Solunum rahatsızlıklarına neden olan partikül maddelerini tam olarak ölçerek akıllı binalarda yaşam kalitesini yükseltmeye hizmet eden sensörlerin geliştirilmesi, sanal sensörler ile makinelerin ulaşılması zor noktalarındaki sıcaklığın ölçülmesini sağlaması gibi yeni dönem hizmetler, yakın geleceğin akıllı şehirleri hakkında önemli fikirler veriyor.
Partikül madde (PM) solunum rahatsızlıklarına neden olması nedeniyle binaların içinde istenmeyen bir unsur. Egzoz borularından, evlerin ve enerji santrallerinin bacalarından ve açıkta yanan ateşlerin dumanından çıkan partikül madde, en tehlikeli çevre kirliliği kaynaklarından biri. Çevre otoriteleri, akciğer kanserini tetikleyici etkisi nedeniyle PM’yi yıllardır takip ediyor. Çapları 2,5 mikrometreye kadar olan ve bu nedenle PM2,5 olarak adlandırılan çok ufak parçacıklar özellikle tehlikeli olarak değerlendiriliyor.
Avrupa Çevre Ajansı’nın tahminlerine göre, sadece Avrupa’da her yıl 400 binden fazla kişi solunum ya da sigara içme esnasında akciğerlere nüfuz eden bu PM2,5 parçacıklarının neden olduğu akciğer kanseri nedeniyle ölüyor. Çin ve Hindistan dahil olmak üzere gelişmekte olan ülkelerdeki durum bundan çok daha kötü.
Bina içinde partikül madde yoğunluğunun ölçülmesi bu nedenle önem taşıyor. Bina teknolojileri uzmanlarının geliştirdiği sensörler bina içinde partikül madde yoğunluğunu ölçme konusundaki yetenekleri ile bu soruna çok değerli bir yanıt üretiyor.
Partikül madde yoğunluğunun yüksek olduğu Çin ve Hindistan gibi ülkelerin yanı sıra çevre konusundaki güçlü hedefleri nedeniyle önde gelen Avrupa ülkelerine de hitap eden bu teknoloji, sensörün var olan bina otomasyon sistemine entegre edilmesi sayesinde binaların içindeki hava kalitesini çarpıcı bir biçimde iyileştirebiliyor.
Avrupa Birliği’nin (AB) Avrupa’da metreküpte yer alabilecek PM miktarını 25 mikrogram ile sınırlayan regülasyonu bulunuyor. Bu bir kıstas olarak kabul edildiğinde, tıbbi yayın The Lancet’in son dönemde yayınladığı ve gelişmekte olan ülkelerdeki birçok şehirde bu oranın dört katın üzerinde olduğuna işaret eden çalışması tehlike çanlarını çalmak için yeterli. Bu durum, partikül madde sensörlerinin Çin’de bireysel tüketicilerin satın aldığı elektronik cihazlar arasında üst sıralarda yer almasını şaşırtıcı olmaktan çıkarıyor.
Daha önce ticari bina otomasyon sistemleri için nerdeyse hiç sunulmayan bu türden sensörlerin geliştirilmesi ve bunu bina otomasyon sistemleri ile entegre edilebilen bir sensör olarak piyasaya sunulması, önemli bir eksikliği karşılıyor.
Sigara paketi büyüklüğünde sensör, partikül maddeyi takip ediyor
Geliştirilen yeni sensör, yaklaşık olarak bir sigara paketi büyülüğündeki boyutu ve duvara monte edilebilme özelliği ile odadaki havanın PM konsantrasyonunu takip etmek için pratik bir araç olarak karşımıza çıkıyor. Sensörün içine yerleştirilen küçük bir pervane havayı içeri çekerek kontrol edilmesini sağlıyor. PM’in ışığı ne şekilde dağıttığını ölçen bir lazer diyot, kesin PM2,5 konsantrasyonunu belirliyor. Hassas bir unsur olan PM2,5 konsantrasyonunu ölçecek şekilde kalibre edilen sensör, PM10 düzeyini de tahmin edebiliyor. Çapları 10 mikrometreye kadar olan bu PM10 partikülleri, alerjiye neden olan polenlere yaklaşan büyüklükleri ile PM2,5 kadar büyük bir tehdit oluşturmasalar da akciğer üzerinde oluşturdukları yük nedeniyle kayıt altında tutuluyor. Sensör daha sonra bir ekranda iki PM sınıfları için geçerli değerleri konsantrasyon ölçümüne bağlı olarak farklı renklerle gösteriyor. Bir veri kablosu ile bağlantı yapıldığında bu bilgilerin bina otomasyon sistemine iletilmesi de mümkün oluyor.
