Автоматично управление на сградни инсталации

Съвременните решения и тенденции в областта

Съвременните системи за автоматизация на сградни инсталации интегрират мониторингови, контролни, управляващи и оптимизационни функции. Мониторингът върху сградните системи е постоянен и обикновено в реално време, с цел осигуряване на коректно функциониране на инсталациите, изпълнение на своевременна сервизна намеса и, не на последно място, минимизиране на енергийните разходи. Контролните функции на системата обхващат управлението на климатичната, вентилационната и отоплителната инсталация, осветлението, енергийния мениджмънт на сградата и системите за достъп и пожароизвестяване.

Основната им цел е осигуряването на по-добър комфорт и по-висока ефективност при използването на енергийните ресурси. Сред базовите им функции е мониторирането на основните параметри на микроклимата във всяко от помещенията на сградата. Регистрирането и анализът на данните за помещенията, за избрани периоди от време, осигурява необходимата информация за предприемане на превантивни действия. Според направени изчисления, внедряването на система за сградна автоматизация, би могло да доведе до минимизиране на енергийните разходи с до 30%, като същевременно оптимизира функционирането на сградните инсталации.

Функционални нива на системите
Системите за автоматизация на сгради най-общо включват четири функционални нива: ниво за входно/изходни функции; автоматично ниво за обработващи функции; управленско ниво; оперативен анализ и инженерни функции. Целта е да се постигне обща система за автоматизация и контрол на сградата, която осигурява ефективно комплексно управление на всички процеси в отделните помещения и представя цялата необходима информация.
Четирите функционални нива се изграждат на базата на голям брой софтуерни и хардуерни елементи. Отвореността на системите се осигурява от наложили се комуникационни протоколи като Profibus, C-bus, SOAP (Simple Object Access Protocol), XML (Extensible Markup Language), BacNet (Building Automation and Control Networks), Lon, Modbus, ZigBee и други. Използването на подобен тип стандартни протоколи улеснява структурирането на системата и прави възможно включването на средства за контрол и управление, както и полеви прибори от различни производители. Друго предимство е възможността за централизирано автоматично управление на големи сградни комплекси, оборудвани с продукти от различни доставчици. Не бива да се пропуска и възможността за интегриране на системите за автоматизация на сградните инсталации със системите за енергиен мениджмънт, например. Използването на стандартизираните продукти за автоматизация на сгради налага и непрекъснатото усъвършенстване на наложилите се отворени комуникационни протоколи, които улесняват структурирането на системата и правят възможно включването на средства за контрол и управление от различни производители.

Структура на системите
Автоматичното управление на отделните сградни инсталации се базира на предварително въведени режими на работа (дневни, седмични, дори месечни) или е функция на текущите стойности на отделни контролирани величини, например температура, влажност и т. н. Информацията, събрана от датчиците, се предава на контролер, който сравнява текущите стойности на следените променливи с предварително въведени базови стойности и изпраща управляващи сигнали към съответните изпълнителни механизми. По този начин се постига оптимална работа на климатизацията, осветлението или вентилацията с оглед поддържане на комфортен микроклимат при минимален разход на енергия. Така например, осветлението в отделните помещения би могло да се включва или изключва от съответната подсистема в зависимост от програмиран дневен режим или на базата на отчетено присъствие от сензори за движение. Датчиците за движение, освен да подпомагат управлението на осветлението, се грижат и за функционирането на системата за сигурност. Задачата им е да известят съответния контролер за наличието на движение, който от своя страна да задейства звукова или светлинна аларма, да изпрати сигнал до охраната на сградата и т. н. При активиране на пожароизвестителните датчици, системата би могла автоматично да затвори входовете на въздухопроводите, за да спре достъпът на кислород в помещението, както и да включи пожарогасителната система в съответната зона.
На подобен принцип са базирани и техническите възможности за контрол и управление на отоплителната инсталация. За реализацията им се използват различни средства, сред които температурни датчици, термостатични радиаторни вентили и други. При работа на системата на базата на предварително зададен времеви режим, отоплението и/или производството на битова гореща вода се изключват и включват, следвайки програмиран дневен, седмичен или друг режим. Като най-рационално се приема обаче, управлението съобразно температурата в помещенията и външната температура, основано на показанията на различни видове сензори.

