondersteuning bieden voor UPnP protocollen, blijft het controleren van consumer electronics met een domoticasysteem toekomstmuziek. Het toevoegen van deze controlefunctionaliteit aan huishoudelijke toestellen zal ook extra energieverbruik introduceren. Verder onderzoek dient uit te wijzen of dit verbruik gecompenseerd kan worden door een efficiënte sturing van de toestellen. We zijn van oordeel dat het te voorbarig is van de auteurs om te veronderstellen dat alle huishoudelijke elektrische toestellen in de toekomst over technologie zullen beschikken die een domoticasysteem toelaat de toestand van het apparaat te controleren. Daarnaast houden de auteurs geen rekening met de impact van deze technologische verbeteringen op het totale energieverbruik. Ook het eigen verbruik van het energiebeheersysteem in elke woning wordt genegeerd. Toch geeft de studie het potentieel van energiebeheer aan.

47

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN Het inzetten van ons intelligent domoticasysteem om het hoofdgebruik van consumer electronics efficiënter te maken, lijkt nog niet voor morgen. Te weinig toestellen beschikken over een interface die besturing aan de hand van ons systeem mogelijk maakt.

ii.

E FFICIËNTIE MONITORING

Een aantal categorieën van huishoudelijke toestellen, kwamen niet in aanmerking voor besparingen van het hoofdverbruik. In het bijzonder de toestellen die in de achtergrond actief zijn, hetzij continu (bijv. koelkast en warmwatervoorziening), hetzij over een lange periode na een impuls van de gebruiker (bijv. wasmachine en droogkast). Traditionele energiebesparende tips voor deze toestellen zijn gericht op het aankoopgedrag van de verbruiker. Dit valt buiten het invloedbereik van het systeem. Andere tips richten zich tot regelmatig onderhoud en controle van de toestellen om een optimale efficiëntie te garanderen. We geven enkele voorbeelden [12]:

Regelmatig ontkalken verlengt de levensduur van wasmachines en zorgt voor een efficiënter energieverbruik. Regelmatig schoonmaken van de pluisfilter en de condensor van een droogkast verhoogt de efficiëntie van het toestel. Een stoflaag op de buisjesrooster aan de achterkant van de koelkast of diepvrieskast zorgt voor onnodig meerverbruik en dient minstens 1 keer per jaar verwijderd te worden. Toestellen waaruit lucht ontsnapt verbruiken meer, koeltoestellen moeten dus steeds goed sluiten.,

Door het energieverbruik van de toestellen te monitoren en de prestatie van het toestel in te schatten, kan het domoticasysteem de gebruiker informeren over de efficiëntie van de toestellen. Om de prestaties van een toestel in te schatten, kan het systeem gebruik maken van verbruikstatistieken. Op deze manier kunnen stijgende of dalende tendensen in het energieverbruik aan het licht worden gebracht. Ditkan de gebruiker wijzen op een verandering in zijn gedragingen of de behoefte voor een onderhoudsbeurt van het toestel. We zijn van mening dat een domoticasysteem uitgerust met vermogensensoren de gebruiker kan aanzetten deze energie-efficiënte richtlijnen in de praktijk om te zetten. Kwantificeren van deze besparing vereist echter meer sociologisch dan technologisch onderzoek.

4.2.5

BESLUIT

We zetten een intelligent domoticasysteem in om het gedrag van de gebruiker te verbeteren, met als doelstelling het hoofdgebruik van elektrische huishoudelijke toestellen te beperken. Meer nog dan voor het vermijden van stand-byverbruik blijkt aanwezigheidsdetectie essentieel voor het vermijden van nutteloos hoofdverbruik. Ook activiteitsdetectie kan bijdragen tot een nauwkeurigere detectie en optimalere energiebesparing, maar vereist een complexe installatie. Het potentieel van het systeem is echter beperkt doordat de elektrische toestellen niet over interfaces beschikken die het domoticasysteem in staat stellen de werking van het toestel te beïnvloeden. Hierdoor kan de toestand van een toestel in vele gevallen niet hersteld worden bij het terug inschakelen van een toestel. Ons intelligent domoticasysteem biedt een veel groter potentieel indien we ons concentreren op het hoofdverbruik van verlichting. We veronderstellen het gebruik van lichtsensoren om de optimale lichtsterkte te controleren. Aanwezigheidsdetectie kan gebruikt worden om een basisefficiëntie te bereiken. Met personalisatie en activiteitsdetectie kunnen we optimale efficiëntieniveaus bereiken, maar zijn we opnieuw gebonden aan een complexe installatie. Daarnaast blijken daylight harvesting en het gebruik van een switchbank twee nuttige aanvulling bij het systeem.

48

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN HNIEKEN

4.3 KLIMAATBEHEERSING Verwarming vertegenwoordigt het belangrijkste deel van het energieverbruik in een woning. Hoewel het hier vaak niet om elektriciteit gaat, kunnen we dit aspect niet onbehandeld laten. Verwarming dient gekaderd te worden binnen een geheel eel van installaties die gegroepeerd worden onder de noemer klimaatbeheersing. DerDe gelijke installaties, zoals airconditioning, ventilatie en zonwering, dragen bij tot een comfortabele en gezonde leefomgeving.. De technologische aard van deze toestellen en hun hun werkingsgebied verschillen sterk van de hierhie voor behandelde toestellen. We zullen ons in deze masterproef beperken tot een overzicht van optimalisatieoptimalisati mogelijkheden, zonder diep in te gaan op alle energetische aspecten. Om op een energiezuinige manier de woning te verwarmen, heeft men naast een energiezuinige verwarmingsverwarming installatie ook een energiezuinige woning nodig. De energieprestatieregelgeving van de Vlaamse overheid heeft als ambitie om de energieprestaties van nieuwe of te renoveren gebouwen te verbeteren. ver De regelgeving legt bepaalde normen vast op het gebied van thermische isolatie,, energieprestatie en ventilatie [64]. In een gemiddelde woning verliest men 26% van de warmte langs de muren, 26% 6% langs het dak, een 20% langs de ramen en deuren, 15 % langs de vloer en nog eens 13 % gaat verloren via luchtverversing of ventilatie. Het spreekt voor zich dat een maximaal maxima energieprestatieniveau en isolatiepeil van de woning de eerste bekommerbekomme nis moet zijn van een energiebewuste bewoner. bewon . Voor een aantal klimaatbeheersinginstallaties geven we aan hoe ons intelligent domoticasysteem domoticas teem kan bijdragen tot een efficiënt energieverbruik.

