Instalacje inteligentne w budynkach

1

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

Instalacje inteligentne w budynkach

dr inż. Piotr Grad

[e-mail]

Materiały szkoleniowe dla członków Kujawsko-Pomorskiej Izby Inżynierów Budownictwa

Bydgoszcz – Toruń – Włocławek, 14-15 marca 2008 r.

Instalacje inteligentne w budynkach

2

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

Spis treści

1.

Wstęp

2.

Definicja inteligentnego budynku

3.

Realizacja techniczna systemu zarządzania dużych i małych inteligentnych

budynków

4.

Charakterystyka tematyki inteligentnego budownictwa w odniesieniu do

dużych obiektów o charakterze handlowym lub/i biurowym

5.

Warunki niezbędne do wdrażania nowoczesnych technologii zarządzania

budynków modernizowanych

6.

System zarządzania konserwacją urządzeń HVAC dużych obiektów

7.

Tradycyjne systemy regulacji temperatury a problemy eksploatacji obiektów

związane z technologią i jakością ich wykonania

8.

Wielopunktowe monitorowanie temperatury z wykorzystaniem elementów

instalacji inteligentnego budynku

9.

Przyczyny migracji od tradycyjnego sterowania systemu HVAC i oświetlenia

do systemów IBMS

10.

Zintegrowany system bezpieczeństwa inteligentnego budynku

11.

Korzyści płynące z integracji systemów w ramach IBMS

12.

Wymagania dotyczące funkcji systemu zarządzania inteligentnymi

budynkami IBMS

13.

Problemy integracji systemów w ramach IBMS

14.

Bibliografia

Instalacje inteligentne w budynkach

3

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

1. Wstęp

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie członkom Kujawsko-Pomorskiej Izby

Inżynierów Budownictwa wybranych informacji dotyczących technologii związanych

z automatyką budynkową oraz filozofii leżącej u podstaw rozwiązań wykorzystywanych

przy projektowaniu instalacji tzw. inteligentnych budynków. Ze względu na różnorodność

stosowanych w tej dziedzinie technologii, praca ta ma charakter ogólny i abstrahuje od

konkretnych rozwiązań implementacyjnych.

Niniejsza praca jest kompilacją fragmentów wykładów autora z Instalacji

budynkowych

(Architektura

i

Urbanistyka,

WSG),

Systemów

strukturalnych

(Teleinformatyka, UTP), skryptu pt. Inteligentne budynki (w przygotowaniu) oraz prac

autora publikowanych na konferencjach naukowych. Autor podjął niniejszą tematykę,

ponieważ ma nadzieję, że w ten sposób przyczyni się do popularyzacji tej technologii

w Regionie.

2. Definicja inteligentnego budynku

Inteligentny budynek to zaawansowany technicznie obiekt wyposażony w system

czujników (sensorów) i elementów wykonawczych (aktorów) oraz zintegrowany system

zarządzania IBMS (Integrated Building Management System) znajdującymi się

w budynku instalacjami. W instalacje inteligentne mogą być wyposażone zarówno duże

budynki: biurowce, markety, budynki użyteczności publicznej, uczelnie, szpitale, centra

rozrywki, domy wielorodzinne (apartamentowce), obiekty przemysłowe, a także małe

budynki: niewielkie biura, sklepy i domy jednorodzinne (rezydencje).

Zadaniem zintegrowanego systemu zarządzania budynku jest zapewnienie

wydajnego i taniego w eksploatacji środowiska pracy, rozrywki i odpoczynku, poprzez

optymalizację struktury, usług i zarządzania oraz dzięki wzajemnym relacjom pomiędzy

nimi. Integracja informacji pochodzącej od różnych systemów budynkowych umożliwia

maksymalizację funkcjonalności, komfortu, bezpieczeństwa oraz minimalizację kosztów

eksploatacji i modernizacji [16].

