Rozmowa z dr hab. inż. Tomaszem Cholewą, prof. uczelni – laureatem Nagrody Ministra Edukacji i Nauki za znaczące osiągnięcia w zakresie działalności naukowej

W dniu 19 lutego 2021 roku otrzymał Pan Profesor Nagrodę Ministra Edukacji i Nauki za znaczące osiągnięcia w zakresie działalności naukowej. Od kogo i w jakim momencie dowiedział się Pan Profesor o wygranej? Jaka była wtedy pierwsza myśl Pana Profesora?

O przyznanym wyróżnieniu dowiedziałem się podczas oficjalnej Gali online, zorganizowanej przez Ministerstwo Edukacji i Nauki 19 lutego 2021 roku. Kilka dni wcześniej dostałem na nią zaproszenie, co dało mi promyk nadziei, że mogę otrzymać nagrodę na podstawie wniosku złożonego przecież około rok wcześniej. Oczywiście po otrzymaniu nagrody była wielka radość i satysfakcja, że moja działalność naukowa została zauważona i doceniona.

Wyróżnienie to może zostać przyznane raz w ciągu całej kariery zawodowej. Jak wyróżnienie wpłynie na dalszą pracę naukową Pana Profesora? Traktuje je Pan Profesor jako zwieńczenie dotychczasowych osiągnięć na polu naukowym, czy też jako impuls do dalszej pracy?

Nie wiedziałem, że jest to wyróżnienie, które jest przyznane tylko raz w ciągu całej kariery zawodowej. Wyróżnienie to działa na pewno mobilizująco, choć ja raczej nie miałem problemów z mobilizacją w tym zakresie, i rzeczywiście daje dodatkowy impuls do kontynuacji prowadzonych prac. Dodatkowo, na podstawie wieloetapowej oceny niezależnych ekspertów, potwierdza właściwy i zarazem istotny kierunek prowadzonych prac badawczych, których wyniki są również akceptowane w formie oryginalnych artykułów naukowych w uznanych periodykach  międzynarodowych.

Już podczas pisania rozprawy doktorskiej na Politechnice Lubelskiej Pan Profesor podjął się badań z zakresu efektywności energetycznej oraz racjonalizacji zużycia energii w budynkach. Aktualnie pełni Pan Profesor m.in. funkcję Kierownika B+R projektu „Opracowanie innowacyjnego systemu sterowania dostawą ciepła na potrzeby ogrzewania obiektów istniejących i nowopowstających”. Zatem temat racjonalizacji zużycia energii w budynkach towarzyszy Panu Profesorowi niemal przez całą karierę naukową. Dlaczego ten temat jest tak ważny? Czy wiąże się on z potrzebą przeciwdziałania zmianom klimatycznym?

Tak, rzeczywiście ma Pani racje. Bezpośrednio po obronie rozprawy doktorskiej w 2013 roku przystąpiłem do realizacji  projektu badawczego pt. ,,Racjonalizacja zużycia energii w sektorze mieszkaniowym na podstawie badań eksperymentalnych i symulacyjnych”, którego zostałem kierownikiem, a projekt sfinansowany został ze środków MNiSW w ramach programu Iuventus Plus. W ramach projektu nawiązałem współpracę z większością spółdzielni mieszkaniowych oraz przedsiębiorstw energetyki cieplnej z województwa lubelskiego, co pozwoliło na zgłębienie wiedzy praktycznej, zapoznanie się z problemami, jak i oczekiwaniami poszczególnych podmiotów oraz opublikowanie szeregu prac w czasopismach z listy A, zarówno z zakresu racjonalizacji zużycia ciepła systemów ogrzewczych, jak i systemów przygotowania ciepłej wody użytkowej. Jednak główne wyniki badań przeprowadzonych w ramach tego projektu badawczego zostały opublikowane w formie monografii o zasięgu ogólnopolskim wydanej w 2016 roku. W tej książce przedstawiono szereg wyników długoterminowych badań eksploatacyjnych, umożliwiających określenie i sprawdzenie wpływu różnych przedsięwzięć modernizacyjnych na zużycie energii, szczególnie w istniejących budynkach wielorodzinnych. Do każdego rozpatrywanego przypadku została wybrana reprezentatywna grupa budynków, aby zakres przeprowadzonych prac modernizacyjnych pozwolił, w możliwie jednoznaczny sposób, pokazać wpływ danego działania modernizacyjnego na zużycie ciepła w danej grupie budynków, a nie był tylko przypadkowym wynikiem otrzymanym dla pojedynczego obiektu.