FIGUUR 4.12: OVERZICHT WARMTEVERLIEZEN IN DEE WONING

4.3.1

INSTALLATIETYPES

Een energiezuinige woning is dus essentieel om op een energie-efficiënte energie efficiënte manier het h binnenklimaat te beheersen. Daarnaast kan nog een extra besparing gerealiseerd worden door de verschillende installaties goed op elkaar af te stellen. We bespreken hieronder kort enkele mogelijkheden om het gebruikersgedrag te optimaliseren. We merken op p dat de penetratiegraad van een aantal van de hieronder besproken installaties vrij laag is in Belgische huishoudens. De meeste technieken zijn echter ook toepasbaar in andere omgevingen zoals kantokant ren en industriële ruimtes.

i.

V ERWARMING

Door de temperatuur ur in de woning te controleren, kan onnodig energieverlies vermeden worden. Bij afwezigafwezi heid van de bewoner kan de temperatuur verlaagd worden in de volledige woning of slechts in bepaalde ruimrui tes. Ook tijdens de nacht kan de temperatuur verlaagd worden. Een Ee domoticasysteem domoticasys kan zorgen voor een automatische sturing van de temperatuur. Indien de woning gebruikt maakt van elektrische verwarming of

49

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN thermostatische kranen (Figuur 4.13) kan de warmte aangepast worden per kamer. Daarnaast kan aan de hand van vermogenmetingen de efficiëntie van de elektrische verwarming beoordeeld worden. Zo kan men bijvoorbeeld de optimale nachttemperatuur voor de woning bepalen. Wanneer de woning te sterk afkoelt gedurende de nacht, is meer energie nodig om ze opnieuw op te warmen.

FIGUUR 4.13: CENTRAAL VERWARMINGSSYSTEEM MET DOMOTICA STURING [68]

Uit onderzoek blijkt dat in 90% van de huishoudens in Vlaanderen de verwarming lager gezet wordt tijdens de nacht. Vijfenzestig percent van de huishoudens verlaagt ook de verwarming wanneer gedurende minstens 4 uur niemand in de woning aanwezig is [63]. Het besparingspotentieel van de voorgestelde automatisering kan hierdoor kleiner zijn dan verwacht.

ii.

A IRCONDITIONING

In Vlaanderen is 6% van de woningen uitgerust met een airconditioning. Hoewel airconditioning in onze regio nog niet tot de standaard uitrusting van een woning behoort, is airconditioning niet weg te denken in klimaatbeheersinginstallaties. Zo was in 2005 airconditioning verantwoordelijk voor 51.4% van het totale HVAC elektriciteitsgebruik in de Verenigde Staten [16]. In de verstedelijkte gebieden in China werd tussen 1993 en 2003 een jaarlijkse stijging van 39% van het aantal woningen met airconditioning waargenomen [46]. Ook in mediterrane landen zijn de huishoudelijke airconditioning toestellen nu al verantwoordelijk voor een belangrijk deel van het piekverbruik tijdens de zomermaanden [53]. Het bepalen van het vermogenverbruik van airconditioning in functie van de prestatie is afhankelijk van verschillende parameters zoals de omgevingstemperatuur, de gewenste temperatuur, de luchtvochtigheid en uiteraard het type en de efficiëntie van het toestel. Op basis van de specificaties van een binnen- en buitenunit met een debiet van 350 m³/h en onder standaard omgevingsparameters kan bijvoorbeeld een vermogenverbruik voor koeling berekend worden van 7 B%/?q ∆v. Voor een woonkamer van 75 m³ kost het verlagen van de temperatuur met 1°C dus ongeveer 0,5 kWh. Door het onnodig koelen van ruimtes in de woning te vermijden (bijv. in geval van afwezigheid), kan dus veel energie bespaard worden.

iii.

Z ONWERING

Zonwering wordt gebruikt om oververhitting tegen te gaan. In België kan een zonwering in de maanden juli en augustus een daling van de kamertemperatuur met 2 tot 4 °C betekenen. Daarnaast laat een zonwering ook een architectuur toe waarin tijdens de winter optimaal van de zonnewarmte gebruik kan worden gemaakt. In gebieden met meer zonneschijn zal de zonwering gedurende een langere periode bijdragen tot de klimaatbeheersing in de woning. De aansturing van een zonwering lijkt vrij eenvoudig, toch wijst onderzoek uit dat het integreren van zonwering in de totale klimaatbeheersing van de woning besparingen kan opleveren [41]. Enerzijds kan het overbodig openen en sluiten van de zonwering zal een extra verbruik met zich meebrengen. Uit eigen meetresultaten blijkt dat het vermogenverbruik nodig voor 1 opwaartse of neerwaartse bediening van een zonwering tussen

50

HOOFDSTUK 4 ENERGIEBESPARENDE TECHNIEKEN HNIEKEN de 1 en 2 Wh bedraagt afhankelijk van de oppervlakte en het materiaal van de zonwering. zonwering Anderzijds kan het onvoldoende gebruiken van de zonwering een oververhitting van de woning woning tot gevolg hebben. Indien de wow ning uitgerust is met airconditioning zal extra energieverbruik nodig zijn om de woning terug af te koelen. Traditioneel wordt voor de automatische sturing gebruik gemaakt van lichtsterkte, uit onderzoek blijkt dat het belangrijk is ook rekening te houden met de temperatuur binnenin de woning [3]. [3]

iv.

