Σύστημα ροής εργασιών διαχείρισης ενέργειας και περιβάλλοντος σε σχολικά κτίρια Α. Μασούρας *, Α. Μπασούκος *, Α. Καπράρα *, Κ. Καρατζάς *, A. Αυγελής #, Σ. Οξυζίδης # και Α. Παπαδόπουλος # Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΑΠΘ (*) Ομάδα Εφαρμογών Συστημάτων Πληροφορικής (#) Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Τηλ/Φαξ: 2310

Αντί προλόγου: “Μία καθημερινή μέρα στο σχολείο” (Μικρή ιστορία)

Κάθε μέρα, σε κάποιες σχολικές αίθουσες.. (όχι σαν αυτή!)

Κάθε μέρα, σε κάποιες σχολικές αίθουσες... ... Κάποιοι μαθητές διαμαρτύρονται για προβλήματα αναπνοής ... Διδάσκοντες διαμαρτύρονται για μεγάλο αριθμό μαθητών ανά αίθουσα ... Μαθητές παραπονιούνται ότι κρυώνουν ή ζεσταίνονται υπερβολικά ... Διευθυντές ανησυχούν για πιστώσεις δαπανών θέρμανσης..

Τι θα ήταν χρήσιμο Για θέματα Ποιότητας Αέρα Eσωτερικών Xώρων (ΠΑΕΧ) αλλά και διαχείρισης ενέργειας σε σχολεία:  Ένας διαρκώς διαθέσιμος «συμβουλάτορας»  Μία πηγή διαρκώς ανανεούμενης πληροφόρησης, που θα με καθοδηγεί στο να βρίσκω ότι μου χρειάζεται  Πρακτικές συμβουλές (τι να αποφύγω, τι να πράξω)  Απλά υπολογιστικά εργαλεία

ISBEEM Τι είναι:  Σύστημα πληροφορικής για τη διαχείριση ενέργειας και περιβάλλοντος, το οποίο αναπτύσσεται βάσει της ροής των σχετικών εργασιών που επιτελούνται από τους εμπλεκόμενους (μηχανικούς, υπηρεσίες του δημοσίου, εκπαιδευτικούς) σε σχέση με σχολικά κτίρια.  Indoor environment and energy management informatics system for school buildings (ISBEEM)  ΥΠΕΠΘ/Ε.Π.Ε.Α.Ε.Κ, Δράση ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ II: «Ενίσχυση Ερευνητικών Ομάδων στα Πανεπιστήμια», Μάιος Αύγουστος 2006, 

Συνέπειες κακής ΠΑΕΧ  Προβλήματα Υγείας  Απόδοση μαθητών & καθηγητών  Απώλεια «εμπιστοσύνης» πολιτών  Θέματα νομικής ευθύνης;  Αρνητική εικόνα σε ΜΜΕ

Η καλή ΠΑΕΧ είναι σημαντική για την εκπαιδευτική διαδικασία  Το άσθμα είναι ένας παράγοντας με ολοένα πιο διευρυμένη βαρύτητα μεταξύ παιδιών  Στις ΗΠΑ «κοστίζει» 14 εκατομμύρια χαμένες σχολειο-ημέρες / έτος  Τα παιδιά που δεν βρίσκονται στο σχολείο δεν μπορούν να εκπαιδευτούν  Προβλήματα διακοπτόμενου και μη ξεκούραστου ύπνου  Η κακή ΠΑΕΧ μπορεί να οδηγήσει σε πονοκεφάλους, ζαλάδα, υπνηλία, και άλλυς παράγοντες μείωσης της απόδοσης στην τάξη  Έχει αποδεχθεί ότι η κακή ΠΑΕΧ επηρεάζει την πνευματική εργασία, την συγκέντρωση και την επιτέλεση υπολογισμών.