Bina teknolojisi uzmanları, daha iyi hava kalitesini sağlamakta ve garantilemekte kullanılabilecek uygulamaları teşvik ediyor. Bunu gerçekleştirmek için sensörün var olan bina otomasyon sistemine entegre edilmesi geçerli bir yöntem olarak ortaya çıkıyor. Çin’deki uygulamalarda, birçok ofis binasında standart hale gelmiş olan hava arıtma sistemleri ile entegrasyon dikkat çekiyor. Bu sistemler, kirli havayı tekrar ofise vermeden önce filtreleyerek temizliyor.
Sensörlerin hava arıtma sistemlerini PM2,5 konsantrasyonuna göre kapatıp açarak şu anda olduğu gibi sürekli çalışmasına gerek bırakmaması, enerji tasarrufu anlamında da önemli bir katkı sağlıyor. Bina teknolojisi uzmanları, binanın havalandırma sistemini kontrol etmek için karbondioksit ve PM sensörlerini bağlayacak bir uygulama üzerinde de çalışıyor. İnsanların nefes almasına bağlı olarak kapalı odalarda toplanan karbondioksitin ölçülmesinin havalandırma sisteminin ayarlanmasında kullanılması yükselen trend olarak karşımıza çıkıyor. Karbondioksit belirli bir noktaya ulaştığında dışarıdan taze havanın binanın içine pompalanmasına dayanan çözüm, dışarıda PM seviyesinin yüksek olduğu şehirlerde dışarıdan içeri yüksek partikül madde oranlı havanın girmesini engellemek için kullanılabiliyor. Bu şekilde çözümün performansı iyileştiriliyor.
Partikül sensörü, en küçük partiküllerin bile ölçülebilmesinin yanı sıra operasyon tarafında olduğu gibi başka avantajları da gündeme getiriyor. Operasyon avantajları arasında, PM sensörünün içeriye hava çekmesine bağlı olarak lazer optiğinin üzerinde toz birikmesi yaşanabiliyor. Şu andaki normal uygulamada sensörün tamamının güç sisteminden ayrılması, çıkarılması ve yerine yeni bir birimin yerleştirilmesi gerekiyordu. Bina Teknolojilerinin geliştirdiği sensörde sadece küçük lazer modülünün değiştirilmesi yeterli oluyor. Bu, televizyon kumandasının pillerini değiştirmek kadar basit…
Bu kullanım biçiminde sensörün sunduğu ekonomi modu, lazer modülünün şu anki kadar sık değiştirilmesine gerek bırakmıyor. Ekonomi modunda örnek alma sıklığının azalması toz birikmesine bağlı değiştirme aralığını uzatıyor.
Böylece lazer modülünün bakım periyodu uzuyor. Sensörde yer alan hızlı başlatma seçeneği, kullanıcının herhangi bir anda hava kalitesi ile ilgili ölçüm yapmasına olanak tanıyor. Kullanıcı sensörün bir metreden yakınına girdiğinde harekete geçen sistem hızlı bir okuma yapıyor. Güncel PM değerinin birkaç saniye içinde ekranda görünmesini sağlayan bu analiz olanağı, sensörün özel bir işlevi olan hızlı hava analizi özelliğine dayanıyor.
Gelişmekte olan ülkelerin şehirlerinin ihtiyacı olan PM sensörleri, özellikle hava sıcaklığının şiddetli değişim dönemlerinde kirli havanın şehrin üzerini bir şemsiye gibi kaplaması nedeniyle dönemsel olarak bütün şehirlerde de olma ihtimaline bağlı olarak yaygın bir zeminde ihtiyaç haline geliyor. Bu koşullar oluştuğunda Londra ve Stuttgart gibi şehirlerde hızla izin verilen değerlerin üzerine çıkıldığı biliniyor.
Ortamdaki hava kalitesi lazer modülünün tozla kaplanmasının ne kadar süreceğini de belirleyen yegane etken. Pekin’de bir modülün hizmet süresi birkaç yıla düşebilirken aynı modülün İsviçre Alplerindeki kullanım süresi bunu defalarca katlayabiliyor. Odağında bir hava arıtma cihazı ile entegre edilen sensörün, Çin’in bir mega-kentinde de İsviçre Alplerindeki kadar uzun kullanılabilmesi sağlanırken bir yandan da havanın İsviçre Alplerindeki kadar temiz olmasının sağlanması gerekiyor.