V ENTILATIE

Ventilatie zorgt voor de afvoer van waterdamp en de verversing van de lucht in de woning. De afvoer van waterdamp voorkomt condensatie en versnelt verwarming van de ruimte. Hierdoor kan bespaard worden op verve warming. Anderzijds gaat in de winter veel warmte verloren bij de afvoer van energie of wordt er omgekeerd onvoldoende verlucht,, met het oog o op warmteverlies. De meeste huizen worden vandaag de dag op natuurlijke wijze geventileerd. Dit heeft als nadeel dat geen conco trole kan uitgeoefend worden op de ventilatie in functie van de weersomstandigheden. Ook wordt vaak verlucht door ramen te openen. opene Op deze manier gaat tijdens het stookseizoen veel warmte verloren. Het is daardaa om belangrijk niet langer dan nodig te verluchten. Een domoticasysteem kan open ramen detecteren en de verwarming tijdelijk verlagen. Raamsensoren specifiek voor deze functie installeren lijkt niet rendabel, maar indien het domoticasysteem teem ook een beveiligingsfunctie uitvoert, kunnen de raamsensoren al aanwezig zijn. We merken ook op dat elektrische sturing van de ramen mogelijk is. Het EPB decreet heeft vastgelegd dat sinds 2006 2006 nieuwe woningen van voldoende ventilatie moeten voorzien worden [64].. In veel gevallen is de installatie van een mechanisch ventilatiesysteem noodzakelijk om de opgelegde luchtdebieten te realiseren (zie Figuur 4.14). Omdat de bezetting of vervuiling van een ruimte niet steeds gelijk is, moeten de ontwerpdebieten ontwerpdebiet ook niet de gehele tijd werkelijk gerealiseerd worden. Vraagsturing laat toe de ontwerpdebieten terug te schroeven in functie van het gebruik van de ruimten of de behoefte aan ventilatie. Het ontwerpdebiet voor een woonkamer is bijvoorbeeld 75 m³/h. Typische ventilatietoestellen verbruiverbru ken tussen 0,30 en 0,45 W per debiet van 1 m³/h [58].. Door het debiet te verlagen tot 25 m³/h gedurende periodes van afwezigheid (9 h /dag [32]), ), kan dagelijks 180 Wh bespaard worden. Ook kan het debiet geregeld worden op basis van de luchtkwaliteit of de CO2-concentratie,, hoewel dergelijke sensoren nog niet courant zijn en momenteel nog vrij prijzig. Op die manier kan een domoticasysteem het energieverbruik voor ventilatie gevoelig beperken [5].

FIGUUR 4.14:: TWEE COURANTE TYPES TYPE MECHANISCHE VENTILATIE: TYPE C (LINKS) EN TYPE D (RECHTS)

v.

O VERIGE TOESTELLEN

Naast de hierboven opgesomde installaties zijn er nog andere automatiseerbare installaties die voor energieenergi besparingen kunnen zorgen. Zo kan men bijvoorbeeld door het sluiten van gordijnen en geïsoleerde rolluiken roll tijdens de nacht ongeveer 4% energie besparen [14].

51


4.3.2

EFFICIËNTIEMONITORING

Om een energie-efficiënte werking van installaties voor klimaatbeheersing te kunnen garanderen, is een regelmatig onderhoud essentieel. Door het energieverbruik en de geleverde prestatie af te wegen, kan de efficiëntie van een toestel beoordeeld worden. Een dalende efficiëntie kan wijzen op een defect of een noodzakelijk onderhoud (typisch het vervangen of reinigen van filters, maar bijvoorbeeld ook het smeren van bewegende onderdelen). Het energieverbruik van de elektrische toestellen kan gemeten worden aan de hand van vermogenmeters. De prestatie van de toestellen kan vaak afgeleid worden uit temperatuurmetingen. Merk hierbij op dat temperatuursensoren al aanwezig zijn om een automatische sturing mogelijk te maken. Indien er meerdere toestellen zijn om een bepaalde functionaliteit te vervullen (bijv. centrale verwarming en een extra elektrisch verwarmingstoestel) of indien het systeem besparingen moet verwerken die resulteren in conflicterende handelingen, kan het domoticasysteem een afweging maken en voor de meest efficiënte optie kiezen.

4.3.3

BESLUIT

Het optimaliseren van klimaatbeheersinginstallaties biedt duidelijk besparingspotentieel. We bespraken de mogelijkheden van het intelligent domoticasysteem voor de verschillende types installaties. Het grootste potentieel ligt echter in een gecombineerde sturing van alle klimaatbeheersinginstallaties in de woning. Op deze manier kan conflicterend gebruik vermeden worden, en de behoefte van de gebruiker kan vervuld worden op de meest energie-efficiënte manier.

