Подобряване на енергийната ефективност чрез системи за сградна автоматизация

Сградите са сред най-големите консуматори на електроенергия в наши дни. Годишно те потребяват около 40% от използваното електричество в глобален план и притежават огромен потенциал за икономии на енергия. Неслучайно сред водещите тенденции в сградния сектор в световен мащаб през последните години е повишаването на енергийната ефективност.

На национално ниво в много държави, както и в рамките на Европейския съюз, се инициират различни програми и се отпускат финансови стимули за подобряване на енергийната ефективност на сградния фонд. Основен фокус се поставя върху управлението на енергията, консумирана от ОВК инсталациите, осветлението и IT системите, които типично съставляват най-голям дял от общото потребление.

Сред най-ефективните стратегии в тази посока е имплементирането на системи за сградна автоматизация (Building Automation Systems, BAS), тъй като чрез тях могат да се постигнат оптимално взаимодействие и синергия между всички системи и услуги в сградата. Глобалният пазар на технологии за сградна автоматизация и управление скокообразно нарасна през последните години, като се очаква до 2020 г. да достигне над 55 млрд. щатски долара.

Системите за сградна автоматизация могат да бъдат инсталирани както по време на конструирането на самата сграда, така и като част от мерките по реновирането й. Инвестицията в такава система се изплаща само за няколко години предвид значителните икономии на енергия, които е възможно да се реализират в съществуващите и в новите сгради.

Експертите изчисляват, че типичният период за възвръщаемост на вложените средства в закупуването и внедряването на BAS технология е по-малко от три години. Ако за реализирането й са отпуснати и правителствени финансови стимули, този период става още по-кратък.

Енергийна ефективност на механичните съоръжения
Консумацията на електричество в една сграда се подразделя на няколко подсистеми: захранваните в мрежата товари, осветителните тела и механичното оборудване за отопление, вентилация и климатизация, което обикновено е най-големият консуматор на електроенергия и съставлява около 85% от общото потребление на сградата.

Свеждането до минимум на загубите на енергия от ОВК оборудването с внедряването на BAS система може значително да подобри енергийната ефективност и да намали сметките за ток, същевременно редуцирайки и въглеродния отпечатък на сградата.

Механичните съоръжения включват комплексна система от котли, охладители, помпи, вентили и вентилатори, които осигуряват отопление, вентилация, климатизация и циркулация на битова гореща вода в сградата. Обикновено те са настроени така, че да могат да поемат най-голямото очаквано потребление за даден сезон, но не задължително спрямо реалното потребление във всеки момент.

Така съоръженията най-често са конфигурирани да работят с максимална скорост и мощност през цялото време, което води до големи загуби на електроенергия. Системите за сградна автоматизация и управление се грижат за координацията на механичните съоръжения спрямо моментните потребности посредством задаване на графици и мониторинг на системите в реално време.

Така, заедно със значително подобряване на комфорта за обитателите или ползвателите на сградата, се постигат и оптимална енергийна ефективност, по-малка консумация на електричество и занижени оперативни разходи.

Оптимизиране на потреблението при ОВК системите
ОВК системите са основен обект на оптимизация на потреблението при имплементирането на BAS система. За целта се използват динамични контролни алгоритми, които се изпълняват посредством свързана мрежа от сензори (за измерване на различни параметри на околната среда) и изпълнителни механизми (които да въздействат върху параметрите на околната среда посредством вентилатори, охладители и други механични съоръжения).

Повечето ОВК системи използват само температурата и влажността на въздуха в дадено помещение като база за определяне на потребностите от отопление или охлаждане. Ограничаването на входящите данни от сензорите до тези два фактора може да доведе до погрешна оценка на микроклимата и ненужна работа на механичните съоръжения, свързана със значителни загуби на енергия.

Така дадена стая може да бъде охладена например от 27 до 22°C, без обаче в този момент тя да се използва. Ето защо по-съвременните ОВК системи, интегрирани в платформи за сградна автоматизация, използват и данни от сензори за движение или заетост на помещенията, за да вземат решение дали препоръчителните промени в микроклимата на база температурата и влажността в момента са нужни или могат да бъдат извършени по-късно, когато в стаята се регистрира присъствие на обитател.

Макар традиционните платформи за сградна автоматизация и управление да са проектирани предимно за управление на ОВК системите в сградата, технологиите от ново поколение включват множество допълнителни функции като управление на осветлението, на графици за поддръжка на сградните системи и услуги, на системите за безопасност, сигурност на достъпа и т. н.