W większości budynków, zmniejszenie zużycia ciepła zostało już zrealizowane poprzez wykonanie termomodernizacji przegród zewnętrznych budynku, często połączonej z pewnym zakresem modernizacji systemu ogrzewania, np. poprzez zamontowanie zaworów termostatycznych przy grzejnikach. Dlatego też kolejne działania modernizacyjne, które będą miały na celu dalsze zwiększanie poziomu efektywności energetycznej w tego typu budynkach, będą się teraz koncentrowały w szczególności na modernizacji systemu ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej, edukacji mieszkańców oraz poprawie sterowania i automatyzacji procesów dostawy, magazynowania i odbioru energii.

Podczas prowadzenia badań i po wielu spotkaniach z zarządcami nieruchomości oraz mieszkańcami, zauważyłem, że nadal oczekują oni wdrażania kolejnych nowych rozwiązań, które pozwoliłyby jeszcze bardziej obniżyć zużycie ciepła, a tym samym obniżyć koszty ogrzewania i przygotowania ciepłej wody, przy zachowaniu komfortu cieplnego w pomieszczeniach ogrzewanych. Zarządcy poszczególnych nieruchomości, wspólnot, czy też spółdzielni bardzo często podkreślali, że nowe działania modernizacyjne, aby mogły zostać wdrożone w nadzorowanych przez nich obiektach, powinny charakteryzować się łatwością wdrożenia do istniejącego układu ogrzewczego, zrozumiałym sposobem działania, brakiem uciążliwości podczas montażu oraz późniejszej eksploatacji dla mieszkańców i zarządców nieruchomości, szybkim czasem zwrotu poniesionych nakładów inwestycyjnych, a także możliwością powszechnego zastosowania danego rozwiązania. Biorąc to pod uwagę, uznałem za zasadne opracowanie, zoptymalizowanie oraz przetestowanie autorskiej metody prognozowania dostawy ciepła na potrzeby ogrzewania obiektów.

Badania w tym zakresie realizujemy obecnie w ramach projektu POIR.04.01.02-00-0012/18-00 pt.Opracowanie innowacyjnego systemu sterowania dostawą ciepła na potrzeby ogrzewania obiektów istniejących i nowopowstających”, który jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR).

Czy mógłby nam Pan Profesor przybliżyć na czym polega autorska metoda prognozowania dostawy ciepła na potrzeby ogrzewania obiektów? Co jest w niej innowacyjnego oraz jak jej zastosowanie może wpłynąć na oszczędność ciepła w budynkach, a co za tym idzie oszczędności w budżecie?

Metoda prognozowania dostawy ciepła na potrzeby ogrzewania obiektów bazuje na innowacyjnych algorytmach obliczeniowych, zarówno w zakresie uzyskania dokładnego, rzeczywistego modelu cieplnego indywidualnie dla każdego obiektu, jak i prognozowania zapotrzebowania mocy cieplnej. Metoda uwzględnia prognozę pogody, otrzymaną z aplikacji meteo dla danej lokalizacji budynku oraz zachowania użytkowników systemu ogrzewczego. Praca proponowanego systemu sterowania prognozowego realizowana jest bez konieczności szczegółowej znajomości parametrów z zakresu budynku, takich jak współczynniki przenikania ciepła i powierzchnia przegród oraz instalacji ogrzewczej, a także bez potrzeby instalowania dodatkowych urządzeń w poszczególnych pomieszczeniach budynku.

O innowacyjnym charakterze tej metody świadczy między innymi możliwość szerokiego zastosowania proponowanej metody w układach wyposażonych w regulatory pogodowe, krótki czas instalacji w istniejącym budynku, wynoszący około 2 godzin, a także szybki zwrot nakładów inwestycyjnych, który wynosi około 1 roku. Wśród aspektów przemawiających za innowacyjnym charakterem opracowanej metody świadczy również zminimalizowanie zaangażowania ze strony Inwestora na etapie wdrożenia, jak i późniejszej eksploatacji, ponieważ większość czynności odbywa się automatycznie przy wykorzystaniu zaawansowanych algorytmów obliczeniowych.

Niezwykle ważnym jest, aby móc testować opracowaną metodę w warunkach rzeczywistych. Czy ciężko było znaleźć partnerów, którzy podjęliby się współpracy z tak innowacyjnym systemem?

