Η Ιδέα …

Η ιδέα του project μας ξεκίνησε από δύο άρθρα σχετικά με ένα γηροκομείο και ένα ορφανοτροφείο. Σκεφτήκαμε πως θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε ένα συστεγαζόμενο οικολογικό, σύγχρονο και αυτόνομο γηροκομείο-ορφανοτροφείο για το φετινό διαγωνισμό της WRO με θέμα «Το μέλλον της ενέργειας», λαμβάνοντας υπόψη όχι μόνο τα θέματα που αφορούν στην ενέργεια αλλά και τα κοινωνικά και ψυχολογικά οφέλη που θα έχει στους ανθρώπους που κατοικούν εκεί.

Ό άνθρωπος καταναλώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας για όλες τις δραστηριότητές του καθημερινά. Μπορεί να ακούγεται απίστευτο, αλλά μόνο το 34% της ενέργειας που παράγεται στην Ευρώπη προέρχεται από  ανανεώσιμες πηγές, παρόλο που διαθέτουν πολλά πλεονεκτήματα, όπως ότι έχουν αντοχή και μπορούν να αποβούν κερδοφόρες σε βάθος χρόνου, σε αντίθεση με τις μη ανανεώσιμες οι οποίες δεν είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Για να εξοικονομήσουμε λοιπόν ενέργεια, χρήματα αλλά και για να συνεχίσουμε να προστατεύουμε το περιβάλλον μας, καλό θα ήταν να αντικατασταθούν οι συμβατικές πηγές ενέργειας με ανανεώσιμες.

 

Πέρα όμως από την ενέργεια, σημασία έχει ο άνθρωπος: Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έκθεσης του

 

 

HelpAge International ο παγκόσμιος πληθυσμός γερνάει με αυξανόμενους ρυθμούς. Το 2050 οι άνθρωποι ηλικίας άνω των 60 ετών θα είναι περισσότεροι από τους νέους κάτω των 15. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι οι άνθρωποι της ώριμης ηλικίας θα παίξουν σημαντικό και ενεργό ρόλο τα επόμενα χρόνια.

Επίσης σύμφωνα με την έρευνα της καθηγήτριας κοινωνιολογίας του Πανεπιστημίου της Βοστώνης Sara Moorman, οι θετικές επιπτώσεις από συμβίωσης ατόμων της τρίτης ηλικίας με παιδιά είναι πολύ σημαντικές και εμφανείς. Για τους παππούδες και τις γιαγιάδες είναι ιδιαίτερα απολαυστικό να βοηθάνε το μεγάλωμα των παιδιών. Δίνει ένα καινούριο νόημα στη ζωή τους, διατηρούν συναισθηματικό δεσμό και επικοινωνία, νιώθουν χρήσιμοι και σύμφωνα με πανεπιστημιακές έρευνες αυξάνεται το προσδόκιμο ζωής τους κατά μέσο όρο 5 χρόνια.

Αντίστοιχα, σύμφωνα με τους ψυχολόγους, οι ηλικιωμένοι προσφέρουν στα παιδιά μεγαλύτερη αποδοχή, υποστήριξη, κατανόηση από οποιονδήποτε κοινωνικό λειτουργό και λειτουργούν ως μοχλός σταθερότητας και ηρεμίας. Και ιδίως όταν πρόκειται για ορφανά ή εγκαταλελειμμένα παιδιά, αυτή η επαφή, τα βοηθάει να αναπτύξουν μεγαλύτερη αυτοεκτίμηση, και καλύτερες συναισθηματικές και κοινωνικές δεξιότητες.

Έτσι δημιουργήσαμε ένα κέντρο φιλοξενίας ηλικιωμένων και ορφανών παιδιών που το ονομάσαμε “Blossoms Roots”, δημιουργώντας ένα λογοπαίγνιο με τα παιδιά που ανθίζουν σε αυτό το ιδιαίτερο περιβάλλον και τους ηλικιωμένους που προσφέρουν σταθερότητα και γερές ρίζες για την ανάπτυξή τους.

 

Η κατασκευή

Οι εγκαταστάσεις του “Blossoms Roots” στοχεύουν στο να είναι φιλικές προς το περιβάλλον, να παρέχουν στους ενοίκους ευχάριστη και ασφαλή διαμονή, δυνατότητα άθλησης αλλά και συμμετοχή στην καλλιέργεια και παραγωγή της τροφής με σύστημα ενυδρειοπονίας. Επίσης ένας βασικός στόχος είναι να παράγεται η ενέργεια που καταναλώνεται, τόσο από ανανεώσιμες πηγές όσο και από την ενέργεια που παράγει το ανθρώπινο δυναμικό που κατοικεί σε αυτό.