Instalacje inteligentne w budynkach

4

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

3. Realizacja techniczna systemu zarządzania dużych i małych inteligentnych

budynków

W tradycyjnym podejściu do instalacji budynkowych stosuje się niezależne

zarządzanie pracą poszczególnych podsystemów budynkowych m.in. takich, jak systemy

sterowania urządzeniami grzewczymi, wentylacyjnymi i klimatyzacyjnymi HVAC

(Heating, Ventilation, Air Conditioning), sterowanie oświetlenia, żaluzji, systemu

sygnalizacji włamania i napadu, kontroli dostępu, telewizji przemysłowej. Rozbudowa lub

modyfikacja takich systemów zarządzania (sterowania) pociąga za sobą stosunkowo duże

nakłady. Instalacje te tworzą w budynku skomplikowaną sieć okablowania, utrudniającą jej

konserwację, modernizację i serwisowanie. W inteligentnych budynkach występuje

zintegrowany system zarządzania instalacjami budynkowymi umożliwiający koordynację

funkcjonowania zarządzanych urządzeń i pozwalający na ich elastyczną konfigurację

i modernizację, bez konieczności poważnych modyfikacji okablowania, nie pociąga ona

zatem za sobą dużych nakładów pracy i kosztów.

Obecnie większość powstających dużych obiektów komercyjnych jest wyposażona

w instalacje inteligentne lub przynajmniej ich namiastki. W wielu przypadkach takie

systemy występują obligatoryjnie w dokumentacji obiektów już na etapie procedury

występowania o pozwolenie na budowę. Stosowanie systemów zarządzania w dużych

budynkach jest nie tylko wymogiem formalnym, ale jest także uzasadnione ekonomicznie,

a czas zwrotu nakładów z nimi związanych jest stosunkowo krótki.

Zupełnie inaczej sytuacja przedstawia się w przypadku małych budynków. Istnieje

stosunkowo niewiele standardów oferujących rozwiązania dla tego segmentu rynku m.in.

EIB/KNX, LCN, Lexel IHC. Niestety koszt wymienionych rozwiązań jest stosunkowo

wysoki (szczególnie w przypadku EIB/KNX), co jest najistotniejszą barierą

upowszechniania się tej technologii. Rozwiązania o mniejszych możliwościach

technologicznych takie, jak Lexel IHC, są znacznie tańsze, ale za to bardzo słabo

promowane i przez to mało popularne.

Instalacje inteligentne w budynkach

5

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

4. Charakterystyka tematyki inteligentnego budownictwa w odniesieniu do dużych

obiektów o charakterze handlowym lub/i biurowym

Współczesne czasy stawiają coraz trudniejsze zadania przed projektantami

systemów zarządzania budynków. Ze względu na złożoność interakcji umieszczonych

w takich obiektach instalacji budynkowych, nazywa się je często inteligentnymi

budynkami. Wysokie ceny energii elektrycznej oraz innych nośników energii zmuszają do

tworzenia efektywniejszych systemów sterowania ogrzewania, klimatyzacji i wentylacji.

Mają one zapewnić komfortowe warunki życia i pracy w obiektach, bez względu na

zmieniające się warunki zewnętrzne, przy możliwie niskim zużyciu energii.

Silna konkurencja i duża różnorodność wśród firm udostępniających w swoich

obiektach powierzchnie biurowe oraz mieszkalne sprawia, że elementem przyciągającym

potencjalnego klienta, staje się również inteligencja budynku, gwarantująca przy rozsądnej

eksploatacji, relatywnie niższe koszty najmu, w stosunku do obiektów starszych

technologicznie. Dla niektórych klientów istotny jest nie tylko aspekt ekonomiczny

eksploatacji budynku, ale również komfort i bezpieczeństwo, jakie wiąże się z integracją w

takim obiekcie wielu współpracujących ze sobą systemów. Niepokoje wywołane

konfliktami zbrojnymi i poczuciem zagrożenia aktami terroru, a także ciągle wysoka

przestępczość sprawiają, że np. istotne z punktu widzenia gospodarki narodowej obiekty

zamieniają się w istne fortece, naszpikowane kamerami, czujkami, detektorami, pętlami

indukcyjnymi i innymi urządzeniami mającymi udaremnić możliwe akty terroru, czy

chociażby wandalizmu.