52


4.4 REBOUND EFFECT Tot slot willen we kort het rebound effect aanhalen. Gedurende de laatste tientallen jaren werden op verschillende vlakken inspanningen geleverd om het energieverbruik te beperken. Het voordeel van de gerealiseerde besparingen had vaak een invloed op het gebruikersgedrag van de gebruiker. Doordat de energieconsumptie daalt, kon hij zich een hoger comfortniveau veroorloven. Hierdoor werden lagere energiebesparingen gerealiseerd dan verwacht op basis van de technologische verbeteringen. Dit wordt schematisch weergegeven in Figuur 4.15 [61]. Op de figuur wordt het verband weergegeven tussen de intensiteit van het gebruik en het energieverbruik. De technologische aanpassingen resulteren in een beter efficiëntie w . De voorspelde energiebesparing wordt niet behaald doordat de intensiteit van het gebruik verhoogt. Het verschil tussen de voorspelde en de reële besparing is te wijten aan het rebound effect. We moeten dus voorzichtig zijn bij het trekken van een besluit over de impact van bepaalde technologische verbeteringen op de energievraag.

FIGUUR 4.15: REBOUND EFFECT [61]

53

HOOFDSTUK 5 TOEKOMSTPERSPECTIEVEN

HOOFDSTUK 5 TOEKOMSTPERSPECTIEVEN

De mogelijkheden om het huishoudelijk elektriciteitsgebruik te beperken met een intelligent domoticasysteem werden besproken in Hoofdstuk 4. De aanwezigheid van een dergelijk systeem in de woning biedt ook mogelijkheden voor tal van nuttige toepassingen, die van het platform en de interfaces gebruik kunnen maken. We geven hier een kort overzicht van de interessantste toepassingen die in de toekomst baat zouden kunnen hebben bij een intelligent domoticasysteem in de woning.

5.1.1

SMART GRIDS

Groene energie is een hot topic en steeds meer proberen mensen te voorzien in hun eigen energiebehoefte. Uit cijfers van de VREG blijkt een grote toename van het aantal residentiële fotovoltaïsche installaties[66]. De groei van de decentrale productie brengt veranderingen mee voor het elektriciteitsnetwerk. Traditioneel zorgt het elektriciteitsnet voor het unidirectioneel elektriciteitstransport van de centrale naar de eindgebruikers. De toename van decentrale energieproductie creëert de behoefte voor een ‘smart grid’. Een smart grid kan de energie optimaal routeren door het netwerk. De evolutie tot een smart grid zou energie en kosten besparen en de betrouwbaarheid van de grid ten goede komen.

FIGUUR 5.1: LOAD SHIFTING [48]

Eén van de voordelen van een smart grid is de mogelijkheid om pieken in het stroomverbruik of de stroomproductie op te vangen en blackouts te vermijden. Dit is belangrijk omdat grotere fluctuaties op het netwerk verwacht worden naarmate het aandeel decentraal geproduceerde energie stijgt. De netbeheerder beschikt daarom over een aantal instrumenten om de fluctuaties op de grid te vermijden, we bespreken de variabele elektriciteitsprijs en het automatisch inschakelen van toestellen.

54

HOOFDSTUK 5 TOEKOMSTPERSPECTIEVEN Een variabele elektriciteitsprijs is een sterk instrument voor de producenten om de energievraag te sturen. De energieprijs kan verhoogd worden tijdens piekuren of verlaagd worden tijdens de daluren. Hierdoor wordt de gebruiker gestimuleerd om in de daluren energie te verbruiken in plaats van tijdens de piekuren. Dit wordt in de literatuur ook ‘load shifting’ genoemd (zie Figuur 5.1). Ons intelligent domoticasysteem kan de gebruiker helpen zijn energieverbruik te regelen volgens de actuele elektriciteitsprijs. Hiervoor dient ons systeem over realtime prijsinformatie te beschikken (bijv. via een internetverbinding) en dient de software uitgebreid te worden. Een ander belangrijk instrument is het automatisch aan- of uitschakelen van toestellen. Door op grote schaal toestellen aan of uit te schakelen kan de netbeheerder op korte termijn de energievraag manipuleren. Door de netbeheerder toegang te geven tot ons intelligent systeem kunnen toestellen bediend worden mits de toestemming van de gebruiker (bij voorkeur toestellen met een groot energieverbruik zoals installaties voor klimaatbeheersing). Ons systeem moet uitgebreid worden zodat de netbeheerder een beperkte controle kan uitoefenen over de toestellen in de woning. We zijn ervan overtuigd dat ons systeem hiervoor erg geschikt is. We merken op dat de besproken instrumenten ook kunnen geïmplementeerd worden aan de hand van geavanceerde smart meters. Dit zijn digitale elektriciteitsmeters die ook over extra functionaliteiten kunnen beschikken. Ze kunnen dan 1 of meerdere toestellen aansturen. Ons domoticasysteem biedt meer potentieel doordat meer toestellen bestuurd kunnen worden, maar ook omdat complexere beslissingen genomen kunnen worden. Op basis van de activiteiten van de gebruiker kunnen bijvoorbeeld andere toestellen bestuurd worden, of kan worden afgeweken van een voorgeprogrammeerd gedrag.