Για να υλοποιηθούν οι προαναφερόμενοι στόχοι, χρησιμοποιήθηκαν αυτοματοποιημένες ρομποτικές κατασκευές, που περιλαμβάνουν μικροεπεξεργαστές (BBC MicroBit, NodeMCU ESP8266, Arduino Uno) και  αυτοματισμούς με αισθητήρες (φωτός, θερμοκρασίας περιβάλλοντος / σώματος, κίνησης, Camera AI, motor-Dc, Servomotor κτλ  ). Όλες οι αυτοματοποιημένες  λειτουργίες καταγράφονται σε μια βάση δεδομένων (phpMyAdmin) με την χρή

ση Rasberry Pi 3B (server) και εμφανίζονται στο Site των εγκαταστάσεων σε πραγματικό χρόνο.

Για την κατασκευή μας χρησιμοποιήσαμε ως δομικά υλικά, μακετόχαρτα, ξύλα, Lego ή/και ανακυκλωμένα υλικά, ώστε να κρατήσουμε χαμηλά το κόστος της κατασκευής αλλά και να περιορίσουμε το ενεργειακό μας αποτύπωμα.

Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της κατασκευής είναι το σύστημα ενυδρειοπονίας δηλαδή ένα σύστημα όπου τα ψάρια και τα φυτά συνυπάρχουν: τα απόβλητα των ψαριών βοηθούν στην ανάπτυξη των φυτών, ενώ ταυτόχρονα οι ρίζες τους φιλτράρουν το νερό για την καλύτερη ανάπτυξη και των δύο οργανισμών. Το σύστημα αυτό αποτελείται από το ενυδρείο των ψαριών, την δεξαμενή με τα φυτά και δύο σωλήνες με τους οποίους αυτά συνδέονται, στο πλάι του κτιρίου. Στην οροφή του κτιρίου είναι τοποθετημένη η δεξαμενή των φυτών – κήπος. Σε όλο το μήκος των πλαϊνών σωλήνων είναι τοποθετημένες γλάστρες με φυτά ώστε να κερδίσουμε χώρο και έτσι να μεγιστοποιήσουμε την αποδοτικότητα της κατασκευής μας

Τα πλεονεκτήματα ενός συστήματος ενυδρειοπονίας είναι αρκετά:

• • Από τα πιο οικονομικά και βιώσιμα συστήματα παραγωγής φυτών και ψαριών (καλή διατροφή )

 

• Καλλιέργεια φυτών ΚΑΙ ψαριών στο ίδιο σύστημα!
• Εξοικονόμηση νερού! ( χρησιμοποιούμε μόνο το 2 % από ένα συμβατικό σύστημα καλλιέργειας με χώμα)
• Τα φυτά μας μεγαλώνουν με διπλάσια ταχύτητα!
• Χρησιμοποιούμε μόλις το 30% της ενέργειας που θα απαιτούσε ένα συμβατικό σύστημα καλλιέργειας με τις ίδιες ποσότητες φυτών.
• Βιολογική καλλιέργεια , χωρίς φυτοφάρμακα και λιπάσματα.
• Δυνατότητα παραγωγής περισσότερων τροφίμων σε μικρότερο χώρο, ακόμα και μέσα στην πόλη , στο σπίτι σε οικογενειακά μικρά συστήματα.
• Πράσινες ταράτσες και τοίχοι
• Επίτευξη τερματισμού της πείνας αφού μπορεί να πραγματοποιηθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα με ασφάλεια σε όλα τα ηπειρωτικά κλίματα

 

1. Συστήματα παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές
   • Περιστρεφόμενοι ηλιακοί συλλέκτες

Στην οροφή του κτιρίου έχουν εγκατασταθεί περιστρεφόμενοι ηλιακοί συλλέκτες. Στόχος του κάθε ηλιακού

συλλέκτη είναι να παράγει την μέγιστη ηλεκτρική ενέργεια. Για να το επιτύχουμε αυτό χρησιμοποιήσαμε ένα Arduino και δύο σερβομοτέρ και με χαμηλό κόστος δημιουργήσαμε έναν ηλεκτρικό συλλέκτη ο οποίος κινείται σε δύο άξονες x και y ακολουθώντας την πορεία του ήλιου. Έτσι αυξήθηκε η ηλιακή ενέργεια που απορροφά με αποτέλεσμα να παράγει 35% περισσότερη ενέργεια από τους συμβατικούς. Η ενέργεια που δεν θα καταναλωθεί άμεσα, αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση. (Χρησιμοποιήθηκαν: Arduino Uno, και γλώσσα προγραμματισμού Arduino IDE  -C++)