Ползи от внедряването на система за сградна автоматизация
Сред най-отчетливите и измерими ползи от имплементирането на BAS система е именно подобряването на енергийната ефективност. Различни съвременни пазарни проучвания докладват за реализирани икономии на електроенергия в размер на 5 до 15 процента от годишното потребление на сградата, което може да означава хиляди или дори десетки хиляди спестени евро на година.

В допълнение към по-малките сметки за електричество, системите за сградна автоматизация и контрол допринасят и за намаляване на общите разходи за поддръжка на сградата чрез идентифициране на различни настъпили или предстоящи експлоатационни проблеми.
Най-реална представа за ползите от внедряването на BAS платформа в дадена сграда може да се добие при изготвяне на баланс на съотношението “цена/ефективност”.

Цената на системата и инсталацията зависи от самата сграда. Колкото по-комплексна е тя, толкова повече съоръжения и системи изискват автоматизация и управление. В допълнение към разходите за повече компоненти за автоматизация и труд, по-сложните платформи се нуждаят и от по-времеемко програмиране, включващо задаването на съответните графици, режими и команди за оптимизиране на енергийната ефективност.

Макар инвестициите във финансов и времеви аспект, необходими за внедряването на подобна система, често да са сравнително големи, значителните ползи в дългосрочен план обикновено многократно ги надхвърлят.

Основно предимство, което BAS платформите осигуряват на собствениците на сгради и фасилити мениджърите, е възможността за мониторинг на системите и услугите в реално време. Данните от този мониторинг могат да послужат за генериране на периодични доклади за работата на сградните съоръжения, идентифициране на тенденции в потреблението и потенциал за допълнителни икономии на енергия, иницииране на програми за превантивна поддръжка, задействане на аларми при неочаквани събития или отклонения в работните параметри на системите и др.

На базата на тези данни и подробната информация за работните параметри на съоръженията и потребителските настройки платформата може автоматично да оптимизира и работните графици с цел постигане на комбинация от енергийна ефективност и комфорт.

Функции за подобряване на енергийната ефективност
Автоматизираните сградни системи обикновено изискват конфигурирането на централизирана компютъризирана система за мониторинг и управление на сградната инфраструктура, включително ОВК и електроинсталации, осветление, механични съоръжения, системи за сигурност и контрол на достъпа, пожароизвестяване и пожарогасене и др.

Системите за сградна автоматизация най-често йерархично могат да бъдат подразделени на три нива: полево оборудване; устройства за управление и средства за автоматизация; мениджмънт платформи и станции за автоматизация.

При проектирането и изграждането на енергийно ефективни сгради се цели всяка система да функционира по такъв начин, че да се сведат до минимум оперативните разходи и консумираното количество енергия.

За целта централната станция и платформата за мениджмънт на системата управляват подсистемите в платформата за сградна автоматизация, изпълнявайки следните функции:
• управление на осветлението на базата на сензори за движение/заетост, за да се включват осветителите само в помещения, в които към момента има хора и се използват;
• автоматично управление и мониторинг на климатичните, отоплителните и вентилационните системи с възможности за намаляване на мощността или изключване при занижено или нулево потребление извън пиковите периоди. Това включва програмиране на включването и изключването при достигане на дадени прагови стойности на температурата/влажността, охлаждане или отопляване спрямо праговите стойности, както и осигуряване на адекватна вентилация и филтрация на въздуха в помещенията;
• мониторинг и контрол на поведението на останалите сградни системи, включително технологиите за контрол на достъпа, детекторите за пушек и дим и другите системи за сигурност и безопасност и т. н.

Стандарти в областта
Оптимизиране на енергийната ефективност на сградите е сред водещите приоритети в Европейския съюз. Европейската асоциация за сградна автоматизация и управление EUBAC (European Building Automation and Controls Association) наскоро разработи план за промотиране на мерки за подобряване на енергийната ефективност на сградите посредством системи за сградна автоматизация и управление (Building Automation and Control Systems, BACS) на базата на съществуващите стандарти в областта. Заедно с това Асоциацията разработи и нова схема за сертифициране на тези системи.

Разработен е и европейски стандарт, който помага на собствениците и мениджърите на сгради да гарантират, че новопостроените и реновираните обекти разполагат с най-добрата достъпна на пазара технология за сградна автоматизация и управление с оглед оптимизиране на енергийната ефективност. Това е EN 15232 (БДС EN 15232:2012) - Енергийни характеристики на сгради.

Въздействие на системите за автоматизация и управление на сградите. Стандартът определя функциите и въздействието, които имат системите за сградна автоматизация и управление (BACS) и системите за техническо управление на сградата (Technical Building Management, TBM) върху енергийните й характеристики.

