Selv NTNU faller for lilla lys i dusjen og sensorstyrte toaletter når de skal lage smarthus

Trondheim: Selv om formålet med smarthuset er teknisk nok, som å undersøke hvordan smarte energiløsninger og komponenter reagerer på forstyrrelser i strømnettet, er det ingen grunn til å velge kjedelige laster på kursene.

Det nye smarthuset på NTNU skal tross alt lokke til seg studenter, slik at de får lyst til å skrive oppgaver om energistyring, prismodeller, sikkerhet, mobil-integrering og andre muligheter som de nye energisystemene åpner for. Da kan det ikke skade at lyset i dusjen skifter farge, at det følger fjernkontroll med doen eller at det er berøringsskjerm på kjøleskapet.

– Det er allerede flere studenter som er i gang med praktiske studier her inne, sier Eilif Hugo Hansen, førsteamanuensis ved Institutt for elkraftteknikk på NTNU og daglig leder av det nye smarthuset.

Smartgrid

Huset er koblet til et smartgrid, altså et nettverk der strøm og internett er fusjonert, slik at man via ulike programmer på pc eller mobil kan sjekke status og fjernstyre tilkoblede komponenter.

Fremfor alt er det et system som kan brukes til utjevning av belastningene på strømnettet gjennom tidsstyring og prioritering. Dermed minsker faren for at nettet bryter sammen når det norske folk setter over potetene klokka fire, eller når ribba går i ovnen i de tusen hjem på julaften.

I neste omgang, etter hvert som flere og flere av byggene våre blir strømprodusenter, vil systemet kunne brukes til utveksling av kraft. På Gløshaugen skal for eksempel et solcelleanlegg kobles til nettverket om kort tid. Siden kommer det også batterier til lagring av overskuddsstrøm.

Inne i det nyinnredete smarthuset er det allerede montert en rekke elektriske apparater og duppeditter, fra autonome persienner og led-remser i taket til kraftkrevende hvitevarer og en røslig 65-tommer på «stueveggen».

– Jeg legger alle bruksanvisningene i den der, sier Eilif Hansen og peker på en av de største skuffene i kjøkkenbenken.

– Den begynner allerede bli full, konstaterer han.

Fikk ikke soverom

Skal vi være litt pirkete, kan vi bemerke at det nye smarthuset til NTNU heller burde kalles en smartleilighet, for den fiktive boligen består kun av to rom samt entré og bad. Egentlig er det ikke en spesielt god kopi av en leilighet, heller, for det ene rommet som ikke er stue og kjøkken i åpen løsning, ser mer ut som et hjemmekontor og pappeskelager enn et soverom.

– Vi kunne ikke ha seng, for det er ikke lov å sove utenom arbeidstida her, sier Eilif Hansen.

Den fingernemme førsteamanuensen tilbringer mye av dagene sine i smarthuset, og synes det er synd at det ikke går an å overnatte her.

– Det hadde vært ideelt for en forsker, for eksempel, som skal jobbe intensivt med et prosjekt i et par uker, begrunner han.

230 og 400 volt

Smarthuset får strøm fra den ordinære bygningsforsyningen, alternativt fra Norges smart grid-laboratorium, som ligger i kjelleretasjen i samme bygg. Ved å hente strømmen fra smartgirdlaben, kan de simulere ulike nettsituasjoner, som svake nett og støy på nettet. Det er installert forsyning både på 230 og 400 volt, slik at noen av lastene kan veksle mellom de to nettsystemene.

– Det er mange komponenter som ikke er kompatible med den norske 230 volt-standarden. El-billadere og induksjonstopper, for eksempel, sier Hansen.

Om vi skal fortsette å peke på avvik fra alminnelige leiligheter, er det nærliggende å nevne de to meter høye sikringsskapene i gangen. De har for sikkerhets skyld glassdører slik at alle kabler og koblingsbokser ligger åpent i dagen og tiltrekker seg oppmerksomhet idet man henger fra seg ytterklærne.

– Selv om vi har forsøkt å gjenskape en vanlig bolig, vil vi jo at det vi jobber med, skal synes. De industrielle kabelkanalene i stua vil du nok heller ikke finne i så mange hjem, men dette er jo først og fremst en lab, understreker Hansen.

Etterligning av et hjem

For likevel å gjøre det litt hjemmekoselig har instituttet latt interiørdesignere ta seg av innredningen. Det resulterte i, etter Hansens mening, enkelte i overkant overdådige møbler og dekorgjenstander.

– Vet du hva de putene kostet? spør han og nikker mot en kvartett grønne og hvite pynteputer i sofaen. Han fisker fram et firesifret beløp fra hukommelsen.

– Per stykk! utbryter han.

Over arbeidsbordet hans på kjøkkenøya i oppholdsrommet henger det dimbare krystallamper, bak ham en stor flatskjerm med bilderamme. Ellers er liksomhuset relativt sparsommelig innredet. De aller fleste gjenstandene går på strøm og har innebygde sensorer av et eller annet slag.

