O projektu

Konvent (budova, která v 18. století sloužila jako centrum plaského kláštera) byl vybudován v letech 1713 až 1739 podle plánů architekta Jana Blažeje Santiniho v meandru řeky Střely. Z důvodů stability stojí konvent na 5100 dubových pilířích (tzv. pilotách) a na nich položeném dubovém roštu. Tato dřevěná konstrukce je z důvodu konzervace uměle zaplavena vodou. Voda ke dřevu nepouští vzduch, a dřevo tedy nemůže hnít a zůstává pevné.

Jak plyne z výše uvedeného, konvent je historická budova stojící na vodě. V současné době není vytápěna a jediná možnost, jak budovu alespoň na jaře a v létě ohřát, je větrat a pouštět do ní tím pádem teplý vzduch. Protože je ale budova v přízemí velmi studená, je nutné z důvodu zabránění kondenzace vzdušné vlhkosti hlídat při větrání nejen teplotu vnějšího vzduchu, ale také jeho vlhkost.

Jak teď v konventu vědí, kdy větrat?

Na jaře 2011 jsem napsal jednoduchý počítačový program, nazvaný AirflowOnline, který výrazně pomáhá v rozhodování o větrání. Tento program nahrazuje poradní a měřicí systém z roku 2010, který byl pro obsluhu komfortnější, ale jeho součásti se musely vrátit na Katedru kybernetiky FAV ZČU. Program AirflowOnline není přímo připojen na žádné měřicí přístroje. Ke zjišťování informací o aktuálním počasí využívá server WolframAlpha. Do programu se následně ručně vkládá informace o teplotě zdi u tzv. jižního vodního zrcadla. Ručně zaznamenaná teplota a současný stav větrání se také automaticky posílá na můj Twitter.

Program porovná teplotu u zrcadla s hodnotou rosného bodu získanou z Wolframu. Pokud je teplota zdi vyšší než rosný bod, je možné v konventu větrat a program toto doporučení sdělí zprávou na obrazovce počítače v kanceláři správy objektu. Pokud je naopak hodnota rosného bodu vyšší, větrat se nesmí a tento fakt je opět programem ohlášen.

Pro přístup k datům z Wolframu používám knihovnu WolframAlpha Java Binding (v1.0) By Todd Gayley a pro obsluhu Twitteru potom Twitter4J.

Proč se měří teplota na zdi a co je rosný bod?

Nejprve si řekněme něco o rosném bodu. Vzduch v sobě vždy obsahuje určité množství vodní páry (kolik) a čím teplejší vzduch je, tím více vodní páry může obsahovat. Obvykle se v této souvislosti hovoří o relativní vlhkosti, která udává, z kolika procent je vzduch párou nasycen. Pokud bychom vzali nějaký objem vzduchu, který není nasycen zcela a ochlazovali jej, došlo by k tomu, že by ztrácel schopnost vázat vodní páru a jeho relativní vlhkost by stoupala až ke 100%. Této teplotě se říká rosný bod. Pokud bychom vzduch ochladili ještě více, začal by se vody zbavovat ve formě drobných kapiček. Došlo by je kondenzaci. Kondenzaci se chceme v konventu vyvarovat. Pro rozhodnutí o větrání tedy potřebujeme vědět, jaká je nejnižší teplota v budově a jaká je hodnota rosného bodu vnějšího vzduchu. Jako poměrně snadno dostupné místo s (možná ne zcela) nejnižší teplotou byla zvolena zeď u jižního vodního zrcadla. Nyní již tedy víte, proč se měří teplota na zdi a co je rosný bod.

Hlubší historie projektu

2006

Projekt Airflow začíná jako semestrální práce z předmětu KKY/SIMUL pod vedením Ing. Martina Čecha. V létě 2006 pokračuji vlastními měřeními prováděnými pomocí upraveného počítače RCX od firmy LEGO a dataloggeru MicroLog PRO EC750.

V následujícím zimním semestru konzultuji možnosti a postupy zpracování naměřených dat s Ing. Ivo Punčochářem. Moje snaha je zaměřena na použití naměřených dat k získání matematických modelů popisujících chování větracího systému a umožňujících předvídání tohoto chování za různých povětrnostních podmínek.

