Решения за управление на електроинсталациите и енергията в умни сгради

Основна функция на модерните системи за автоматизация на интелигентни сгради е управлението на електроинсталациите и енергийното потребление. Тя се изпълнява посредством специализирани решения за мениджмънт на пиковото натоварване, циклично разпределение на товарите с цел икономия на енергия, стартиране, спиране и редуциране мощността на големите консуматори по предварителен график. Друга популярна стратегия е контролът на сградното електрооборудване в реално време в отговор на моментните потребности.

Надграждането на самостоятелните системи и услуги в цялостни платформи за автоматизация позволява на умните сгради да реагират незабавно на различни фактори, влияещи върху енергийните нужди и работата на електроуредите и ел. инсталациите, като атмосферните условия, заетостта на помещенията, отрязъка от денонощието и т. н.

Технологични възможности

Интелигентните сградни екосистеми спестяват енергия чрез автоматизирано управление на оборудването. Ъпгрейдът на сградната техника с единичен смарт компонент може да доведе до икономии на енергия от 5 до 15%, а умна сградна платформа с интегрирани системи може да постигне 30 до 50% спестявания от разходи за електричество в съществуваща структура, която в конвенционален вид се е доказала като енергийно неефективна. За целта във все повече модерни домове и учреждения се инсталират автоматизирани контролни системи, мрежово свързани сензори и умни електромери в комбинация със софтуер за енергиен мениджмънт, анализ на данни и мониторинг на електроинсталациите.

Сред най-впечатляващите технологични скокове при интелигентните сгради е навлизането на Internet of Things в продуктите и системите за управление на електроенергията, гласи актуален доклад на Navigant Research. Развитието на решенията в сегмента допълнително се обогатява от иновации като изкуствения интелект, облачните изчисления и др.

Комбинираните платформи за интелигентен енергиен мениджмънт могат да включват инструменти за мониторинг на енергийната ефективност и работата на електрооборудването в реално време и в исторически план, управление на параметрите на електроразпределението в сградата и т. н. Една такава интегрирана система обхваща умни електромери, свързани сензори, софтуер, както и апаратура за управление качеството на електроенергията и нейната консумация.

Разлики между основните типове платформи

В съвременните сгради се внедряват основно два типа технологии за управление на енергията, познати в англоезичната литература като "power management" и "energy management" решения. Макар наименованията им да са близки, те значително се различават по обхват и функции. Т. нар. "power management" системи се грижат за управлението на електроинсталациите, качеството, надеждността и достъпността на ел. услугите в дома или сградата. Платформите за енергиен мениджмънт, от друга страна, поставят във фокус консумацията на енергия, енергийната ефективност и мониторинга на потреблението. Вторите са свързани основно с потенциала за реализиране на икономии на разходи и намаляване на въглеродния отпечатък на сградата.
Спестяването на финансови средства и въглеродни емисии е в основата на възникването и развитието на един специализиран сегмент на пазара на решения за управление на енергията в интелигентни сгради. Това са т. нар. BEMS системи за сграден енергиен мениджмънт. Най-често те са базирани на свързани IoT устройства и софтуерни платформи с контролни функции, опции за отдалечен достъп и визуализация на проследяваните параметри.

Управление на електрическите товари

В интелигентните сгради работят разнообразни типове електрически товари, всеки от които предполага съответната стратегия за управление. Такива са умните електроуреди, офис техниката, различни преносими консуматори, а също и електромобилите. Широкото използване на свързано оборудване с интелигентни функции в модерните сгради изисква подходящи по мощност и функционалност процесори и интерфейси за присъединяване на всеки полеви контролер, сензор и актуатор към платформата за сградна автоматизация.

Електроуредите със стандартно щепселно захранване типично представляват голям дял от енергийните консуматори в една сграда, независимо от нейното предназначение. Иновативни решения за управление на такива товари са например умните щепселни кутии и разклонители, които разполагат с функции за задаване на график за включване и изключване на уредите, сензори за движение или изчисляване на натоварването, които позволяват автоматично изключване от мрежата на всеки консуматор, който в момента не се използва. Някои умни разклонители са проектирани и с възможности за откриване на първичния товар (например компютър) и вторичните, спомагателни консуматори около него (периферни устройства). С цел централизирано управление на подобен тип умни решения графиците за включване и изключване на щепселните консуматори могат да бъдат обвързани с осветлението, системата за сграден мениджмънт и т. н.

Почти всички електроуреди в сегмента интелигентни сгради са или могат да бъдат оборудвани със смарт контролери, които разполагат с прости автоматизирани функции за включване и изключване или с много по-комплексни схеми за управление на фотоволтаични системи, зарядни станции за електромобили, климатични инсталации и други мощни товари.

Т. нар. топлинни консуматори или климатиците, електрическите отоплители и бойлерите типично се управляват посредством интелигентни термостати. Съвременните решения в тази сфера включват функции за обучение, които изучават навиците и предпочитанията на потребителите и са способни според тях да адаптират параметрите на микроклимата в сградата в реално време. Освен подобряване на комфорта, тези инструменти служат и за повишаване на енергийната ефективност.