Γιατί σχολικά κτίρια; Ιδιαιτερότητες τους, που περιλαμβάνουν:  Περιορισμένος προϋπολογισμός  Πολλά παλαιά κτίρια, με ελλιπή συντήρηση  Χώροι μεγάλης πυκνότητας πληθυσμού  Κτίρια που αλλάζουν χρήση για να εξυπηρετήσουν τις ασφυκτικές στεγαστικές ανάγκες σχολείων, χώροι εντός σκολείων που αλλάζουν χρήση για τους ίδιους λόγους  Συχνές προσθήκες και «αυτοσχεδιασμού»  Ύπαρξη ειδικών κατηγοριών ρυπαντών...

Το πρόβλημα της ενέργειας  Πίεση μείωσης κόστους  Χρήματα (που παρέχονται από Τοπική Αυτοδιοίκηση), συνήθως δεν επαρκούν  Παλαιά Η/Μ συστήματα, υπερ-υπο διαστασιολογημένα  Θεσμός ενεργειακής επιθεώρησης συνεπάγεται ανάγκη κάλυψης μεγάλου αριθμού σχολικών μονάδων.

Τυπικά καθημερινά προβλήματα...  Ανεπαρκής έλεγχος της υγρασίας, γεγονός που δύναται να έχει επιπτώσεις στο μικροβιολογικό φορτίο εντός των αιθουσών, στην αίσθηση ποιότητας αέρα και θερμικής άνεσης των χρηστών, στα επίπεδα συγκεντρώσεων φορμαλδεΰδης, στην εμφάνιση μούχλας και μυκήτων κλπ  Υψηλές συγκεντρώσεις CO2 λόγω προβλημάτων εξαερισμού  Προβλήματα κόπωσης και έλλειψης προσοχής μαθητών λόγω πολλαπλών περιβαλλοντικών φορτίσεων εντός των αιθουσών

 Γνώση του ποσού, των περιοχών και της διαχρονικής εξέλιξης της ενεργειακής κατανάλωσης στο κτίριο ή το συγκρότημα, δηλαδή της ενεργειακής του ταυτότητας.  Ιεράρχηση, αξιολόγηση και πρόταση προς κάποιο φορέα διαχείρισης, κατάλληλων δυνατοτήτων εξοικονόμησης ενέργειας μέσω επεμβάσεων τόσο στο κτιριακό κέλυφος όσο και στις ηλεκτρομηχανολογικές εγκαταστάσεις (θέρμανσης, κλιματισμού, αερισμού, φωτισμού κ.α.) και συσκευές. Αλλά και πονοκέφαλος για τον μηχανικό...

ISBEEM: κατηγορίες χρηστών  Διαχειριστές του συστήματος. Αυτοί ορίζουν και δημιουργούν τα ερωτηματολόγια που προσφέρει η εφαρμογή (στη βάση βιβλιοθήκης έτοιμων ερωτηματολογίων), καθώς και τους χρήστες της εφαρμογής και τα δικαιώματα τους.  Μηχανικοί, που αποτυπώνουν στοιχεία για το σχολείο, με στόχο την ενημέρωση των αρχείων του Οργανισμού Σχολικών Κτιρίων, ή των κατά τόπους αρμόδιων Δήμων ή Νομαρχιών, αλλά και για τη σύνταξη αναφορών προς Γραφεία και Διευθύνσεις πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Ο μηχανικός μπορεί να συμπληρώνει ερωτηματολόγια ή να αλληλεπιδρά με το σύστημα και να χρησιμοποιεί εξ’αποστάσεως εφαρμογές, είτε μέσω υπολογιστή είτε μέσω κινητού τηλεφώνου, υπολογιστή παλάμης (PDA) ή φορητού υπολογιστή.  Διευθυντές σχολείων, αλλά και άλλα μέλη της εκπαιδευτικής κοινότητας, που δύνανται να προ-συμπληρώσουν στοιχεία του σχολείου για την διευκόλυνση του μηχανικού, να δημιουργήσουν ερωτηματολόγια προσαρμοσμένα στις ανάγκες της συγκεκριμένης σχολικής μονάδας και να εκτυπώσει αυτά ή προϋπάρχοντα.  Αρμόδιοι φορείς