5.1.2 ANALYSEREN EN INFORMEREN We argumenteerden al dat het belangrijk is de gebruiker te sensibiliseren (zie §4.2.2). Één van de belangrijke redenen waarom we niet zuinig omgaan met energie is dat we er vaak gewoon niet aan denken [63]. Uit onderzoek blijkt dat rechtstreekse feedback over het energieverbruik tussen 5 en 15% energiebesparing kan opleveren [11]. Door gebruikers te doen nadenken over hun energieverbruik en hun energieverbruik met andere gebruikers te laten vergelijken, kan het gebruikersgedrag positief beïnvloed worden. Er worden programma’s aangekondigd die de gebruiker zullen toelaten zijn energieverbruik te analyseren (bijv. Microsoft Hohm™ beta en Google PowerMeter™). Door analyse van het elektriciteitsverbruik kan de gebruiker inzicht krijgen in het energieverbruik van zijn toestellen en mogelijk zijn gedrag aanpassen. Ons systeem kan hiertoe bijdragen door automatisch het energieverbruik van de toestellen te meten, maar kan ook zelf uitgebreid worden met analysesoftware. Naast het analyseren van het eigen energieverbruik, kan het vergelijken van het eigen energieverbruik met het energieverbruik van andere gebruikers een stimulans betekenen om energie te besparen. Social networking kan ingezet worden om energiestatistieken te delen, een voorbeeld hiervan is de Powometer [52]. We merken op dat analyse van het energieverbruik nog andere positieve effecten kan hebben voor de gebruiker. Wanneer er zich een duidelijke verandering in het energieverbruik heeft voorgedaan (bijv. wanneer de gebruiker overgestapt is van elektrische warmwatervoorziening naar een alternatieve verwarmingsmethode, of omgekeerd) kan het systeem de energieprijzen van andere energieleveranciers evalueren en de gebruiker een voordeligere leverancier voorstellen. Dat men hier effectief voordeel uit kan halen, blijkt uit het VREG marktrapport van 2008 [67] waar verschillende prijsevoluties waar te nemen zijn voor kleine, gemiddelde en grote gebruikers op de elektriciteitsmarkt. In het algemeen kan de keuze voor een bepaalde energieleverancier vereenvoudigd worden door per leverancier een prijsberekening te maken op basis van het verbruik van de voorbije maanden.

55

HOOFDSTUK 5 TOEKOMSTPERSPECTIEVEN Wanneer door analyse een verandering in het energieverbruik naar voor komt, maar de gebruiker geen wijziging in zijn installatie heeft doorgevoerd, kan een melding van het systeem de gebruiker wijzen op slecht functionerende toestellen of lekkages.

5.1.3

DE UPDATES VAN EEN SETTOPBOX

Een toestel dat sinds kort is doorgedrongen in veel woonkamers is de settopbox. Omdat de leverancier ’s nachts de software zou kunnen updaten, moeten de toestellen de hele nacht stand-by zijn. Het vermijden van dit stand-byverbruik is nuttig, want settopboxen hebben typisch een groot stand-byverbruik (tot 30 W). Het is mogelijk het stand-byverbruik van settopboxen en gelijkaardige toestellen te vermijden aan de hand van ons systeem. De settopbox kan opgestart worden op het ogenblik dat de updates dienen te gebeuren. Hiervoor dient ons systeem verbonden te worden met het internet en dient de software te worden aangepast om op een betrouwbare manier de sturing van het systeem van op afstand mogelijk te maken. Deze functionaliteit kan ook extra comfort bieden voor de gebruiker. We merken op dat de complexiteit van het systeem zal toenemen en een andere software architectuur aangewezen is, bijvoorbeeld een service oriented architecture.

5.1.4

NIET-HUISHOUDELIJK ENERGIEVERBRUIK

In deze masterproef werd gefocust op huishoudelijk energieverbruik. Veel van de technieken die besproken werden kunnen ook in kantoren, commerciële ruimtes en industriële ruimtes gebruikt worden. In 2004 bijvoorbeeld was 41% van het elektriciteitsverbruik in de EU-25 toe te schrijven aan de industrie en 27% aan de dienstensector[24]. We merken op dat de niet-huishoudelijke sectoren proportioneel meer energie gebruiken voor verlichting en klimaatbeheersing dan de huishoudelijke sector. In kantoorgebouwen zijn ventilatie en verlichting bijvoorbeeld verantwoordelijk voor respectievelijk 22% en 31% van het elektriciteitsverbruik [43]. Met een beperkt aantal goed gekozen technieken verwachten we dat substantiële besparingen gerealiseerd kunnen worden, bijvoorbeeld aan de hand van daylight harvesting, vermijden van stand-byverbruik en efficiënte klimaatbeheersing.

56

HOOFDSTUK 6 BESLUIT

HOOFDSTUK 6 BESLUIT

De globale energieconsumptie stijgt met een hoog tempo. Om een eind te maken aan de steeds grotere energieconsumptie, stelt de politiek voor het energieverbruik met 20% te verminderen tegen 2020. Om deze doelstelling te halen is een inspanning van de huishoudens om hun energieverbruik te beperken noodzakelijk. Enkel een aanpassing van het gebruikersgedrag is in staat om het huishoudelijk energieverbruik op korte termijn te reduceren. We stellen daarom het gebruik van een intelligent domoticasysteem voor om door toepassing van energiebesparende technieken het gebruikersgedrag te optimaliseren. Het systeem bestaat uit een traditioneel domoticasysteem, een beslissingseenheid en een netwerk van vermogensensoren. Het domoticasysteem laat toe de elektrische verbruikers in de woning te bedienen zoals een gebruiker dat kan. De beslissingseenheid wordt gebruikt om het domoticasysteem aan te sturen en analyseert de besparingsmogelijkheden in de woning. De vermogensensoren worden ingezet om aan de hand van het gemeten vermogenverbruik de werkingstoestand van verbruikers te detecteren. Op basis van dit systeem creëerden we een analytisch vermogenmodel. De energiebesparende technieken die mogelijk worden door het gebruik van ons systeem, kunnen op deze manier theoretisch behandeld worden. Om de impact van de energiebesparende technieken te kwantificeren werd ook een gebruikersmodel opgesteld. Dit model bestaat uit 4 typerende cases. De cases geven verschillende gebruikersgedragingen weer zoals het woningtype, de toestellen in de woning, de gezinssamenstelling… Door een analytisch gemodelleerde besparingstechniek toe te passen op het gebruikersmodel, kunnen we het potentieel van de bewuste techniek evalueren. Uit ons onderzoek blijkt dat het gebruik van een intelligent domoticasysteem gericht op energiebesparing kan bijdragen tot een efficiënter huishoudelijk energiegebruik. Het potentieel is echter afhankelijk van gebruikersgedrag en de toepassingsdomeinen. We maken onderscheid tussen stand-byverbruik, hoofdverbruik en klimaatbeheersing. Het beperken van het stand-byverbruik is een toepassing waar het intelligent domoticasysteem duidelijk een grote bijdrage kan leveren voor het besparen van energie. De toekomstige wetgeving die het stand-byverbruik van nieuwe toestellen beperkt, zal op termijn echter het potentieel van deze techniek minimaliseren. Reductie van het hoofdverbruik van elektrische toestellen, wordt voornamelijk in de weg gestaan door het ontbreken van interfaces om de werkingstoestand van de toestellen te beïnvloeden. Hierdoor kan de werkingstoestand van het toestel niet hersteld worden. Ons intelligent domoticasysteem is echter een eerste stap om een efficiënter gebruik van huishoudelijke toestellen mogelijk te maken.