2007

V letní sezóně pokračuji dalším měřením. Tentokrát je navíc sledován pohyb vzduchu v Modré štole, která je součástí vodního systému konventu. K měření teploty v jednotlivých patrech budovy se přidává i sledování vlhkosti vzduchu a osvětlení.

Díky počítačovému programu Sysquake mohu vyhodnocovat data ihned po jejich stažení z měřicích přístrojů přímo v klášteře.

Navazuji spolupráci s firmou Josef Řehák SPELEO, která se již léta zabývá výzkumem a opatrováním vodního systému konventu.

2008

Projekt Airflow byl zadán jako téma mé bakalářské práce. Vedoucím práce je Doc. Ing. Eduard JANEČEK CSc. Na jaře jsem do budovy konventu instaloval sadu přístrojů pro měření teploty a vlhkosti vzduchu. Soustava pracovala téměř nepřetržitě po dobu dvou měsíců a poskytla velmi cenné informace o chování vzduchu a tím i klimatických podmínkách v budově

Pro účely měření jsem navrhl a realizoval software (v jazyce C#) pro průmyslový počítač WinCon, který shromažďoval údaje z prvního patra budovy. Dále jsem implementoval řadu zpracovávacích, výpočetních a vyhodnocovacích algoritmů v jazycích Java a Octave.

Získaná data byla využita pro vytipování kritických míst budovy konventu, podle kterých by se mělo řídit větrání budovy a byla vytvořena pravidla pro správné větrání.

Pro vydání novin MF DNES 21. července jsem poskytl rozhovor o projektu Airflow.

V září jsem projekt prezentoval jako součást expozice Katedry kybernetiky na Dnech vědy a techniky v Plzni.

2009

Navazuji spolupráci s Ing. Ondřejem Ježkem, který pracuje na společném projektu Katedry kybernetiky a Fakulty elektrotechnické Západočeské univerzity, jehož cílem je vytvoření samostatného měřicího a řídicího mikropočítače s velkými možnostmi komunikace s jinými zařízeními.

Tento mikropočítač s názvem Emboard se po dokončení jeví jako velmi perspektivní zařízení vhodné k umístění do budovy konventu a umožňující sledování a vyhodnocování klimatických podmínek v reálném čase a zobrazování informací obsluze, která bude podle situace regulovat větrání v budově.

Projekt Airflow v květnu vyhrál na Studentské vědecké konferenci FAV 2009

Pro budoucí vyhodnocování, zobrazování a archivaci dat a komunikaci s Emboardem vytvářím aplikaci v jazyce Java. Aplikace je nazvána Airflow Desktop. Vizualizační část aplikace je nyní testována na počítačích v konventu.

2010

Od 1. května je dokončené trvalé měřicí zařízení umístěno v budově konventu plaského kláštera. Funguje bez poruch. personál v kanceláři správy objektu může sledovat vývoj parametrů vzduchu v reálném čase na obrazovce PC a adekvátně reagovat změnou režimu ventilace. Větrání či nevětrání budovy doporučuje měřicí systém na základě vestavěných pravidel.

21. května jsem odevzdal diplomovou práci.

1. června jsem prezentoval projekt na Studentské vědecké konferenci FAV. Příspěvek byl oceněn jako druhý nejzajímavější v magisterské kategorii sekce kybernetika - informatika.

V polovině června byla vysoká teplota vzduchu doprovázena jeho velkým nasycením vodou. Riziko kondenzace nelze v takových případech odhalit bez patřičných měřicích přístrojů. V této situaci se naplno ukázala užitečnost instalovaného měřicího systému Airflow, který nebezpečí pro budovu rozpoznal a zakázal v konventu větrat. Vlhký vzduch se tak podařilo udržet v maximální možné míře mimo budovu.

22. června jsem úspěšně obhájil svoji diplomovou práci a složil státní závěrečnou zkoušku.

Měřicí zařízení v konventu pracovalo v objektu až do konce září, kdy bylo demontováno a uloženo na Katedře kybernetiky FAV ZČU.