Αρχιτεκτονική συστήματος  Προσβασιμότητα και ευχρηστία:  Παράλληλη χρήση εφαρμογής από πολλούς χρήστες,  Δεν απαιτείται εγκατάσταση εξειδικευμένου λογισμικού  Δεν απαιτείται παρουσία του χρήστη σε συγκεκριμένο φυσικό χώρο για την εισαγωγή των δεδομένων.  Φιλικότητα  Συντηρησιμότητα και επεκτασιμότητα: Καθώς η επικοινωνία των τμημάτων της εφαρμογής γίνεται μέσω τυποποιημένων διεπαφών, καθίσταται πιο εύκολη η επέκταση και συντήρηση των μερών της.  Δυνατότητα διαμόρφωσης ερωτήσεων και πεδίων ερωτηματολογίων!

Στοιχεία λογισμικού  Γλώσσα υλοποίησης : Java 1.4,(η επιλογή της συγκεκριμένης έκδοσης έγινε για μέγιστη συμβατότητα).  Τεχνολογίες:  J2EE (Java 2 Enterprise Edition) – προδιαγραφές για την υλοποίηση n-tier (απομακρυσμένων) εφαρμογών σε Java.  JDBC – ο κατ'εξοχήν τρόπος πρόσβασης σε SQL-συμβατές βάσεις δεδομένων από Java  Tomcat – ένας δημοφιλής servlet container, υλοποιημένος με βασικό κριτήριο την ορθότητα. Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  Turbine – ένα application framework με ιστορία χρόνων, που διευκολύνει την υλοποίηση ιστοεφαρμογών προσφέροντας άμεσα έναν σκελετό για την εφαρμογή και άμεσα διαθέσιμες υποστηρικτικές λειτουργίες. Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  Torque – ένα σύστημα ORM (αντικειμενοστραφούς – σχεσιακής απεικόνισης) που διευκολύνει την δημιουργία σχεσιακών βάσεων δεδομένων και την χρήση αντικειμενοστραφών ιδιωμάτων για την πρόσβαση σε αυτές από κώδικα Java.Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  PostgreSQL – μια ισχυρή βάση δεδομένων συμβατή με SQL που είναι ΕΛ/ΛΑΚ και έχει καλή διασύνδεση με Java.Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  Axis – η βιβλιοθήκη υποστήριξης Web Services για Java, υποστηριζόμενη από το Apache Foundation.Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  Maven – εργαλείο υποστήριξης ανάπτυξης και αυτοματοποίησης διαδικασιών ανάπτυξης μονάδων λογισμικού Java. Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  Eclipse –περιβάλλον ανάπτυξης Java, υποστηριζόμενο από την IBM και άλλες μεγάλες εταιρίες. Διατίθεται με άδεια ΕΛ/ΛΑΚ.  Τρέχον μέγεθος εφαρμογής γραμμές κώδικα (Java & HTML)

Παράδειγμα εφαρμογής

Σε ένα σχολείο ο σύλλογος καθηγητών διαπίστωσε ότι αφενός εμφανίζονται προβλήματα δυσφορίας και κόπωσης των μαθητών, και αφετέρου ο αριθμός των ασθενών μαθητών από ασθένειες του αναπνευστικού έχει αυξηθεί ιδιαίτερα. Για τη διερεύνηση του προβλήματος, ο σύλλογος ανέθεσε σε μία καθηγήτρια να χρησιμοποιήσει την διαδικτυακή εφαρμογή που προσφέρεται. Η συγκεκριμένη καθηγήτρια, αφού εκκίνησε την εφαρμογή από τον διαδικτυακό τόπο του συστήματος, εντόπισε με την βοήθειά της τα κατάλληλα ερωτηματολόγια τα οποία και συμπλήρωσε με στοιχεία όπως εμβαδόν κάθε αίθουσας, αριθμός μαθητών, ανοίγματα-παράθυρα, ωράριο λειτουργίας, είδος και συνθήκες λειτουργίας συστήματος θέρμανσης, κλπ.

