Reklama
 
 
 
Systemy HVAC i inteligentne budynki
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 02.06.2016

W trakcie projektowania i budowy nowoczesnego budynku biurowego można wpływać zarówno na techniczną energooszczędność, trwałość, ale również na komfort i zdrowie użytkowników. Odpowiednie koncepcje istnieją już, niestety wciąż nie ma tanich standardowych rozwiązań.

 

 

2016 5 28 1

 

 

W przeszłości budynki biurowe były po to, aby nikomu „nie padało na biurko”. Dziś podczas budowy nowoczesnego miejsca pracy myśli się o aktywacji budynku, pomiarze stężenia CO2, czujnikach ruchu i indywidualnym sterowaniu temperaturą. Branża stała się bardziej skomplikowana i aktualnie obok inżynierów budownictwa potrzeba jest specjalistów z branży automatyki i sterowania.

 

Coraz większą rolę odgrywa informacja. Informacja i jej przetwarzanie pozwala na skuteczne zmniejszenie zużycia energii, której zasoby są ograniczone. Rosną natomiast zasoby informacji, której posiadanie stanowi niejednokrotnie o znaczeniu jej właściciela. Informatyka, jej narzędzia sprzętowe i programowe, odgrywają tu najistotniejszą rolę. Podsumowując można stwierdzić, że osią integracji współczesnych systemów jest właśnie informatyka. 

 

 

Ogrzewanie aktywne gdy jest zimno, otwarte okna gdy jest ciepło.

 

Wiodący trend cyfryzacji dotyczy również sterowania w nowoczesnych budynkach biurowych oraz integracja w nich pojedynczych systemów technicznych. Budynek biurowy niskoenergetyczny musi umieć rozpoznać, czy znajduje się w nim ewentualnie w odpowiednim pomieszczeniu jakiś pracownik. Pustego biura nie trzeba ogrzewać lub klimatyzować – przynajmniej nie tak jak w pełni zapełnione – a gdy nie ma nikogo przy biurku, to również nikomu nie przeszkadza to, że system zacieniający opuścił żaluzje czy rolety, aby ograniczyć przegrzewanie pomieszczania promieniami słonecznymi. W ten sposób oszczędzana jest energia na cele klimatyzacyjne. Nowoczesne rozwiązania dopasowują również sztuczne oświetlenie do odpowiedniego naturalnego oświetlenia. 

 

Nowoczesny budynek jest swego rodzaju technicznym organizmem, w którego betonowym ciele przebiegają kilometry żył, dzięki którym za pomocą niewielkich różnic temperatur regulują „temperaturę ciała”. Budynek staje się sztucznym ciałem, które za pomocą czujników samodzielnie się kontroluje – systemy techniczne samodzielnie regulują, a dzięki kompleksowym algorytmom wykonują to dokładnie tak jak sobie życzy tego inwestor (użytkownik).

 

 

Kontrola jakości powietrza

 

Funkcją podstawową wentylacji jest zapewnienie użytkownikowi komfortu fizjologicznego, czyli środowiska, w którym stężenia zanieczyszczeń gazowych oraz produkty metabolizmu (CO2, para wodna, zapachy) będą utrzymywane na dopuszczalnym poziomie. Do dnia dzisiejszego dwutlenek węgla pełni funkcję praktycznego i łatwo mierzalnego współczynnika jakości powietrza. Czujniki CO2 są już powszechnie stosowane, a ich cena osiągnęła przystępny pułap. Na rynku dostępne są również czujniki jakości powietrza mierzące koncentrację VOC (lotnych związków organicznych). Wykrywają obecność oparów i gazów, takich jak, etanol, tlenek dwutlenek węgla, amoniak i inne. Do najważniejszych VOC, które obniżają jakość powietrza należą:

