Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra kybernetiky. Návrh prototypu pro stabilizaci klimatických

Z´ apadoˇ cesk´ a univerzita v Plzni Fakulta aplikovan´ ych vˇ ed Katedra kybernetiky

´ RSK ˇ ´ PRACE ´ BAKALA A

Návrh prototypu pro stabilizaci klimatických podm´ınek v konventu plaského kláˇstera

Plzeˇ n, 2008

ˇ Michal Sirok´ y

´ SEN ˇ Í PROHLA Pˇredkládám k posouzen´ı a obhajobˇe bakaláˇrskou práci zpracovanou na závˇer studia na Fakultˇe aplikovaných vˇed Západoˇceské univerzity v Plzni. Prohlaˇsuji, ˇze jsem bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a výhradnˇe s pouˇzit´ım odborné literatury a pramen˚ u, jejichˇz u ´ plný seznam je jej´ı souˇcást´ı.

V Plzni dne 16. kvˇetna 2008

Anotace Tato práce se zabývá návrhem a realizac´ı zaˇr´ızen´ı pro z´ıskán´ı dat potˇrebných k urˇcen´ı optimáln´ıho zp˚ usobu vˇetrán´ı v budovˇe konventu bývalého cisterciáckého kláˇstera v Plas´ıch. Práce se vˇenuje souˇcasnému stavu konventu a zp˚ usob˚ um mˇeˇren´ı klimatických veliˇcin uvnitˇr i vnˇe budovy. Následuje popis realizace mˇeˇric´ıho hardwaru a softwaru, popis z´ıskaných dat a souhrn výsledk˚ u. Kl´ıˇcová slova: kláˇster Plasy, konvent, vlhkost, teplota, rosný bod, voda, vzduch, vˇetrán´ı, WinCon, Microlog, C#, .NET, Visual Studio, Octave.

Annotation This work concerns the design and realization of a device for acquisition of data needed to determine the correct methods of ventilation in the convent building of the former Cistercian monastery in Plasy. The work dwells on the present condition of the convent and means of measurement of climatic values inside and outside the building. This is followed by the description of the designed measuring hardware and software, acquired data and summary of the results. Key words: Plasy monastery, convent, humidity, temperature, dew point, water, air, ventilation, WinCon, Microlog, C#, .NET, Visual Studio, Octave.

Pouˇ zit´ e znaˇ cen´ı Znaˇcen´ı veliˇcin a promˇenných v této práci, vycházej´ıc´ı ze znaˇcen´ı v pouˇzité literatuˇre, m˚ uˇze být vzhledem ke konvenc´ım pouˇz´ıvaným v kybernetice zavádˇej´ıc´ı. Ve snaze pˇredej´ıt pˇr´ıpadnému nedorozumˇen´ı pˇri ˇcten´ı této práce zde uvád´ım pˇrehled pouˇzitého znaˇcen´ı: t ts m p p′′p pp ̺p ̺′′p f ϕ

teplota teplota sytosti vzduchu hmotnost tlak tlak syté páry parciáln´ı tlak par mˇerná hmotnost par ve vzduchu hmotnost par v 1 m3 vzduchu ve stavu nasycen´ı absolutn´ı vlhkost relativn´ı vlhkost

4

Obsah 1 Formulace probl´ emu 1.1 Historie a dispozice plaského kláˇstera . . 1.2 Technická stránka konventu . . . . . . . 1.2.1 Vodn´ı systém . . . . . . . . . . . 1.2.2 Vˇetrac´ı systém . . . . . . . . . . 1.2.3 Rajský dv˚ ur a vzduˇsn´ık . . . . . 1.2.4 Hlavn´ı schodiˇstˇe a chodby . . . . 1.3 Souˇcasné znalosti o vˇetrán´ı . . . . . . . . 1.4 Souˇcasné technické výzkumy v konventu ˇ ak . . . . . . . . . 1.4.1 SPELEO - Reh´ 1.4.2 GEMA ART GROUP . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

7 7 8 8 11 11 11 12 12 12 13

2 Pˇ rehled ˇ reˇ sen´ı problematiky 2.1 Suchý vzduch . . . . . . . . 2.2 Vlhký vzduch . . . . . . . . 2.3 Absolutn´ı a relativn´ı vlhkost 2.4 Rosný bod . . . . . . . . . . 2.5 Výpoˇcet rosného bodu . . . 2.5.1 Výchoz´ı u ´ vahy . . . . 2.5.2 Realizace . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

13 13 14 14 15 15 15 16

3 N´ avrh funkc´ı prototypu 3.1 Návrh mˇeˇric´ı ˇcásti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Návrh ˇr´ıdic´ı ˇcásti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18 18 18

4 N´ avrh technick´ eho ˇ reˇ sen´ı 4.1 Micrology . . . . . . . . . . . . . 4.2 Centráln´ı zaˇr´ızen´ı . . . . . . . . . ˇ 4.3 Cidla . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Zvolené ˇcidlo . . . . . . . 4.3.2 Zapojen´ı modul˚ u . . . . . 4.3.3 Pˇrevod napˇet´ı na RH . . . 4.3.4 Pˇrevod napˇet´ı na teplotu . 4.3.5 Protideˇst’ový kryt . . . . . 4.4 Obrazovka . . . . . . . . . . . . . 4.5 Výbˇer mˇeˇric´ıch m´ıst . . . . . . . 4.5.1 Fináln´ı um´ıstˇen´ı pˇr´ıstroj˚ u

. . . . . . . . . . .

5 Realizace softwaru 5.1 Poˇzadavky na software . . . . . . 5.2 Prvn´ı verze - technologický test . 5.3 Cesta k fináln´ı verzi . . . . . . . . 5.3.1 Poˇzadavky pro psan´ı .NET 5.4 Fináln´ı verze aplikace . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . aplikac´ı pro . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

5

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

18 18 19 19 20 20 21 22 23 24 24 26

. . . . . . . . . . . . . . . WinCon . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

28 28 28 29 29 30

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

6 Experiment´ aln´ı ovˇ eˇ ren´ı 6.1 Instalace zaˇr´ızen´ı . . . . . . . . . . . . . 6.2 Zkouˇska spolehlivosti . . . . . . . . . . . 6.3 Z´ıskaná data . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Záznamy o vˇetrán´ı . . . . . . . . 6.3.2 Zaj´ımavé povˇetrnostn´ı podm´ınky 6.4 Nová pravidla pro vˇetrán´ı . . . . . . . . 6.5 Poradn´ı tabulka . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Shrnut´ı výsledk˚ u . . . . . . . . . . . . .

6

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

33 33 33 33 34 35 40 40 41

1

Formulace probl´ emu

C´ılem mé bakaláˇrské práce je navrhnout a realizovat technické zaˇr´ızen´ı pro z´ıskán´ı dat potˇrebných k urˇcen´ı optimáln´ıho zp˚ usobu vˇetrán´ı v budovˇe konventu bývalého cisterciáckého kláˇstera v Plas´ıch. Plaský kláˇster je národn´ı kulturn´ı památkou a samotná budova konventu ( ubytovny“ mnich˚ u) je i budovou pozoruhodnou nejen po stránce ” umˇelecké, ale i technické. Je to rozsáhlá budova vystavˇená v prvn´ı tˇretinˇe osmnáctého stolet´ı v meandru ˇreky Stˇrely, vybavená unikátn´ım systémem dˇrevˇených základ˚ u umˇele zatopených vodou. V budovˇe se také nacház´ı neménˇe unikátn´ı ventilaˇcn´ı a klimatizaˇcn´ı systém, který slouˇzil k regulaci teploty a kompenzaci vysoké vlhkosti vzduchu v budovˇe. Od konce osmnáctého stolet´ı, kdy byl kláˇster zruˇsen se vˇsak ani jednomu ze systém˚ u nevˇenovala náleˇzitá pozornost ani u ´ drˇzba a budova prodˇelala v minulosti ˇradu necitlivých stavebn´ıch u ´ prav, které stav tˇechto systém˚ u jeˇstˇe zhorˇsily. Výsledky této práce budou vyuˇzity pro obnoven´ı funkce vˇetrac´ıho systému v souˇcasných, ˇci v brzké dobˇe plánovaných fáz´ıch stavebn´ıch u ´ prav budovy. Výsledky by mˇely vést k doporuˇcen´ı takového zp˚ usobu vˇetrán´ı, který by zamezoval kondenzaci vlhkosti v nejchladnˇejˇs´ıch ˇcástech budovy, tedy v pˇr´ızem´ı, a souˇcasnˇe napomáhal co nejefektivnˇeji zvyˇsovat teplotu v budovˇe bˇehem letn´ıho obdob´ı. V souˇcasné dobˇe se vˇetrán´ı konventu ˇr´ıd´ı podle pravidel odvozených ze zkuˇsenosti a z domnˇenek, která dosud nebyla podloˇzena ˇzádným objektivn´ım mˇeˇren´ım vˇsech smˇerodatných veliˇcin, které udávaj´ı kvalitu vzduchu vzhledem k budovˇe, tedy teploty a vlhkosti souˇcasnˇe ve vˇsech patrech budovy a venku. Dosud pouˇz´ıvaná pravidla i s popisem d´ılˇc´ıch pozorován´ı, která vedla k jejich vytvoˇren´ı, jsou uvedena v kapitole 1.3.

1.1

Historie a dispozice plask´ eho kl´ aˇ stera

Plaský kláˇster byl zaloˇzen v roce 1144 kn´ıˇzetem Vladislavem II. Jednalo se o prvn´ı ˇ ach. Jiˇz prvn´ı budovy kláˇstera panovnicky zaloˇzený kláˇster cisterciáckého ˇrádu v Cech´ byly situovány do u ´ doln´ı nivy ˇreky Stˇrely. Toto m´ısto zcela vyhovovalo cisterciáckým poˇzadavk˚ um. Tradic´ı cisterciáckých mnich˚ u bylo stavˇet kláˇstery v bl´ızkosti vody a na zamokˇrených p˚ udách. Toto chován´ı mˇelo nˇekolik d˚ uvod˚ u: V zamokˇrené, ˇci dokonce baˇzinaté krajinˇe nebyl ˇzivot kláˇstern´ı komunity naruˇsován ostatn´ımi lidmi a nav´ıc pˇri stavbˇe kláˇstera na takovéto p˚ udˇe se nezab´ırala p˚ uda okoln´ı, pˇr´ıpadnˇe vhodná pro zemˇedˇelskou ˇcinnost. Cisterciáˇct´ı mniˇsi se pr˚ ubˇehem ˇcasu stali experty na stavby v baˇzinách a na vyuˇz´ıván´ı vody. Stejnˇe tak vynikali i svou ˇcinnost´ı v zemˇedˇelské oblasti a zkulturˇ nován´ı krajiny a v Plas´ıch tomu nebylo jinak. Souˇcasná podoba krajiny v okol´ı kláˇstera na sobˇe dodnes nese známky p˚ usoben´ı cisterciák˚ u. P˚ uvodn´ı kláˇstern´ı budovy byly poboˇreny pˇri u ´ toku husit˚ u v roce 1421. Kláˇster byl revitalizován po roce 1621 c´ısaˇrem Ferdinandem II. a následovala vlna stavebn´ı ˇcinnosti trvaj´ıc´ı aˇz do zruˇsen´ı kláˇstera. Konvent (dokonˇcen 1739) byl projektován architektem Janem Blaˇzejem Santinim a ˇcásteˇcnˇe Kiliánem Ignácem Dientzenhofferem. Budova konventu má p˚ udorys ve tvaru ˇctverce o stranˇe cca 80 metr˚ u. Uprostˇred budovy se nacház´ı zahrada, tzv. rajský dv˚ ur a na západn´ı roh budovy navazuje nemocniˇcn´ı kˇr´ıdlo. Bˇeˇzná výˇska strop˚ u m´ıstnost´ı v budovˇe je cca 6 metr˚ u. V konventu se nacház´ı v´ıce neˇz 120 m´ıstnost´ı s asi 380 okny. Cisterciáˇct´ı mniˇsi obývali plaský kláˇster aˇz do roku 1785, kdy byl kláˇster zruˇsen 7

(spolu s ˇradou jiných) výnosem c´ısaˇre Josefa II. Plaˇst´ı mniˇsi pak byli nuceni odej´ıt do zbylých kláˇster˚ u a far na ˇceském u ´ zem´ı. Majetek kláˇstera pak pˇripadl správˇe Náboˇzenského fondu, coˇz byla forma vlastnictv´ı podobná státn´ımu statku. V roce 1826 koupil celé plaské panstv´ı tehdejˇs´ı státn´ı ministr a kancléˇr rakouského c´ısaˇrstv´ı Klement Lothar Václav Pomuk Metternich - Winneburg. Budovy bývalého kláˇstera Metternich˚ um slouˇzily pˇreváˇznˇe jako hospodáˇrské. U severozápadn´ıho kˇr´ıdla konventu byl Metternichy z velké ˇcásti pˇrestavˇen pivovar. Dne 27. srpna 1894 propukl v tomto pivovaru poˇzár, který trval celkem 3 dni a rozˇs´ıˇril se aˇz na konvent. Pˇri poˇzáru byla kompletnˇe zniˇcena stˇrecha a druhé patro konventu. Propadly se krovy a stropy. D´ıky poˇzárn´ı pojistce vˇsak byly ˇskody v celkové výˇsi 150000 zlatých opraveny do jara roku 1895. V obdob´ı vlastnˇen´ı Metternichy byla odstranˇena ˇcást hlavn´ıho schodiˇstˇe v severozápadn´ım kˇr´ıdle konventu mezi pˇr´ızem´ım a prvn´ım patrem. D˚ uvod této stavebn´ı u ´ pravy nen´ı znám. Pˇredpokládá se, ˇze jiˇz tehdy docházelo k poˇskozován´ı a degradaci samonosné konstrukce schodiˇstˇe kondenzuj´ıc´ı vlhkost´ı. Plaské panstv´ı patˇrilo Metternich˚ um aˇz do roku 1945, kdy bylo zestátnˇeno na základˇe Dekret˚ u prezidenta republiky (takzvaných Beneˇsových dekret˚ u). Následnˇe se pokraˇcovalo ve vyuˇz´ıván´ı budov k hospodáˇrským u ´ˇcel˚ um. Letn´ı refektáˇr slouˇzil jako sýpka aˇz do 70. let 20. stolet´ı, v pˇr´ızem´ı konventu byla napˇr´ıklad poˇsta, v bývalém nemocniˇcn´ım kˇr´ıdle pak byty. Obrat nastal po roce 1989, kdy se zaˇcalo s koncepˇcn´ımi opravami a celý areál se po malých kr˚ uˇcc´ıch zaˇc´ıná vzhledovˇe i technicky vracet do lepˇs´ıho stavu.

1.2

Technick´ a str´ anka konventu

Vzhledem k tomu, ˇze konvent je vystavˇen na baˇzinatém podkladu a ˇr´ıˇcn´ıch náplavách, bylo nutné zajistit stabilitu budovy d˚ umyslným základovým systémem. Tento základový systém je tvoˇren v´ıce neˇz 5000 dubovými pil´ıˇri (tzv. pilotami), které jsou zatluˇceny do p˚ udy. Na tˇechto pilotách je pak poloˇzen roˇst z dubových trám˚ u o pr˚ uˇrezu pr˚ umˇernˇe 30 cm. Na tomto dubovém roˇstu je pak vrstva kamenného zdiva proloˇzeného bˇridliˇcnými vrstvami (izolace proti vzl´ınaj´ıc´ı vlhkosti), na kterou ve výˇsce cca 3 m nad roˇstem navazuje zdivo cihlové. Systém pil´ıˇr˚ u a roˇstu se nacház´ı pod vˇsemi traktovými zdmi konventu. Je tedy pˇr´ıtomen pod vnˇejˇs´ı obvodovou zd´ı, i zd´ı obep´ınaj´ıc´ı rajský dv˚ ur. Stejnˇe tak se nacház´ı i pod zd´ı, která oddˇeluje pˇr´ızemn´ı ambitovou chodbu od obvodových m´ıstnost´ı. Vˇsechny podlahy v pˇr´ızemn´ım patˇre jsou pak vyneseny nad u ´ roveˇ n roˇstu pomoc´ı klenebných pas˚ u. Prostor pod zimn´ım refektáˇrem (zimn´ı j´ıdelnou) v jihovýchodn´ım kˇr´ıdle je provˇetráván pomoc´ı s´ıtˇe vzduˇsných kanál˚ u. Z d˚ uvodu konzervace základového systému je do jeho dubové konstrukce zabudován d˚ umyslný vodn´ı systém, jehoˇz u ´ˇcelem je udrˇzovat veˇskeré ˇcásti pilot a roˇstu pod vodn´ı hladinou a tedy bez pˇr´ıstupu vzduchu. Dubové dˇrevo se za takových podm´ınek ˇcasem stává pevnˇejˇs´ım. 1.2.1

Vodn´ı syst´ em

Dˇr´ıve vodn´ı systém fungoval jako pˇretlakový. D˚ umyslná s´ıt’ dˇrevˇených potrub´ı pˇrivádˇela ˇcistou vodu z pramen˚ u pˇr´ımo pod základy budovy do dubového roˇstu, odkud byla rozvádˇena kanálky v roˇstu a mezerami mezi pil´ıˇri do vˇsech m´ıst dˇrevˇené konstrukce. 8