Tak. Tego typu systemy powinny być przetestowane w warunkach rzeczywistych przed wprowadzeniem ich na rynek. Dlatego też zaplanowaliśmy w naszym projekcie POIR.04.01.02-00-0012/18-00 finansowanym przez NCBiR, w ramach etapu 7 przeprowadzenie testów w minimum 8 istniejących budynkach. Dzięki wcześniejszej, udanej współpracy z wieloma podmiotami z Lubelszczyzny w zakresie racjonalizacji zużycia ciepła, udało się nam uzgodnić realizację testów w 9 budynkach mieszkalnych wielorodzinnych w Świdniku oraz 4 budynkach użyteczności publicznej Urzędu Miasta Lublin w obecnym, jaki i następnym sezonie ogrzewczym.

Dlaczego w Państwa projekcie biorą udział m.in. budynki użyteczności publicznej Urzędu Miasta Lublin oraz na czym polega współpraca z administratorami budynków, w których prowadzone są testy?

Opracowywany, nowy  system sterowania będzie dedykowany w szczególności budynkom istniejącym, ponieważ właśnie w nich zużywane jest około 40% energii w Unii Europejskiej. Podczas prac koncepcyjnych chciałem, aby testy tego systemu były przeprowadzone w budynkach o różnym profilu zachowania, jaki i wymagań użytkowników, czyli w szczególności w budynkach mieszkalnych oraz budynkach użyteczności publicznej. Ponieważ pozwoli to dostosować i zoptymalizować opracowywany system na potrzeby jego późniejszego zastosowania na szeroką skalę, niezależnie od rodzaju budynku.

Administratorzy poszczególnych budynków uczestniczyli w instalacji przedmiotowego systemu w analizowanych budynkach, która odbyła się w ostatnim tygodniu stycznia 2021. Następnie osoby te dostały dostęp do opracowanego nadrzędnego systemu informatycznego, w którym zbieranych jest wiele danych, odnoszących się do podłączonych budynków, co daje możliwość wykonania szeregu analiz. 

Opracowanie nowatorskiej metody, zoptymalizowanie jej oraz przetestowanie wymaga pracy wielu osób. Jak liczny jest teraz zespół Pana Profesora? Czy w jego skład wchodzi jedynie kadra naukowo-dydaktyczna, czy swój udział w nim mają również studenci?

Z uwagi na interdyscyplinarny charakter prowadzonych prac badawczo-rozwojowych, w przedmiotowym projekcie uczestniczą pracownicy trzech Wydziałów Politechniki Lubelskiej. Wydział Inżynierii Środowiska w tym projekcie reprezentują dr hab. inż. Alicja Siuta-Olcha, prof. PL oraz dr inż. Łukasz Guz, Wydział Elektrotechniki  Informatyki jest reprezentowany przez hab. inż. Andrzeja Smolarza, prof. PL  oraz dr inż. Piotra Muryjasa, natomiast Wydział Mechaniczny przez dr hab. inż. Piotra Wolszczaka, prof. PL. Dodatkowo należy podkreślić, że ten projekt realizowany jest w konsorcjum z polską firmą – Frisko s.c., w której do realizacji projektu zaangażowane są 4 osoby. W prace badawcze i analizy zaangażowanych jest również wielu studentów poszczególnych Wydziałów Politechniki Lubelskiej, którzy wykorzystują uzyskiwane wyniki na potrzeby realizacji swoich prac dyplomowych. Biorąc pod uwagę powyższe, mogę potwierdzić, że udało się stworzyć komplementarny zespół na potrzeby realizacji tego projektu.

Po przetestowaniu, zoptymalizowaniu, a następnie wprowadzeniu systemu na rynek – jakie są dalsze plany naukowe Pana Profesora?

Obecnie chcę dopracować proponowany system sterowania, który po wdrożeniu będzie nadal dawał wiele możliwości badawczych. Jednak oczywiście jestem cały czas otwarty na potrzeby otoczenia społeczno-biznesowego i staram się kreować, a następnie prowadzić nowe, istotne prace badawcze, które będą podstawą do dalszego zwiększania efektywności energetycznej, jaki i rozwoju naukowego osób uczestniczących w ich realizacji.

Czego można Panu Profesorowi życzyć?

Zdrowia, aby można było spędzać czas z najbliższymi oraz realizować postawione cele.

W takim wypadku chciałabym życzyć Panu Profesorowi zdrowia oraz ogromnych pokładów wytrwałości w dążeniu do wyznaczonych celów!

Dziękuję za poświęcony czas!

Zdjęcie dr hab. inż. Tomasza Cholewy, prof. uczelni
Na zdjęciu dr hab. inż. Tomasz Cholewa, prof. uczelni.

Z dr hab. inż. Tomaszem Cholewą, prof. uczelni – pracownikiem Katedry Jakości Powietrza Wewnętrznego i Zewnętrznego
Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Lubelskiej rozmawiała Katarzyna Bujan