57

HOOFDSTUK 6 BESLUIT Ons systeem kan wel ingezet worden om het hoofdverbruik van verlichting te beperken. We zien een groot potentieel in het optimaliseren van de lichtintensiteit aan de hand van lichtsensoren en het uitschakelen van lichtbronnen op basis van aanwezigheidsdetectie. Het sturen van een individuele klimaatbeheersinginstallatie met behulp van ons systeem creëert een beperkte toename in energie-efficiëntie. Wanneer we ons systeem echter inzetten om het geheel van klimaatbeheersinginstallaties in de woning te beheren, is het potentieel veel groter. Door het gebruik van de toestellen op elkaar af te stemmen, kan bijvoorbeeld conflicterend gebruik vermeden worden. Het potentieel van ons intelligent domoticasysteem is niet alleen afhankelijk van het toepassingsdomein, ook het gebruikersgedrag is essentieel. We kunnen uit ons onderzoek afleiden dat verschillende aspecten van het gebruikersgedrag invloed hebben op het potentieel van het systeem. We merkten bijvoorbeeld herhaaldelijk een grotere besparing op in de cases van de grotere woningen. Deze cases worden getypeerd door een grotere gezinssamenstelling en een groter aantal verbruikers. Een andere belangrijke factor is het gebruiksgedrag (hoe de gebruiker een verbruiker gebruikt om aan een bepaalde behoeft te voldoen). Voor elk van de besparingstechnieken probeerden we ons systeem een optimaal gebruiksgedrag te doen nastreven. De gerealiseerde besparing is het verschil tussen het oorspronkelijke gedrag van de gebruiker en het gesimuleerde gedrag door het systeem. Hoe energiebewuster het oorspronkelijke gebruiksgedrag is, des te beperkter het besparingspotentieel van het systeem. Om alle besproken besparingstechnieken exact te kwantificeren is verder onderzoek nodig naar het gebruiksgedrag. Om te evalueren of de introductie van een intelligent domoticasysteem in een willekeurige woning zin heeft, moet rekening worden gehouden met de gebruikersgedragingen en de toepassingsgebieden van het systeem. Door het systeem in te zetten voor meerdere toepassingsgebieden die elk slechts een beperkt potentieel bieden, kan in totaal wel een aanzienlijke besparing gerealiseerd worden. Naarmate de energie-efficiëntie van verbruikers en het energiezuinig zijn van gebruikers toeneemt, zal het potentieel van ons systeem afnemen, tenzij de efficiëntie van ons systeem in grote mate kan verbeterd worden. Om de werkelijke impact van een wijd verspreid gebruik van intelligente domoticasystemen op het globale energieverbruik te kennen, is verder onderzoek naar de eigenlijke gedragingen van gebruikers noodzakelijk. Daarnaast kan de impact van een rebound effect moeilijk ingeschat worden, een proefproject kan hier meer inzicht bieden.

58

BIJLAGE A GEDETAILLEERDE SOFTWARE DOCUMENTATIE

BIJLAGE A GEDETAILLEERDE SOFTWARE DOCUMENTATIE

Het softwareprogramma beschreven in Hoofdstuk 2 kan men terugvinden op de cd-rom achteraan deze masterproef. In de map Bijlage A vindt men naast de programmacode (\source) ook de uitvoerbare bestanden (\bin), configuratiebestanden (\bin\logic en\bin\network) en gedetailleerde documentatie van de programmacode (\doc\doc.chm).

59

BIJLAGE B GEDETAILLEERD GEBRUIKERSMODEL

BIJLAGE B GEDETAILLEERD GEBRUIKERSMODEL

De gedetailleerde opbouw van het gebruikersmodel kan men terugvinden op de cd-rom achteraan deze masterproef. In de map Bijlage B vindt men het bestand GebruikersModel.xlsx.

60

BIBLIOGRAFIE

[1] Bao en Intille (2004). Activity Recognition from User-Annotated Acceleration Data. 2nd International Conference on Pervasive Computing, Linz, AUSTRIA, Springer-Verlag Berlin. [2] Bertoldi (2004). European Code of Conduct to Improve Energy Efficiency of Power Supply: The First Policy Action around the Worldwide Addressing External Power Supplies. Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2004. APEC '04. Nineteenth Annual IEEE, 1 329- 331. [3] 13.

Besselink (2008). Zonwering Is Onderdeel Van Klimaatbeheersing Woning. Woning afbouw en utiliteit.

[4]

Boonekamp en Jeeninga (1999). Gedrag En Huishoudelijk Elektriciteitsverbruik.