Obrázek 1: Orientace budovy konventu a jej´ı hlavn´ı ˇcásti 1 – nemocniˇcn´ı kˇr´ıdlo; 2 – kapituln´ı s´ıˇ n 3 – rizalit severn´ıho schodiˇstˇe a severn´ı vodn´ı zrcadlo; 4 – rajský dv˚ ur; 5 – rizalit jiˇzn´ıho schodiˇstˇe a jiˇzn´ı vodn´ı zrcadlo; 6 – rizalit zimn´ıho a letn´ıho refektáˇre Koryta pˇrivádˇej´ıc´ı vodu (napˇr´ıklad z lesn´ıho potoka nad souˇcasnou silnic´ı na Kralovice) byla vybavena mechanickými i chemickými filtry. Do koryta byla po urˇcité délce vsazena filtraˇcn´ı schránka se ˇstˇerkem pro zachycován´ı mechanických neˇcistot a obdobná schránka s koksem pro filtraci chemickou - hlavnˇe absorpci látek, které by mohly slouˇzit jako ˇziviny pro ˇrasy a bakterie, které by pak mohly negativnˇe ovlivˇ novat kvalitu vody ve vodn´ım systému a následnˇe i stav dˇrevˇené konstrukce. T´ım, ˇze byla ˇcerstvá voda pˇrivádˇena z vyˇsˇs´ıch poloh pˇr´ımo pod roˇst konventu, vytlaˇcovala ze základového systému vodu starou. T´ım byla zaruˇcena jej´ı dostateˇcná obmˇena a zamezovalo se hnit´ı. Ke kontrole kvality a mnoˇzstv´ı vody ve vodn´ım systému slouˇzily (a dodnes slouˇz´ı) dva malé bazény, barokn´ımi prameny nazývané vodn´ı zrcadla. Takzvané jiˇzn´ı vodn´ı zrcaldo se nacház´ı v jihovýchodn´ım kˇr´ıdle konventu, pˇres ambitovou chodbu naproti jiˇz zmiˇ novanému zimn´ımu refektáˇri. Severn´ı vodn´ı zrcadlo se nacház´ı na opaˇcné stranˇe budovy, tedy v severozápadn´ım kˇr´ıdle. Od obou zrcadel pak stoupaj´ı hlavn´ı schodiˇstˇe konventu. Bliˇzˇs´ı popis hlavn´ıch schodiˇst’ se nacház´ı v ˇcásti 1.2.4. Dno vodn´ıch zrcadel je tvoˇreno posledn´ı (nejsvrchnˇejˇs´ı) vrstvou trám˚ u základového roˇstu. Pokud je systém stabilizovaný, hloubka vody v zrcadlech se pohybuje okolo 45 centimetr˚ u. U jiˇzn´ıho zrcadla je také moˇzno spatˇrit jednu z hlavn´ıch napájec´ıch ˇstol vodn´ıho systému. Jedná se o takzvanou Modrou ˇstolu. Modrá ˇstola je asi 1,75 metru vysoký a 85 cm ˇsiroký zdˇený tunel nahoˇre ukonˇcený klenbou. Podlahu Modré ˇstoly tvoˇr´ı dubové foˇsny, které jsou do roˇstu zajiˇstˇeny dˇrevˇenými kol´ıky. Modrá ˇstola vede v podzem´ı ze severovýchodn´ıho rohu konventu pod podlahou ambitové chodby a u zrcadla zahýbá vpravo. V m´ıstˇe vy´ ustˇen´ı je ve zdi modré ˇstoly vytesán latinský nápis AEDIFICIUM HOC SINE AQUIS RUET : Bez vody se tato stavba zˇr´ıt´ı. V ˇcásti roˇstu pod podlahou Modré ˇstoly se nacház´ı zásobovac´ı vodn´ı kanálek. Samotný roˇst v Modré ˇstole je za9

plaven vodou do stejné výˇsky, jako jiˇzn´ı zrcadlo. Dˇr´ıve do Modré ˇstoly smˇeˇrovala voda pˇrivádˇená jiˇz zmiˇ novaným dˇrevˇeným potrub´ım ze smˇeru od Kralovic. Hladina vody je ve vodn´ım systému udrˇzována na poˇzadované u ´ rovni pomoc´ı pˇrepadových kanálk˚ u. Poˇzadovaná (pˇrepadovými kanálky udrˇzovaná) u ´ roveˇ n vody je pevnˇe daná konstrukˇcn´ım uspoˇrádán´ım základ˚ u budovy a podle dosavadn´ıch poznatk˚ u nen´ı moˇzné ji nˇejak zmˇenit (pˇrenastavit). Pˇrebyteˇcná voda odtéká takzvanou Královskou ˇstolou do ˇreky. Královská ˇstola je umˇelým podzemn´ım ramenem ˇreky Stˇrely. Jedná se o zdˇený tunel o délce cca 300 metr˚ u, který vede od severozápadn´ı ˇcásti kláˇstern´ıho areálu do ˇcásti jihozápadn´ı, kde je v souˇcasnosti silniˇcn´ı most pˇres ˇreku. Královská ˇstola oddˇeluje ˇcást proudu ˇreky a tato voda za dob fungován´ı kláˇstera slouˇzila k pohonu mlýnského kola. Dále pak voda proud´ı pod nemocniˇcn´ım kˇr´ıdlem konventu, kde byla dˇr´ıve vyuˇz´ıvána ke splachován´ı odpadu ze sociáln´ıch zaˇr´ızen´ı. (Jedná se o unikátn´ı konstrukci samosplachovac´ıch barokn´ıch záchod˚ u.) Voda se do ˇreky vrac´ı v m´ıstˇe jiˇz zmiˇ novaného silniˇcn´ıho mostu. Královská ˇstola také slouˇz´ı pro odvádˇen´ı pˇrebyteˇcné vody z vodn´ıho systému. Systém pˇrepadových kanálk˚ u zajiˇst’oval, aby se v pˇr´ıpadˇe nadbytku vody jej´ı hladina v konventu nezvyˇsovala. Budova je vˇsak také vybavena mechanismy pro udrˇzen´ı hladiny v pˇr´ıpadˇe dlouhotrvaj´ıc´ıho sucha. Taková situace vˇsak jiˇz k ˇreˇsen´ı vyˇzadovala pomoc obyvatel kláˇstera, tedy mnich˚ u. V severn´ım rohu budovy se v suterénu nacház´ı takzvaná napouˇstˇec´ı m´ıstnost, která ´ má nalévac´ı otvor na u ´ rovni vnˇejˇs´ıho terénu a kamennou podlahu. Ukolem mnich˚ u bylo dopravovat vodu z ˇreky a vlévat ji otvorem do napouˇstˇec´ı m´ıstnosti, kde se podlahou vsakovala do vodn´ıho systému. Pˇr´ıpadné mechanické neˇcistoty pak z˚ ustávaly na dnˇe napouˇstˇec´ı m´ıstnosti a do základového systému se jiˇz nedostávaly. Vodn´ı systém je nav´ıc konstruován tak, aby se deˇst’ová voda, která spadne v bezprostˇredn´ı bl´ızkosti konventu, nedostávala do základ˚ u budovy. Odveden´ı deˇst’ové vody od budovy je zajiˇst’ováno takzvanými odvodˇ novac´ımi kanály. Deˇst’ová voda stékaj´ıc´ı k budovˇe zvenku je zachycována kanály, které se nacházej´ı pod zem´ı na vnˇejˇs´ım obvodu konventn´ı budovy. Voda, která naprˇs´ı na rajský dv˚ ur uprostˇred budovy, je zachycována obdobným systémem kanál˚ u, které vedou pˇr´ıˇcnˇe pod povrchem rajského dvora. Deˇst’ová voda ze stˇrechy je zachycována obˇema systémy odvodˇ novac´ıch kanál˚ u podle toho, zda stéká do dvora, ˇci ven. Vˇsechna zachycená voda kanály teˇce do Královské ˇstoly a následnˇe do ˇreky. V obdob´ı od roku 1826 aˇz do roku 1990 vˇsak bohuˇzel docházelo k poˇskozován´ı vodn´ıho systému a základ˚ u budovy. Vodn´ı systém byl zˇcásti vyuˇz´ıván jako septik, dostávaly se do nˇej odpadn´ı vody z pivovaru, pozdˇeji sodovkárny. Postupem ˇcasu byla stavebn´ımi ˇcinnostmi v okol´ı kláˇstera zniˇcena p˚ uvodn´ı zásobovac´ı potrub´ı pˇrivádˇej´ıc´ı ˇcerstvou vodu. Zaneseny a poniˇceny byly rovnˇeˇz obvodové odvodˇ novac´ı kanály odvádˇej´ıc´ı ’ vodu deˇst ovou. Vodn´ı systém pˇrestal fungovat jako pˇretlakový a zaˇcal fungovat jako podtlakový. Do základ˚ u se vsakovala voda ze silnice, která v zimnˇe obsahuje rozpuˇstˇenou posypovou s˚ ul. Stejnˇe tak se pod budovu vsakuje voda z pol´ı s obsahem hnojiv, které podporuj´ı r˚ ust ˇras ve vodn´ıch zrcadlech, coˇz vede ke sniˇzován´ı kvality vody ve vodn´ım systému a ohroˇzuje dubovou základovou konstrukci.

10

1.2.2

Vˇ etrac´ı syst´ em

Vzhledem k tomu, jak vysoké vlhkosti je budova vystavena, je vybavena také neménˇe d˚ umyslným vˇetrac´ım systémem. Do tohoto vˇetrac´ıho systému jsou zahrnuty následuj´ıc´ı stavebn´ı prvky: • S´ıt’ podzemn´ıch vzduchových kanál˚ u, vzduˇsn´ıková chodba pod rajským dvorem a vy´ ustky vzduˇsn´ıku pod okny v pˇr´ızemn´ı chodbˇe (vzduˇsn´ıkový systém), vˇetrac´ı m´ıstnost u jiˇzn´ıho vodn´ıho zrcadla s kom´ınkem vy´ ust’uj´ıc´ım na rajský dv˚ ur • Rozsáhlý prostor vymezený dvˇema hlavn´ımi samonosnými schodiˇsti, ambitové chodby a okenn´ı ventilaˇcn´ı kˇr´ıdla v ambitech a v m´ıstnostech 1.2.3

Rajsk´ y dv˚ ur a vzduˇ sn´ık

Rajský dv˚ ur uprostˇred konventn´ı budovy je oproti terénu vnˇe budovy o cca 4,5 metru navýˇsen. Jedná se o stavebn´ı u ´ pravu, která pln´ı hned nˇekolik funkc´ı: 1. Zemina rajského dvora zakrývá fragmenty starˇs´ıch konventn´ıch budov. 2. T´ım, ˇze je rajský dv˚ ur navýˇsen, nen´ı tolik zast´ınˇen obvodovými zdmi budovy a t´ım v´ıce osvˇetlen Sluncem, coˇz svˇedˇcilo okrasným rostlinám, které zde pravdˇepodobnˇe byly v dobˇe fungován´ı kláˇstera pˇestovány. 3. Po obvodu celého rajského dvora vede v podzem´ı tzv. Hlavn´ı vzduˇsn´ıková chodba. Ze vzduˇsn´ıkové chodby vedou pr˚ uduchy pod vˇsechna okna v pˇr´ızemn´ı ambitové chodˇe (která jsou v tomto patˇre budovy asi 4,5 metru nad podlahou). 4. V letn´ım obdob´ı se hmota rajského dvora do urˇcité hloubky prohˇr´ıvá a tohoto efektu je v konventu bˇehem podzimn´ıho obdob´ı vyuˇz´ıváno jako akumulaˇcn´ıch kamen. V dobˇe, kdy je venkovn´ı vzduch chladnˇejˇs´ı, neˇz zemina na rajském dvoˇre, docház´ı ve vzduˇsn´ıkové chodbˇe k jeho ohˇr´ıván´ı. Ohˇrátý vzduch putuje pr˚ uduchy pod okny do ambitové chodby. Ve chv´ıli, kdy byl vzduch ze vzduˇsn´ıkového systému pˇr´ıliˇs studený, bývaly pr˚ uduchy zacpávány slámou a s opˇetovným pouˇzit´ım tohoto systému se ˇcekalo aˇz na dalˇs´ı sezónu. 5. U jiˇzn´ıho vodn´ıho zrcadla se nacház´ı podzemn´ı m´ıstnost, do které je pˇr´ıstup od zrcadla a která je propojena otvory se vzduˇsn´ıkovou chodbou a povrchem rajského dvora. Dˇr´ıve byl na rajském dvoˇre otvor z této m´ıstnosti zakonˇcen malým kom´ınem, vyskládaným z vodorovnˇe poloˇzených ˇctvercových kamenných desek o stranˇe 50 cm. Ve stˇredu kaˇzdé desky se nacház´ı ˇctvercový otvor o stranˇe cca 10 cm. Tyto desky jsou dodnes k vidˇen´ı poloˇzené u vstupn´ıch schodiˇst’ do rajského dvora. V minulosti rozebraný kom´ınek je v souˇcasné dobˇe nahrazen plastovou rourou o pr˚ umˇeru 20 cm a výˇsce cca 1 m. 1.2.4

Hlavn´ı schodiˇ stˇ e a chodby

Po vnitˇrn´ım obvodu kaˇzdého patra budovy vede tzv. ambitová, neboli kˇr´ıˇzová chodba. Na kaˇzdém patˇre budovy se v ambitu nacház´ı cca 50 oken. V minulosti byly ambitové chodby ve vˇsech patrech nepˇreruˇseny. 11

V souˇcasnosti se v pˇr´ızemn´ım patˇre nacház´ı v prostorách ambitu d´ılny u ´ drˇzby kláˇstera a Základn´ı umˇelecká ˇskola, jejichˇz prostory jsou oddˇeleny zdˇenými pˇr´ıˇckami. ˇ je vymezem pˇr´ıˇckami, které dosahuj´ı aˇz ke stropu a zamezuj´ı pohybu Prostor ZUS vzduchu. D´ılny jsou od zbytku chodby oddˇeleny pˇr´ıˇckami sahaj´ıc´ımi do výˇsky cca tˇr´ı metr˚ u a v pohybu vzduchu nijak výraznˇe nebrán´ı. Ambitová chodba v prvn´ım patˇre, na kterém se v nˇekolika m´ıstnostech nacház´ı hlavn´ı prohl´ıdkový okruh a vˇetˇsina exponát˚ u, prob´ıhá kolem dokola nepˇreruˇsena. Polovina chodby ve druhém patˇre je v souˇcasné dobˇe oddˇelena pˇr´ıˇckami od zbytku budovy. Tyto pˇr´ıˇcky sahaj´ı aˇz ke stropu a zamezuj´ı pohybu vzduchu. Druhá polovina chodby je s ostatn´ımi patry budovy propojena obˇema hlavn´ımi schodiˇsti. V nejbliˇzˇs´ıch letech se plánuje tyto pˇr´ıˇcky zbourat a u schodiˇst’ ve druhém patˇre postavit mˇr´ıˇze. Ambitové chodby ve vˇsech patrech jsou propojeny skrze hlavn´ı schodiˇstˇe, která se nacház´ı v jihovýchodn´ım a severozápadn´ım kˇr´ıdle budovy.

1.3

Souˇ casn´ e znalosti o vˇ etr´ an´ı

• Optimáln´ı proudˇen´ı vzduchu nastává ve chv´ıli, kdy je venku vyˇsˇs´ı teplota, neˇz v ambitové chodbˇe ve druhém patˇre. • Z pozorován´ı se zjistilo, ˇze ve výˇse uvedeném pˇr´ıpadˇe je vnˇejˇs´ı vzduch vtahován do budovy okny, ochlazuje se, tedy tˇeˇzkne a klesá jednotlivými patry do pˇr´ızem´ı, kde opouˇst´ı budovu dveˇrmi. • Obrácený smˇer proudˇen´ı vzduchu je neˇzádouc´ı, protoˇze by se pak vlhký a studený vzduch od vodn´ıch zrcadel dostával do vyˇsˇs´ıch pater budovy. D´ıky tomu, ˇze prvn´ı a druhé patro má obvykle vyˇsˇs´ı teplotu, nedocházelo by zde sice ke kondenzaci vlhkosti ze vzduchu, ale tato podlaˇz´ı by se ochlazovala. M´ıra pˇr´ıpadného ochlazován´ı pˇri stoupavém pohybu vzduchu vˇsak nen´ı dosud známa. • Efektivnˇejˇs´ı je vˇetrat tak, ˇze jsou otevˇrena pouze okna ve druhém patˇre a dveˇre v pˇr´ızem´ı. Takzvaný obrácený kom´ınový efekt je pak výraznˇejˇs´ı a podle dˇr´ıve provedených d´ılˇc´ıch mˇeˇren´ı pak relativn´ı vlhkost ve druhém patˇre výraznˇe klesá. Obrácený kom´ınový efekt je naopak podle stejných d´ılˇc´ıch mˇeˇren´ı rozmˇelnˇen, pokud se otevˇrou okna ve vˇsech patrech. ˇ aka starˇs´ıho (viz n´ıˇze) je také lepˇs´ı vˇetrat na linii druhé • Podle pana Josefa Reh´ patro – pˇr´ızem´ı, protoˇze jinak je vzduch do ambit˚ u nasáván kom´ıny i se sazemi. • Rajský dv˚ ur má d´ıky ˇcásteˇcnému oddˇelen´ı od okol´ı své vlastn´ı mikroklima a teploty mˇeˇrené zejména bl´ıˇze k jeho povrchu se mohou znatelnˇe liˇsit od tˇech mˇeˇrených ve stejné výˇsce nad okoln´ım terénem.