 

 

• Υδροηλεκτρική μονάδα

Στον πλαϊνό τοίχο του κτιρίου τοποθετήσαμε τους σωλήνες της ενυδρειοπονίας που μεταφέρουν το νερό από τον κήπο της ταράτσας ξανά στο ενυδρείο. Σε αυτούς τους σωλήνες για να εκμεταλλευτούμε την κινητική ενέργεια του νερού τοποθετήσαμε μία υδροηλεκτρική μονάδα παραγωγής και παράγουμε επιπλέον ρεύμα. Έτσι η κινητική ενέργεια του νερού μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω μιας γεννήτριας. Η ενέργεια που δεν θα καταναλωθεί άμεσα, αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση.

 

 

2. Παραγωγή ενέργειας από ανθρώπινο δυναμικό

Εκτός από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι σημαντικό να παράγουμε ενέργεια και από τους ανθρώπους που κατοικούν στο κτίριό μας για αυτό το λόγο τοποθετήσαμε στην κατασκευή μας έναν διάδρομο γυμναστικής και ένα στατικό ποδήλατο που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια των ανθρώπων που τα χρησιμοποιούν σε ηλεκτρική.

Οι ηλικιωμένοι με τις οδηγίες των γιατρών τους, χρησιμοποιούν τον διάδρομο για  να διατηρήσουν τη φυσική τους κατάσταση και τα παιδιά χρησιμοποιούν το ποδήλατο τόσο για να γυμναστούν όσο και για να παίξουν.

 

 

 

 

• Διάδρομος γυμναστικής

 

Επειδή αντιλαμβανόμαστε την ανάγκη για τον περιορισμό της χρήσης μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας κατασκευάσαμε έναν καινοτόμο διάδρομο γυμναστικής ο οποίος δεν χρειάζεται ρεύμα για να κινηθεί, αλλά χρησιμοποιεί την κινητική ενέργεια των ανθρώπων, την οποία την μετατρέπει σε ηλεκτρικό ρεύμα που αποθηκεύεται στους συσσωρευτές της εγκατάστασης. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να παράγουμε ενέργεια ακόμα και όταν δεν έχει ηλιοφάνεια. Επιπλέον, οι ηλικιωμένοι καθώς δεν έχουν δυνατότητα ελεύθερης μετακίνησης λόγω της πανδημίας, μπορούν να ασκούνται μέσα από την ασφάλεια των εγκαταστάσεων στις οποίες ζουν. Έτσι καταφέρνουμε να έχουμε δύο αποτελέσματα: και γυμναστική, και παραγωγή – αποθήκευση ενέργειας. Η ενέργεια αυτή μετριέται από το NodeMCU και καταγράφεται  ασύρματα (WiFi) στην βάση δεδομένων. Η ενέργεια που δεν θα καταναλωθεί άμεσα, αποθηκεύεται για μελλοντική χρήση. (Χρησιμοποιήθηκαν: NodeMCU, και γλώσσα προγραμματισμού Arduino IDE  – C++)

 

 

• Ποδήλατο

Με παρόμοιο τρόπο λειτουργεί και το στατικό ποδήλατο το οποίο απευθύνεται στα παιδιά. Μετατρέπει την κινητική ενέργεια των παιδιών σε ηλεκτρική, ενώ τα παιδιά διασκεδάζουν κάνοντας ποδήλατο. Στη συνέχεια η ενέργεια αυτή αποθηκεύεται σε μπαταρίες και καταναλώνεται όταν υπάρχει ανάγκη. Τέλος, όλα τα Watt που παράγονται καταγράφονται στην βάση δεδομένων ασύρματα (WiFi). (Χρησιμοποιήθηκαν: NodeMCU,  και γλώσσα προγραμματισμού Arduino IDE  -C++)

 

 

 

3. Συστήματα εξοικονόμησης πόρων
   • Αίθουσες / Διαμερίσματα

Για την εξοικονόμηση ενέργειας εντός του κτιρίου, σε κάθε αίθουσα έχουν τοποθετηθεί αισθητήρες θερμοκρασίας. Το πρόγραμμα που εκτελεί το MicroBit ελέγχει συνεχώς τα όρια της θερμοκρασίας. Αν η τιμή της στον χώρο ξεπεράσει τα επιθυμητά όρια σημαίνει πως πρέπει να ανοίξει ο κλιματισμός, ενώ αντίστοιχα αν έχει μειωθεί, να ενεργοποιηθεί η  ενδοδαπέδια θέρμανση. Με αυτόν τον αυτοματισμό καταφέραμε να μειώσουμε την σπατάλη ενέργειας, αλλά και να απαλλάξουμε το προσωπικό από περιττές αρμοδιότητες.

