Sterowanie instalacją HVAC w budynku może odbywać się na różnych poziomach integracji z pozostałymi systemami budynków. Coraz częściej systemy grzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne są włączane w centralny system sterowania, a właściwie – zarządzania budynkiem: Building Management System. 

Building Management System (BMS) to centralny system nadzoru nad budynkiem. Łączy wszystkie instalacje budynkowe w układ złożony z czujników, których rolą jest zbieranie danych wejściowych oraz urządzeń mających za zadanie analizę i wykonanie zadanych odpowiedzi. BMS ma zapewnić efektywną współpracę instalacji oraz zarządzanie nimi z jednego miejsca. Rezultatem jest obniżenie kosztów eksploatacji obiektu (np. mniejsze zużycie energii, wcześniejsza reakcja na sytuacje awaryjne, minimalizacja ich skutków i skrócenie ewentualnych przestojów) oraz usprawnienie obsługi, przy zachowaniu komfortu użytkowników i funkcjonalności.

Oczywiście, nie każdy system sterowania i zarządzania instalacjami w budynku stanowi BMS. Można wyróżnić kilka poziomów sterowania instalacjami – ze szczególnym uwzględnieniem HVAC – w budynku:

• Poziom 1. Każdy system funkcjonujący w budynku działa niezależnie od innych systemów, z którymi może komunikować się za pomocą połączeń fizycznych. Przykładem mogą być sterowniki i regulatory, umożliwiające optymalne wykorzystanie instalacji VAV; 
• Poziom 2. Zintegrowane podsystemy komunikują się ze sobą za pomocą łącza szeregowego z wykorzystaniem kontrolerów. Przykładem może być zastosowanie w urządzeniach klimatyzacyjnych (np. VRF, multi-split) płyt sterujących z odpowiednimi gniazdami, które umożliwiają połączenie urządzeń poprzez proste sygnały napięciowe i beznapięciowe np. z instalacją przeciwpożarową, kontraktonami okiennymi, kartami hotelowymi czy wentylacją; 
• Poziom 3. Istnieje dostęp do informacji przesyłanej między systemami za pomocą sieci LAN. Przykładem jest integracja co najmniej dwóch systemów klimatyzacyjnych poprzez interfejsy producenta urządzeń oraz stosowanie tzw. sterowników uniwersalnych (np. dla fan coili, belek i sufitów grzewczo- chłodzących, VAV), które mogą być rozszerzane o dodatkowe moduły i cyfrowe czujniki wielofunkcyjne (temperatura, wilgotność, natężenie światła, ruch, stężenie CO₂), tworząc jednolity system obejmujący HVAC oraz sterowanie oświetleniem i żaluzjami; 
• Poziom 4. Połączenie wszystkich urządzeń i systemów przez magistralę systemową (KNX, LonWorks, BACnet).

W kontekście zarządzania instalacjami technicznymi budynku można też spotkać pojęcie BAS (Building Automation System). Jest to system centralnego sterowania i nadzoru instalacji technicznych w budynku, obejmujący instalacje automatyki dla wentylacji, klimatyzacji, ciepła, chłodu czy oddymiania oraz (w ograniczonym stopniu) instalacje elektryczne. Coraz częściej BAS stanowi element BMS.

Rys. 1. BMS daje możliwość integracji i zarządzania wszystkimi instalacjami teletechnicznymi w budynku. Fot: Jana Tanmia Resources Sdn Bhd

Elementy niezbędne do funkcjonowania systemu BMS Sensory (czujniki) zbierają wszelkie dane o budynku i jego użytkownikach. Wśród czujników ważnych dla sterowania systemami HVAC i ich integracji z pozostałymi systemami, wymienić należy: 

• czujniki temperatury (wewnętrznej, zewnętrznej, powietrza obiegowego, wody lodowej etc.); 
• czujnik CO₂, który umożliwia sterowanie udziałem świeżego powietrza, zależnie od liczby użytkowników i stężenie dwutlenku węgla w danym pomieszczeniu;
• czujnik obecności, umożliwiający zmianę trybu pracy danej strefy, zależnie od obecności osób w pomieszczeniu. Czujniki obecności uzupełniają dziś rozwiązania wykorzystujące techniki mikrolokalizacji (identyfi kowanie bliskości telefonów komórkowych, wyposażonych w odpowiednie aplikacje); 
• czujnik wilgotności, dający możliwość określenia punktu rosy oraz sterowania sekwencjami nawilżania/osuszania;
• kontrakton – magnetyczny czujnik otwarcia okna lub drzwi;
• czujniki specjalistyczne, w tym czujniki jakości powietrza (np. „smogowe”, badające ilość cząstek PM2.5 w powietrzu) lub wykrywające wycieki czynników chłodniczych.