1.4 1.4.1

Souˇ casn´ e technick´ e v´ yzkumy v konventu ˇ ak SPELEO - Reh´

Od poˇcátku 90. let 20. stolet´ı provád´ı výzkum, mˇeˇren´ı a opravy souvisej´ıc´ı s vodn´ım ˇ ak. D´ıky firmˇe SPELEO se v posledn´ıch lesystémem konventu firma SPELEO - Reh´ tech podaˇrilo obnovit znaˇcnou ˇcást funkˇcnosti vodn´ıho systému a udrˇzovat tak vodu v 12

základech v dobrém stavu a na správné hladinˇe. Pro u ´ˇcely sledován´ı a vyhodnocován´ı funkce stabilizaˇcn´ıho vodn´ıho systému a vlivu deˇst’ových sráˇzek na nˇej má firma SPELEO jiˇz nˇekolik let v konventu um´ıstˇenu soustavu mˇeˇric´ıch zaˇr´ızen´ı od jihoˇceské firmy ´ FIEDLER-MAGR. Soustava se skládá z nˇekolika ˇcást´ı: • Celá soustava je ˇr´ızena registraˇcn´ı a ˇr´ıdic´ı jednotkou, která je um´ıstˇena u hlavn´ıho schodiˇstˇe u jiˇzn´ıho zrcadla. Do pamˇeti registraˇcn´ı jednotky se pak ukládaj´ı vˇsechny namˇeˇrené hodnoty. Mˇeˇren´ı je v souˇcasné dobˇe provádˇeno s periodou 10 minut se synchronizac´ı na kaˇzdou desátou minutu hodiny. • Vnˇejˇs´ı ˇcást´ı je 60 cm vysoký sloupek, který je um´ıstˇen na rajském dvoˇre u jiˇzn´ıho zrcadla, nesouc´ı teplomˇer a sráˇzkomˇer. • Dále je mˇeˇric´ı soustavou sledována hladina a teplota vody v jiˇzn´ım i severn´ım zrcadle. Pro mˇeˇren´ı severn´ıho zrcadla jsou vedeny kabely k ˇcidl˚ um pod trávn´ıkem pˇres celý rajský dv˚ ur. V souˇcasné dobˇe spolupracuji s firmou SPELEO na u ´ rovni v´ ymˇeny dat a zkuˇsenost´ı pˇri mˇeˇren´ı a plánuje se i osobn´ı setkán´ı s jej´ımi zástupci. 1.4.2

GEMA ART GROUP

V létˇe roku 2007 nainstalovala firma GEMA ART GROUP, zabývaj´ıc´ı se pˇreváˇznˇe restaurátorskou ˇcinnost´ı, sadu zaˇr´ızen´ı pro mˇeˇren´ı relativn´ıch vlhkost´ı a teplot v prostoru pod hlavn´ım jiˇzn´ım schodiˇstˇem (tedy nad vodn´ım zrcadlem) za u ´ˇcelem z´ıskán´ı dat pro plánovanou rekonstrukci spodn´ı ˇcásti schodiˇstˇe vedouc´ı z pˇr´ızem´ı do prvn´ıho patra. Firma GEMA ART GROUP pro mˇeˇren´ı pouˇz´ıvá celkem ˇctyˇr zaˇr´ızen´ı klima logger“ ” nˇemeckého výrobce TFA-Dostmann. Zm´ınˇené klima loggery jsou schopny mˇeˇrit a zaznamenávat hodnoty relativn´ı vlhkosti a teploty do intern´ı pamˇeti a umoˇzn ˇ uj´ı jejich staˇzen´ı do PC. Zaˇr´ızen´ı jsou schopna komunikovat s bezdrátovými ˇcidly téhoˇz výrobce, jejich nevýhodou je vˇsak pomˇernˇe malá pamˇet’ - do 3000 vzork˚ u. Pˇri pouˇzité vzorkovac´ı periodˇe jedné hodiny se tedy pamˇet’ zapln´ı po ˇctyˇrech mˇes´ıc´ıch a z tohoto d˚ uvodu byly jiˇz na podzim roku 2007 pamˇeti vˇsech zaˇr´ızen´ı zaplnˇeny a do kvˇetna 2008 GEMA ART GROUP data jeˇstˇe nestáhla. Od dotyˇcné restaurátorské firmy mám sice pˇrisl´ıbeno poskytnut´ı dat, ale komunikace uvázla na mrtvém bodˇe taktéˇz na podzim roku 2007.

2

Pˇ rehled ˇ reˇsen´ı problematiky

ˇ ˇ asti, které následuj´ı, Casti 2.1 aˇz 2.4 jsou zaloˇzeny na informac´ıch z´ıskaných z [2]. C´ tyto informace a znalosti dále rozv´ıjej´ı.

2.1

Such´ y vzduch

Suchý vzduch je smˇes´ı nˇekolika plyn˚ u, v n´ıˇz asi 99% tvoˇr´ı smˇes dus´ıku a kysl´ıku. Ve vzduchu jsou kromˇe dus´ıku a kysl´ıku ve vˇetˇs´ım mnoˇzstv´ı pouze argon a kysliˇcn´ık uhliˇcitý. Vod´ık a vzácné plyny jsou ve vzduchu obsaˇzeny v tak malých mnoˇzstv´ıch, ˇze prakticky nepˇricházej´ı v u ´ vahu.

13

2.2

Vlhk´ y vzduch

V atmosférickém vzduchu je obsaˇzeno vˇzdy urˇcité mnoˇzstv´ı vodn´ıch par. Smˇes suchého vzduchu a vodn´ıch par nazýváme vlhký vzduch. Vodn´ı páry se ve vzduchu nejˇcastˇeji vyskytuj´ı v pˇrehˇrátém stavu. Existuje velký rozd´ıl mezi smˇes´ı nˇekolika r˚ uzných plyn˚ u a smˇes´ı plynu a par. Sloˇzky ve smˇesi plyn˚ u se totiˇz mohou vyskytovat v libovolném pomˇeru. Mnoˇzstv´ı par v plynu (v naˇsem pˇr´ıpadˇe ve vzduchu) je omezeno. Toto omezen´ı je dáno t´ım, ˇze tlak syté páry p′′p je závislý na teplotˇe sytosti ts . Teplota sytosti je teplota bodu varu pˇri tlaku ps = p′′p . Ve smˇesi par se vzduchem je ts dána teplotou této smˇesi, tedy teplotou vlhkého vzduchu. Tlak p′′p vystupuje ve smˇesi jako nejvyˇsˇs´ı moˇzný parciáln´ı tlak par, spolu s parciáln´ım tlakem vzduchu pv . (Parciáln´ı tlak par je znaˇcen pp .) Podle Daltonova zákona se souˇcet parciáln´ıho tlaku par a parciáln´ıho tlaku vzduchu rovná tlaku smˇesi tohoto vzduchu a par, tedy tlaku vlhkého vzduchu. Tlak vzduchu, s n´ımˇz se pracuje v suˇsárenstv´ı, klimatizaci a podobných aplikac´ıch se zpravidla rovná (jen s malými odliˇsnostmi) tlaku barometrickému, tedy p = pb = pv + pp . Teplota par pˇri urˇcitém tlaku m˚ uˇze být libovolnˇe vyˇsˇs´ı, neˇz teplota syté páry pˇri tomto tlaku (teplota sytosti ts ). Teplota par vˇsak nem˚ uˇze být niˇzˇs´ı, neˇz ts . Pˇri teplotˇe niˇzˇs´ı neˇz ts dojde ke kondenzaci par. Z tohoto d˚ uvodu nem˚ uˇze nikdy být parciáln´ı tlak par obsaˇzených ve smˇesi se vzduchem vyˇsˇs´ı neˇz tlak syté páry p′′p pro vlhký vzduch dané teploty. T´ım, ˇze parciáln´ı tlak par je omezen teplotou smˇesi, je teplotou omezeno téˇz mnoˇzstv´ı par, které je vzduch schopen pojmout. Pokud je ve vzduchu pˇri dané teplotˇe menˇs´ı mnoˇzstv´ı par, neˇz odpov´ıdá nasycenému stavu, je parciáln´ı tlak pp menˇs´ı neˇz tlak syté páry p′′p a pára se ve vzduchu nacház´ı v pˇrehˇrátém stavu. Pokud je za normáln´ıho atmosférického tlaku (1013,25 hPa, 760 torr) teplota vzduchu, a t´ım i par v nˇem obsaˇzených, vˇetˇs´ı neˇz 100 ◦ C, m˚ uˇze se pára m´ısit se vzduchem v libovolném pomˇeru podobnˇe jako pˇri m´ıˇsen´ı plyn˚ u. V tˇechto podm´ınkách se také pára vyskytuje pouze v pˇrehˇrátém stavu.

2.3

Absolutn´ı a relativn´ı vlhkost

Hmotnost vlhkosti obsaˇzená v 1 m3 vlhkého vzduchu se nazývá absolutn´ı vlhkost. Protoˇze je toto mnoˇzstv´ı vztaˇzeno na jednotku objemu smˇesi, nazývá se téˇz objemová vlhkost. Pokud vezmeme objem vzduchu V = 1 m3 , pak tento objem: 1. Je objemem par o tlaku pp . Hmotnost par m pak pˇredstavuje mˇernou hmotnost ̺p (tedy hustotu) tˇechto par. Z tohoto d˚ uvodu bývá nˇekdy absolutn´ı vlhkost f oznaˇcována také ̺p 2. Je objemem vlhkého vzduchu o tlaku p. 3. Je objemem suchého vzduchu o tlaku pv . Hmotnost suchého vzduchu pak pˇredstavuje mˇernou hmotnost ̺v . Hmotnost par ve vzduchu ve stavu nasycen´ı se oznaˇcuje ̺′′p . Hodnota ̺′′p s teplotou vzduchu roste, protoˇze stoupá hodnota tlaku sytosti. Se zvyˇsuj´ıc´ı se teplotou m˚ uˇze být ve vzduchu obsaˇzeno zvyˇsuj´ıc´ı se mnoˇzstv´ı par. 14

Mnoˇzstv´ı par ve vzduchu, tedy absolutn´ı vlhkost ̺p m˚ uˇze nabývat hodnot v mez´ıch od 0̺′′p do 1̺′′p . Jak jiˇz bylo ˇreˇceno výˇse, horn´ı mez tohoto intervalu závis´ı na teplotˇe vzduchu. V [2] se tedy uvád´ı, ˇze absolutn´ı vlhkost nen´ı charakteristická pro vlhkost vzduchu, protoˇze stejné mnoˇzstv´ı par ̺p m˚ uˇze být ve vzduchu pˇr´ıtomno ve stavu pˇrehˇrátém, ˇci sytém. Z tohoto d˚ uvodu se zavád´ı pojem relativn´ı vlhkost, oznaˇcovaný ϕ. Jedná se o pomˇer mnoˇzstv´ı par aktuálnˇe obsaˇzených ve vzduchu k maximáln´ımu mnoˇzstv´ı par, které m˚ uˇze být ve vzduchu obsaˇzeno pˇri dané teplotˇe. Tedy: ̺p (1) ϕ = ′′ ̺p Pomˇer ϕ se nazývá relativn´ı vlhkost. Jedná se o bezrozmˇernou veliˇcinu. Maximáln´ı hodnoty ϕ = 1 relativn´ı vlhkost dosáhne, jedná-li se o vzduch, který je parami nasycen. V takovém pˇr´ıpadˇe plat´ı, ˇze pp = p′′p a ̺p = ̺′′p .

2.4

Rosn´ y bod

Pokud je vlhký vzduch ochlazován pˇri konstantn´ım (ve vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u atmosférickém) tlaku, absolutn´ı vlhkost se nemˇen´ı aˇz do urˇcité teploty pˇri které se páry ve vzduchu dostanou do stavu nasycen´ı, tedy ̺p = ̺′′p . Do toho okamˇziku relativn´ı vlhkost stoupá, aˇz dosáhne maximáln´ı hodnoty ϕ = 1. Dalˇs´ım ochlazován´ım dojde ke kondenzaci pˇrebyteˇcných par. T´ım se absolutn´ı vlhkost vzduchu sniˇzuje. Relativn´ı vlhkost vˇsak z˚ ustává beze zmˇeny a plat´ı ϕ = 1. Tento stav, pˇri kterém je vzduch parami nasycen se nazývá rosný bod. Obvykle se pod pojmem rosný bod rozum´ı i teplota, pˇri které tento stav nastane.

2.5

V´ ypoˇ cet rosn´ eho bodu

ˇ asti konventu kolem vodn´ıch zrcadel, jejichˇz teplota je pˇreváˇznˇe urˇcována teplotou C´ vody v základech, jsou výraznˇe studenˇejˇs´ı neˇz zbytek budovy. Pokud by se do tˇechto m´ıst dostal vzduch, jehoˇz rosný bod je vyˇsˇs´ı, neˇz teplota u zrcadel, doˇslo by pˇri jeho ochlazen´ı ke kondenzaci vlhkosti, coˇz by hlavnˇe ohroˇzovalo jiˇz tak poˇskozené schodiˇstˇe u jiˇzn´ıho zrcadla. Z tohoto d˚ uvodu by tedy vˇetrán´ı mˇelo prob´ıhat jen tehdy, kdyˇz rosný bod vnˇejˇs´ıho vzduchu je niˇzˇs´ı, neˇz teplota u vodn´ıch zrcadel (obecnˇeji neˇz nejniˇzˇs´ı teplota v budovˇe). Bylo tedy vhodné naj´ıt metodu pro zjiˇstˇen´ı rosného bodu vzduchu, u kterého je známa teplota a relativn´ı vlhkost, coˇz jsou veliˇciny, pro jejichˇz mˇeˇren´ı je na trhu dostupná velká ˇskála zaˇr´ızen´ı. 2.5.1

V´ ychoz´ı u ´vahy

Snaˇzil jsem se naj´ıt takový postup výpoˇctu rosného bodu, který by byl snadno algoritmizovatelný a bylo jej moˇzno provádˇet jak ruˇcnˇe, tak strojovˇe. Pro následnou tvorbu výpoˇcetn´ıho algoritmu jsem pouˇzil program GNU Octave. Mé u ´ vahy byly následuj´ıc´ı: V [2] je uvedena tabulka vlhkého vzduchu, kde jsou mimo jiné tabelovány i hodnoty ̺′′p pro vzduch pˇri r˚ uzných teplotách od −30◦ C do +100◦ C s rozliˇsen´ım 1◦ C. Pokud znám teplotu t a relativn´ı vlhkost ϕ vzduchu, mohu pomoc´ı této tabulky urˇcit jeho absolutn´ı vlhkost ̺p podle následuj´ıc´ıho vztahu: ̺p = ̺′′p (t) · ϕ 15

(2)

kde ̺′′p (t) je hmotnost par obsaˇzená v nasyceném vzduchu o teplotˇe t. Nyn´ı staˇc´ı v tabulce nalézt takovou hodnotu ̺′′p , která je nejbl´ıˇze vypoˇctené hodnotˇe ̺p . Teplota, ke které pˇr´ısluˇs´ı tato hodnota ̺′′p je hledanou teplotou rosného bodu posuzovaného vzduchu. Uvedený postup je vhodný pro ruˇcn´ı ˇreˇsen´ı. Pro strojové ˇreˇsen´ı a automatizaci výpoˇctu vˇsak jiˇz vhodný nen´ı. Pro automatizaci výpoˇctu by bylo nutné poskytnout výpoˇcetn´ımu programu hodnoty ̺′′p pro uvaˇzovaný rozsah teplot vzduchu. Toto je moˇzné provést dvˇema zp˚ usoby: 1. Poskytnout Octave pˇr´ıstup k ˇcásti tabulky, která by byla bˇehem výpoˇctu rosného bodu reprezentována napˇr´ıklad matic´ı, ve které by na kaˇzdém ˇrádku byla uvedena teplota a k n´ı pˇr´ısluˇsná hodnota ̺′′p . 2. Popsat závislost mezi teplotou vzduchu a pˇr´ısluˇsnou hodnotou ̺′′p pomoc´ı nˇejakého matematického vztahu a nechat výpoˇcetn´ı algoritmus pracovat pouze s t´ımto vztahem. 2.5.2

Realizace

Nakonec jsem se rozhodl pro druhou moˇznost, protoˇze by pak bylo moˇzno vyjádˇrit vztah mezi t a ̺′′p struˇcnˇeji a pokud by toto vyjádˇren´ı mˇelo spojitý charakter, odpadla by potˇreba interpolovat tabulkové hodnoty pˇri jejich vyhledáván´ı, coˇz by bylo potˇreba pˇri ˇreˇsen´ı prvn´ım zp˚ usobem. Jako zdroj dat jsem vyuˇzil tabulku vlhkého vzduchu v [2]. Na tomto m´ıstˇe je tˇreba uvést, ˇze jsem ve zm´ınˇené publikaci odhalil chybu v uvedeném mnoˇzstv´ı vodn´ı páry v m3 pˇri 20◦ C ve stavu nasycen´ı. V [2] je uvedeno, ˇze pˇri 20◦ C je v 1m3 vzduchu ve stavu nasycen´ı obsaˇzeno 18,29 g vodn´ı páry. Tato hodnota je vˇsak ve vztahu k hodnotám pˇri teplotách 19 a 21◦ C podivná. Na internetových stránkách TZB-info (viz [7]) je pro 20◦C uveden u ´ daj 17,30 g vodn´ı páry, který se v kontextu jev´ı jako korektn´ı. Hodnoty mnoˇzstv´ı vodn´ı páry v [2] pro ostatn´ı teploty v pouˇzitém rozsahu jsou jiˇz správné. Matematický vztah jsem se rozhodl hledat ve tvaru polynomu v promˇenné t, aproximuj´ıc´ıho hodnoty ̺′′p (t). Pro z´ıskán´ı koeficient˚ u polynomu jsem pouˇzil L2 aproximace (metody nejmenˇs´ıch ˇctverc˚ u). Aproximaci jsem provádˇel pro t ∈ h−15; +40i◦C. Nejprve jsem pomoc´ı výpoˇcetn´ıho skriptu Octave, který jsem za t´ımto u ´ˇcelem napsal, provedl aproximaci polynomem druhého a pak i tˇret´ıho stupnˇe. Tvary obou z´ıskaných polynom˚ u jsou následuj´ıc´ı: Polynom 2. stupnˇe:

Polynom 3. stupnˇe:

̺′′p (t) = b 0, 020369(t)2 + 0, 305774(t) + 3, 813661

(3)