Chociaż koszt związany z zaprojektowaniem, zakupem, instalacją i uruchomieniem

zintegrowanego systemu zarządzania budynku IBMS w danym obiekcie wydaje się duży,

sięga on typowo od kilku do kilkunastu procent całej inwestycji, to w zależności od

przeznaczenia i charakteru budynku, zwraca się on w przypadku obiektów handlowych i

biurowych w ciągu kilku lub kilkunastu lat. Dlatego należy nakłaniać inwestorów do

uwzględnienia systemu IBMS w projektach nowych obiektów i sprzeciwiać się próbom

cięć budżetu inwestycji, skierowanym przeciwko tym systemom, ponieważ podnosi to

koszt eksploatacji danego obiektu.

Instalacje inteligentne w budynkach

6

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

5. Warunki niezbędne do wdrażania nowoczesnych technologii zarządzania

budynków modernizowanych

Ze względu na urynkowienie cen nośników energii w ciągu ostatniej dekady można

zaobserwować intensywną termomodernizację budynków. Niektóre budynki należą jednak

do podmiotów borykających się z brakiem wystarczających środków na utrzymanie i

modernizację posiadanych obiektów. Przy wysokich kosztach energii oznacza to wysokie

koszty eksploatacyjne. Aby poprawić ten stan należy przede wszystkim wykonać

docieplanie ścian i/lub stropodachów budynków, wymienić okna oraz zmodernizować

systemy HVAC. Działania te przynoszą zawsze i wszędzie doskonałe efekty i powinny one

poprzedzać inwestycje związane z modernizacją technologii zarządzania budynków,

ponieważ te ostatnie mogą generować odczuwalne oszczędności jedynie w budynkach

posiadających przynajmniej wybrane cechy obiektów energooszczędnych.

Dalszą redukcję kosztów eksploatacji budynków można uzyskać poprzez

zainstalowanie w nich systemu IBMS. System ten najlepiej jest projektować dla obiektów,

które mają dopiero powstać, jednak z powodzeniem można go wprowadzać również przy

okazji kompleksowych remontów i modernizacji starych, a nawet zabytkowych budynków.

Podmioty, które cierpią na brak środków mogą w tym przypadku skorzystać z funduszy

unijnych, jeśli tylko posiadają środki na zabezpieczenie części kosztów przewidywanych

modernizacji. Można także liczyć na wsparcie z innych źródeł, ponieważ inwestycje takie

są proekologiczne, gdyż umożliwiają istotną redukcję poboru energii cieplnej, przez to

przyczyniają się do redukcji zanieczyszczeń emitowanych przy jej pozyskiwaniu.

6. System zarządzania konserwacją urządzeń HVAC dużych obiektów

Utrzymanie w tradycyjny sposób kontroli nad urządzeniami HVAC w rozległych

obiektach wymaga zatrudniania nie zawsze efektywnie wykorzystywanego personelu,

realizującego cykliczne przeglądy techniczne urządzeń, zgodnie z zaleceniami ich

producentów, oraz prace konserwacyjne i remontowe. Koszty eksploatacji niektórych

urządzeń budynkowych są stosunkowo wysokie, a brak regularnych przeglądów grozi

kosztowną awarią, dlatego tego typu operacje należy notować w zeszytach lub rejestrować

w odpowiednio przygotowanej bazie danych. Regularne aktualizowanie takiej bazy,

ułatwia sporządzanie cyklicznych zestawień kosztów eksploatacyjnych obiektów,

planowanie zakupu części zamiennych oraz materiałów eksploatacyjnych, a także

Instalacje inteligentne w budynkach

7

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

przybliżone rozliczanie czasu pracy konserwatorów omawianych urządzeń. Tradycyjny

system zarządzania rozległymi budynkami jest zatem kosztowny. Ponadto cały proces

zarządzania należy dodatkowo monitorować, aby upewnić się co do prawidłowości

wykorzystania materiałów i funduszy przeznaczonych na ten cel.