[5] Bossche, Prieus en Cootjans (2007). Ventilatiegids. Stappenplan Voor Comfortabel En Energiezuinig Ventileren. [6]

CHPS (2006). Lighting and Daylighting. Best Practices Manual Volume Ii: Design.

[7] Clement, Pardon en Driesen (2007). Standby Power Consumption in Belgium. Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona, [8] Commission of the european communities (2008). Accompanying Document to the Commission Regulation Implementing Directive 2005/32/Ec with Regard to Ecodesign Requirements for Standby and Off-Mode Electric Power Consumption of Electrical and Electronic Household and Office Equipment. [9] Coppens en Glorieux (2002). De Tijd Van Vlamingen Digitaal. Over.Werk Tijdschrift van het steunpunt WAV. 1-2. [10]

CREG (2009). Evolutie Van De Elektriciteitsprijzen Op De Residentiële Markt

[11] Darby (2006). The Effectiveness of Feedback on Energy Consumption. A Review for DEFRA of the Literature on Metering, Billing and direct Displays, [12]

Eandis (2009). Hoe Zuinig Omgaan Met Energie. ('www.eandis.be')

[13]

EIA/CEA (2002). 709.1 Revision: B Control Network Protocol Specification.

[14]

Electrabel (2009). Verwarmen. Energietips voor mijn (ver)bouwproject

[15]

Electrabel (2009). Verlichten. Energietips voor mijn (ver)bouwproject

[16]

Energy Information Administration (2005). U.S. Household Electricity Report.

61

[17]

Energy Information Administration (2009). International Energy Outlook 2009.

[18] EURECO (2002). Demand-Side Management End-Use Metering Campaign in 400 Households of the European Community, Assessment of the Potential Electricity Savings. [19] European Lamp Companies Federation (2006). Did You Know the Potential of Led Technology? ('http://www.elcfed.org/documents/060529%20DYK%20the%20potential%20of%20LED%20technology.pdf') [20] Europees Parlement en Raad (2005). Richtlijn 2005/32/Eg Van Het Europees Parlement En De Raad Van 6 Juli 2005 Betreffende De Totstandbrenging Van Een Kader Voor Het Vaststellen Van Eisen Inzake Ecologisch Ontwerp Voor Energieverbruikende Producten En Tot Wijziging Van Richtlijn 92/42/Eeg Van De Raad En De Richtlijnen 96/57/Eg En 2000/55/Eg Van Het Europees Parlement En De Raad. [21] Europese Commissie (2008). Mededeling Van De Commissie Aan Het Europees Parlement, De Raad, Het Europees Economisch En Sociaal Comité En Het Comité Van De Regio's - Naar 20-20 in 2020 - Kansen Van Klimaatverandering Voor Europa {Com(2008) 13 Definitief} {Com(2008) 16 Definitief} {Com(2008) 17 Definitief} {Com(2008) 18 Definitief} {Com(2008) 19 Definitief}. [22] Europese Commissie (2008). Verordening (Eg) Nr. 1275/2008 Van De Commissie Van 17 December 2008 Tot Vaststelling Van Uitvoeringsbepalingen Van Richtlijn 2005/32/Eg Van Het Europees Parlement En De Raad, Wat Betreft Voorschriften Inzake Ecologisch Ontwerp Voor Het Elektriciteitsverbruik Van Elektrische En Elektronische Huishoud- En Kantoorapparatuur in De Stand by-Stand En De Uit-Stand (Voor De Eer Relevante Tekst). [23]

Europese Gemeenschappen (2009). ('http://eur-lex.europa.eu/')

[24]

Eurostat (2007). Panorama of Energy. Energy statistics to support EU policies and solutions.

[25] Ferscha, Emsenhuber, Gusenbauer, Wally, Klein, C. en J. (2007). Powersaver: Pocket-Worn Activity Tracker for Energy Management. [26] FOD Economie (2001). Volkstellingen En Algemene Socio-Economische Enquête 2001. Sociale geografie - gebouwen en woningen. [27]

FOD Economie (2009). Private Huishoudens - België En Gewesten (1991-2007). Huishoudens.

[28]

FOD Economie (2009). De Energiemarkt in 2007. Industrie, bouwnijverheid en energie.

[29] FOD Volksgezondheid Veiligheid van de Voedselketen en Leefmilieu (2009). Welke Lichtbron Voor Welke Kamer. Energievreters ('http://www.energievreters.be/tips_li_rooms.aspx?lang=NL') [30] FOD Werkgelegenheid (1993). Algemeen Reglement Voor De Arbeidsbescherming Hoofdstuk 2 Bepalingen Betreffende De Hygiene En Arbeidsplekken: Arbeidsklimaat Art. 55-72bis Federale Overheidsdienst Werkgelegenheid. [31] Gauger, Minder, Marrón, Wacker en Lachenmann (2008). Prototyping Sensor-Actuator Networks for Home Automation. Proceedings of the workshop on Real-world wireless sensor networks, Glasgow, Scotland, ACM. [32] Glorieux, Koelet en Mestdag, Eds. (2006). De 24 Uren Van Vlaanderen: Het Dagelijkse Leven Van Minuut Tot Minuut. tm

[33]

Greenswitch (2009). Greenswitch Products. ('http://www.greenswitchteam.com/products.cfm')

[34]

Harmelink en Blok (2004). Elektriciteitsbesparing Als Alternatief Voor De Bouw Van Nieuwe Centrales.

62

[35]

Home Lighting Control Alliance (2008). Compact Fluorescent Dimming: Buyer Beware.

[36]

Hornberg, Ed. (2006). Handbook of Machine Vision. Weinheim, Wiley-VCH.

[37] IEEE P802.3at DTE ('http://www.ieee802.org/3/at/')

Power

Enhancements

Task

Force

(2009).