  • aceton (zmywacze, farby , rozpuszczalniki, materiały wykończeniowe);
  • związki zawierające chlor (lakiery, rozpuszczalniki, środki stosowane w tapicerstwie, niektóre środki czystości);
  • octan n-butylu (linoleum, uszczelnienia, wypełniacze);
  • węglowodory alifatyczne (kopiarki, farby, kleje, uszczelniacze);
  • węglowodory aromatyczne (kleje, farby, tynki, benzyna, elementy wykończeniowe z gumy, proces spalania);
  • terpeny (środki czystości, dezodoranty, kauczuk);
  • formaldehyd – wydzielany przez płyty wiórowe, z których robione są meble i niektóre materiały izolacyjne;
  • dichlorobenzen (odświeżacze powietrza, środki owadobójcze, środki do dezynfekcji);
  • inne lotne związki organiczne – farby, środki owado- i grzybobójcze, rozpuszczalniki, kosmetyki, związki powstałe w wyniku gotowania;
  • bioaerozol – substancje wydzielane przez rośliny (pyłki), zwierzęta lub ludzi (bakterie);

 

Czujniki CO2 stosuje się wtedy, kiedy należy zadbać o jakość powietrza rozumianą jako stężenie dwutlenku węgla w powietrzu, czyli uzależnioną od liczby przebywających w pomieszczeniach osób. Przyjmuje się, że granica komfortu to 1000-1500 ppm. Czujniki VOC wykorzystuje się wtedy, kiedy należy zapewnić przede wszystkim dostęp do powietrza pozbawionego substancji szkodliwych lub wpływających negatywnie na człowieka. Przykładem jest tu każde biuro, w którym obecność takich związków, jak węglowodory alifatyczne i aromatyczne, związki karbonylowe, estry, chlorowcopochodne czy fenol, mogą prowadzić do pogorszenia się efektywności pracy, wywoływać bóle głowy czy też pojawianie się innych objawów chorobowych.

 

 

2016 5 29 1

Rys. 1. Obszary obejmujące automatykę budynku

 

 

Energooszczędność

(...)

 

Przewidujące algorytmy automatyki budynków

 

Systemy grzewczo-chłodzące stosowane w budynkach, w tym w budynkach biurowych, wykorzystują często również masę budynku dla wstępnej regulacji temperatury w pomieszczeniu. Realizowane w ten sposób systemy TABS są bezwładne w regulacji. Aby właściwie wykorzystać potencjał zakumulowanego ciepła lub chłodu rozwijane są nowe systemy sterowania i automatyki o przewidujących algorytmach regulacyjnych. Obliczają one przyszłe zachowanie się budynku tak, aby optymalizować pracę chwilową. Obecnie automatyka budynków może wykorzystywać:

  • kalendarz użytkowania,
  • prognozę pogody,
  • prognozę kosztów energii,
  • sterowanie predykcyjne – Model Predictive Control (MPC),
  • sztuczne sieci neuronowe.

 

Kalendarz użytkowania jest powszechnie znany i stosowany. Pozwala na zmniejszanie, ewentualnie wyłączanie funkcji grzewczych i chłodniczych w budynku w określonych dniach lub porach. Kalendarz dotyczy zarówno całego budynku, jak i wybranych pomieszczeń, np. sala konferencyjna.

 

Dane pogodowe są powszechnie stosowane w automatyce budynku. Na podstawie temperatury zewnętrznej regulowane jest źródło ciepła lub chłodu, zaś na podstawie nasłonecznienia regulowane są żaluzje oraz oświetlenie. Coraz popularniejsze jest jednak korzystanie z prognozy pogodowej do sterowania instalacjami w budynku.

 

Możliwa jest bezpośrednia wymiana danych z serwisem pogodowym lub korzystanie z usług, jakie oferują portale pogodowe. Wówczas bezwładne systemy regulacji temperatury w budynku mogą odpowiednio wcześnie reagować na prognozowane wartości.

 

W celu optymalizacji kosztów energii wykorzystuje się również prognozy kosztów energii. Inteligentne liczniki i systemy potrafią odpowiednio zmieniać źródła energii tak, aby koszty jej przetworzenia były jak najmniejsze.