Dlatego niezmiernie ważną rzeczą jest automatyzacja systemu zarządzania

konserwacją urządzeń HVAC, nawet w obiektach pozbawionych systemu IBMS. W takim

przypadku system ten jest okrojony do postaci bazy danych. Konserwator wprowadza do

niej w odpowiedni sposób informacje związane z wykonaną przez niego pracą: wymianą

części, konserwacją urządzeń, przeglądem, odczytem liczników obrotów itp. W

odpowiednich tabelach bazy danych przechowywane są żywotności poszczególnych

urządzeń systemu oraz odpowiednie okresy ich obligatoryjnych przeglądów technicznych.

System wspomagania zarządzania na bieżąco porównuje z nimi dane wprowadzane przez

konserwatorów. W ten sposób operator systemu jest zwolniony z obowiązku cyklicznego

sprawdzania, czy poszczególne komponenty systemu wymagają już określonej przez

producenta wymiany bądź przeglądu, czy nie.

Zasadnicza różnica między pracą modułu realizującego powyższą funkcję

w systemach sterowanych przez IBMS, w porównaniu z systemami sterowanymi

tradycyjnie polega na tym, że w pierwszym przypadku nie trzeba cyklicznie dokonywać

odczytów informacji dotyczących pracy urządzeń i rejestrować ich w bazie danych. Dane

te są automatycznie aktualizowane w ramach funkcji samego IBMS, dzięki jego ciągłej

współpracy ze sterownikami kontrolującymi pracę tych urządzeń. Również wszelkie

informacje o awariach, przekroczeniach wartości granicznych monitorowanych

parametrów, braku wymaganych warunków do rozpoczęcia albo zakończenia określonych

procesów są zapisywane w bazie danych odpowiedniego modułu systemu IBMS. Takie

zaawansowane systemy wspomagania zarządzania konserwacją urządzeń, z jednoczesną

funkcją monitorowania i wizualizacji ich pracy, daje się zrealizować jedynie przy

współpracy z systemem IBMS.

7. Tradycyjne systemy regulacji temperatury a problemy eksploatacji obiektów

związane z technologią i jakością ich wykonania

Wiele budynków powstałych w epoce „propagandy sukcesu” jest bardzo

kosztownych w utrzymaniu. Jest to głównie spowodowane ich niską izolacyjnością

cieplną. W niektórych przypadkach brak możliwości precyzyjnej regulacji ogrzewania

Instalacje inteligentne w budynkach

8

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

powoduje, że pewne pomieszczenia są przegrzane, a inne niedogrzane. Pracownicy lub

mieszkańcy takiego budynku korzystają wówczas z różnego typu grzejników

elektrycznych. Masowe wykorzystanie takich źródeł ciepła może powodować okresowe

przeciążenia instalacji elektrycznej oraz przekraczanie przez budynki dopuszczalnego

szczytowego poboru mocy uzgodnionego z dostawcą energii elektrycznej. W

konsekwencji może to spowodować naliczanie kar pieniężnych przez tego dostawcę. Wiele

podmiotów nie posiada systemu monitorowania poboru energii w funkcji czasu w

poszczególnych obiektach. Jest to przyczyną trudności dokonywania rzetelnej analizy

sytuacji oraz braku możliwości wprowadzania prób optymalizacji zużycia energii cieplnej i

elektrycznej oraz racjonowania energii elektrycznej w sytuacjach, w których jest to

absolutnie konieczne.

W obiektach, w których brak systemu precyzyjnego monitorowania poboru energii,

nie można np. ustalić, czy w niektórych okresach sezonu grzewczego bardziej opłaca się

intensywniej ogrzewać budynki, czy realizować scenariusz „oszczędzania”, tzn. ogrzewać

mniej, licząc się jednak z dużym dodatkowym poborem energii elektrycznej, z tytułu

intensywnego dogrzewania pomieszczeń przez pracowników. W pewnych sytuacjach

wprowadzenie takiego iluzorycznego oszczędzania może przynieść właścicielowi

budynku wymierne straty, ponieważ koszt poniesiony z powodu zwiększonego poboru

energii elektrycznej oraz opłat karnych z tytułu przekraczania dopuszczalnego poboru

mocy przez określone budynki może być wyższy, niż dopłata za intensywniejsze

ogrzewanie budynków za pomocą standardowej instalacji grzewczej.