Επιπλέον, προσθέσαμε και έναν αισθητήρα φωτός ο οποίος συνεργάζεται με έναν αισθητήρα κίνησης. Έτσι αν υπάρχει χαμηλός φωτισμός στις αίθουσες, και υπάρχει κίνηση μέσα σε αυτές, τότε ανοίγουν αυτόματα τα φώτα. Διαφορετικά κλείνουν, για να επιτευχθεί η μέγιστη εξοικονόμηση ενέργειας.

Έξω από τις αίθουσες υπάρχει μία LCD οθόνη στην οποία εμφανίζονται οι τιμές των αισθητήρων. Οι τιμές αυτές καταγράφονται στην βάση δεδομένων.

Σε κάθε αίθουσα του κτιρίου έχει τοποθετηθεί ένα MicroBit, που στέλνει ασύρματα δεδομένα (θερμοκρασία, φωτεινότητα, κίνηση και κατανάλωση watt) μέσω ραδιοσημάτων σε ένα άλλο απομακρυσμένο MicroBit το οποίο μέσω USB  τα μεταφέρει στο κεντρικό Raspberry Pi. Στη συνέχεια, τα δεδομένα καταγράφονται στη βάση δεδομένων και προβάλλονται στο Site μας. (Χρησιμοποιήθηκαν: 2 x MicroBit, με γλώσσα προγραμματισμού Python).

 

 

• Μόνωση του κτιρίου

Στους σωλήνες της ενυδρειοπονίας που συνδέουν τα φυτά με την δεξαμενή των ψαριών δημιουργήσαμε υποδοχές όπου τοποθετήσαμε γλάστρες με φυτά μεσα΄σε άργιλο . Τα φυτά ποτίζονται και αναπτύσσονται χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση από το νερό που κυκλοφορεί. Τόσο ο κήπος στην οροφή του κτιρίου όσο και οι σωλήνες και τα φυτά που αναπτύσσονται στους πλαϊνούς τοίχο (κάθετη φύτευση),  προσφέρουν άριστη μόνωση στο κτίριο και βελτιώνουν το μικροκλίμα.

 

• Ταξινόμηση καλλιέργειας με Camera Object Detection

Το σύστημα ενυδρειοπονίας έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή καρπών προς κατανάλωση από τους ενοίκους του “Blossoms Roots”. Οι καρποί με την βοήθεια ενός ρομποτικού βραχίονα , τοποθετούνται πάνω στον ιμάντα διαλογής και με την βοήθεια μιας κάμερας αναγνώρισης αντικειμένου ταξινομούνται σε διαφορετικά βαγόνια συλλογής. Τέλος, η ποσότητα και το είδος των καρπών στέλνεται από ένα MicroBit στο Raspberry Pi μέσω ραδιοσημάτων και καταγράφεται αυτόματα στην βάση δεδομένων μέσω της οποίας μπορούμε να συλλέξουμε πληροφορίες όπως το πλήθος και η διαθεσιμότητα τους σε πραγματικό χρόνο! (Χρησιμοποιήθηκαν:Arduino , Camera Artificial Intelligence, MicroBit, προγραμματισμός με  Arduino IDE  -C++, MakeCode)

 

 

• Σταθμός φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων

Για να καλύψουμε τις ανάγκες των μεταφορών-μετακινήσεων των κατοίκων του “Blossoms Roots” χρησιμοποιούμε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Στον προαύλιο χώρο του κτιρίου κατασκευάσαμε ένα σταθμό φόρτισης του οχήματος αυτού. Η μπαταρία του αυτοκινήτου τροφοδοτείται αποκλειστικά από το ρεύμα που παράγουμε.

 

 

 

• Διαχείριση απορριμμάτων

 

Είναι αναμενόμενο στο κτίριο μας να έχουμε μεγάλο όγκο σκουπιδιών τόσο ανακυκλώσιμα όσο και οργανικά. Γι’ αυτό έχει εγκατασταθεί ένας κάδος ανακύκλωσης. Στο εσωτερικό του καπακιού τοποθετήσαμε έναν αισθητήρα απόστασης. Εάν η απόσταση είναι μικρότερη από μία ορισμένη τιμή τότε θα βλέπουμε ότι ο κάδος έχει γεμίσει και θα στέλνεται αυτόματα ένα email στον δήμο για άμεση συγκομιδή των σκουπιδιών. Η ιδέα αυτή θα μπορεί να αποτελέσει την αρχή για μία “έξυπνη” πόλη. (Χρησιμοποιήθηκαν : Raspberry με γλώσσα προγραμματισμού Python)