Ieee

P802.3at.

[38] Institute of Electrical and Electronics Engineers (2006). Wireless Medium Access Control (Mac) and Physical Layer (Phy) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (Wpans). IEEE Std. 802.15.42006. IEEE press [39] International Energy Agency (2004). Reducing Standby Power Waste to Less Than 1 Watt: A Relevant Global Strategy That Delivers. Energy Globe 2002 The World Award for Sustainable Energy [40] Jeeninga (1997). Analyse Energieverbruik Sector Huishoudens 1982-1996. Energieonderzoek Centrum Nederland [41] Jong, Kamphuis en ECN (2004). Milieukentallen Domotica in Relatie Tot Gebruikersgedrag. Domotica en energiebesparing, wat levert het op?, NIDO. [42]

KNX (2008). Knx Specifications. ('http://www.knx.org/knx-standard/knx-specifications/')

[43] LNE (2006). Discussienota Tertiaire Sector Voor De Studie: “Energie En Broeikasgasscenario’s Voor Het Vlaamse Gewest – Verkenning Beleidsscenario’s Tot 2030” Departement Leefmilieu. [44] Lunar Accents Design Corporation (2008). Engineering ('http://www.lunaraccents.com/nav-educational-LED-information.html')

Custom

Led

Circuits.

[45] Maes (2006). Bewonersgedrag, -Verwachtingen En Hun Effect Op De Eap-Audit. De Energie Advies Procedure voor bestaande gebouwens: De eerste resultaten uit de praktijk., [46] McNeil en Letschert (2008). Future Air Conditioning Energy Consumption in Developing Countries and What Can Be Done About It: The Potential of Efficiency in the Residential Sector. Lawrence Berkeley National Laboratory, [47] Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap (2003). Enquête Energiezuinig Gedrag Vlaamse Huishoudens in 2003. Afdeling Natuurlijke Rijkdommen en Energie. [48] Natural Resources Canada (2009). Part 2: Technical Guide to Energy Efficiency Planning and Management. 2.4 Electrical Systems. Energy Efficiency Planning and Management Guide ('http://oee.nrcan.gc.ca') [49] Ohno (2004). Color Rendering and Luminous Efficacy of White Led Spectra SPIE Fourth International Conference on Solid State lighting, Denver, CO, [50] Pacific Northwest National Laboratory (2008). Performance of Halogen Incandescent Mr16 Lamps and Led Replacements U.S. Department of Energy. [51]

PC Engines (2009). Alix.2 / Alix.3 / Alix.6 Series System Boards.

[52]

Proctor (2009). Powometer. ('http://www.myenergyusage.org')

[53] REMODECE (2007). Residential Monitoring to Decrease Energy Use and Carbon Emissions in Europe. [54]

Rensselaer (2003). Daylight Dividends Case Study.

63

[55] Singhvi, Krause, Guestrin, James H. Garrett en Matthews (2005). Intelligent Light Control Using Sensor Networks. Proceedings of the 3rd international conference on Embedded networked sensor systems, San Diego, California, USA, ACM. [56] Smets (2008). Energy Saving Potential of Intelligent Lighting. Concertation meeting on Monitoring and Control for Energy Efficiency, Brussel, CTO Office - Philips Lighting. [57] Smith, Fishkin, Bing, Mamishev, hilipose, Rea, Roy en Sundara-Rajan (2005). Rfid-Based Techniques for Human-Activity Detection. Communications of the ACM, 48 (9): 39-44. [58] Tirol (2008). Moderner Wohnkomfort Durch Wohnraumlüftungsanlagen Mit Wärmerückgewinnung. [59] U.S. Department of Energy (2009). Energy Savers: Types ('http://www.energysavers.gov/your_home/lighting_daylighting/index.cfm/mytopic=12030') [60]

of

Lighting.

UPnP (2009). Universal Plug and Play. ('www.upnp.org')

[61] Verbeeck (2007). Optimisation of Extremely Low Energy Residential Buildings. Faculteit Ingenieurswetenschappen Departement Burgerlijke Bouwkunde Afdeling Bouwfysica. Leuven, Katholieke Universiteit Leuven. [62] Vlaams Energieagentschap (2009). De in 2008 Uitgekeerde Premies Bewijzen Het: De Vlaamse Gezinnen Investeren Meer Dan Ooit in Energiebesparing. ('http://www.energiesparen.be/node/1391') [63] Vlaamse Gemeenschap (2005). Energieverbruik in Huishoudens in Vlaanderen. Resultaten enquête 2005, Vlaamse Gemeenschap [64]

Vlaamse overheid (2006). Epb-Decreet.

[65]

VREG (2009). Meteropneming - Gemiddeld Verbruik.

[66] VREG (2009). Evolutie Totaal Opgesteld Vermogen Fotovoltaïsche Zonnepanelen in Vlaanderen 20052008, Prognose Voor 2009. [67]

VREG (2009). Marktrapport 2008.

[68] Wolferen, Traversari en Hendriksen (2003). Domotica: Comfortabel En Energiezuinig? Verwarming ventilatie plus, [69]

X10 (1998). X10 Technology Transmission Theory.

[70] Zachhuber, Doppler, Ferscha, Klein en Mitic (2008). Simulating the Potential Savings of Implicit Energy Management on a City Scale. Proceedings of the 2008 12th IEEE/ACM International Symposium on Distributed Simulation and Real-Time Applications - Volume 00, IEEE Computer Society. [71]

ZigBee Alliance (2008). Zigbee Specification.

64

De groene thuisomgeving: intelligente energie-efficiëntie met behulp van een domotica-systeem. Jeroen Claessens

Recommend Documents