Systemy BMS w inteligentnych budynkach PDF Drukuj Email
Ocena użytkowników: / 3
SłabyŚwietny 

Inteligentne połączenie systemu ogrzewania i przygotowania c.w.u. z wentylacją przynosi wymierne zyski, jednakże do jego realizacji konieczny jest dobrze zaprojektowany BMS. BMS dostarcza dużą ilość danych oraz pozwala analizować wzorce zużycia w określonym przedziale czasu i porównywać je z wartościami odniesienia.

 

Koszty związane z konsumpcją energii stanowią największą część całkowitych kosztów utrzymania budynku. Aby móc je efektywnie redukować należy przede wszystkim zidentyfi kować głównych konsumentów energii, do czego niezbędne jest opomiarowanie wszystkich strumieni przepływu energii w budynku, takich jak woda, ciepło czy elektryczność. Pozwala to na późniejszą redukcję strat i optymalizację zużycia. Oprócz opomiarowania niezbędne jest wprowadzenie skutecznych metod zarządzania energią w budynku, które przyczynią się do ograniczenia zużycia energii. Aby ograniczyć ilość pracowników technicznych i zoptymalizować pracę systemów pod kątem zapotrzebowania na energię od lat 70. XX wieku rozpoczęto prace nad opracowaniem jednego systemu potrafi ącego zrealizować te wszystkie zadania. Tak powstało pojęcie budynku inteligentnego [1-5]. Koncepcja pracy takiego budynku opiera się na założeniu, że system nadrzędny zarządza tylko niezbędnymi danymi z punktu widzenia zadania przed nim stawianego. Inteligentny budynek posiada system czujników i detektorów oraz jeden, zintegrowany system zarządzania wszystkimi znajdującymi się w budynku instalacjami. Dzięki informacjom pochodzącym z różnych elementów systemu, budynek może reagować na zmiany środowiska wewnątrz i na zewnątrz, co prowadzi do maksymalizacji funkcjonalności, komfortu i bezpieczeństwa, minimalizacji kosztów eksploatacji i modernizacji oraz ograniczenia emisji szkodliwych zanieczyszczeń. System zarządzający poszczególnymi instalacjami inteligentnego budynku (BMS) nie powinien wpływać negatywnie na ludzi znajdujących się w jego środowisku. BMS dostarcza dużą ilość danych oraz pozwala analizować wzorce zużycia w określonym przedziale czasu i porównywać je z wartościami odniesienia (rys. 1.). Szczegółowa analiza tych wyników pozwala podjąć stosowne działania zmniejszające koszty zużycia energii. Obecne technologie pozwalają osiągnąć bardzo wysoką skuteczność zarządzania obiektem, która w istotny sposób ogranicza koszty eksploatacyjne. Klient może rozbudowywać inteligencję swojego biura, podpinając się pod zaawansowane rozwiązania, np. ściąganie wewnętrznych raportów z jego powierzchni.

 

a)

2015 08 46 1

b)

2015 08 46 2

Rys. 1. System BMS: a) schemat obrazujący możliwości zarządzania; b) przykładowy interfejs systemu BMS

 

 

Osobne do tej pory systemy mogą zostać zintegrowane w jeden współdziałający układ regulacji, umożliwiający wykorzystanie pełnego potencjału zainstalowanych w budynku urządzeń. Teoretycznie każdy system (ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji itd.) może być wyposażony w swoją niezależną automatykę, która również pozwoli w dużym stopniu ograniczyć zużycie energii, jednakże wiąże się to z istotnymi problemami. Jeśli każdy system inteligentnego budynku będzie wyposażony w swój niezależny sterownik i panel sterowniczy, to szybko może się okazać, że jedną, a nawet kilka ścian trzeba przeznaczyć na umieszczenie wszystkich wyświetlaczy, sterowników itp. Samo niezintegrowane sterowanie HVAC będzie zmuszało użytkownika do zawieszenia na tej ścianie sterowników: źródła ciepła (np. kotła gazowego), wentylacji, odzysku ciepła, systemu ciepłej wody użytkowej i dogrzewania/chłodzenia oraz panelu sterowniczego alarmu i żaluzji, a także panelu stacji pogodowej. Nie wspominając już o fakcie, że do każdego sterownika związanego z systemami grzewczymi, wentylacyjnymi i klimatyzacyjnymi konieczne będzie umieszczenie czujnika temperatury zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku. Konieczność regulacji systemu HVAC w zależności od panujących warunków atmosferycznych jest dzisiaj oczywista, jednakże jeżeli każdy sygnał będzie wchodził do osobnego sterownika, to również na ścianach zewnętrznych znajdą się ciągi czujników temperatury, wilgotności i ciśnienia. Z kolei chęć zapamiętania w dłuższym terminie danych z tych czujników w jakimś systemie komputerowym będzie wymagała podłączenia obok tej ściany komputera z wieloma wejściami RS, USB lub/i Ethernet. Zastąpienie tego skomplikowanego układu jednym sterownikiem BMS pozwoli na integrację czujników HVAC z systemem komfortu, stacją pogodową i innymi elementami domu inteligentnego, udostępniając np. dane o temperaturze czy wilgotności w jednym pomieszczeniu innym podsystemom [2-4]. Zintegrowany system, dysponując odpowiednią liczbą zmiennych, będzie w stanie na bieżąco wyliczać zapotrzebowanie na ilość powietrza do wentylacji, ilość ciepła, jakie potrzebuje budynek, by utrzymać określoną temperaturę oraz inne parametry, które będzie optymalizować zgodnie z zadanym algorytmem. W efekcie dom zarządzany przez taki zintegrowany system BMS, przy znacznie skuteczniejszym utrzymywaniu komfortu klimatycznego, będzie zużywał dużo mniej energii i będzie przez to znacznie tańszy w długotrwałym użytkowaniu (nie wspominając już o możliwości zarządzania nim z każdego komputera w domu przez standardową przeglądarkę). Zadaniem automatyki BMS jest integrowanie instalacji występujących na obiekcie. System automatyki budynkowej spaja wszystkie systemy w jedną całość, która pozwala efektywnie i w sposób oszczędny zarządzać całym obiektem z jednego miejsca. System BMS kontroluje parametry pracy poszczególnych urządzeń, informuje o problemach i awariach. System udostępnia zazwyczaj interfejs grafi czny, który w czytelny sposób pozwala na podgląd parametrów pracy oraz zmianę wartości nastawionych (rys. 1b).