Rys. 2. Building Management Systems to nie tylko system zarządzania, ale również układ elementów wykonawczych realizujących założone cele. Fot. Schneider Electric

Czujniki są często zintegrowane – np. w jednej obudowie mogą się znaleźć czujnik dymu, temperatury i wilgotności.

Aktory, czyli elementy wykonawcze realizują konkretne zadania zlecone przez system. Są to np. zawory regulacyjne czy regulatory bezpośredniego działania, używane do regulacji temperatury, ciśnienia, różnicy ciśnień, przepływu czy poziomu wód. Występują one także jako wielofunkcyjne (np. do jednoczesnej regulacji różnicy ciśnień i przepływu wody sieciowej w węźle). Warto też wskazać sterowniki cyfrowe (regulatory DDC, Direct Digital Control), które pełnią podobną funkcję, ale często zastępują znaczną liczbę układów regulacji konwencjonalnej.

Do aktorów zalicza się także urządzenia, takie jak kotły czy wentylatory nawiewu. Dla włączenia aktora w system BMS ważne jest zastosowanie napędów o zmiennej częstotliwości (VFD, Variable Frequency Drives), które wyposażone są w rozwiązania kontrolujące prędkość i moment obrotowy silników prądu zmiennego (falowniki). Warto zauważyć, że duże nagromadzenie rozwiązań VFD może powodować ich wzajemne oddziaływania i zakłócenia elektromagnetyczne, co wymaga stosowania odpowiednich zabezpieczeń, np. filtrów zakłóceń.

System zarządzania, stanowiący rozwiązanie mikroprocesorowe decyduje o pracy zintegrowanych instalacji. Punktem wyjścia jest zebranie sygnałów od wszystkich czujników. Na tej podstawie, system nakazuje działania poszczególnych aktorów – m.in. włączenie, wyłączenie, czy zmianę parametrów pracy. Funkcję tę pełni serwer operacyjny (główny), który zbiera dane z instalacji technicznych w czasie rzeczywistym, za pośrednictwem koncentratorów sygnałowych i rozdzielnic sterująco-monitorujących oraz umożliwia archiwizację danych.

System prezentacji (stacja robocza) występuje coraz częściej jako web client, czyli rozwiązanie dostępne z przeglądarki, bez konieczności instalowania dodatkowego programu. Umożliwia wizualizację instalacji i monitoring jej działania, wraz ze zmiennością w czasie (trendy), pozwala administrować alarmami i zdarzeniami oraz tworzyć raporty i dane wyjściowe, np. listy zużycia energii. Umożliwia także zdefi niowanie poziomów uprawnień (dostępu), np. recepcjonista uzyskuje uprawnienia tylko w zakresie monitoringu, natomiast operator, administrator budynku lub systemu, najemca – do zarządzania „podsystemem”.

Rys. 3. Przykładowa wizualizacja systemu monitoringu i sterowania pracą centrali wentylacyjnej (Alerton Ascent Compass). Fot. Alerton

Protokoły BMS

(...)

Możliwości integracji systemów HVAC z BMS

(...)

Przykładowe zadania BMS, a systemy HVAC

(...)

Podsumowanie

Systemy HVAC coraz częściej włącza się w zintegrowany układ zarządzania budynkiem. Taki centralny system nadzoru nad budynkiem BMS (Building Management System), łączący wszystkie instalacje budynkowe w jedne układ, pozwala efektywnie monitorować i zarządzać poszczególnymi instalacjami, eliminując ich wzajemny wpływ na siebie – niekorzystne oddziaływanie. Rezultatem jest obniżenie kosztów eksploatacji obiektu oraz usprawnienie codziennego użytkowania oraz obsługi technicznej z uwzględnieniem prac serwisowo- konserwacyjnych.

Rys. 7. Systemy BMS dają możliwość w pełni zarządzania zużyciem energii przez poszczególne systemy, czy też najemców, zarówno pochodzącej z sieci energetycznej jak i ze źródeł odnawialnych. Fot: https://blog.schneider-electric.com 

Współczesne rozwiązania pozwalają na integrację elementów wykonanych w różnych standardach komunikacji, co umożliwia stworzenie jednego systemu z instalacji rozproszonych.

Joanna RYŃSKA
– dziennikarka branżowa