̺′′p (t) = b 0, 0002930315(t)3 + 0, 0089180266(t)2 + 0, 3237624776(t) + 4, 8543563652 (4)

Na obrázku 2 na stranˇe 17 jsou vykresleny tabulkové hodnoty a jejich aproximace. Výsledky hovoˇr´ı ve prospˇech polynomu 3. stupnˇe, kter´ y je, jak se dalo pˇredpokládat, pˇresnˇejˇs´ı. Dále jsem tedy se rozhodl pracovat s aproximuj´ıc´ım polynomem 3. stupnˇe. 16

Maximáln´ı mnoˇzstv´ı par, které m˚ uˇze být obsaˇzeno ve vzduchu o dané teplotˇe t je tedy moˇzno v daném rozsahu t pomˇernˇe pˇresnˇe zjistit dosazen´ım této teploty do rovnice (4). Mnoˇzstv´ı par, které je ve vzduchu aktuálnˇe obsaˇzeno pak z´ıskáme ze vztahu (2). Teplotu Maximalni hmotnost vodnich par obsazitelna ve vzduchu Maximalni hmotnost par - tabulkove hodnoty Aproximace polynomem 2. stupne Aproximace polynomem 3. stupne

50

hmotnost par [g/m3]

40

30

20

10

-10

0

10

20

30

40

teplota [C]

Obrázek 2 rosného bodu pak zjist´ıme tak, ˇze ve vztahu (4) dosad´ıme za ̺′′p (t) aktuáln´ı mnoˇzstv´ı páry z´ıskané pomoc´ı vztahu (2) a pak hledáme takové t, pro které je rovnice splnˇena. Vzhledem k tomu, ˇze aproximace ̺′′p (t) je ve vztahu (4) popsána pomoc´ı polynomu 3. stupnˇe, bude m´ıt naˇse rovnice 3. koˇreny. Popisuj´ıc´ı polynom je vˇsak na celém definiˇcn´ım oboru rostouc´ı funkc´ı t a tak pouze jeden koˇren bude reálný. T´ımto koˇrenem je hledaná hodnota t. Výˇse popsaný výpoˇcetn´ı postup jsem implementoval ve výpoˇcetn´ım a programovac´ım jazyce Octave vytvoˇril jsem funkci, jej´ımiˇz parametry jsou aktuáln´ı teplota a relativn´ı vlhkost a návratovou hodnotou je teplota rosného bodu. Tato funkce je kompatibiln´ı i s výpoˇcetn´ım prostˇred´ım Matlab a je souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy k práci. Funkce pro výpoˇcet rosného bodu vykazuje dostateˇcnou pˇresnost pro teploty od −10◦ C do +40◦C, respektive pro maximáln´ı hmotnosti vodn´ı páry odpov´ıdaj´ıc´ı daným teplotám. Pro teploty niˇzˇs´ı nar˚ ustá nepˇresnost výpoˇctu zp˚ usobená nedokonalost´ı aproximace. Rosný bod má pak ve skuteˇcnosti niˇzˇs´ı hodnotu, neˇz je vypoˇcteno. Uvedený rozsah pouˇzitelnosti je vˇsak pro podm´ınky konventu plnˇe postaˇcuj´ıc´ı.

17

3 3.1

N´ avrh funkc´ı prototypu N´ avrh mˇ eˇ ric´ı ˇ c´ asti

Hlavn´ımi funkcemi prototypového mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı by mˇel být sbˇer a vizualizace u ´ daj˚ u o relativn´ı vlhkosti a teplotˇe vnˇe konventu a na ambitov´ ych chodbách ve vˇsech patrech. Mˇeˇren´ı by mˇelo prob´ıhat na vˇsech m´ıstech souˇcasnˇe s periodou vzorkován´ı 5 aˇz 10 minut, která se ze zkuˇsenosti jev´ı jako postaˇcuj´ıc´ı pro zachycen´ı dynamiky systému. Namˇeˇrená data by mˇela být ukládána ve formátu, který umoˇzn´ı jejich dalˇs´ı zpracován´ı, napˇr´ıklad textový soubor ve formátu csv. Prototypové zaˇr´ızen´ı by mˇelo umoˇzn ˇ ovat sledován´ı vývoje mˇeˇrených veliˇcin na obrazovce, kde by obsluha mˇela informace nejen o hodnotách aktuáln´ıch, ale také minulých. Vzhledem k velkým rozmˇer˚ um budovy konventu je obt´ıˇzné zajistit mˇeˇren´ı na poˇzadovaných m´ıstech pomoc´ı jediného centráln´ıho zaˇr´ızen´ı s ˇcidly pˇripojenými pomoc´ı kabel˚ u. Ideáln´ı by v tomto pˇr´ıpadˇe bylo pouˇz´ıt ˇcidla bezdrátová. Pro pokryt´ı dvou mˇeˇric´ıch m´ıst v interiéru je vˇsak moˇzno pouˇz´ıt dataloggery MicroLog PRO EC750 znaˇcky Fourier Systems, které jsou ve vybaven´ı kláˇstera. Tyto dataloggery jsou kompaktn´ı, bateriemi napájená zaˇr´ızen´ı s integrovaným teplotn´ım a vlhkostn´ım ˇcidlem, dostateˇcnou pamˇet’ovou kapacitou a moˇznost´ı stahován´ı namˇeˇrených dat do PC a jejich následný export do csv.

3.2

N´ avrh ˇ r´ıdic´ı ˇ c´ asti

Z architektonických a finanˇcn´ıch d˚ uvod˚ u nen´ı moˇzno ˇr´ıdit vˇetrán´ı v budovˇe pˇr´ımo napˇr´ıklad instalac´ı servomechanizm˚ u ovládaj´ıc´ıch okenn´ı kˇr´ıdla v ambitech (a dveˇre v pˇr´ızem´ı). Celkové automatické ˇr´ızen´ı vˇetrán´ı by zahrnovalo instalaci akˇcn´ıch prvk˚ u na cca 80 aˇz 100 oken, coˇz by byl i bez ohledu na jiˇz zm´ınˇenou finanˇcn´ı stránku i velký zásah do vzhledu budovy. Za souˇcasné situace je výhodnˇejˇs´ı vytvoˇrit formu poradn´ıho systému, pomoc´ı kterého by obsluha (v tomto pˇr´ıpadˇe kastelán, pr˚ uvodci ˇci hl´ıdaˇci) urˇcovala, zda jsou v danou chv´ıli povˇetrnostn´ı podm´ınky pro vˇetrán´ı vhodné ˇci ne. Otev´ırán´ı ˇci zav´ırán´ı oken a dveˇr´ı by následnˇe bylo provádˇeno ruˇcnˇe. Pˇri domluvách s kastelánem, panem Pavlem Duchonˇem, vyplynulo, ˇze zm´ınˇený poradn´ı systém by mˇel být co nejjednoduˇsˇs´ı a v ideáln´ım pˇr´ıpadnˇe by mˇel m´ıt formu malé pap´ırové kartiˇcky, urˇcené hlavnˇe pro hl´ıdaˇce, ze které by se dalo snadno zjistit zda vˇetrat, ˇci nevˇetrat. Poˇzadavkem také bylo, aby vstupem tohoto poradn´ıho systému“ ” byl co nejmenˇs´ı poˇcet veliˇcin. Vytipován´ı kritických veliˇcin pak bylo c´ılem mˇeˇren´ı, které bylo provádˇeno bˇehem této práce.

4

N´ avrh technick´ eho ˇ reˇsen´ı

V této ˇcásti se budu vˇenovat vesmˇes návrhu mˇeˇric´ı ˇcásti zaˇr´ızen´ı, která bude slouˇzit k z´ıskán´ı dat pro vytvoˇren´ı výˇse zm´ınˇeného poradn´ıho systému“. ”

4.1

Micrology

Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, dataloggery MicroLog PRO EC750 jsou kompaktn´ı zaˇr´ızen´ı (velikosti hokejového puku) s velmi snadnou instalac´ı na m´ısto mˇeˇren´ı, dlouhou výdrˇz´ı 18

a velkou pamˇet´ı. Pro staˇzen´ı dat je vˇsak nutné mˇeˇren´ı pˇreruˇsit a celý datalogger odnést k PC, coˇz je nevýhodou tohoto zaˇr´ızen´ı. (Jako volitelné pˇr´ısluˇsenstv´ı je vˇsak moˇzno dokoupit modul pro bezdrátový pˇrenos dat.) Plaský kláˇster má k dispozici dvˇe tato zaˇr´ızen´ı, která jsou za normáln´ıch okolnosti vyuˇz´ıvána ke sledován´ı klimatických podm´ınek v m´ıstnostech s instalovaným nábytkem. Na kláˇstern´ım poˇc´ıtaˇci je nainstalován i pˇrehledný software pro stahován´ı namˇeˇrených dat, který je schopen také dodateˇcnˇe k danému mˇeˇren´ı vypoˇc´ıtat a zobrazit hodnoty rosného bodu. Microlog je schopen pracovat v prostˇred´ı o teplotˇe −40◦ C aˇz 80◦ C a relativn´ı vlhkosti 0 aˇz 100% (bez kondenzace). Teplota je mˇeˇrena s rozliˇsen´ım 0.1◦ C aˇz 0.2◦ C (podle pracovn´ıch podm´ınek) a s pˇresnost´ı ±0, 2◦ C. Relativn´ı vlhkost je mˇeˇrena s rozliˇsen´ım 0.1% a s pˇresnost´ı ±3%.

4.2

Centr´ aln´ı zaˇ r´ızen´ı

Dalˇs´ı dvˇe mˇeˇric´ı m´ısta, z toho jedno v exteriéru bylo nutno pokrýt zaˇr´ızen´ım, jehoˇz návrh a realizace je pˇredmˇetem této práce. Vzhledem k tomu, ˇze zbývaj´ıc´ı dvˇe mˇeˇric´ı m´ısta bylo moˇzné zvolit tak, aby od sebe byla vzdálena nejvýˇse 10 metr˚ u (Jedná se o ambitovou chodbu v prvn´ım patˇre a mˇeˇren´ı venkovn´ı teploty na vnˇejˇs´ım obvodu budovy.) bylo moˇzné pouˇz´ıt koncepci jednoho centráln´ıho zaˇr´ızen´ı s ˇcidly pˇripojenými kabelem. Jako centráln´ı zaˇr´ızen´ı jsem zvolil pr˚ umyslový poˇc´ıtaˇc WinCon. D˚ uvody k této volbˇe byly následuj´ıc´ı: 1. Jedná se o mechanicky odolné a spolehlivé zaˇr´ızen´ı. 2. Bˇeˇz´ı na nˇem operaˇcn´ı systém reálného ˇcasu Windows CE. 3. I kdyˇz je WinCon závislý na napájen´ı ze s´ıtˇe, v pˇr´ıpadˇe výpadku se ihned po obnoven´ı dodávky proudu nastartuje. Nav´ıc utilita ve WinConu umoˇzn ˇ uje zadat seznam aplikac´ı, které maj´ı být spuˇstˇeny po startu operaˇcn´ıho systému. 4. Wincon je moˇzné vybavit ˇradou vstupn´ıch a výstupn´ıch modul˚ u. 5. Vzhledem k tomu, ˇze ve WindowsCE je nainstalován i Microsoft .NET Compact Framework 1.0, je moˇzné napsat mˇeˇric´ı a vizualizaˇcn´ı aplikaci napˇr´ıklad v jazyce C# ve vývojovém prostˇred´ı Visual Studio. Výˇse uvedená kombinace usnadˇ nuje vývoj aplikace samotné a hlavnˇe pak vývoj vizualizaˇcn´ı ˇcásti (grafického rozhran´ı). D´ıky této skuteˇcnosti jsem také prvn´ı verzi mˇeˇric´ı aplikace zaˇcal psát v rámci pˇredmˇetu Programové prostˇredky ˇr´ızen´ı (KKY/PP).

4.3

ˇ Cidla

Dalˇs´ım prvkem mˇeˇric´ı soustavy v 1. patˇre konventu jsou ˇcidla samotná. Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, je tˇreba mˇeˇrit teplotu vzduchu a jeho relativn´ı vlhkost. Z hodnot tˇechto veliˇcin je pak moˇzné urˇcit i vlhkost absolutn´ı (hmotnost vodn´ı páry obsaˇzené v jednom m3 vzduchu) a rosný bod (teplotu, pˇri které má daný vzduch 100%-n´ı relativn´ı vlhkost). Pˇri výbˇeru ˇcidel jsem se ˇr´ıdil následuj´ıc´ımi kritérii: • Vlhkostn´ı ˇcidlo mus´ı být pˇresné. Vˇetˇsina nejrozˇs´ıˇrenˇejˇs´ıch – kapacitn´ıch vlhkostn´ıch ˇcidel v niˇzˇs´ı cenové kategorii má pˇresnost ±5%RH (Relative Humidity), 19

coˇz nen´ı zcela pˇr´ıznivá hodnota. Ovˇsem taková ˇcidla se daj´ı koupit i za 300 Kˇc. Problémem je ale samotné mˇeˇren´ı s nimi. – Bude rozvedeno n´ıˇze. • Vlhkostn´ı ˇcidlo mus´ı být schopno pracovat i pˇri vysok´ ych vlhkostech a m´ıt rychlou desaturaci. Pokud na takovém ˇcidle zkondenzuje voda, je schopno mˇeˇrit ihned po osuˇsen´ı (sn´ıˇzen´ı relativn´ı vlhkosti v prostˇred´ı tak, aby se voda odpaˇrila). ˇ • Cidla by mˇela být schopna spolupráce s WinConem. Výstup ˇcidel by mˇel být napˇet’ový a mˇeˇritelný pomoc´ı modulu analogových vstup˚ u WinConu (i-8017H). Pokud by ˇcidla bylo moˇzno napájet stejnosmˇerným napˇet´ım z modulu analogových výstup˚ u WinConu (i-8024), umoˇznilo by to hardwarové zjednoduˇsen´ı celé mˇeˇric´ı soustavy a sn´ıˇzen´ı poˇctu jednotlivých souˇcást´ı. Kapacitn´ı ˇcidla zakoupená jako samostatné souˇcástky musej´ı být napájena stˇr´ıdavým napˇet´ım a jako výstupn´ı hodnotu je nutné mˇeˇrit právˇe jejich kapacitu, která je závislá na RH, coˇz klade zvláˇstn´ı nároky na mˇeˇric´ı zaˇr´ızen´ı. ˇ • Cidla musej´ı být dostateˇcnˇe malá, aby jejich instalace nebyla v expoziˇcn´ıch prostorách pˇr´ıliˇs nápadná a aby bylo moˇzno ˇcidlo pro mˇeˇren´ı venkovn´ıho vzduchu zabudovat do krytu proti pˇr´ımému sluneˇcn´ımu záˇren´ı a deˇsti. V tomto smˇeru je na trhu velké mnoˇzstv´ı ˇcidel. • Cena ˇcidel by nemˇela být pˇr´ıliˇs vysoká. Cenové rozpˇet´ı vlhkostn´ıch ˇcidel na trhu se pohybuje od 300 do 4000 Kˇc. U teplotn´ıch ˇcidel je rozptyl obdobný. Ceny se pohybuj´ı od des´ıtek korun za termistory aˇz po nˇekolik tis´ıc za odporové teplomˇery Pt100. Pˇresnost, trvanlivost a dalˇs´ı kladné vlastnosti ˇcidel jsou pochopitelnˇe zohlednˇeny v jejich cenˇe. ˇ Cidla splˇ nuj´ıc´ı výˇse uvedená kritéria jsem hledal v internetových obchodech a jako nejlepˇs´ı variantu jsem vybral modul vyrábˇený firmou Humirel a prodávaný po internetu napˇr´ıklad firmou Conrad Elektronic. 4.3.1

Zvolen´ eˇ cidlo

Jedná se o analogový modul HTM1735, který v sobˇe má zabudované kapacitn´ı vlhkostn´ı ˇcidlo, termistor a podp˚ urnou elektroniku. Napájen´ı vlhkostn´ı ˇcásti modulu je provádˇeno stejnosmˇerným napˇet´ım v rozsahu 4, 75 aˇz 5, 25 Voltu (5V nejlépe). Výstupem vlhkostn´ıho ˇcidla je opˇet stejnosmˇerné napˇet´ı, které je pˇr´ımo u ´ mˇerné ˇ relativn´ı vlhkosti a napájec´ımu napˇet´ı. Cidlo se vyznaˇcuje vysokou linearitou, rychlou desaturac´ı, schopnost´ı pracovat i ve vysoké relativn´ı vlhkosti a pˇresnost´ı ±3%RH (hodnota udávaná v dokumentaci jako typická) aˇz ±5%RH (maximáln´ı). Termistor vyuˇz´ıvaný pˇri mˇeˇren´ı teploty pak má odpor 10kΩ pˇri 25◦ C. Velikost jeho odporu v závislosti na teplotˇe jsou uvedeny v datovém listu, který je moˇzno stáhnout na internetových stránkách výrobce, nebo na stránkách Conrad Elektronic. Pro u ´ˇcely mˇeˇren´ı pro moji bakaláˇrskou práci byly Katedrou kybernetiky zakoupeny dva moduly HTM1735, kaˇzdý za cca 1300 Kˇc. 4.3.2

Zapojen´ı modul˚ u

Na obrázku 3 na stranˇe 21 se nacház´ı schéma zapojen´ı pouˇzitého ˇcidla. 20

Obrázek 3: Schéma pˇripojen´ı modulu. 1 – NTC: vývod z jedné svorky termistoru; druhá svorka termistoru je napojena na zem (GND); 2 – GND: zem modulu; 3 – Vcc: svorka pro napájen´ı vlhkostn´ıho ˇcidla; 4 – Vout: svorka výstupu vlhkostn´ıho ˇcidla; 5 – 1kΩ rezistor; 6 – napˇet´ı na termistoru; 7 – napájec´ı napˇet´ı obvodu s rezistorem (5) a termistorem; 8 – výstupn´ı napˇet´ı odpov´ıdaj´ıc´ı relativn´ı vlhkosti; 9 – napájec´ı napˇet´ı vlhkostn´ıho ˇcidla 4.3.3