Възможности на интелигентните електромери

За да бъде ефективно управлявана енергията в една умна сграда, тя трябва да бъде прецизно измервана. За тази цел се използват интелигентни електромери, които обикновено са част от системите за мениджмънт на електроинсталациите. Най-общо в такива платформи се използват два типа електромери, измерващи количеството и качеството на консумираното електричество. Първата категория включва устройства, които отчитат количеството електроенергия, преминаваща през дадена част на сградната ел. инсталация. Те могат да свържат консумацията с производителността и ефективността на оборудването и да идентифицират различни тенденции и отклонения в потреблението.
Вторият тип електромери регистрират аномалии в електрическата мрежа, които могат да повлияят негативно качеството на електроенергията, консумирана от сградните товари. Такива могат да са спадове в напрежението, хармоници и преходни пренапрежения, които могат да доведат до прекъсвания на електрозахранването, неизправна работа или повреда на електрооборудването.

Сред иновациите в сегмента на интелигентните електромери са IoT-базираните устройства, които правят възможно отдалечено управление на енергийната консумация, както и задълбочен мониторинг на широк набор от параметри на ел. захранването като напрежение, ток, коефициент на мощност, активна и реактивна мощност, активна енергия, общи разходи и др. Данните от измерванията могат да бъдат управлявани и визуализирани в реално време с помощта на мобилно или уеб-базирано приложение.

Интегрирани и smart grid решения

Решенията за управление на електроинсталациите и енергията в интелигентни сгради могат да функционират самостоятелно или да бъдат интегрирани в цялостна BMS платформа за сграден мениджмънт. Автономните приложения традиционно осигуряват централизиран мониторинг на консумацията. Функциите им могат да включват графично изобразяване на потреблението в реално време, известия при отклоняване от допустимите работни параметри, генериране на доклади за статуса и работата на консуматорите, сравнителни анализи и други аналитични инструменти.

Интегрирането на тези решения в BMS система осигурява и допълнителни ползи, свързани най-общо с по-голямо удобство и подобрена енергийна ефективност. Интеграцията е предпочитана стратегия в интелигентни сгради без критични потребности по отношение на електроинсталациите, например офисни, търговски и образователни учреждения. При консолидираните платформи информацията за количеството и качеството на консумираната енергия обикновено се поднася в по-достъпен за широк кръг от потребители без специализирани познания вид.

Т. нар. интелигентни електрически мрежи (Smart grid) са базирани на модерна концепция за автоматизиран контрол на системите и електрическата енергия както от страна на доставчика, така и на потребителя. Те са свързани с внедряването на смарт функционалност и двупосочен поток на информация и електроенергия по захранващата мрежа. За да реализират пълния си потенциал във високотехнологичните сгради, съвременните smart grid решения трябва да бъдат комбинирани и с интелигентна консумация. Разширяването на смарт мрежите в сградата посредством умни електромери, платформи за домашна и сградна автоматизация и разширена измервателна инфраструктура (AMI) прави възможно осигуряването на информация на потреблението и тарифирането в реално време, както и на множество допълнителни услуги.

Умните електроуреди разполагат с изчислителни мощности, сензорни технологии и комуникационни възможности, които позволяват интелигентно и автономно вземане на решения. Те могат да измерват и докладват потреблението си към сграден енергиен контролер (HEC), както и да приемат команди от него. По-стари уреди и устройства, които не разполагат с вградени контролни блокове или комуникационни функции, могат да бъдат управлявани с помощта на умни щепсели и контакти. Последните разполагат с инструменти за мониторинг работата на включените товари и тяхното включване или изключване при необходимост.

AI и IoT в управлението на енергията

Най-добрата демонстрация на това как изкуственият интелект и Internet of Things могат да се комбинират отлично в управлението на електроинсталациите и енергията в една умна сграда са т. нар. цифрови близнаци. Те представляват дигитални или виртуални двойници на сградата, създадени посредством платформи за информационно моделиране. Обикновено включват данни за заетост на помещенията, нива на комфорт, топлинни и атмосферни модели, а функционалността им може да бъде разширена чрез машинно обучение и облачни изчисления.

В ядрото на цифровия близнак се намира сградната BMS система, която осигурява непрекъснат поток от данни за количеството и качеството на консумираната от сградните товари електроенергия и параметрите на захранването. Фината конфигурация на виртуалния модел, така че абсолютно да дублира реалната сграда, се постига чрез информацията, събирана от свързаните сензори и IoT устройства във физическата структура. Такива могат да са интелигентни термостати, IP-базирани осветителни системи, датчици за температура и присъствие, контролери за щори и т. н. С помощта на комплексни алгоритми с изкуствен интелект дигиталният близнак се самоуправлява и самодиагностицира, а след успешното им виртуално моделиране, автономните му решения се прилагат и на практика.