В стандарта са дефинирани още: методът за определяне на минималните изисквания по отношение на BACS и ТВМ функциите, които трябва да бъдат изпълнени в сгради с различна сложност; методите за първоначална оценка на въздействието на тези функции в средностатистическите сгради; подробните методи за оценка на въздействието на тези функции в конкретна сграда. Тези методи позволяват да се вземе предвид въздействието на BACS и ТВМ функциите при изчисленията на енергийните характеристики и показателите, свързани с енергийната ефективност.

EN 15232 е насочен към собствениците на сгради, архитектите или проектантите, определящи функциите, които трябва да бъдат въведени за дадена нова сграда или за обновяване на съществуваща сграда; публичните органи, определящи минималните изисквания към функциите на BACS и TBM, процедурите за надзор на техническите системи, методите на изчисление, които отчитат влиянието на BACS и TBM по отношение на енергийните характеристики на сградите, разработчиците на софтуер за изпълнение на тези методи и др.

EPBD, EN 15232 и EUBAC сертифициране
Директивата относно енергийните характеристики на сградите (Energy Performance of Buildings Directive, EPBD) беше изключително важна стъпка в усилията на Европейския съюз за подобряване на енергийната ефективност на големия сграден фонд в Европа.

В резултат на действието на директивата бяха разработени около 40 европейски стандарта за хармонизиране на методите за изчисляване на енергийното потребление и енергийните характеристики по отношение на сградите, включително EN 15232.

Новата EUBAC схема за сертифициране цели да подобри енергийната ефективност на BACS платформите и осигурява сертифициране на енергийните характеристики на тези системи в сградите при първоначалното им пускане в експлоатация и по време на жизнения им цикъл.

Понастоящем EUBAC извършва сертифициране на продукти съгласно различни приложими европейски стандарти за сградна автоматизация. Целта на сертифицирането е да гарантира енергийно ефективната функционалност на продуктите. Налична е сертификационна процедура за отделни зонови контролери, а скоро се очаква и прилагането на процедура за сертифициране на контролери и сензори за отопление.

Предвиждат се сертификати и за повече видове продукти. Традиционното сертифициране на енергийните характеристики на продуктите е много важно, но при него не са разработени процедури за всички възможни компоненти на BACS системите. В допълнение, тази сертификация не покрива някои от системните аспекти на енергийно ефективното управление на дадена сграда. Ролята на новата схема на EUBAC е именно да запълни тези пропуски в процеса по сертифициране.

Процедура по сертифициране на BACS системите
Процедурата за сертифициране на EUBAC е разработена в три стъпки. Първата стъпка се състои в декларация от страна на доставчика на BACS системата, че тя е в състояние да извършва функциите, описани в техническите препоръки.

Втората стъпка е сертифицирането на инсталацията на системата в конкретна сграда. Това се извършва от оторизиран инспектор, който прави посещение на място. Третата стъпка включва периодична проверка на инсталацията. Целта е да се провери дали сертифицираните функции са все още налични и работят правилно.

Периодичната инспекция позволява и регулярна оценка на енергийните характеристики на системата за сградна автоматизация и управление и на сградата като цяло. Регулярните проверки спомагат за поддържане на системите за сградна автоматизация в оптимално техническо състояние, тъй като при някои от тях (предвид механичните и аналогови компоненти) е налице тенденция да влошават показателите си по отношение на енергийната ефективност, ако не се поддържат правилно. База за сертифициране и периодична инспекция е гореспоменатият стандарт EN15232.

Класификация
Целта на класификацията на системите за сградна автоматизация и управление е да се установи връзката между класа и енергийната ефективност на инсталираната система. В стандарта EN 15232 е предложено подразделяне на системите в четири класа: A-B-C-D, при което C се счита за средностатистически стандарт при BACS системите, D е неприемлива по отношение на енергийната ефективност система, а B и A са по- и най-ефективната алтернативи.

Новата точкова система за оценка на EUBAC се основава на скала от 0 до 100, в която 100 точки се дават на най-енергийно ефективните системи. Всяка основна функция в техническите препоръки и на системата дава определен брой точки. Всяка група функции се оценява накуп и се обобщава в секция функции, после секциите също се оценяват, за да се получи крайният резултат.

Схемата за сертифициране на EUBAC служи за подпомагане на собствениците или мениджърите на сгради да поставят правилните изисквания по отношение на енергийната ефективност и енергоспестяващите мерки към системите за сградна автоматизация и управление. Схемата помага и да се дефинират най-добрите мерки и практики за спестяване на енергия съобразно бюджета, без нереалистични цели или очаквания.