Pˇ revod napˇ et´ı na RH

Pˇrevod výstupn´ıho napˇet´ı vlhkostn´ıho ˇcidla na odpov´ıdaj´ıc´ı hodnotu relativn´ı vlhkosti je pˇri nomináln´ı hodnotˇe napájec´ıho napˇet´ı relativnˇe snadný a uvedený v datovém listu k modulu. Z informac´ı uvedených v dokumentaci plyne následuj´ıc´ı: Hodnota napˇet´ı 8 ve schématu na obrázku 3 (Vout) je pˇr´ımo u ´ mˇerná relativn´ı vlhkosti vzduchu a velikosti napájec´ıho napˇet´ı. Pro napájec´ı napˇet´ı Vcc = 5V plat´ı následuj´ıc´ı vztah: Vout = 25, 68 · RH + 1079

(5)

(pro Vout v mV a RH v procentech) Z tohoto plyne pro výpoˇcet RH dalˇs´ı vztah, který je rovnˇeˇz uveden v datovém listu: RH = 0, 03892 · Vout − 41, 98

(6)

Pro jiné (obecné) hodnoty napájec´ıho napˇet´ı Vcc lze tedy odvodit vztah, který jiˇz v datovém listu uveden nen´ı: Vout = (25, 68 · RH + 1079) · Pro zjednoduˇsen´ı zápisu si

Vcc 5

Vcc oznaˇc´ım jako parametr p. Pak plat´ı následuj´ıc´ı: 5 Vout = (25, 68 · RH + 1079) · p Vout = 25, 68 · RH + 1079 p Vout − 1079 = 25, 68 · RH p 21

Vout 1079 − = RH p · 25, 68 25, 68 Po zpˇetném rozepsán´ı parametru p: Vout · 5 1079 − = RH Vcc · 25, 68 25, 68 Napájec´ı napˇet´ı Vcc na vˇsech pouˇzitých napˇet’ových svorkách modulu analogových výstup˚ u bylo nastaveno na 5V. Pˇri testován´ı soustavy WinConu a ˇcidel jsem namˇeˇril (i s pomoc´ı modulu analogových vstup˚ u) skuteˇcné hodnoty napˇet´ı Vcc = 4, 8V. Pokud ve vztahu pro výpoˇcet RH dosad´ım za Vcc 4, 8V, dostanu vztah následuj´ıc´ı (pro Vout v mV a RH v procentech): RH = 0.040563 · Vout − 42 Pro Vout ve Voltech: RH = 40.563 · Vout − 42 Na tomto m´ıstˇe je tˇreba zm´ınit, ˇze po nasazen´ı mˇeˇric´ıho zaˇr´ızen´ı do konventu jsem do konfiguraˇcn´ıho souboru zadal (jak se ukázalo pˇri revizi výpoˇctu bˇehem psan´ı textu bakaláˇrské práce) chybné koeficienty pro pˇrevod výstupn´ıho napˇet´ı na relativn´ı vlhkost. Tato chyba, která nen´ı nijak velká (WinCon zobrazuje hodnotu RH o necelá 2% niˇzˇs´ı, neˇz se správnými koeficienty, byla zp˚ usobena chybnou interpretac´ı u ´ daj˚ u v datovém listu, který se problematice pouˇzit´ı napájec´ıho napˇet´ı vlhkostn´ıho ˇcidla r˚ uzného od 5V vˇenuje jen velice struˇcnˇe. M˚ uj chybný postup vycházel ze vztahu (6) a ne z (5), jako postup správný: 5 RH = (0, 03892 · Vout − 41, 98) · Vcc Odtud jsem pak pro Vcc = 4.8V a Vout ve Voltech dostal chybné hodnoty koeficient˚ u: RH = 40.542 · Vout − 43.729 Vzhledem k tomu, ˇze mˇeˇric´ı program do výstupn´ıch soubor˚ u ukládá kromˇe pˇrepoˇc´ıtaných hodnot také pˇr´ımo namˇeˇrené hodnoty napˇet´ı, nen´ı obt´ıˇzné správné hodnoty namˇeˇrených dat rekonstruovat pˇr´ımo z nich, ˇci k chybnˇe pˇrepoˇc´ıtané hodnotˇe pˇriˇc´ıst 1, 73. Je plánováno nechat WinCon v konventu mˇeˇrit aˇz do zaˇcátku ˇcervna 2008. Z tohoto d˚ uvodu bude vhodné provést opravu koeficient˚ u pˇr´ımo ve WinConu výmˇenou konfiguraˇcn´ıho souboru mˇeˇric´ıho softwaru. 4.3.4

Pˇ revod napˇ et´ı na teplotu

Dalˇs´ım u ´ kolem bylo nalézt matematickou funkci, která by popisoval vztah mezi namˇeˇreným napˇet´ım na termistoru a teplotou tak, aby bylo moˇzno pˇrepoˇc´ıtávat napˇet´ı na teplotu pˇr´ımo v softwaru bˇeˇz´ıc´ım ve WinConu. Pro tento u ´ˇcel by hledaná funkce mˇela být polynomem, nejlépe do 3. stupnˇe. Koeficienty polynomu jsem se, obdobnˇe jako pro výpoˇcet rosného bodu, rozhodl hledat pomoc´ı L2 aproximace. V datovém listu jsou tabelovány hodnoty odporu termistoru pro teploty od −30◦ C do +80◦ C s rozliˇsen´ım 1◦ C a i s uvedenou maximáln´ı velikost´ı odchylky zp˚ usobenou nepˇresnost´ı termistoru. 22

Pro nalezen´ı koeficient˚ u polynomu jsem vyuˇzil výpoˇcetn´ı program Octave. Do textového souboru jsem pˇrepsal celkem 19 tabulkových hodnot teploty a pˇr´ısluˇsného odporu z rozsahu −5◦ C aˇz +40◦ C. Tento soubor pak byl zpracován pomoc´ı vlastnoruˇcnˇe vytvoˇreného výpoˇcetn´ıho skriptu, který provedl následuj´ıc´ı operace: K naˇcteným hodnotám odporu vypoˇcetl pˇr´ısluˇsné hodnoty napˇet´ı na termistoru, které by byly namˇeˇreny pˇri jeho sériovým spojen´ım s 1kΩ rezistorem (jak je znázornˇeno na schématu 3) a napájen´ım 4,8 Volty. Dále provedl pomoc´ı metody nejmenˇs´ıch ˇctverc˚ u nalezen´ı koeficient˚ u polynom˚ u 2. a 3. stupnˇe, které aproximuj´ı pr˚ ubˇeh závislosti teploty na namˇeˇreném napˇet´ı. Tyto koeficienty byly vypsány do textového souboru a byl vykreslen graf znázorˇ nuj´ıc´ı u ´ spˇeˇsnost aproximace. Tento graf je uveden na obrázku 4. Prevod napeti na termistoru na teplotu 40 35 30

teplota [C]

25 20 15 10 5 0

Teplota - tabulkove hodnoty Aproximace polynomem 2. stupne Aproximace polynomem 3. stupne

-5 4.1

4.2

4.3

4.4 napeti [V]

4.5

4.6

Obrázek 4 Z d˚ uvodu vˇetˇs´ı pˇresnosti jsem zvolil pˇrepoˇcet z napˇet´ı na teplotu provádˇet pomoc´ı polynomu 3. stupnˇe. Tento polynom má následuj´ıc´ı tvar: t(ut ) = b − 132, 375(ut)3 + 1664, 710(ut)2 − 7026, 600(ut) + 9987, 401

(7)

kde t je mˇeˇrená teplota a ut napˇet´ı na termistoru. Uvedený výpoˇcet se i pˇri revizi jev´ı vpoˇrádku a správný. 4.3.5

Protideˇ st’ov´ y kryt

Jak bude uvedeno pozdˇeji, v kapitole 4.5.1, WinCon byl bˇehem mˇeˇren´ı um´ıstˇen v prvn´ım patˇre konventu, jedno z ˇcidel bylo instalováno do ambitové chodby a druhé ˇcidlo bylo vyuˇzito pro mˇeˇren´ı teploty a vlhkosti vnˇejˇs´ıho vzduchu. Kv˚ uli ochranˇe pˇred 23

pˇr´ımým sluneˇcn´ım záˇren´ım a deˇstˇem bylo nutno vnˇejˇs´ı ˇcidlo zabudovat do krytu, který by jej dostateˇcnˇe chránil a souˇcasnˇe umoˇzn ˇ oval vzduchu kolem nˇej proudit. Jako materiál na výrobu krytu jsem pouˇzil dva kel´ımky od jogurtu: jeden malý a jeden velký. Tyto kel´ımky jsou do sebe vsazeny tak, jak je ukázáno na obrázku 5. Ve stˇenách menˇs´ıho kel´ımku jsou proˇrezány otvory umoˇzn ˇ uj´ıc´ı jeho provˇetráván´ı. Vodiˇce (dvouˇzilové kabely) od modulu, který je vloˇzen v menˇs´ım kel´ımku, jsou z tohoto kel´ımku vytaˇzeny dvˇema z otvor˚ u (kaˇzdý na opaˇcné stranˇe) a následnˇe jsou vedeny po vnˇejˇs´ı stranˇe vˇetˇs´ıho kel´ımku nahoru, kde jsou k sobˇe slepeny lepic´ı páskou. Vˇetˇs´ı kel´ımek je pak obalen b´ılým pap´ırem a následnˇe igelitovou fóli´ı. D´ıky tomu, ˇze shora nevede dovnitˇr krytu ˇzádný otvor, je tak ˇcidlo dobˇre zabezpeˇceno proti vniknut´ı deˇst’ové vody.

Obrázek 5: Kryt vnˇejˇs´ıho ˇcidla

4.4

Obrazovka

Pro u ´ˇcel zobrazován´ı mˇeˇrených hodnot je k WinConu pˇripojena osmipalcová dotyková obrazovka NAVILOCK.

4.5

V´ ybˇ er mˇ eˇ ric´ıch m´ıst

Pˇri umist’ován´ı mˇeˇric´ıch pˇr´ıstroj˚ u v konventu bylo nutné brát v potaz následuj´ıc´ı faktory: • Bezpeˇcnost zaˇr´ızen´ı: Vˇsechny ˇcásti mˇeˇric´ıho systému musej´ı být um´ıstˇeny tak, aby byly tˇeˇzko dostupné pro náhodné zlodˇeje. Zaˇr´ızen´ı musej´ı být také zajiˇstˇena proti náhodnému poˇskozen´ı, napˇr´ıklad pˇri u ´ klidových, nebo stavebn´ıch prac´ıch. Souˇcasnˇe ale zaˇr´ızen´ı musej´ı být pˇr´ıstupná pro autorizovanou obsluhu. • Napájen´ı: Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, WinCon je závislý na napájen´ı ze s´ıtˇe a je tedy nutné jej um´ıstit k elektrické zásuvce alespoˇ n na dosah prodluˇzovac´ı ˇsn ˇ˚ ury.

24

• Estetická stránka: Souˇcásti mˇeˇric´ıho systému by mˇely do expoziˇcn´ıch prostor zasahovat co nejménˇe. Expoziˇcn´ımi prostorami je myˇslena i pˇr´ıstupná ˇcást pˇr´ızemn´ı ambitové chodby a vˇsechna kˇr´ıdla ambitové chodby v prvn´ım patˇre kromˇe kˇr´ıdla severovýchodn´ıho. V ˇzádném pˇr´ıpadˇe by nemˇely být pˇres expoziˇcn´ı prostory vedeny kabely, at’ uˇz by se jednalo o kabely k ˇcidl˚ um, ˇci kabely napájec´ı. Návˇstˇevn´ıci by mohly o nekryté kabely vedouc´ı pˇres prohl´ıdkovou trasu zakopnout a poranit se, pˇr´ıpadnˇe poˇskodit zaˇr´ızen´ı. Jedinou myslitelnou variantou by bylo vést kabel pˇri zdi, ˇci pod kobercem. • Schopnost z´ıskat potˇrebná data: V souladu s tˇemito vˇsemi omezen´ımi musej´ı být zaˇr´ızen´ı, respektive jejich ˇcidla um´ıstˇena tak, aby se podaˇrilo namˇeˇrit hodnoty ˇ teplot a vlhkost´ı jak vnˇe budovy, tak i uvnitˇr v cestˇe proud´ıc´ıho vzduchu. Cidla nesmˇej´ı být v kontaktu se zdmi. Moˇznosti pro um´ıstˇen´ı zaˇr´ızen´ı v kombinaci jednoho WinConu se dvˇema ˇcidly a dvou kláˇstern´ıch Microlog˚ u tedy byly následuj´ıc´ı: Pˇ r´ızem´ı ˇ ast pˇr´ızemn´ıho Pro mˇeˇren´ı vlhkosti a teploty v pˇr´ızem´ı by byl pouˇzit druhý Microlog. C´ ambitu (30 metr˚ u) je veˇrejnˇe pˇr´ıstupná. Zbývaj´ıc´ı ˇcást je jiˇz souˇcást´ı prohl´ıdkové trasy a je pˇr´ıstupná pouze s pr˚ uvodcem. Tato ˇcást je od ˇcásti volnˇe pˇr´ıstupné oddˇelena dˇrevˇeným zábradl´ım s vrátky. Pˇri umist’ován´ı Micrologu do pˇr´ızemn´ıho ambitu bylo nutné brát velký zˇretel na bezpeˇcnost zaˇr´ızen´ı. V u ´vahu tedy pˇricházelo upevnit Microlog na podpˇerný trám hlavn´ıho schodiˇstˇe u jiˇzn´ıho zrcadla, kde by se nacházel ve volnˇe nepˇr´ıstupné ˇcásti, ˇci jej povˇesit pod bezpeˇcnostn´ı kameru (asi 3 metry nad zem´ı) v rohu ambitu v bl´ızkosti zábradl´ı. Tam by se nacházel sice v ˇcásti pˇr´ıstupné, ale v dostateˇcné výˇsce na to, aby byl pˇr´ıpadný zlodˇej nápadný. Nav´ıc by byla krádeˇz kamerovým systémem zaznamenána z bezprostˇredn´ı bl´ızkosti. Podle apriorn´ıch pˇredpoklad˚ u by Microlog v kaˇzdé z uvedených variant zaznamenával odliˇsné hodnoty v závislosti na svém um´ıstˇen´ı. Vzduch v oblasti vodn´ıho zrcadla bude chladnˇejˇs´ı a bude obsahovat v´ıce vody, neˇz vzduch ve zbytku ambitu. D˚ uleˇzitou roli pˇri zpracován´ı dat z pˇr´ızemn´ıho ambitu bude tak jako tak hrát jejich interpretace. Jako nouzová moˇznost se jevilo um´ıstˇen´ı Micrologu v severovýchodn´ım kˇr´ıdle ambitu, kde se nacházej´ı d´ılny u ´ drˇzby. V této variantˇe by odpadl bezpeˇcnostn´ı problém, protoˇze d´ılny jsou od zbytku ambitu oddˇeleny pˇr´ıˇckou se zamykatelnými dveˇrmi. Nad pˇr´ıˇckou je pak dostateˇcný prostor pro proudˇen´ı vzduchu. Pˇr´ıpadný prach (napˇr´ıklad z truhláˇrské d´ılny) by ale mohl poˇskodit vlhkostn´ı ˇcidlo Micrologu. Prvn´ı patro Pro mˇeˇren´ı v prvn´ım patˇre bylo plánováno pouˇz´ıt WinCon. S ohledem na bezpeˇcnost a estetickou stránku mohl být WinCon na dvou m´ıstech: Prvn´ı moˇznost´ı byly expoziˇcn´ı m´ıstnosti knihovn´ıho kˇr´ıdla v severovýchodn´ı ˇcásti budovy. V u ´ vahu by pˇricházel jak hlavn´ı knihovn´ı sál, tak pˇrilehlá m´ıstnost s vystaveným nábytkem z pracoven opat˚ u. Z tˇechto m´ıstnost´ı by pak bylo moˇzno vytáhnout skrz dveˇre kabely na chodbu, kde by bylo na dveˇr´ıch uchyceno ˇcidlo pro mˇeˇren´ı vnitˇrn´ı 25

teploty a vlhkosti, a skrz okno ven, kde by v protideˇst’ovém krytu bylo z okna zavˇeˇseno ˇcidlo pro mˇeˇren´ı veliˇcin vnˇejˇs´ıch. Výhodou tohoto m´ısta by bylo to, ˇze vnˇejˇs´ı ˇcidlo by bylo po vˇetˇsinu dne ve st´ınu a mˇeˇrilo by tedy teplotu objektivnˇe. Nevýhodou je naopak to, ˇze po zav´ırac´ı dobˇe konventu jsou expoziˇcn´ı prostory procházeny hl´ıdaˇci se psy, a bylo by nutné zaˇr´ızen´ı zabezpeˇcit tak, aby odolalo zvˇedavosti hl´ıdaˇcských ps˚ u. WinCon by nav´ıc musel být napájen pomoc´ı dlouhé prodluˇzovac´ı ˇsn ˇ˚ ury. Druhou moˇznost´ı pak byla m´ıstnost bývalé turistické pokladny v jihovýchodn´ım kˇr´ıdle na východ od hlavn´ıho schodiˇstˇe. WinCon by byl opˇet uvnitˇr m´ıstnosti a ˇcidla vytaˇzena ven na kabelech dveˇrmi a oknem. D´ıky svému dˇr´ıvˇejˇs´ımu u ´ˇcelu je m´ıstnost vybavena elektrickými zásuvkami. Nevýhodou je to, ˇze vnˇejˇs´ı ˇcidlo by bylo v dopoledn´ıch hodinách osvˇetlováno Sluncem. Odpoledne by pak jiˇz bylo ˇcidlo ve st´ınu vytváˇreném rizalitem letn´ıho refektáˇre. Pokud se bude s t´ımto faktem poˇc´ıtat pˇri interpretaci namˇeˇrených dat, nemˇel by být zdrojem problém˚ u. M´ıstnost nav´ıc nen´ı souˇcást´ı prohl´ıdkové trasy a nen´ı procházena hl´ıdaˇci. Je osazena pohybovým ˇcidlem alarmu a lze ji zamykat. Jedinou ˇcást´ı, kterou by mˇeˇric´ı pˇr´ıstroje zasahovaly do prohl´ıdkové trasy je pak ˇcidlo pro mˇeˇren´ı vnitˇrn´ıho vzduchu. Druh´ e patro Vlhkost a teplota v ambitu 2. Patra by byla mˇeˇrena Micrologem zavˇeˇseným na klice dveˇr´ı v bl´ızkosti hlavn´ıho schodiˇstˇe. Tak by byl Microlog v dostateˇcné výˇsce od podlahy a dostateˇcnˇe daleko od zdi, aby mˇeˇril teplotu a vlhkost vzduchu objektivnˇe. Ve druhém patˇre nav´ıc nen´ı tˇreba brát takový d˚ uraz na bezpeˇcné um´ıstˇen´ı zaˇr´ızen´ı, protoˇze je pˇr´ıstupné pouze autorizovanému personálu. 4.5.1