 

• Ασφαλής είσοδο – αυτόματη πόρτα κτιρίου

Για να μεγιστοποιήσουμε την ασφάλεια του κτιρίου μας κατασκευάσαμε στην είσοδο μια συρόμενη πόρτα η οποία ανοίγει αυτόματα με την προσωπική κάρτα (RFid) του κάθε ενοίκου ή προσωπικού του “Blossoms Roots”. Η κάρτα μέλους διασφαλίζει γρήγορη, εύκολη και ασφαλή είσοδο στο κτίριο. Επιπλέον, η είσοδος προϋποθέτει και την θερμομέτρηση του εισερχομένου. Η πόρτα ανοίγει αυτόματα εφόσον η θερμοκρασία του ατόμου είναι σε φυσιολογικά επίπεδα, ώστε να αποκλείσουμε το ενδεχόμενο να είναι φορέας του Covid-19. Αν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από 37,5 ^oC η πόρτα δεν θα ανοίξει. Τα δεδομένα και από αυτό το σύστημα στέλνονται ασύρματα από το NodeMCU στην βάση του Rasberry ώστε ο διαπιστευμένος χρήστης να γνωρίζει κάθε στιγμή ποια μέλη είναι στο κτίριο και με ποια θερμομέτρηση. (Χρησιμοποιήθηκαν: NodeMCU, και γλώσσα προγραμματισμού Arduino IDE  -C++)

 

 

 

4. Διαχείριση Δεδομένων
   • Site – Καταγραφή δεδομένων

Τα δεδομένα της κατασκευής που αφορούν την θερμοκρασία, την φωτεινότητα, την κίνηση στο κτίριο και την κατανάλωση και παραγωγή Watt μπορούν να προβληθούν σε ένα Site στο οποίο οι χρήστες θα έχουν πρόσβαση. Στο Site αυτό για την διευκόλυνση των χρηστών τα κάποια δεδομένα παρουσιάζονται και με διαγράμματα τιμών και χρόνου.

Οι παραπάνω λειτουργίες δίνουν τη δυνατότητα σε κάθε χρήστη να μπορεί να παρακολουθεί την παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας στο κτίριο, την είσοδο και έξοδο των κατοίκων και του προσωπικού, καθώς και τα αποθέματα τροφίμων από το πρότυπο σύστημα ενυδρειοπονίας. Για να κατασκευάσουμε αυτό το Site χρησιμοποιήσαμε μία παλιά οθόνη Laptop (20ετιας!! ) και το Raspberry Pi και έτσι καταφέραμε να δημιουργήσουμε έναν Web Server για την εγκατάσταση με πολύ μικρό κόστος.  

Η καταγραφή και παρακολούθηση των δεδομένων παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας είναι σημαντική γιατί μπορούμε  να τραβήξουμε από αυτήν στατιστικά ώστε να  ενεργοποιούμε ή να  απενεργοποιούμε συσκευές (κλιματιστικά , επιδαπέδια θέρμανση κτλ )  ή  να αυξομειώνουμε  τις ανθρωποώρες  για παραγωγή ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη το εποχιακό κλίμα, ώστε το κτίριο μας να είναι εντελώς βιώσιμο.

 

 

 

 

 

• Android app

Σκεφτήκαμε επίσης πως για την καλύτερη εξυπηρέτηση του χρήστη οι παραπάνω λειτουργίες καθώς και οι τιμές των αισθητήρων, έπρεπε να είναι προσβάσιμες ακόμη και από το κινητό τηλέφωνο του μέσω WiFi. Για αυτό το λόγο κατασκευάσαμε μια εφαρμογή η οποία είναι συμβατή με Android (App Inventor).

Η ίδια εφαρμογή καταγράφει τα Watt που καταναλώνονται και παράγονται στις εγκαταστάσεις μας, καθώς και το χρόνο που λειτουργούν τα συστήματα. Ο υπεύθυνος μπορεί να ελέγξει μέσω του κινητού του τηλεφώνου και από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη την ενεργειακή παραγωγή & κατανάλωση, την παραγωγή των φρούτων, ποια άτομα βρίσκονται στο κτίριο, καθώς και τυχόν βλάβες. Για μια μία πιο συνοπτική ματιά στη ενεργειακή κατανάλωση και για τη διευκόλυνση των χρηστών κάποια δεδομένα (θερμοκρασίες, Watt) παρουσιάζονται με διαγράμματα.

