Senzory v inteligentních budovách Pavel Ripka Katedra měření ČVUT FEL v Praze
[email protected] http://measure.feld.cvut.cz/
Evropský sociální fond. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Aplikace senzorů v budovách • • • • • • • •
HVAC Měření spotřeby médií a energie Zabezpečovací systémy Požární bezpečnost Výtahy a výškové budovy Další bezpečnostní systémy (povodeň, zbraně..) Osvětlovací systémy Energie pro bezdrátové senzory
Senzory pro HVAC • • • • •
Teplota Proudění Tepelný komfort Kvalita vzduchu: vlhkost, chemické složení Meteo: – Sluneční svit – Srážky – Teplota, směr a síla větru
Tepelný komfort • ISO 7730 Vlhkost, teplota, radiační teplota, proudění vzduchu
Senzory vlhkosti a chem. složení vzduchu • • • • • •
Sorpční ‐ vodivostní a kapacitní Psychrometry Infračervené (spektrometry) Rosný bod Pellistory Elektrochemické senzory plynů
Polovodičové senzory plynů
Řez senzorem a vyhodnocení
Sorpční senzory vlhkosti Odporový senzor vlhkosti
Odpor stěny pórů
Impedance od dna pórů k Al elektrodě
Svodový odpor
Zákl. kapacita
Sorpční senzory vlhkosti Kapacitní senzor vlhkosti
Senzor je tvořen kondenzátorem, jehož dielektrikum je z hydroskopického materiálu. Kapacita senzoru je funkcí relativní vlhkosti.
Elektrochemické senzory plynů Plyn H2 H2S CO HF NH3 (Ammonia) Phosgene COCl2
Životnost jen 2‐3 roky
Rozsah (ppm, typ.) 0 – 2000/4% 0 - 100 0 – 300/1000 0 – 10 0 – 100/1000 detection limit 0.02 ppm
Infračervené (IR) analyzátory plynu a vlhkoměry
plyn CH4, C2H6, C3H8, C4H10 CO2 CO Freon NH3
spektrální čára (μm) 3.4 4.25 4.7 8.35 10.45
Často se používá pro CO2, freon, čpavek (špatně se detekuje elektrochemickými senzory)
Infračervené (IR) analyzátory plynu Úzkopásmový IR analyzátor fy Dräger 1…pulzní IR zdroj 2,5…transparentní okno 3…měřicí kyveta 4…zrcadlo 6…polopropustný dělič záření 7,9…interferenční filtry 8,10…pyroelektrické detektory
moderní verze disperzního analyzátoru
Psychrometr
Psychrometrický senzor
Zrcadlové senzory teploty rosného bodu
Zrcadlo (Au) je chlazeno Peltierovým článkem, a to tak, aby byla udržována konstantní teplota orosení.
/ Znečištování zrcadla
6" Circular Chart Temperature, Humidity, Dewpoint Recorder
Relative humidity range: 0‐100% Relative humidity accuracy: ±3% Dewpoint range: 0 to 50°C Dewpoint accuracy: ±1°C
©Omega
Nejpřesnější vlhkoměr: TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) Beerův zákon: I0/I= k l N
I, (I0).. intenzita na (mimo) frekvenci absorbční čáry vody, k.. konstanta, l.. dráha paprsku, N ..počet molekul vody
výhody: jen jeden paprsek jeden zdroj jeden detektor ‐> bez kalibrace rozlišení ppb
http://www.delta‐f.com/
Paramagnetické senzory kyslíku princip: •magnetomechanický •termomagnetický Kyslík je vtahován do komůrky, tam se ohřeje nad Tc a proudí zpět Proudění se detekuje (např. víry)
Diamagnetický vzorek (např. ampule s dusíkem) je vysouván z paramagn. prostředí
Meteosenzory, senzory světla
Sluneční senzor (pyranometr)
Senzor destě
Měření spotřeby • • • •
Elektrická energie Voda Plyn Teplo
Centralizace dat v elektroměru Přenos dat po rozvodné síti Přesné měření spotřeby energie = špehování?
Špehování přesným elektroměrem a vodoměrem
Zdroj: Seluxit
Kvalita vody v bazenu • pH • Teplota • Obsah chloru
Zabezpečovací systémy • • • • • • • • •
PIR detektory Akustické detektory rozbití skla Mikrovlnné senzory Kapacitní, triboelektrické Tlakové spínače Okenní a dveřní kontakty Inteligentní kamery Optické závory Značky na chráněných objektech (antitheft)
Požární detektory • Teplota • Kouř • IR a UV detektory plamene
Ionizační detektor kouře detekuje i částice pod 0,2 µm
optický detektor kouře
Senzory ve výtazích a výškových budovách • • • • • • •
Vibrace, seismograf Inklinoměry Rychlost Poloha Zrychlení Hmotnost Optická závora Senzory zatížení výtahu
Inklinoměry
Bublinový inklinoměr
Principy: ‐ Olovnice ‐ Bublinový ‐ akcelerometr
1’ 0,05 0,2°
Rychlost odezvy Přesnost Cena
Další bezpečnostní senzory • • • • •
Povodeň Únik kapalin Únik plynů Radioaktivita Detekce zbraní a výbušnin
Termokatalytické senzory Pellistor
Uspořádání (a) a kompletní můstkové uspořádání(b)
Měření koncentrace hořlavých a výbušných plynů
Energy harvesting ‐ energie pro bezdrátové senzory • • • • •
Termoelektrický jev (teplotní diference) Piezoelektrický jev (tlačítka) Solární články Elektromagnetický přenos Kinetická energie proudícího media: – Proud tekutiny v potrubí (voda, plyn, klimatizace) – Vítr (meteostanice)
Závěr Senzory jsou základem inteligence (nejen) budov
[email protected]