Fin´ aln´ı um´ıstˇ en´ı pˇ r´ıstroj˚ u

Po domluvˇe s kastelánem, panem Pavlem Duchonˇem, jsme z v´ yˇse uvedených variant zvolili m´ısta, která, jak doufáme, jsou nejlepˇs´ı z pohledu výˇse uvedených kritéri´ı. V pˇr´ızem´ı jsme se rozhodli zavˇesit Microlog na podpˇerný trám schodiˇstˇe. Pro tuto variantu jsem se rozhodli proto, ˇze toto m´ısto reprezentuje nejhorˇs´ı podm´ınky, které se z hlediska obsahu vodn´ıch par ve vzduchu v konventu vyskytuj´ı. Pokud se správným vˇetrán´ım podaˇr´ı udrˇzet teplotu v tomto m´ıstˇe dlouhodobˇe a s dostateˇcným odstupem nad rosným bodem, p˚ ujde o znatelný u ´ spˇech. Nav´ıc tak mohou být z´ıskána podp˚ urná data pro plánovanou rekonstrukci tohoto schodiˇstˇe. Microlog vis´ı na trámu ve výˇsce cca 2,5 m nad schodiˇstˇem. V prvn´ım patˇre byl po zváˇzen´ı klad˚ u a zápor˚ u WinCon nainstalován do bývalé pokladny. Vzhledem k tomu, ˇze se jedná o m´ıstnost, jej´ıˇz interiér a ani dveˇre nemaj´ı historickou hodnotu, bylo moˇzno protáhnout kabely k ˇcidlu na chodbˇe d´ırou v horn´ım rohu zárubnˇe dveˇr´ı a ˇcidlo na zárubeˇ n uchytit. Do expoziˇcn´ıch prostor tak zasahuje pouze minimáln´ı objem vybaven´ı. T´ım, ˇze jsou kabely protaˇzeny skrz zárubeˇ n, nedocház´ı k jejich skˇr´ıpnut´ı pˇri zav´ırán´ı dveˇr´ı. Nav´ıc bylo moˇzno dát do m´ıstnosti st˚ ul, na kterém stoj´ı WinCon i s monitorem, coˇz usnadˇ nuje obsluhu zaˇr´ızen´ı a nedostává se do nˇej prach. WinCon i monitor je pro jistotu napájen pˇres pˇrepˇet’ovou ochranu. Ve druhém patˇre byl Microlog um´ıstˇen tak, jak je popsáno výˇse. V tomto pˇr´ıpadˇe nebylo tˇreba volit z r˚ uzných variant a bylo moˇzno pˇr´ımo realizovat tu nejvýhodnˇejˇs´ı.

26

ˇ asti ambitové chodby pr˚ Obrázek 6: Pˇr´ızem´ı (C´ uchoz´ı pro vzduch jsou znaˇceny svˇetle ˇsedˇe.) 1 – jiˇzn´ı zrcadlo, mˇeˇren´ı 1. Micrologem; 2 – um´ıstˇen´ı vnˇejˇs´ı ˇcásti meteorologické stanice ˇ ak; 3 – hlavn´ı vchod; 4 – vrata do d´ılen u firmy SPELEO-Reh´ ´ drˇzby

Obrázek 7: Prvn´ı patro 1 – lihový teplomˇer um´ıstˇený zvenku na oknˇe; 2 – ˇcidlo vnˇejˇs´ı vlhkosti a teploty integrované do zabezpeˇcovac´ıho systému; 3 – vnitˇrn´ı ˇcidlo WinConu; 4 – vnˇejˇs´ı ˇcidlo WinConu; 5 – letn´ı refektáˇr 6 a 7 – schodiˇstˇe na rajský dv˚ ur

Obrázek 8: Druhé patro s vyznaˇceným um´ıstˇen´ım druhého Micrologu (1) 27

5

Realizace softwaru

5.1

Poˇ zadavky na software

Na software vyuˇzitý pro mˇeˇren´ı pomoc´ı WinConu jsou kladeny následuj´ıc´ı poˇzadavky: 1. Program má být v prvn´ı ˇradˇe spolehlivý. Plánuje se, ˇze pobˇeˇz´ı nepˇretrˇzitˇe i nˇekolik týdn˚ u. 2. Program mus´ı být schopný bˇeˇzet na libovolné adrese (v libovolné sloˇzce) at’ jiˇz na CompactFlash pamˇet’ové kartˇe ve WinConu, nebo na USB Flash disku pˇripojeném vnˇe WinConu. 3. Software mus´ı být schopen pracovat s modulem analogov´ ych vstup˚ u (i-8017H) a modulem (i-8024) analogových výstup˚ u zapojeným do WinConu. 4. Namˇeˇrené hodnoty napˇet´ı z výstup˚ u ˇcidel musej´ı být pˇrepoˇc´ıtávány na hodnoty fyzikáln´ıch veliˇcin, tedy teplotu a relativn´ı vlhkost. 5. Na obrazovce pˇripojené k zaˇr´ızen´ı musej´ı být zobrazovány aktuáln´ı i minulé hodnoty mˇeˇrených veliˇcin. ˇ sejmut´ı vzorku mus´ı být synchronizován s hodinami WinConu tak, aby i 6. Cas v pˇr´ıpadˇe restartu mˇeˇren´ı (napˇr´ıklad následkem výpadku proudu) docházelo k sejmut´ı vzorku vˇzdy ve stejný ˇcas. Sejmut´ı vzorku mus´ı být napˇr´ıklad provádˇeno kaˇzdou pátou minutu hodiny bez ohledu na to, v jaký ˇcas byl program spuˇstˇen. 7. Pˇri sn´ımán´ı vzorku mus´ı být softwarovˇe odstranˇen ˇsum mˇeˇric´ı karty, který zhorˇsuje pˇresnost mˇeˇren´ı. 8. Jak jiˇz bylo uvedeno výˇse, namˇeˇrené hodnoty by mˇely být ukládány ve formátu, který umoˇzn´ı jejich dalˇs´ı zpracován´ı a bude snadno ˇcitelný. V této oblasti se jako velmi výhodný jev´ı textový soubor s daty oddˇelen´ ymi stˇredn´ıkem (comma separated values - csv). 9. Kaˇzdý den by se mˇel pro ukládán´ı dat zakládat nový soubor. Toto umoˇzn´ı lepˇs´ı orientaci v namˇeˇrených datech, ale i zachován´ı obsahu soubor˚ u z minulých dn´ı v pˇr´ıpadˇe, ˇze by pˇri zápisu do souboru doˇslo k chybˇe, která by jeho obsah znehodnotila. 10. Mus´ı být moˇzné ukládat do souboru souˇcasnˇe namˇeˇrené hodnoty napˇet´ı i vypoˇc´ıtané hodnoty mˇeˇrených fyzikáln´ıch veliˇcin. 11. Program mus´ı umoˇzn ˇ ovat výbˇer sloˇzky, kam se budou namˇeˇrená data ukládat.

5.2

Prvn´ı verze - technologick´ y test

Jak jsem jiˇz uvedl výˇse, prvn´ı verzi aplikace pro mˇeˇren´ı s d˚ urazem na analogový vstupn´ı modul i-8017H jsem vytvoˇril jako semestráln´ı práci z pˇredmˇetu KKY/PP (Programové prostˇredky ˇr´ızen´ı) v pátém semestru. Tato verze programu byla schopna sn´ımat napˇet´ı na svorkách vstupn´ıho modulu s pˇredem danou periodou vzorkován´ı. Z´ıskané 28

hodnoty napˇet´ı byly následnˇe pˇrepoˇc´ıtávány na základˇe koeficient˚ u uloˇzených v konfiguraˇcn´ım XML souboru. Hodnoty z kanál˚ u (svorek), které byly v konfiguraˇcn´ım souboru oznaˇceny, byly následnˇe vykreslovány do grafu v oknˇe aplikace a souˇcasnˇe ukládány do výstupn´ıho souboru na pˇripojeném USB Flash disku, po bloc´ıch o velikosti definované v tomtéˇz konfiguraˇcn´ım souboru. D´ıky ukládán´ı vzork˚ u po vˇetˇs´ıch ’ bloc´ıch nedocház´ı k tak ˇcastým zápis˚ um na pamˇet ové médium a to má vliv na zvýˇsen´ı jeho ˇzivotnosti. P˚ uvodn´ı verze programu jiˇz byla schopna pracovat s modulem analogových vstup˚ u zasunutým do libovolného slotu WinConu a pro kaˇzdý den mˇeˇren´ı vytváˇrela nový soubor. Tato aplikace vˇsak nikdy pˇri testech nebˇeˇzela v´ıce neˇz nˇekolik hodin a nikdy nebyla nasazena v reálných podm´ınkách. Bˇehem psan´ı této aplikace jsem se vˇsak nauˇcil vytváˇret programy pro WindowsCE.NET a WinCon tak, aby byly schopné pracovat s jeho specifickými hardwarovými vlastnostmi a zjistil, co je v rámci .NET Compact Framework realizovatelné. Podaˇrilo se mi také z´ıskat pˇr´ıslib zap˚ ujˇcen´ı WinConu pro budouc´ı jarn´ı mˇeˇren´ı v konventu.

5.3

Cesta k fin´ aln´ı verzi

I pˇresto, ˇze p˚ uvodn´ı verze aplikace byla funkˇcn´ı a schopna mˇeˇrit, jej´ı nasazen´ı pˇri skuteˇcném mˇeˇren´ı by nebylo uspokojivé, hlavnˇe kv˚ uli pˇreváˇznˇe statickému vnitˇrn´ımu ˇreˇsen´ı a omezeným schopnostem pˇrepoˇc´ıtáván´ı namˇeˇrených hodnot napˇet´ı na hodnoty mˇeˇrených fyzikáln´ıch veliˇcin, coˇz by výraznˇe ztˇeˇzovalo práci pˇr´ıpadné obsluze, která by sledovala obrazovku s vizualizac´ı. Vizualizace by pak neplnila sv˚ uj hlavn´ı u ´ˇcel, tedy zjednoduˇsit obsluze odeˇc´ıtán´ı aktuáln´ıch hodnot sledovaných veliˇcin. Nav´ıc by kaˇzdá pˇr´ıpadná u ´ prava v programu, napˇr´ıklad kv˚ uli budouc´ım ˇcidl˚ um, ˇci vstupn´ım / výstupn´ım modul˚ um byla velmi zdlouhavá a nesla by s sebou velké riziko zanesen´ı chyb do programu. Situaci jsem se rozhodl ˇreˇsit kompletn´ım pˇrepsán´ım programu na základˇe znalost´ı z´ıskaných pˇri jeho tvorbˇe. Nab´ız´ı se otázka, zda nebylo moˇzné udˇelat program poˇrádnˇe jiˇz od zaˇcátku. Mým názorem i v souˇcasné dobˇe z˚ ustává, ˇze moˇzné by to bylo, ale tvorba takového programu by zabrala stejné mnoˇzstv´ı ˇcasu, jako cesta dvoustupˇ nového“ ” vývoje. Pokud totiˇz tv˚ urce programu nemá s danou platformou ˇzádné pˇredchoz´ı zkuˇsenosti, mus´ı si jednotlivé funkce a zp˚ usoby nejdˇr´ıve odzkouˇset a naj´ıt nejlepˇs´ı cesty, coˇz by pˇri tvorbˇe programu naˇcisto“ vyˇzadovalo napˇr´ıklad tvorbu nˇekolika menˇs´ıch ” program˚ u pro otestován´ı jednotlivých funkc´ı a vlastnost´ı. 5.3.1

Poˇ zadavky pro psan´ı .NET aplikac´ı pro WinCon

Na tomto m´ıstˇe je vhodné zm´ınit se o tom, co je tˇreba k vývoji, odlad’ován´ı a fináln´ımu vydán´ı .NET aplikac´ı pro pouˇzité zaˇr´ızen´ı WinCon-8731 s operaˇcn´ım systémem Windows CE .NET 4.1. Architektura .NET Framework (z d´ılny firmy Microsoft) vyuˇz´ıvá filozofie virtuáln´ıho stroje, který poskytuje prostˇred´ı (vˇcetnˇe knihoven) pro bˇeh aplikac´ı pro nˇej napsaných. Runtimeové prostˇred´ı .NET zajiˇst’uje napˇr´ıklad správu pamˇeti a tak zvyˇsuje i bezpeˇcnost bˇeˇz´ıc´ıch aplikac´ı. Vzhledem k tomu, ˇze verze operaˇcn´ıho systému, která je v zaˇr´ızen´ı (Pˇr´ıpadnˇe lze stáhnout na stránkách výrobce WinConu.) obsahuje platformu .NET Compact Fra29

mework verze 1.0, jsou na vývoj aplikac´ı kladena jistá omezen´ı. Ve verzi Compact (z d˚ uvodu u ´ spory m´ısta v extern´ı pamˇeti zaˇr´ızen´ı) nejsou obsaˇzeny nˇekteré knihovny a funkce, které ve velké“ verzi .NET Frameworku jsou. Nav´ıc verze 1.0 je dnes jiˇz ” pomˇernˇe zastaralá. Nejnovˇejˇs´ı dostupná verze .NET Frameworku je v souˇcasné dobˇe verze 3.5. Z d˚ uvodu jisté zastaralosti operaˇcn´ıho systému a .NET Frameworku ve WinConu bylo nutné pro vývoj mˇeˇric´ıho programu vyuˇz´ıvat také starˇs´ı verzi vývojového prostˇred´ı, které bylo schopno pro danou verzi .NET Frameworku aplikace pˇrekládat. Pouˇzito bylo tedy vývojové prostˇred´ı Microsoft Visual Studio 2003. (V souˇcasné dobˇe je jiˇz vývojové prostˇred´ı ve verzi 2008, které je o dvˇe verze novˇejˇs´ı.) Dané vývojové prostˇred´ı pak jiˇz poskytuje vˇsechny nástroje pro vývoj, odlad’ován´ı a fináln´ı sestaven´ı aplikace. Aby bylo moˇzno ve Visual Studiu psát programy pro platformu WinCon, je nutné (nejlépe ze stránek výrobce), stáhnout softwarový v´ yvojový bal´ık (SDK) pro WinCon a pˇr´ısluˇsnou dokumentaci. Vývojový bal´ık pak nainstalujeme podle instrukc´ı v dokumentaci. Pˇri zakládán´ı projektu ve vývojovém prostˇred´ı pak zvol´ıme typ Smart Device Application pro platformu Windows CE. Po vytvoˇren´ı projektu je pak tˇreba do referenc´ı pˇridat odkaz na knihovnu Wincon.dll, která se nainstalovala spolu s SDK. Dalˇs´ı informace týkaj´ıc´ı se postup˚ u odlad’ován´ı a spouˇstˇen´ı aplikac´ı je jiˇz moˇzno naj´ıt v doku´ celem této práce nen´ı být v této mentac´ıch k vývojovému prostˇred´ı, ˇci k WinConu. Uˇ oblasti podrobným návodem.