Digitaliserte kraftnett

Pengene for utstyret kommer fra Forskningsrådet og NTNU, som har bevilget henholdsvis 29 og 13 millioner til prosjektet Nasjonal satsing på forskningsinfrastruktur, hvor smarthuset er den siste byggesteinen. Smartgridlaboratoriet i kjelleren, som er del av det samme prosjektet, ble påbegynt i 2014.

Her skal NTNU i samarbeid med Sintef «bygge opp relevant og oppdatert infrastruktur som norske forskningsmiljøer og næringsliv har tilgang til».

Laboratoriet brukes til å forske på digitaliserte kraftsystem og samspill mellom kraftnett, kraftproduksjon og strømkunder, heter det i formålserklæringen.

Laboratoriet støtter alt fra storskala kraftsystemer til lokale kraftsystemer og smarte bygg, slik at eiere av både næringsbygg og små leiligheter vil kunne ha nytte av forskningen. Samspill med elbilladere og solcellepaneler er eksempler på hva det skal forskes inngående på fremover.

Noe av det viktigste skal være å finne gode løsninger for måling og samspill mellom ulike smarthus-teknologier og styringssystemer.

Algoritmer for jevn belastning

De to kabeltunge skapene i gangen gir mange muligheter for å teste ut ulike scenarioer. Strømforsyningen på 400 volt kan eksempelvis brukes til å emulere lastene fra én eller flere elbilladere. Ved hjelpe av smartgridlaben kan man også emulere effekten av ulike solcelleløsninger, uten at man trenger å koble til en eneste celle.

– Hvordan man kan utnytte AMS-målere bedre og redusere effekttoppene, er også noe vi ser nærmere på. Boligkunder må nok etter hvert betale for den maksimale effekten de bruker, fordi det er den som påvirker hvor mye nettselskapene må bygge ut forsyningen. Men det kan også være aktuelt med ulik pris på energien , slik at et intelligent styresystem kan flytte noe av belastningen til mer prisgunstige tidspunkt på døgnet, sier Eilif Hansen.

Han forteller at en av oppgavene blir å lage algoritmer som sikrer et jevnere forbruk av strøm selv om man har mange elektriske apparater i huset som maser.

– Kanskje må vi akseptere noe lavere temperatur deler av dagen for å få det til å gå opp, uten at komforten blir lidende. Eller at den store varmtvannstanken ikke står og holder vannet varmt døgnet rundt, sier han og tilføyer at temperaturen på vannet selvfølgelig ikke må synke så mye at det gir fare for legionellautbrudd.

– Det er bare å koble til en temperaturføler, så får vi dataen på pc-en, sier Hansen.

– Har dere utført tester som kommer vanlige forbrukere til nytte?

– Vi har allerede hatt samarbeid med Sikom, som utvikler systemer som forbrukere enkelt skal kunne installere. Det er selvsagt også aktuelt at andre produsenter kan komme inn og teste eller utvikle utstyr hos oss. Og siden vi fra smartgridlaboratoriet kan legge støy på tilførselsnettet, kan vi få testet ut dette. Det bør jo være i forbrukernes interesse at ikke komponentene påvirkes av for eksempel industri i nabolaget, sier Hansen.

KNX-styring

Sensorene og de mer eller mindre nyttige, elektriske apparatene i NTNUs smarthus er koblet sammen med styringssystemet KNX, som er en internasjonal standard for styring og regulering av blant annet smarthuskomponenter.

Ved å koble pc-en til et KNX-uttak han har montert på kjøkkenøya, kan Eilif Hansen overvåke husets forskjellige enheter på skjermen, hvor han for øyeblikket kan veksle mellom fem ulike monitorer eller overvåkninger.

– KNX-systemet er valgt som basissystem. Men vi har også gateways til andre systemer, slik at vi kan se hvordan komponenter fra de ulike systemene kan spille sammen, forklarer han.

Etter hvert som tingenes internett (IoT) brer om seg også i private husholdninger, vil boligeiere få sine egne, sentrale driftsanlegg (SD-anlegg), slik vi er kjent med fra større bygninger. Når alt fra termostater og overvåkningskameraer til lys og høyttalere kobles til nettet, vil det naturligvis bli behov for mer styring, særlig hvis belastningen av strømnettet skal fordeles jevnt utover døgnet, noe som altså kan gi lavere strømregning og lavere risiko for strømbrudd.

– Blir aldri ferdig

I et grensesnitt som viser den samlede strømlasten i leiligheten i sanntid, viser Hansen en flat graf nokså langt nede på y-aksen, det vil si rundt 2 kW.

Når vi slår på hurtigvarmeren for vann, som trekker 9 kW, spretter grafen umiddelbart opp til over 10 kW. Det vil si omtrent 20 prosent av den totale kapasiteten som huset er forsynt med.

Fordelen med å være en del av en smartgridlab er at slike begrensninger kan fjernes relativt enkelt. Poenget er imidlertid at smarthuset skal illudere virkeligheten mest mulig.

– Dette prosjektet har ingen deadline. Her skal vi utvikle oss og endre metoder ut fra hvilke behov vi har for å teste ut og forske på forskjellige elektriske løsninger, sier Eilif Hugo Hansen.