 

 

2016 5 30 1

Rys. 2. 40% zużycia energii pierwotnej przypada na użytkowanie budynków, w tym 85% zużywane jest na ogrzewanie, ciepłą wodę użytkową oraz klimatyzację

 

 

Sterowanie z przesuwanym horyzontem (predykcyjne) jest stosowane w układach regulacji automatycznej do sterowania systemami dynamicznymi. Regulatory predykcyjne z wyprzedzeniem dostosowują swoje działanie do zmian wielkości wyjściowych układu, zanim te zmiany nastąpią. Chodzi o minimalizację różnic między wartościami wielkości regulowanych, przewidywanymi w chwili na przyszłą chwilę (przyszłe wartości w chwili są wyznaczane na podstawie wartości do chwili), a wartościami zadanymi dla tych wyjść, na horyzoncie predykcji. W celu predykcji wartości wyjść regulowanych niezbędne jest jednak stworzenie modelu zachowania się obiektu. Główna niedogodność pojawiająca się przy stosowaniu regulatorów predykcyjnych związana jest właśnie z koniecznością stworzenia modelu zachowania się obiektu. Modelowanie procesów, które mają być sterowane predykcyjnie, to często najtrudniejsza, najbardziej czasochłonna i najbardziej kosztowna faza wdrożenia tego typu regulatorów.

 

Sieci neuronowe to ogólna nazwa struktur matematycznych i ich programowych lub sprzętowych modeli, realizujących obliczenia lub przetwarzanie sygnałów poprzez rzędy elementów, zwanych sztucznymi neuronami, które wykonują pewną podstawową operację na swoim wejściu. Ta koncepcja regulacji bazuje na optymalizacji konkretnej wielkości (np. mocy grzewczej) w zadeklarowanym horyzoncie czasowym. Regulator optymalizuje przy tym koszty wraz z komfortem użytkownika, jak i zużycie energii – jako komponenty funkcyjne. Używa sieci neuronowych jako modelu budynku oraz neuronowego modułu prognozy klimatu wewnętrznego.

 

 

2016 5 32 1

Rys. 4. Rysunek 2: Balanced Office Building (BOB) w Akwizgranie (Aachen), uznawany za najbardziej energooszczędny budynek biurowy w Niemczech

 

 

Balanced Office Building

 

Podczas tworzenia budynku prototypowego Balanced Offi ce Building (BOB) twórcy połączyli sprawdzoną technikę z innowacyjną. BOB pobiera ciepło i chłód z powierzchniowej geotermii, przy czym udało się chłód w 100% uzyskać z chłodu gruntu.

 

Budynek Balanced Office Building w Aachen jest prototypem seryjnego energooszczędnego budynku biurowego. Wszystkie systemy i komponenty są zoptymalizowane pod względem kosztów.

 

Dopasowana fizyka budowli i system aktywnego budynku TABS, zapewnia wysoki poziom komfortu. Sterowanie „BOB.i“ z systemem prognozy pogodowej jest nowatorskim opracowaniem, które nadaje nowy trend w technice regulacji. Ponieważ łączy na podstawie danych i prognoz pogodowych z systemem grzewczym, klimatyzacyjnym i wentylacyjnym. Inteligentne zarządzanie oświetleniem z żaluzjami, odzysk wilgoci i ciepła oraz wiele innych innowacyjnych rozwiązań zapewniają wyjątkową tanią pracę budynku (27 kWh/m2 na rok na cele grzewcze, klimatyzacyjne, wentylacyjne i oświetlenie, mierzone w sposób ciągły) .

 

 

dr inż. Maciej DANIELAK
Kierownik Działu Sprzedaży,
Kampmann w Polsce

 

LITERATURA: 

[1] Maciej DANIELAK: Budynek aktywny termicznie. Aktywowanie masy budynku do magazynowania ciepła i chłodu

 

 

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

Reklama

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.