5.4

Fin´ aln´ı verze aplikace

Struktura fináln´ı aplikace vyuˇz´ıvá objektového pˇr´ıstupu. Hlavn´ı tˇr´ıdou je WinConDevice, která pˇredstavuje samotné zaˇr´ızen´ı WinCon. Stejnˇe jako jej´ı hardwarový pˇredobraz obsahuje WinConDevice pole slot˚ u pro rozˇsiˇruj´ıc´ı karty. Dále jsem pro pouˇzit´ı v aplikaci vytvoˇril následuj´ıc´ı tˇr´ıdy: MainForm Tˇr´ıda oddˇedˇená od System.Windows.Forms.Form. Jedná se o okno grafického rozhran´ı, na kterém je um´ıstˇen graf zobrazuj´ıc´ı trend mˇeˇrených veliˇcin a textová pole s aktuáln´ımi hodnotami tˇechto veliˇcin. Barvu ˇcar a pozad´ı grafu a textových pol´ı lze mˇenit v konfiguraˇcn´ım souboru. Chart Okno grafu oddˇedˇené od System.Windows.Forms.Panel. Tato tˇr´ıda slouˇz´ı k vykreslován´ı trend˚ u mˇeˇrených veliˇcin. Velikost ˇcasového u ´ seku, který je na grafu zachycen je moˇzno specifikovat v konfiguraˇcn´ım souboru. MainForm a Chart jsou jedinými ˇcástmi aplikace, které má uˇzivatel moˇznost pˇri bˇehu pˇr´ımo vidˇet. Vˇse ostatn´ı se odehrává na negrafické u ´ rovni. IModule Pˇredstavuje virtuáln´ı vstupn´ı modul a vytváˇr´ı rozhran´ı pro komunikaci se vstupn´ımi moduly v rámci aplikace. nejedná se ale o interface v pravém slova smyslu. 30

I8217H Jedná se o softwarový potˇejˇsek modulu analogových vstup˚ u i-8017H. Tˇr´ıda I8217H je oddˇedˇena od IModule a implementuje funkce, které jsou specifické pro daný typ modulu. IChannel Tato tˇr´ıda pˇredstavuje vstupn´ı kanál modulu i-8017H. P˚ uvodnˇe jsem zamýˇslel vytvoˇrit ji tak, aby mohla pˇreb´ırat funkce vstupn´ıho kanálu jakéhokoliv modulu, avˇsak vzhledem k ˇcasovým nárok˚ um a nepotˇrebnosti takového ˇreˇsen´ı pro mé mˇeˇren´ı jsem od tohoto zámˇeru upustil. V souˇcasné verzi aplikace je tedy kaˇzdý z osmi vstupn´ıch kanál˚ u modulu i-8017H pˇredstavován instanc´ı tˇr´ıdy IChannel, která je vybavena funkc´ı ke sn´ımán´ı vzorku z pˇr´ısluˇsného kanálu a z´ıskané hodnoty jsou pak udrˇzovány pˇr´ımo v instanc´ıch IChannelu, kde je moˇzno k nim pˇristupovat pomoc´ı metody ShowSample(). Pˇri testech mˇeˇren´ı s ˇcidly, provádˇených pˇred samotnou instalac´ı zaˇr´ızen´ı, jsem zjistil, ˇze napˇet´ı na termistoru mezi jednotlivými vzorky znatelnˇe ˇsum´ı“. Vlivem ˇsumu by ” mˇeˇren´ı dosahovalo pˇresnosti ±2◦ C, coˇz je naprosto nepostaˇcuj´ıc´ı. Vˇse nasvˇedˇcovalo tomu, ˇze ˇsum je generován nˇekde uvnitˇr mˇeˇric´ıho obvodu a nikoli okol´ım, má nulovou stˇredn´ı hodnotu a vysokou frekvenci. Situaci jsem následnˇe vyˇreˇsil tak, ˇze v ˇcas urˇcený pro sejmut´ı vzorku se ze vˇsech vstup˚ u (i pro RH) provede rychle za sebou série mˇeˇren´ı a vypoˇcte se aritmetický pr˚ umˇer kaˇzdého vstupu, a dále se pracuje s touto hodnotou. Zda se má toto pr˚ umˇerován´ı v bodˇe“ provádˇet, je moˇzno nastavit v konfiguraˇcn´ım souboru. ” D´ılˇc´ı vzorky jsou pak sn´ımány s periodou 10 ms v poˇctu stanoveném v konfiguraci. Pˇri mˇeˇren´ı v konventu je pr˚ umˇer vytváˇren z 10 d´ılˇc´ıch vzork˚ u a dosahuje se tak pˇresnosti ◦ zhruba ±0, 3 C, coˇz je postaˇcuj´ıc´ı. ISignal Pˇredstavuje vstupn´ı signál. Hodnota vstupn´ıho signálu m˚ uˇze v daný okamˇzik záviset na hodnotách z v´ıce vstupn´ıch kanál˚ u. Signál také umoˇzn ˇ uje pˇrepoˇc´ıtávat namˇeˇrenou hodnotu napˇet´ı (hodnotu z pˇr´ısluˇsného kanálu) na hodnotu mˇeˇrené fyzikáln´ı veliˇciny. Pˇredpis pro tento pˇrepoˇcet má následuj´ıc´ı tvar: X i ki · hm i i Hodnota signálu = X

mj

kj · hj

(8)

j

Kaˇzdý signál má definován poˇcet koeficient˚ u ve jmenovateli (i) a v ˇcitateli (j). Ve výˇse uvedeném vztahu pˇredstavuje h hodnotu namˇeˇrenou na pˇr´ısluˇsném kanálu (Jeden kanál m˚ uˇze být pouˇzit ve v´ıce koeficientech.), m mocninu této hodnoty a k násobek. Hodnoty m a k jsou definovány v konfiguraˇcn´ım souboru. Z uvedeného vyplývá, ˇze hodnotu signálu je moˇzno z´ıskat jako pod´ıl polynom˚ u, jejichˇz promˇennými jsou hodnoty pˇr´ısluˇsných kanál˚ u. Aktuáln´ı vypoˇctená hodnota signálu je uchovávána v pˇr´ısluˇsné instanci tˇr´ıdy spolu s hodnotami minulými. Velikost bloku uchovávaných hodnot závis´ı na velikosti bloku vzork˚ u pro ukládán´ı a pro vykreslován´ı definované v konfiguraˇcn´ım 31

souboru. Uvedené plat´ı i pro velikost bloku uchovávaných hodnot v instanc´ıch tˇr´ıdy IChannel. MeasurementControl Tˇr´ıda MeasurementControl hl´ıdá ˇcasován´ı mˇeˇren´ı a pˇr´ıpadnou synchronizaci s hodinami. Ve správný ˇcas pak MeasurementControl vynucuje sejmut´ı vzork˚ u. Zajiˇst’uje také ˇcasován´ı zápis˚ u namˇeˇrených dat do výstupn´ıch soubor˚ u. Funkc´ı této tˇr´ıdy je v souˇcasné verzi aplikace také ovládán´ı modulu analogových výstup˚ u i-8024. Po spuˇstˇen´ı aplikace jsou aktivovány vˇsechny ˇctyˇri napˇet’ové výstupy modulu i-8024 a napˇet´ı na nich je nastaveno na 5V. Toto je pevnˇe nastaveno na u ´ rovni zdrojového kódu a nen´ı tedy ovlivnitelné v konfiguraˇcn´ım souboru. Toto ˇreˇsen´ı jsem pouˇzil pˇreváˇznˇe z ˇcasových d˚ uvod˚ u a v pˇr´ıpadˇe rozˇsiˇrován´ı aplikace by bylo lepˇs´ı pracovat s výstupn´ım modulem analogicky jako s modulem vstupn´ım, který je pˇredstavován vlastn´ı tˇr´ıdou a jeho vlastnosti je moˇzno nastavit. Pevné nastaven´ı parametr˚ u ve zdrojovém kódu vˇsak s sebou ˇ nese jisté výhody spoˇc´ıvaj´ıc´ı v bezpeˇcnosti. Zádnou manipulac´ı s konfiguraˇcn´ım souborem nelze napˇr´ıklad zp˚ usobit zvýˇsen´ı napˇet´ı na napájec´ıch svorkách, které m˚ uˇze nabývat aˇz 10V a zniˇcit tak pˇripojená ˇcidla. Report Tˇr´ıda report zajiˇst’uje zápis namˇeˇrených dat do výstupn´ıch soubor˚ u. Zápis se provád´ı ’ bud v bloku vˇzdy po namˇeˇren´ı specifikovaného poˇctu vzork˚ u, nebo pˇri zav´ırán´ı programu. V pˇr´ıpadˇe zápisu pˇri zav´ırán´ı programu se uloˇz´ı vˇsechny dosud neuloˇzené vzorky. Kaˇzdý den se zakládá nový výstupn´ı soubor a data se zapisuj´ı ve formátu csv (comma separated values). Na zaˇcátku kaˇzdého výstupn´ıho souboru jsou nadepsány sloupce tohoto souboru. Hodnoty definovaných kanál˚ u a signál˚ u z´ıskané v jeden ˇcas jsou pak vypisovány vˇzdy na stejné ˇrádce, která zaˇc´ıná datem a ˇcasem z´ıskán´ı vzorku. Settings Settings je tˇr´ıda, která naˇc´ıtá nastaven´ı z konfiguraˇcn´ıho souboru. Je vyuˇz´ıvána témˇeˇr vˇsemi ostatn´ım tˇr´ıdami v programu. Vyhledáván´ı a naˇc´ıtán´ı nastaven´ı je ˇreˇseno tak, ˇze kaˇzdý objekt v aplikaci, který nˇejaké nastaven´ı naˇc´ıst potˇrebuje, zavolá metodu tˇr´ıdy Settings, které jako parametr pˇredá své um´ıstˇen´ı v aplikaci (napˇr´ıklad 4. koeficient 2. signálu) a poloˇzku, jej´ıˇz hodnotu chce z konfiguraˇcn´ıho souboru zjistit (napˇr´ıklad mocninu). Podle tohoto um´ıstˇen´ı se pak nalezne tˇr´ıda Settings poˇzadovanou hodnotu poloˇzky a objektu ji vrát´ı. Konfiguraˇcn´ı soubor z d˚ uvodu organizace poloˇzek vyuˇz´ıvá formát xml a cestu pro vyhledán´ı poˇzadované poloˇzky v souboru nazývám XRL – Xml Resource Locator. Pro bliˇzˇs´ı pochopen´ı funkce XRL, ˇci programu jako celku doporuˇcuji nahlédnout pˇr´ımo do zdrojových kód˚ u aplikace, které jsou souˇca´st´ı elektronické pˇr´ılohy této práce. Instrukce k pouˇzit´ı konfiguraˇcn´ıho souboru aplikace jsou obsaˇzeny v okomentované verzi tohoto souboru taktéˇz obsaˇzeného v elektronické pˇr´ıloze.

32

6

Experiment´ aln´ı ovˇ eˇ ren´ı

Tato ˇcást se vˇenuje pr˚ ubˇehu samotného mˇeˇren´ı, zpracován´ı a zhodnocen´ı jeho výsledk˚ u.

6.1

Instalace zaˇ r´ızen´ı

Dne 13. dubna 2008 jsem za asistence pana Duchonˇe nainstaloval do budovy konventu vˇsechna mˇeˇric´ı zaˇr´ızen´ı zp˚ usobem, který je uveden v ˇcásti 4.5.1 na strnˇe 26. Za ˇcas poˇcátku mˇeˇren´ı na vˇsech pˇr´ıstroj´ıch je moˇzno povaˇzovat 15:30, kdy byla vˇsechna zaˇr´ızen´ı jiˇz v chodu a doˇslo k odeznˇen´ı poˇcáteˇcn´ıch podm´ınek“ vzniklých pˇri jejich ” instalaci (napˇr´ıklad zahˇrát´ım ˇcidel rukou pˇri jejich instalaci). Kalibraci ˇcidel WinConu jsem provádˇel pˇri testován´ı doma a následnˇe i pˇri instalaci v konventu pomoc´ı domác´ı meteorologické stanice a digitáln´ıho teplomˇeru, které byly vˇzdy um´ıstˇeny spolu s ˇcidly na tepelnˇe izolované podloˇzce. Mˇeˇrené hodnoty napˇet´ı odpov´ıdaj´ıc´ı teplotˇe a RH byly v dobré shodˇe s u ´ daji na kalibraˇcn´ıch zaˇr´ızen´ıch. Chyba mˇeˇren´ı relativn´ı vlhkosti zp˚ usobená chybným pˇrepoˇctem (viz ˇcást 4.3.3 na stranˇe 21) byla v rozsahu mˇeˇric´ı chyby vˇetˇsiny pˇr´ıstroj˚ u a proto jsem ji pˇri kalibraci neodhalil. Oba Micrology byly nastaveny na mˇeˇren´ı teploty a relativn´ı vlhkosti s periodou vzorkován´ı 10 minut. WinCon aˇz do 7:20 dne 16. dubna bˇeˇzel v testovac´ım reˇzimu s periodou vzorkován´ı 2 minuty a zaznamenával pouze výstupn´ı napˇet´ı mˇeˇrená na ˇcidlech, pˇredstavuj´ıc´ı vnˇejˇs´ı a vnitˇrn´ı teplotu a relativn´ı vlhkost. Od 7:25 dne 16. dubna pak WinCon jiˇz provád´ı pˇrepoˇcty teplot a relativn´ıch vlhkost´ı podle koeficient˚ u v konfiguraˇcn´ım souboru a do soubor˚ u výstupn´ıch ukládá jak napˇet´ı, tak hodnoty pˇrepoˇctené. Perioda vzorkován´ı byla prodlouˇzena na 5 minut.

6.2

Zkouˇ ska spolehlivosti

Mˇeˇren´ı bylo provázeno ˇradou obav. Pˇrednˇe jsem mˇel obavy o spolehlivost mˇeˇr´ıc´ıho programu a protideˇst’ového krytu. Dalˇs´ı nejistota byla zp˚ usobena povˇedom´ım o obˇcasných výpadc´ıch proudu v konventu. Celá mˇeˇric´ı soustava se vˇsak nakonec ukázala jako velice spolehlivá. Za celou dosavadn´ı dobu mˇeˇren´ı doˇslo k jedinému výpadku proudu (23. dubna mezi 5:25 a 6:20), který zp˚ usobil ztrátu cca 1 hodiny namˇeˇrených dat, která v tu dobu byla jen v operaˇcn´ı pamˇeti WinConu. Po obnoven´ı dodávky proudu se WinCon i program sám nastartoval a pokraˇcoval v mˇeˇren´ı sejmut´ım vzorku v 6:25. Jako slabý ˇclánek mˇeˇric´ı soustavy se nakonec ukázal Microlog um´ıstˇený ve 2. patˇre, který po staˇzen´ı dat dne 7. kvˇetna odm´ıtal pˇrijmout nové nastaven´ı a zaˇc´ıt znovu mˇeˇrit. Toto pˇriˇc´ıtám jiˇz slabé baterii v tomto Micrologu. Patrnˇe ze stejného d˚ uvodu vykazuj´ı j´ım namˇeˇrená data ponˇekud vyˇsˇs´ı RH a niˇzˇs´ı teplotu, neˇz by na daném stanoviˇsti mˇela být. podle u ´ daj˚ u z tohoto Micrologu by ve 2. patˇre bylo obsaˇzeno v´ıce vodn´ı páry, neˇz u vodn´ıho zrcadla, coˇz se zdá nerealistické. Pokud se povede tento Microlog znovu nastartovat, bude pˇresnost jeho mˇeˇren´ı podrobena bliˇzˇs´ımu zkoumán´ı.

6.3

Z´ıskan´ a data

Na následuj´ıc´ıch stranách 36 aˇz 39 jsou uvedeny grafy relativn´ıch vlhkost´ı a teplot v jednotlivých patrech konventu tak, jak byly v pr˚ ubˇehu mˇeˇren´ı zaznamenány jednotlivými zaˇr´ızen´ımi. Grafy z Microlog˚ u zaˇc´ınaj´ı o p˚ ulnoci (v 00:00) 14. dubna 2008. (14. 33

duben je nultým dnem na grafech.) Grafy z WinConu zaˇc´ınaj´ı o p˚ ulnoci (také v 00:00) 17. dubna 2008. (17. duben je tˇret´ım dnem na grafech.) Vˇsechny grafy konˇc´ı dne 6. kvˇetna ve 23:55. Aˇckoliv data z ambitové chodby ve druhém patˇre nejsou patrnˇe v absolutn´ıch hodnotách správné, poskytuj´ı dobrý obraz o teplotn´ıch vlhkostn´ıch výkyvech a vlivu vˇetrán´ı na nˇe bˇehem jednotlivých dn´ı. Teplotn´ı ˇspiˇcky, které se na grafech z ambitových chodeb objevuj´ı témˇeˇr kaˇrdý den, jsou zp˚ usobeny osvˇetlen´ım Sluncem, zapadaj´ıc´ım nad severozápadn´ım kˇr´ıdlem budovy. ˇ Cidlo na vnˇejˇs´ım obvodu bylo naopak osvˇetlováno vˇzdy nˇekolik hodin po východu Slunce. Na grafech z pˇr´ızem´ı a druhého patra, které jsou vytvoˇreny z dat namˇeˇrených Micrology, jsou uvedeny dvˇe hodnoty rosného bodu. Prvn´ı z nich je vypoˇctena softwarem Microlab, dodávaném k Microlog˚ um pro stahován´ı a zobrazován´ı dat. Druhá je pak vypoˇctena pomoc´ı mnou vytvoˇrené funkce pro program Octave. Hodnoty vypoˇctené moj´ı metodou aˇz na drobný offset pˇresnˇe kop´ıruj´ı hodnoty z Microlabu. Pˇr´ıˇcinu tohoto offsetu se mi nepodaˇrilo zjistit, protoˇze tyto hodnoty vycházej´ı i pˇri ruˇcn´ım pˇrepoˇctu pomoc´ı tabulky v [2]. 6.3.1

Z´ aznamy o vˇ etr´ an´ı

Po dobu mˇeˇren´ı zachyceného na grafech bylo v konventu provádˇeno vˇetrán´ı podle p˚ uvodn´ıch pravidel uvedených v ˇcásti 1.3 na stranˇe 12. Zde jsou uvedeny záznamy o vˇetrán´ı bˇehem sledovaného obdob´ı zaznamenaného na grafech. Jde o pˇrepis z vˇetrac´ıho ” den´ıku“, který byl bˇehem mˇeˇren´ı v konventu zaveden. • 20. dubna 2008 (6. den na grafech): 14:30 – Otevˇrena okna v ambitu ve druhém a v prvn´ım patˇre severovýchodn´ıho kˇr´ıdla konventu. Dveˇre byly otevˇrené jiˇz pˇredt´ım. 15:25 – Zavˇrena vˇsechna okna. Dveˇre z˚ ustávaj´ı otevˇrené. • 21. dubna 2008 (7. den na grafech): 13:40 – Otevˇrena okna v ambitu ve 2. patˇre severovýchodn´ıho kˇr´ıdla konventu. Otevˇreny dveˇre. 15:30 – Zavˇrena vˇsechna okna, zavˇreny dveˇre • 24. dubna 2008 (10. den na grafech): 14:15 – Otevˇreno 10 oken v SV kˇr´ıdle ambitové chodby ve 2. patˇre. Okna zav´ıraj´ı hl´ıdaˇci kolem 18. hodiny veˇcer. Stejnˇe tomu je i ve vˇsech následuj´ıc´ıch pˇr´ıpadech. • 26. dubna 2008 (12. den na grafech): 13:05 – Otevˇreno 15 oken v SV kˇr´ıdle ambitové chodby ve 2. patˇre. Venkovn´ı dveˇre (hlavn´ı vchod v pˇr´ızem´ı) otevˇreny ve 12:50. • 27. dubna 2008 (13. den na grafech): 14:20 – Otevˇreno 15 oken v SV kˇr´ıdle ambitové chodby ve 2. patˇre. Venkovn´ı dveˇre otevˇreny v cca 11:30. • 28. dubna 2008 (14. den na grafech): 14:30 – Otevˇreno 14 oken v SV kˇr´ıdle ambitové chodby ve 2. patˇre. (Pro tento a následuj´ıc´ı dny chyb´ı u ´ daje o otev´ırán´ı dveˇr´ı.) 34