Παράδειγμα εφαρμογής Η εφαρμογή αμέσως μετά υπολόγισε τις ελάχιστες απαιτήσεις σε αερισμό για κάθε αίθουσα, και εντόπισε αίθουσα για την οποία τα υφιστάμενα ανοίγματα δεν επαρκούσαν για τον φυσικό αερισμό της, ακόμη και εάν τα παράθυρα έμεναν ανοιχτά καθ’όλη τη διάρκεια των μαθημάτων. Επρόκειτο για χώρο που αρχικά ήταν βοηθητικός χώρο αποθήκης, ο οποίος μετατράπηκε σε αίθουσα διδασκαλίας, λόγω της αύξησης του αριθμού των μαθητών του σχολείου, ο οποίος επήλθε από την οικιστική ανάπτυξη της περιοχής τα τελευταία χρόνια. Κατόπιν, η εφαρμογή «συνέστησε» στον χρήση δυνατότητες μηχανικού αερισμού, με την προσθήκη κατάλληλου ανεμιστήρα, κλιματιστικού ή συστήματος κεντρικού εξαερισμού. Ο καθηγητής ενημέρωσε τον σύλλογο, ο οποίος επιβεβαίωσε ότι βάσει των παραπόνων μαθητών αλλά και των αναφορών των καθηγητών, η αίθουσα αυτή «έπασχε» πολύ περισσότερο από τις υπόλοιπες του σχολείου, και ζήτησε την μελέτη και τοποθέτηση μηχανικού εξαερισμού στον χώρο, ενώ ενέκρινε την άμεση αγορά και τοποθέτηση δύο ανεμιστήρων, οι οποίοι τοποθετήθηκαν μεταξύ πόρτας και ανοιγμάτων, όπως είχε προτείνει η εφαρμογή.

Συνοπτικός ενεργειακός έλεγχος

Συμπεράσματα  Τα προβλήματα διαχείρισης ενέργειας και περιβάλλοντος στον κτιριακό τομέα αποκτούν ιδιαίτερη σημασία, όταν εξειδικεύονται για σχολικά κτίρια.  Η εκπαιδευτική κοινότητα, αλλά και οι διάφορες δημόσιες υπηρεσίες και οι εμπλεκόμενοι μηχανικοί δεν έχουν την απαραίτητη ενημέρωση και καθοδήγηση για τον εντοπισμό και την αντιμετώπιση σχετικών προβλημάτων, γεγονός που έχει αρνητικές επιπτώσεις και στην λειτουργία των σχολικών μονάδων, αλλά και σε θέματα εξοικονόμησης πόρων μέσω της εξοικονόμησης ενέργειας.  Το σύστημα που περιγράφεται στην παρούσα εργασία, αντιμετωπίζει το πρόβλημα αυτό με το να καταγράφει την αλληλουχία των δράσεων (ροή εργασιών) που απαιτούνται για την εκτέλεση καταγραφών και ελέγχων σε επίπεδο σχολικών μονάδων, και με το να παρέχει καθοδήγηση και συμβουλές (εν είδη έξυπνης εφαρμογής), για την αντιμετώπιση βασικών προβλημάτων.  Ταυτόχρονα, το σύστημα βοηθά στην καταγραφή όλων των στοιχείων που απαιτούνται για τη συμπλήρωση των ερωτηματολογίων Συνοπτικών Ενεργειακών Ελέγχων που προβλέπει η σχετική νομοθεσία.  Σε τελικό στάδιο, αναμένεται ότι το σύστημα θα βοηθήσει στην κεφαλαιοποίηση της εμπειρίας που θα προκύψει από τη διερεύνηση και δόμηση του συστήματος πληροφορικής, για χρήση και εφαρμογή σε πληθώρα όμοιων προβλημάτων ποικίλων κλάδων Μηχανικών.

Σας ευχαριστώ!