Sanal sensörler büyük motorları verimlilik çağına açıyor
Motor sıcaklığının tahmin edilmesini sağlayan dijital ikiz teknolojisi, motorun yüksek sıcaklık nedeniyle ulaşılamayan bölümlerinde sıcaklığın gerçek zamanlı hesaplanmasını sağlıyor.
Motorların çalışmanın kesintiye uğraması, özellikle neden oldukları maddi kayba bağlı olarak önemli bir sorun oluşturuyor. Bu durum, araştırmacıların geliştirdiği sanal sensörü sadece teknolojik değil, işle ilgili boyutu nedeniyle de dikkat çekici hale getiriyor. Motorun içine tek bir fiziksel sensör bile yerleştirmeden içeride sıcaklığı tahmin etmeyi sağlayan sanal sensörün elde ettiği sonuçlar doğrultusunda gereksiz kesintilerin önüne geçilmesi, işletme maliyetlerini ciddi biçimde aşağı çekme potansiyeline sahip.
Gazı sıkıştırmada kullanılanlara benzer büyük elektrik motorları bu konuda iyi bir örnek oluşturuyor. Çalışmaya başladıklarında rotorları yüksek termal gerilim ile karşılaşan bu tür motorlar çok büyük olmalarına karşın bunların içlerine ulaşmak hiç de kolay değil. Dolayısıyla burada oluşan takip ihtiyacı ve bunun içeriden yapılmasının yüksek sıcaklık nedeniyle kolay olmaması, çözülmesi gereken bir mühendislik problemi haline geliyor.
Doğalgaz, petrol ve kimya endüstrilerinde büyük hacimleri pompalamak için kullanılan türden motorlar bu tür rotorları sürmekte kullanılıyorlar ve bu motorlar tekrar çalıştırıldıklarında iç sıcaklıkları hasara neden olabilecek 800 derecelik sınıra kadar sıçrama yapabiliyor. Bu yüzden bu motorların tekrar çalıştırılmadan önce soğumaya bırakılmaları gerekiyor. Burada ortaya çıkan soru ise, bu soğuma süresinin ne kadar olduğu ile ilgili. Yüksek sıcaklık nedeniyle bu motorların içindeki sıcaklığın doğrudan ölçülememesi, soğuma süresinin tahmin edilmesine neden olurken uzmanların sisteme yerleştirdiği güvenlik tamponlarının motoru beklemeye aldığı 12 saate varan süre genellikle gereğinden çok uzun oluyor ve operatörün gelirinde ciddi bir kayba yol açıyordu.
Kurumsal teknolojideki araştırmaların sonucunda geliştirilen sanal sensör ile motorun iç sıcaklığını ölçme ve takip/kontrol etme yöntemi, kesinti sürelerinin ciddi biçimde azaltılması ve tesis kullanımının iyileştirilmesini sağlama potansiyelini yaratıyor. Dijital ikize dayanan bir matematiksel modelin kullanıldığı çözümde, fiziksel sensörün birebir fonksiyonel modellemesinden faydalanılıyor. Bir artırılmış gerçeklik gözlüğü olan HoloLens’ten bakıldığında motorun görüntüsünün üzerinde maviden kırmızıya kadar uzanan renk paletinde yer alan sıcaklık kodları ile sıcaklık koşulları takip edilebiliyor. Araştırmacıların geliştirdiği bu yeni model motorun rotor sıcaklığı ile ilgili geçerli bir sonucun elde edilmesini sağlarken motorun üretilmesi sırasında oluşturulan dijital ikizden farklı olması ile dikkat çekiyor. Motorun geliştirilmesi ve üretimi sırasında kullanılan dijital ikizlerin matematik modelinin çok kapsamlı olması bunların gerçek zamanlı hesaplamalarda kullanılmasını imkansız hale getirirken yeni geliştirilen model, bin kata varan hızlandırma sağlayarak dijital ikizlerin operasyon sırasında sürekli takip edilmesini sağlıyor. Bu yöntemde, hava tahmininde olduğu gibi belirli noktalarda sıcaklık hesaplanıyor. Bu yöntem, hava tahminindeki meteoroloji istasyonlarına benzeyen ölçme noktalarından elde edilen sonuçlardan yola çıkarak, sadece ölçüm yapılanlar değil bütün bölümler için tahmin yapmayı sağlıyor. Bu yöntem aynı zamanda sıcaklığın değişme yönünün de gerçek zamanlı olarak görmeye olanak tanıyor. Motorun aşırı ısınmasının engellenmesi ve soğuma sırasındaki kesinti sürelerinin kısaltılmasının sağlayacağı ekonomik kazancın 210 bin euro’yu bulabileceğine işaret ediliyor.