• 3. kvˇetna 2008 (19. den na grafech): 11:30 – Otevˇreno 10 oken v SV kˇr´ıdle ambitové chodby ve 2. patˇre. • 4. kvˇetna 2008 (20. den na grafech): 10:10 – Otevˇreno 15 oken v SV kˇr´ıdle ambitové chodby ve 2. patˇre. V následuj´ıc´ıch dnech, které jiˇz nejsou zachyceny na uvedených grafech, byla otev´ırána okna ve druhém i prvn´ım patˇre. Vzhledem k tomu, ˇze mˇeˇren´ı stále prob´ıhá, nen´ı moˇzné do této práce uvést nejaktuálnˇejˇs´ı výsledky. Za t´ımto u ´ˇcelem informace o prob´ıhaj´ıc´ım ’ mˇeˇren´ı umist uji na své internetové stránky vˇenované tomuto projektu, jejichˇz adresa je http://control.kx.cz/airflow/. Zde je moˇzno naj´ıt informace o výzkumu z pˇredchoz´ıch let a také aktuáln´ı informace o souˇcasném mˇeˇren´ı. Veˇskerá data z´ıskaná a zpracovaná k danému dni, jsou souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy této práce. 6.3.2

Zaj´ımav´ e povˇ etrnostn´ı podm´ınky

Na grafech je zachyceno nˇekolik zaj´ımavých povˇetrnostn´ıch situac´ı: • Zvýˇsen´ı rosného bodu vnˇejˇs´ıho vzduchu vlivem oteplen´ı (pˇreváˇznˇe zvýˇsen´ı noˇcn´ıch teplot) od 19. do 22. dubna (5. aˇz 8. den na grafech). Zvýˇsen´ım vnˇejˇs´ı teploty doˇslo ke zvýˇsen´ı výparu vody do ovzduˇs´ı. Krátkým otevˇren´ım oken ve dnech 20. a 21. dubna tedy doˇslo ke zvýˇsen´ı vlhkosti vzduchu v budovˇe konventu. • Následuje vlna suˇsˇs´ıho vzduchu od 23. do 28. dubna (9. aˇz 14. den na grafech). Tyto dny bylo vˇetráno ˇcasto. Podaˇrilo se m´ırnˇe sn´ıˇzit vlhkost vzduchu (absolutn´ı i relativn´ı) a zvýˇsit teplotu ve vˇsech patrech budovy. • Po tomto obdob´ı a celodenn´ıch sráˇzkách 29. dubna následuje opˇet zvýˇsen´ı obsahu vodný páry ve vzduchu, které je doˇcasnˇe pˇreruˇseno dne 4. kvˇetna (20. den na grafech). Dne 29. dubna (15. den na grafech) je patrný velký nár˚ ust vlhkosti vzduchu v budovˇe (absolutn´ı i relativn´ı) i pˇresto, ˇze byla okna zavˇrena. Naopak dne 4. dubna (20. den na grafech) docház´ı vlivem vstupu velmi suchého vzduchu do budovy k výraznému sn´ıˇzen´ı absolutn´ıch i relativn´ıch vlhkost´ı ve vˇsech patrech budovy. V následuj´ıc´ıch dnech vˇsak vlhkost opˇet stoupá.

35

prizemi - u jizniho zrcadla

9

teplota [C]

8

7

6

5

teplota rosny bod - Microlab rosny bod - muj vypocet

4 0

5

10

15

20

cas [dny]

prizemi - u jizniho zrcadla

91

90

vlhkost [%]

89

88

87

86

85

84 relativni vlhkost 83 0

5

10

15 cas [dny]

36

20

1. patro - ambitova chodba teplota rosny bod

18 16 14

teplota [C]

12 10 8 6 4 2 5

10

15

20

cas [dny]

1. patro - ambitova chodba 75

70

vlhkost [%]

65

60

55

50

45

40

relativni vlhkost 5

10

15 cas [dny]

37

20

1. patro - vnejsi obvod

25

teplota rosny bod

20

teplota [C]

15

10

5

0

-5 5

10

15

20

cas [dny]

1. patro - vnejsi obvod

80

70

vlhkost [%]

60

50

40

30

20

relativni vlhkost 5

10

15 cas [dny]

38

20

2. patro - ambitova chodba 20 teplota rosny bod - Microlab rosny bod - muj vypocet

18 16

teplota [C]

14 12 10 8 6 4 2 0

5

10

15

20

15

20

cas [dny]

2. patro - ambitova chodba

80 75 70

vlhkost [%]

65 60 55 50 45 40 relativni vlhkost 35 0

5

10 cas [dny]

39

6.4

Nov´ a pravidla pro vˇ etr´ an´ı

Na základˇe provedených mˇeˇren´ı a pozorován´ı vnˇejˇs´ıch povˇetrnostn´ıch podm´ınek a jejich vlivu na vnitˇrek budovy konventu jsem vytvoˇrit sadu pravidel pro vˇetrán´ı, jejichˇz c´ılem je souˇcasnˇe zvyˇsovat teplotu a sniˇzovat vlhkost v budovˇe: 1. Pro zahájen´ı vˇetrán´ı, ˇci pokraˇcován´ı v nˇem musej´ı být vˇsechna následuj´ıc´ı kritéria splnˇena. 2. Vstupn´ı (vnˇejˇs´ı) vzduch mus´ı m´ıt vyˇsˇs´ı teplotu, neˇz nejteplejˇs´ı vzduch uvnitˇr budovy.1 3. Rosný bod vnˇejˇs´ıho vzduchu mus´ı m´ıt niˇzˇs´ı hodnotu, neˇz je teplota nestudenˇejˇs´ıho m´ısta v cestˇe proud´ıc´ıho vzduchu uvnitˇr budovy. (Rosný bod vnˇejˇs´ıho vzduchu mus´ı m´ıt niˇzˇs´ı hodnotu, neˇz je teplota u vodn´ıch zrcadel) Posledn´ı pravidlo je jeˇstˇe moˇzné zes´ılit“ tak, ˇze zde nebude uvaˇzována teplota nej” studenˇejˇs´ıho m´ısta, ale teplota rosného bodu vzduchu v nejstudenˇejˇs´ım m´ıstˇe. Pouˇzit´ı tˇechto kritéri´ı by v budoucnu mˇelo minimalizovat vpouˇstˇen´ı vlhkého nebo studeného vzduchu do budovy a maximalizovat vyuˇzit´ı vzduchu suchého a teplého. V souˇcasné dobˇe jeˇstˇe nemám dostatek experimentáln´ıch dat k urˇcen´ı výhodnosti vˇetrán´ı pomoc´ı oken v r˚ uzných patrech budovy.

6.5

Poradn´ı tabulka

Vyhodnocen´ı splnˇen´ı druhého kritéria je pomˇernˇe snadné. Staˇc´ı porovnat teplotu vzduchu ve druhém patˇre a teplotu vnˇejˇs´ıho vzduchu. Vyhodnocen´ı splnˇen´ı druhého kritéria je jiˇz sloˇzitˇejˇs´ı a neobejde se bez urˇcité formy výpoˇctu. Jak je jiˇz uvedeno v ˇcásti 3.2 na stranˇe 18, snahou bylo uˇcinit vyhodnocován´ı co nejjednoduˇsˇs´ı. Pro tento u ´ˇcel jsem se rozhodl vytvoˇrit tabulku, ve které by bylo moˇzno urˇcit rosný bod vzduchu z jeho teploty a relativn´ı vlhkosti. Pro vytvoˇren´ı tabulky jsem napsal výpoˇcetn´ı skript pro program Octave. Tento skript vyuˇz´ıvá jiˇz vytvoˇrené funkce pro výpoˇcet rosného bodu a je schopen vytváˇret tabulky pro zadaný rozsah teplot a relativn´ıch vlhkost´ı s volitelným krokem. Tabulka uvedená v této práci na stranˇe 41 má z prostorových d˚ uvod˚ u následuj´ıc´ı parametry: • Rozsah teplot od 10 do 30 ◦ C s krokem 1 ◦ C • Rozsah relativn´ıch vlhkost´ı od 25 do 88% s krokem 7% Rosný bod vzduchu se tak nacház´ı na ˇrádku s teplotou a sloupci s relativn´ı vlhkost´ı tohoto vzduchu. Pokud bychom tˇret´ı kritérium pro vˇetrán´ı pouˇz´ıvali v jeho slabˇs´ı verzi, rozhodován´ı o jeho splnˇen´ı by vypadalo následovnˇe: V tabulce bychom uvedeným zp˚ usobem naˇsli rosný bod vnˇejˇs´ıho vzduchu. Pokud je toto ˇc´ıslo niˇzˇs´ı, neˇz teplota u zrcadel, kritérium je splnˇeno a je moˇzné vˇetrat. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe je lepˇs´ı nechat okna zavˇrená. Pˇri pouˇzit´ı silnˇejˇs´ı verze kritéria bychom porovnávali rosný bod vzduchu vnˇejˇs´ıho a vzduchu u zrcadel. 1

Podle pˇredpoklad˚ u by mˇelo b´ yt nejtepleji ve druhém patˇre. Mˇeˇren´ı prob´ıhaj´ıc´ı v tomto m´ıstˇe vˇsak bylo ovlivnˇeno nespr´ avnˇe funguj´ıc´ım Micrologem a tak tento pˇredpoklad nemohu potvrdit.

40

Tabulka pro zjiˇ stˇ en´ı rosn´ eho bodu H HH RH HH t H

30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0

6.6

25,0 32,0 39,0 46,0 53,0

60,0 67,0 74,0 81,0 88,0

6,9 6,1 5,2 4,4 3,5 2,6 1,8 0,9 -0,0 -0,9 -1,8 -2,6 -3,5 -4,3 -5,2 -6,0 -6,8 -7,5 -8,2 -8,9 -9,6

21,0 20,1 19,2 18,3 17,3 16,4 15,5 14,5 13,6 12,7 11,7 10,8 9,8 8,9 7,9 6,9 6,0 5,0 4,0 3,0 2,1

10,8 9,9 9,1 8,2 7,3 6,4 5,6 4,7 3,8 2,8 1,9 1,0 0,1 -0,8 -1,7 -2,6 -3,5 -4,4 -5,2 -6,0 -6,8

13,9 13,1 12,2 11,3 10,4 9,5 8,6 7,7 6,8 5,9 5,0 4,1 3,1 2,2 1,2 0,3 -0,6 -1,5 -2,5 -3,4 -4,2

16,6 15,7 14,8 13,9 13,0 12,1 11,2 10,3 9,4 8,5 7,5 6,6 5,7 4,7 3,8 2,8 1,9 0,9 -0,0 -1,0 -1,9

18,9 18,0 17,1 16,2 15,3 14,4 13,5 12,6 11,6 10,7 9,8 8,8 7,9 6,9 6,0 5,0 4,0 3,1 2,1 1,2 0,2

22,9 21,9 21,0 20,1 19,1 18,2 17,3 16,3 15,4 14,4 13,5 12,5 11,6 10,6 9,6 8,7 7,7 6,7 5,7 4,7 3,8

24,6 23,7 22,7 21,8 20,8 19,9 18,9 17,9 17,0 16,0 15,1 14,1 13,1 12,2 11,2 10,2 9,2 8,3 7,3 6,3 5,3

26,2 25,2 24,3 23,3 22,3 21,4 20,4 19,4 18,5 17,5 16,5 15,6 14,6 13,6 12,6 11,6 10,7 9,7 8,7 7,7 6,7

27,7 26,7 25,7 24,7 23,8 22,8 21,8 20,8 19,8 18,9 17,9 16,9 15,9 14,9 13,9 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0

Shrnut´ı v´ ysledk˚ u

Dosavadn´ı výsledky dosud prob´ıhaj´ıc´ı práce povaˇzuji za u ´ spˇeˇsné. V rámci této bakaláˇrské práce jsem u ´ spˇeˇsnˇe navrhl a realizoval zaˇr´ızen´ı pro mˇeˇren´ı teploty a relativn´ı vlhkosti vzduchu vnˇe i uvnitˇr budovy konventu plaského kláˇstera. Následnˇe jsem toto zaˇr´ızen´ı nainstaloval do konventu, kde spolu s kláˇstern´ımi zaˇr´ızen´ımi jiˇz v´ıce neˇz mˇes´ıc bˇeˇz´ı a zaznamenává zm´ınˇené veliˇciny vnˇejˇs´ıho i vnitˇrn´ıho vzduchu. Po zpracován´ı dosud namˇeˇrených dat jsem vypracoval novou sadu pravidel pro vˇetrán´ı v konventu. Pouˇz´ıván´ı tˇechto pravidel (kritéri´ı) by mˇelo vést ke sn´ıˇzen´ı vlhkosti a zvýˇsen´ı teploty v budovˇe v jarn´ım a letn´ım obdob´ı. Aby bylo pro obsluhu moˇzno vyhodnocovat splnˇen´ı kritéri´ı bez provádˇen´ı výpoˇct˚ u, vytvoˇril jsem tabulku, pomoc´ı které je moˇzno poˇzadovanou informaci velmi snadno zjistit. Celý poradn´ı systém“, ” jehoˇz vytvoˇren´ı bylo c´ılem této práce je pak moˇzno um´ıstit na jednu stranu pap´ıru A4. V budoucnu bude moci být do konventu nainstalováno elektronické zaˇr´ızen´ı, sleduj´ıc´ı smˇerodatné veliˇciny a vyuˇz´ıvaj´ıc´ı pravidla vytvoˇrená v této práci, které bude obsluze signalizovat, zda je výhodné ˇci nutné okna otevˇr´ıt, nebo zavˇr´ıt. Vˇsechna dosud namˇeˇrená data, zdrojové kódy mnou vytvoˇrených program˚ u a výpoˇcetn´ıch skript˚ u pouˇzitých v této práci, fotodokumentace a datové listy pouˇzitých ˇcidel jsou souˇcást´ı elektronické pˇr´ılohy. Nejaktuálnˇejˇs´ı informace o mˇeˇren´ı jsou zveˇrejˇ novány na mých internetových stránkách http://control.kx.cz/airflow/.

41

Reference ˇ ak sen., Josef Reh´ ˇ ak jun. Nové poznatky o vodn´ım systému kláˇstera v [1] Josef Reh´ Plas´ıch. v Plaský kláˇster a jeho minulý i souˇcasný pˇr´ınos pro kulturn´ı dˇejiny. 1. vyd. [s.l.] : [s.n.], [2005]. s. 39-48. [2] Josef Kalˇc´ık, Karel Sýkora: Technická termomechanika, Academia Praha (1973) ˇ ak sen.: Kláˇster Plasy: Odvodˇ [3] Josef Reh´ novac´ı a zavodˇ novac´ı systém: Speleologický pr˚ uzkum: druhá ˇcást, 1994 ˇ ak sen.: Kláˇster Plasy: Odvodˇ [4] Josef Reh´ novac´ı a zavodˇ novac´ı systém: Speleologický pr˚ uzkum: ˇctvrtá ˇcást, 1996 ˇ ak sen.: Kláˇster Plasy - Fotodokumentace, 1998 [5] Josef Reh´ ˇ ak sen.: Kláˇster Plasy - NKP: Vodn´ı a vˇetrac´ı systém: Speleologický [6] Josef Reh´ pr˚ uzkum 2006, Semily 2006 [7] TZB-info : stavebnictv´ı, u ´spory energi´ı, technická zaˇr´ızen´ı budov [online]. 20012008 [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: http://www.tzb-info.cz [8] GEMA ART GROUP [online]. [2008] [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: http://www.gemaart.cz [9] Projekt Bibliografické citace [online]. [2004-2008] [cit. 2008-05-18]. Server pro generován´ı bibliografických citac´ı v korektn´ım formátu. Dostupný z WWW: http://www.citace.com [10] TFA Dostmann [online]. [2008] [cit. 2008-05-18]. Internetové stránky výrobce meteorologických stanic pro pˇreváˇznˇe domác´ı pouˇzit´ı. Dostupný z WWW: http://www.tfa-dostmann.de [11] Conrad.cz [online]. [2008] [cit. 2008-05-18]. Internetové stránky zásilkového obchodu s elektronikou a elektronickými souˇcástkami. Dostupný z WWW: http://www.icpdas.com [12] Microsoft Developer Network [online]. [2008] [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: http://www.msdn.com [13] ICP DAS [online]. [2008] [cit. 2008-05-18]. Internetové stránky výrobce WinConu. Dostupný z WWW: http://www.icpdas.com [14] Pr˚ uvodcovské texty a intern´ı dokumenty plaského kláˇstera

42

Západočeská univerzita v Plzni Fakulta aplikovaných věd Katedra kybernetiky. Návrh prototypu pro stabilizaci klimatických

Recommend Documents