 

 

 

 

 

Παραγωγή και Κατανάλωση Ενέργειας

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς μας οι οποίοι παρουσιάζονται στο Παράρτημα,  προκύπτει ότι για να καλυφθεί ημερήσιο τετράωρο για την θέρμανση ή την ψύξη των εγκαταστάσεων  θα χρειαστούν:

• 12 ώρες στα ποδήλατα που θα παράγουν ημερησίως : 12 x 0,3 = 3,6 kW
• 8 ώρες στους διάδρομους γυμναστικής  που θα παράγουν ημερησίως:  8 x 0,2 =1,6 kW
• 2 γεννήτριες υδροηλεκτρικής ενέργειας θα παράγουν ημερησίως 4,8kW

Άρα  ποδήλατα 3,6kW + Διάδρομοι 1,6 kW + Γεννήτριες Υδροηλεκτρικής ενέργειας  4,8kW =10kW

Εννοείται ότι θα υπάρχουν αρκετά ποδήλατα και διάδρομοι και αυτές οι ώρες θα μοιραστούν σε πολλούς ενοίκους του κτιρίου. Αυτές είναι ελάχιστες τιμές για να είναι το κτίριο βιώσιμο και από κει και πάνω όση περισσότερη ενέργεια παράγεται μπορεί να αποθηκευτεί  στους  συσσωρευτές του κτιρίου ή να πουληθεί ως φόρτιση αυτοκινήτων.

Από το παραπάνω διάγραμμα βλέπουμε ότι σε όλη την γκρίζο-πράσινη περιοχή το κτίριο μας είναι βιώσιμο και όσο αυξάνονται οι ώρες παραγωγής ενέργειας, τόσο θα αυξάνεται η κερδοφορεία. Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί πως τις εποχές Φθινόπωρο και Άνοιξη που δεν θα έχουμε τόσο πολλή χρήση κλιματιστικού και επιδαπεδιας θέρμανσης το ενεργειακό κέρδος θα είναι μεγαλύτερο

 

Συνοψίζοντας

Σε ότι αφορά στην ενέργεια στο σπίτι ή την κοινότητα, η φιλοσοφία της κατασκευής είναι ότι όλη η ενέργεια του κτιρίου προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αλλά και από τον ίδιο τον άνθρωπο:

• Με τον ηλιακό συλλέκτη ο οποίος ακολουθεί τον ήλιο άρα παράγει παραπάνω ενέργεια από τους συμβατικούς, την υδροηλεκτρική γεννήτρια που παράγει ενέργεια με την πίεση του νερού και
• το ποδήλατο και το διάδρομο με τα οποία παράγουν ενέργεια οι άνθρωποι κάνοντας γυμναστική.

Όλη αυτή η ενέργεια καταγράφεται σε μία βάση δεδομένων και αποθηκεύεται στους συλλέκτες του κτιρίου. Έτσι μέσα σε ένα μικρό χρονικό διάστημα ο διαχειριστής των  εγκαταστάσεων, βάσει στατιστικών, μπορεί να  δει πόση ενέργεια χρειάζεται το κτίριο και αντίστοιχα πόση ώρα χρειάζεται να λειτουργούν οι διάδρομοι και τα ποδήλατα ανάλογα το κλίμα  και την εποχή. Επίσης μπορεί να αποφασίζει αν η περίσσεια ενέργεια θα χρησιμοποιείται   για κάποια ανάγκη των εγκαταστάσεων ή  αν θα διοχετεύεται κάπου αλλού πχ (αυτόνομοι πωλητές  για φόρτιση οχημάτων έξω από τις εγκαταστάσεις) βοηθώντας την ευρύτερη κοινότητα.

Σε ότι αφορά την κατανάλωση ενέργειας για τις μεταφορές, έχουμε:

• μείωση των μετακινήσεων για προμήθεια αγαθών καθώς φρούτα, λαχανικά, ψάρια, παράγονται στις εγκαταστάσεις μας, άρα κατά συνέπεια έχουμε μείωση της σπατάλη ορυκτής ενέργειας,
• όσες μετακινήσεις απαιτούνται, γίνονται με καθαρή ενέργεια που παράγουμε μόνοι μας,
• όπως προαναφέρθηκε, παροχή της περίσσιας καθαρής ενέργειας για φόρτιση άλλων οχημάτων

Το πλεονέκτημα της κατασκευής μας είναι ότι η ενέργεια  από όλες τις συσκευές (και παραγωγής και κατανάλωσης)  καταγράφονται  σε μία βάση δεδομένων.  Έτσι  μπορούμε  να τραβήξουμε από αυτήν στατιστικά, να  ενεργοποιούμε ή να  απενεργοποιούμε συσκευές που καταναλώνουν ενέργεια  ή  να αυξομειώνουμε  τις ανθρωποώρες  για παραγωγή ενέργειας ώστε η παραγωγή και κατανάλωση να είναι ισορροπημένη στο μέγιστο, περιορίζοντας την σπατάλη.