 

System BMS integruje przede wszystkim systemy sterowania funkcjami technicznymi budynku, które można zgrupować w dwa podsystemy (rys. 1a):

  • podsystem zasilania i sterowania energią elektryczną:
    • zabezpieczenia i rozdzielnie elektryczne,
    • instalacje pomiarowe,
    • sterowanie i monitorowanie zadań,
    • okablowanie instalacji zasilających,
    • instalacje oświetleniowe,
    • urządzenia i układy zasilania awaryjnego,
    • transport pionowy i poziomy;
  • podsystem sterowania komfortem:
    • sterowanie klimatyzacją,
    • sterowanie wentylacją,
    • sterowanie ogrzewaniem,
    • sterowanie oświetleniem,
    • sterowanie nagłośnieniem,
    • sterowanie systemami parkingowymi,
    • obsługa urządzeń audio-video,
    • system pogodowy.

 

Rozwiązania systemu automatyki budynkowej BMS przeznaczone są w pierwszej kolejności do obiektów takich jak:

  • biurowce,
  • hotele,
  • centra handlowe,
  • osiedla mieszkaniowe,
  • szpitale.

 

Współczesny zautomatyzowany czy inteligentny budynek umożliwia inne podejście do wszystkich funkcjonujących w budynku instalacji. BMS podejmuje decyzje dotyczące ich pracy, natomiast użytkownicy pomieszczeń wskazują jedynie czego oczeku- ją. Następuje zatem zmiana funkcji klasycznych włączników dwustanowych na „sygnalizatory chęci podjęcia decyzji”. Zamiast tradycyjnych wyłączników, sterowników temperatury czy czujek alarmowych podłączonych do niezależnych sterowników i centralek (jak centrala alarmowa lub przeciwpożarowa) w zintegrowanym systemie inteligentnego budynku zawsze można wyróżnić cztery podstawowe elementy: sensory, aktory, system zarządzania i system prezentacji [2-4]. Sensory to czujniki, które zbierają wszelkie dane – temperatury, fakt obecności mieszkańców, stan włączników światła. Czujniki takie są często zintegrowane, tzn. w jednej obudowie wyglądającej jak typowy czujnik alarmowy znajduje się także czujnik temperatury i wilgotności.

 