Тенденции в развитието на технологиите за сградна автоматизация
Специалисти от бранша очертават като логична следваща стъпка в развитието на средствата за сградна автоматизация обединяването на контрола върху осветителните тела и ОВК системите в един контролер. Според тях липсва техническа и каквато и да е друга обосновка двете системи за управление да се инсталират отделно, понякога чрез използването на много софтуерни и хардуерни елементи, които да осигурят връзката с централната система за управление на сградата. Съществуването на паралелни системи и липсата на гъвкавост на специфичните за приложението контролери води до снижаване на енергийната ефективност и енергоспестяването. Ето защо, експертите прогнозират светло бъдеще за по-гъвкавите, интелигентни и поливалентни контролери, които ще могат да управляват двете системи едновременно. За системните интегратори това ще означава намаляване на разходите за хардуер, монтаж и логистика. За крайните потребители - по-бърза и по-добра възвръщаемост на инвестициите.
Във фокуса на експертните прогнози са и IP мрежите, които в бъдеще ще заемат все по-голямо място при изграждането на системите за сградна автоматизация и това ще даде възможност за интегриране на различни приложения и системи. Така например, IP технологията може да обедини измерването на енергията и управлението на сградната автоматизация, видеонаблюдението, контрола на достъпа и дори пожароизвестителната система. Управлението на няколко или на всички тези системи от един интерфейс може да предложи безпрецедентни нива на функционалност и логическа свързаност между системите. Също така, технологията ще елиминира припокриващите се софтуерни и хардуерни елементи, ще намали разходите за труд, обучение и други.
Безжичните технологии ще постигат най-добра възвращаемост, когато са интегрирани в системата за сградна автоматизация, а не когато изграждат паралелна система към нея, твърдят експертите. Предимство се отдава на три основни технологични решения: комбинация от жични и безжични мрежи; двупосочни безжични мрежи и изцяло безжични решения.

Сградната автоматизация и smart grid технологиите
На настоящия етап сградната автоматизация и интелигентните електроенергийни мрежи (smart grid) нямат много допирни точки, въпреки че крайните им цели съвпадат. Сградната автоматизация се възприема като локален метод за управление на сградните инсталации, докато интелигентните мрежи се разглеждат в светлината на едромомащабна концепция за управление. В действителност, сградната автоматизация и инфраструктурата на града (напр. уличното осветление, водата и електропотреблението) изискват еднотипно ниво на контрол, наблюдение и измерване. Тогава, според специалистите, логично изниква въпросът защо да не се използват съществуващите системи за управление и на двете? Някои от тях дори са твърдо убедени, че BACnet трябва да играе водеща роля в развитието и прилагането на интелигентните мрежи.
В подкрепа на това твърдение, наскоро бе изпълнен пилотен проект, в който, модифицирани контролери за сградна автоматизация бяха вградени в нови LED улични осветители. В резултат на прецизното управление и възможностите за програмиране на режимите, енергийната ефективност на светодиодните тела бе увеличена. В рамките на проекта бе осъществено и дистанционно наблюдение и контрол на водомерите в близките сгради.
Според мнението на експертите, сградната автоматизация и интелигентните технологии за електропреносни мрежи могат да се комбинират, за да предложат уникална централизирана система за управление на сградния фонд и инфраструктурата. В тази връзка, селищата, които сега подновяват уличното си осветление, могат да се възползват от възможността не само да подобрят управлението и енергийната ефективност на осветлението, но също и да направят настройка на цялата комуникационна инфраструктура, необходима, за преход към интелигентните електроенергийни мрежи.

Сървъри и шлюзове, интегрирани в контролерите
Увеличаването на паметта, изчислителните възможности и средствата за съхранение на данни в контролерите за сградна автоматизация ще разшири тяхната функционалност. Така те ще могат да изпълняват и ролята на сървъри и преобразуватели на протоколи. Благодарение на вградените шлюзове, контролерите могат едновременно да управляват различни типове крайни устройства - например жични и безжични, без да се налага използването на външни модули или системна архитектура, базирана на няколко зонови портала. Контролерите за сградна автоматизация с вградени сървъри могат да хостват своя собствена система за управление на сградата (BMS). Това води до намаляване на разходите, свързани с използване на специализирани сървъри и инсталиране на софтуер. Освен това разкрива нови възможности пред обитателите на малки и средни сгради, които не могат да си позволят дългосрочното откупуване на инвестиция в традиционните BMS. Когато се налага включване на допълнителни модули и софтуерни средства, например BACnet IP система, контролерите, които имат възможности и на сървъри, и на интерфейсни шлюзове, ще могат самостоятелно да реализират интеграцията си в системата. С други думи, те могат както да изпълняват ролята на самостоятелни устройства, така и лесно да се интегрират с други системи, ако това се наложи.