Σε ότι αφορά στον άνθρωπο, η αυτόματη συλλογή και ταξινόμηση φρούτων και λαχανικών μειώνει τις ανθρωποώρες οι οποίες μπορούν να διοχετεύονται στην παραγωγή ενέργειας (ποδήλατο, διάδρομος) ή σε άλλες δραστηριότητες με κέντρο τον άνθρωπο και την ψυχική του υγεία. Επίσης οι ένοικοι του κτιρίου θα μπορούν να πριμοδοτούνται για να παράγουν ενέργεια. Η πριμοδότηση για την παραγωγή ενέργειας  θα μπορούσε να είναι GB στο κινητό, εισιτήρια σε σινεμά και θέατρα, εκπτωτικά κουπόνια σε πολυκαταστήματα και σουπερ μάρκετ  όλα επιδοτούμενα ως προωθητικές ενέργειες από εταιρίες, αλλά και από το υπουργείο υγείας, καθώς το όλο εγχείρημα βοηθάει στην καλή υγεία τόσο πνευματική όσο και σωματική. Με αυτό τον τρόπο τα παιδιά θα ενταχθούν στην φιλοσοφία της εργασίας και οι ηλικιωμένοι θα νιώθουν ξανά παραγωγικά μέλη της κοινωνίας.

Μελλοντικές ιδέες

Ο προγραμματισμός μας για το μέλλον αφορά στα οργανικά απόβλητα.

Τα αποφάγια και απόβλητα από τα φυτά (υπολείμματα από τη συγκομιδή) θα συλλέγονται σε ένα δεύτερο κάδο που θα είναι κάδος κομποστοποίησης. Χρησιμοποιώντας έναν δεύτερο αισθητήρα απόστασης θα μπορούμε να βλέπουμε πότε ο κάδος έχει γεμίσει και με έναν αισθητήρα θερμοκρασίας να μετράμε την θερμοκρασία του. Το κομπόστ αυτό θα χρησιμοποιείται στον κήπο του κτιρίου μας.

Τα ανθρώπινα περιττώματα θα τα επεξεργαζόμαστε σε υπόγεια δεξαμενή με σκοπό την παραγωγή βιοαερίου, το οποίο μετά τον καθαρισμό του θα ξαναδιοχετεύεται στο κτίριο με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για να στέλνουμε τα κόπρανα στην υπόγεια δεξαμενή θα χρησιμοποιούμε αντλία νερού μειώνοντας έτσι την χρήση νερού. Εκεί θα γίνεται αναερόβια χώνευση και οι μικροοργανισμοί θα διασπούν τα απόβλητα σε μεθάνιο. Το αέριο αυτό θα διοχετεύεται πίσω στο κτίριο και θα τροφοδοτεί σόμπα αερίου, λέβητα ζεστού νερού ή θα κινεί μηχανή που θα παράγει ηλεκτρισμό. Ότι περισσεύει από την διαδικασία θα χρησιμοποιείται ως λίπασμα στον κήπο.Η υλοποίηση των παραπάνω ιδεών έχει υγειονομικής φύσης δυσκολίες, οπότε και αποφασίσαμε να μην προχωρήσουμε στην υλοποίησή τους, για προφανείς λόγους.

 

Πρόοδος εργασίας

Για την κατασκευή αυτή εργαστήκαμε πάνω από 10 μήνες με τους μισούς από αυτούς εξ ’αποστάσεως λόγο της πανδημίας Covid -19.

Το κομμάτι της ενυδρειοπωνίας το είχαμε μελετήσει σε παλαιότερο Διαγωνισμό – Ολυμπιάδα Ρομποτικής. Στην πραγματικότητα είναι ένα πολύ πολύπλοκο σύστημα, καθώς για να μπορέσει να λειτουργήσει σωστά, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός παραγόντων οι οποίοι πρέπει να είναι σε ισορροπία. Αυτό επιταχύνεται με αισθητήρες που ελέγχουν και ενεργοποιούν ρομποτικά σύστημα ώστε να ρυθμίζουν το pH, την θερμοκρασία, τα επίπεδα αμμωνίας στο νερό, αυτόματη ταΐστρα, υπερχειλίσεις, τέντα για βροχή κ.α. Καθώς όμως το συγκεκριμένο σύστημα ήταν αντικείμενο προηγούμενου διαγωνισμού, το ενσωματώσαμε μεν στην φετινή μας ιδέα, αλλά δεν συμπεριλάβαμε όλους αυτούς τους αυτοματισμούς, καθώς έχουν είδη παρουσιαστεί και διαγωνιστεί. (https://youtu.be/i3DitP6aBU4?t=67)