Kolejną cechą wyróżniającą inteligentne budynki są wyłączniki oświetlenia typu dzwonkowego, a nie dwustanowego, ponieważ system BMS oczekuje od mieszkańca jedynie zasygnalizowania chęci włączenia światła – wyrażonej właśnie jako krótkotrwałe przyciśnięcie przycisku, a nie wykonanie samej czynności. Podobnie przytrzymanie czy kilkakrotne naciśnięcie tego przycisku będzie oznaczało nowe funkcje dla systemu BMS. Dzieje się tak dlatego, że prawo do wykonywania wszelkich włączeń przejmuje za nas automatyka budynku, dając jednocześnie duże możliwości sterowania. Inteligentny budynek sprawdza, czy po drodze od podjęcia decyzji do jej wykonania nie ma innych czynników wpływających na zasadność jej realizacji. Klasycznym przykładem jest tu współdziałanie systemu wentylacji/klimatyzacji z otwarciem okien. Wentylacja pomieszczeń, w których otwarte są okna jest pozbawiona sensu, dlatego inteligentny budynek albo nie pozwala na otwarcie okien, gdy włączona jest wentylacja (takie rozwiązania spotyka się często w hotelach) lub wyłącza klimatyzację, podczas otwarcia okna albo ignoruje polecenie jej włączenia. Następny element systemu to tzw. aktory [2-4]. Praktycznie z punku widzenia BMS wszelkie elementy wykonawcze są aktorami. Aktory – od najprostszych, jak żarówka, system wywołujący alarm czy piec dostarczający ciepło i wentylator nawiewu – zawsze są zarządzane przez system, a nie przez mieszkańca domu. Przekazanie tych działań w ręce inteligencji budynku powoduje, że mieszkaniec ma więcej swobody i w efekcie żyje mu się bardziej komfortowo, bo nie musi myśleć o wielu czynnościach. Najistotniejszym w inteligentnym budynku jest zarządca, czyli „mózg” całego systemu. Jest to system mikroprocesorowy, który zarządza wszystkimi aktorami w naszym budynku. To właśnie wspomniany BMS, czyli zintegrowany system zarządzania budynkiem. BMS zbiera sygnały od wszystkich sensorów, podejmuje najbardziej optymalne decyzje i nakazuje działania (lub po prostu wyłączenie się) poszczególnych aktorów. Przykładowo, gdy użytkownik wchodzi do domu automatycznie włącza się w jego pokoju światło (o ile na zewnątrz jest ciemno), otwierają się żaluzje, temperatura w pomieszczeniach podwyższa się (o ile odbiega od wcześniej zaprogramowanej), wentylacja zwiększa intensywność, w łazience uruchamia się cyrkulacja ciepłej wody użytkowej.

 

 

Protokoły BMS

 

 

Bardzo istotny jest język komunikacyjny, tzw. protokół, który służy do przekazywania danych pomiędzy systemem zarządzanym i systemem zarządzającym, ilość danych do przesyłu i zarządzania oraz wielkość obiektu. Aktualnie do najbardziej popularnych protokołów komunikacyjnych należą: LonWorks, BACnet, KNX [1]. Jak widać w tabeli 1. poszczególne protokoły mają swoją specjalizację w zależności od wielości budynku oraz wymagań dotyczących prędkości transferu. Trzy pierwsze protokoły są ustandaryzowane i są protokołami otwartymi, pozostałe stanowią indywidualne fabryczne rozwiązania.

 

 

2015 08 48 2

 

 

Różnice w stosowaniu poszczególnych protokołów są również widoczne z punktu widzenia lokalizacji. W Europie najbardziej popularne są protokoły otwarte, w USA zdecydowanie dominują rozwiązania dedykowane (rys. 2.). Warto zwrócić uwagę na fakt, że tendencja w zastosowaniach wyraźnie przechyla się w kierunku protokołów otwartych a wynika ona z podstawowych zalet takich rozwiązań:

  • interpolacyjności (współpracy na zasadzie nadajnik/odbiornik),
  • prostoty komunikacji urządzeń różnych producentów,
  • prostoty konfiguracji sieci.

 

 

2015 08 48 1

Rys. 2. Różnice w stosowaniu poszczególnych protokołów w zależności od regionu świata [1]

 

 

Do połączenia wewnętrznego protokołu komunikacyjnego VRF z zewnętrznym protokołem BMS służą specjalne interfejsy. Kryterium wyboru odpowiedniego protokołu BMS jest determinowane głównie ilością danych i wielkością obiektu do zarządzania (również fizyczną, ponieważ poszczególne technologie mają ograniczenia związane z długością okablowania).

 

 

Sterowanie wybranymi systemami

 

Współpraca systemów wentylacji i klimatyzacji

 

(...)

 

Systemy grzewcze i systemy kolektorów słonecznych

 

(...)

 

 

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

 

mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

 

LITERATURA:

[1] ZALEWSKI M.: BMS i komunikacja z systemami nadrzędnymi. Chłodnictwo&Klimatyzacja. 01-02/2014.

[2] BISKUPSKI J.: Inteligentny budynek mieszkalny. Rynek Instalacyjny. 1-2/2009.

[3] BISKUPSKI J.: System grzewczy w inteligentnym budynku. Powiązanie paneli solarnych, pompy ciepła i kominka z płaszczem wodnym. Rynek Instalacyjny. 5/2010.

[4] BISKUPSKI J.: Wykorzystanie kolektorów słonecznych do produkcji c.w.u. i c.o. przy zastosowaniu automatyki BMS. Rynek Instalacyjny. 5/2013.

[5] JARZYŃSKI J.: Integracja rozwiązań Panasonic z systemami BMS. Chłodnictwo&Klimatyzacja. 01-02/2014.

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • 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 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.