Γενικά στην κατασκευή μας, προσπαθήσαμε να χρησιμοποιήσουμε και να συνδυάσουμε όλες τις εκπαιδευτικές πλατφόρμες – τεχνολογίες  που έχουμε διδαχθεί αυτά τα χρόνια και που ασχολούμαστε με την αγαπημένη μας δραστηριότητα. Εννοείτε ότι ψάξαμε, παιδευτήκαμε πολύ, βρήκαμε ιδέες από το διαδίκτυο και προσπαθήσαμε να τις συνδέσουμε στον κώδικά μας και στην κατασκευή μας.

Τα προβλήματα αμέτρητα… αλλά από αυτά μαθαίνουμε!! Μαζί με τον προπονητή μας ψάχναμε, ψάχναμε απογοητευόμασταν αλλά πάντα στο παρά πέντε βρίσκαμε την λύση και αυτό μας έδινε κουράγιο να συνεχίσουμε .Ήρθαμε σε επαφή με SQL, PHP, html, και  εμβαθύναμε τις γνώσεις μας σε Python, C++, App-inventor, MakeCode . Στο υλικό χρησιμοποιήσαμε Rasberry Pi 3B (server), 4xBBC MicroBit, 3xNodeMCU ESP8266, και ένα Arduino Uno.

Ελπίζουμε να σας άρεσε !!!

 

 

 

 

Μελέτη Ενεργειακής Κατανάλωσης και Παραγωγής Ενέργειας Πρότυπου Γηροκομείου – Ορφανοτροφείου

 

Κατανάλωση ενέργειας κτιρίου επιφάνειας 200 τμ.

• Θέρμανση: Ηλεκτρικό θερμικό πλέγμα ελεγχόμενο από θερμοστάτη ανεπτυγμένο στο 70% τις επιφάνειας  (140 τμ.)  με κατανάλωση 75 W /τ.μ.  και  συνολική κατανάλωση κατά την λειτουργία 10,125 W. Συνολικός εκτιμώμενος χρόνος κατανάλωσης ρεύματος για 4 ώρες θέρμανση την ημέρα  λόγω θερμοστάτη και θερμοχωρητικότητας του δαπέδου =  1 ώρα κατανάλωση

Συνολική κατανάλωση στις 4 ώρες θέρμανσης =  10.125 kW

 

• Ψύξη: Κεντρική μονάδα κλιματισμού τεχνολογίας inverter με κατανάλωση  συνεχούς λειτουργίας 2,500 W

Συνολική κατανάλωση στις 4 ώρες ψύξης =  10 kW

 

Παραγωγή ενέργειας μέσω ποδηλάτων, διαδρόμων γυμναστικής, γεννήτριες υδροηλεκτρικής ενέργειας

Ποδήλατο γεννήτρια με δυνατότητα παραγωγής ενέργειας  0.3 kWh

• Διάδρομος γυμναστικής γεννήτρια με δυνατότητα παραγωγής ενέργειας 2 kWh
• Παραγωγή ενέργειας μέσω Υδροηλεκτρικής γεννήτριας (24 ώρες/7ημερες)   1 kWh. Στην κατασκευή  θα έχουμε δύο γεννήτριες  αριστερά και δεξιά του κτιρίου άρα σε μια ημέρα (24 ώρες ) θα παράγουν 2 x 24 x 0.1 = 4.8 kW
• Ο ηλεκτροδότηση των αιθουσών και της αντλίας νερού (από τα ψάρια ) θα γίνεται  από τα ηλιακά πάνελ  και τους συσσωρευτές ενέργειας.

 

 

Βάση των παραπάνω στοιχείων προκύπτει ότι για να καλυφθεί ημερήσιο τετράωρο για την θέρμανση ή την ψύξη των εγκαταστάσεων  θα χρειαστούν :

• 12 ώρες στα ποδήλατα που θα παράγουν ημερησίως : 12 x 0.3 = 6 kW
• 8 ώρες στους διάδρομους γυμναστικής  που θα παράγουν ημερησίως:  8 x 0.2 =6 kW
• 2 γεννήτριες υδροηλεκτρικής ενέργειας θα παράγουν ημερησίως8kW

Άρα  ποδήλατα 3.6kW + Διάδρομοι 1.6 kW + Γεννήτριες Υδροηλεκτρικής ενέργειας  4.8kW =10kW