8. Wielopunktowe monitorowanie temperatury z wykorzystaniem elementów

instalacji inteligentnego budynku

Formą przejściową w dochodzeniu do systemu pełnej automatycznej regulacji

komfortu powietrza w rozległych obiektach, może być system ograniczony do zdalnego

monitorowania temperatury w określonych punktach obiektów. Realizacja takiego systemu

nie jest kosztowna, natomiast umożliwia bardzo precyzyjny wgląd w rozkład temperatur

w poszczególnych punktach określonych obiektów w funkcji czasu. Taki system pozwala

także na korektę aktualnego rozkładu temperatur, można także za jego pomocą ustalić

obszary obiektów, w których występują największe problemy z ucieczką ciepła. Może on

dawać wskazania do dalszych, termowizyjnych badań obiektu, prowadzących do ustalenia

Instalacje inteligentne w budynkach

9

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

bezpośrednich źródeł problemów i ich usunięcia. System ten może dać też odpowiedź na

pytania:

•

ile w przybliżeniu można zaoszczędzić w przypadku realizacji: a) docieplenia

określonych ścian budynku, b) wymiany określonych okien, c) modernizacji

systemu HVAC, d) modernizacji systemu zarządzania obiektu,

•

jaki jest szacunkowy czas potrzebny do przejścia do temperatury komfortowej z

temperatury obniżonej (podwyższonej w przypadku chłodzenia) dla pomieszczeń

monitorowanych obiektów, przy określonej temperaturze zewnętrznej (nawet z

uwzględnieniem kierunku i siły wiatru),

•

jaka jest szacunkowa wielkość oszczędności z wdrożenia pełnej automatyki

regulacji komfortu powietrza, np. o ile można ograniczyć zużycie energii, przy

wprowadzeniu dodatkowo programów czasowych, danych z systemu kontroli

dostępu itp.

9. Przyczyny migracji od tradycyjnego sterowania systemu HVAC i oświetlenia do

systemów IBMS

W wielu starszych technologicznie budynkach sterowanie systemem HVAC i

oświetleniem wewnętrznym jest manualne. W innych obiektach odbywa się ono np. z

wykorzystaniem programów czasowych, które nie zawsze w pełni przystają do

dynamicznie zmieniających się ram czasowych eksploatacji budynku. Stosunkowo rzadko

np. przy sterowaniu pracą systemu HVAC uwzględniane są parametry związane z jakością

powietrza, a przy załączaniu oświetlenia ciągów komunikacyjnych – dane z systemu

kontroli dostępu, systemu sygnalizacji włamania i napadu lub sygnały z czujników

obecności. Takie systemy zarządzania generują dodatkowe koszty, których można byłoby

uniknąć stosując integrację systemów budynkowych.

Niektóre

pomieszczenia

znajdujące

się

w

określonych

obiektach

są

wykorzystywane stosunkowo rzadko, a gdy już są wykorzystywane, to bardzo intensywnie

– np. sale konferencyjne. W takich sytuacjach pojawia się problem z zapewnieniem

odpowiedniej jakości powietrza. Ciągłe utrzymywanie wysokiego współczynnika wymiany

powietrza i komfortowej temperatury w takich pomieszczeniach nie zawsze jest

uzasadnione ekonomicznie. Pozostaje więc manualne ustawianie parametrów powietrza,

ale jak pokazuje statystyka – bardzo często obsługa pozostawia komfortowe ustawienia

Instalacje inteligentne w budynkach

10

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

parametrów powietrza takich pomieszczeń także po okresie ich eksploatacji, co generuje

niepotrzebne zużycie energii.

Przytoczone argumenty przemawiają za integracją systemów budynkowych, w celu

optymalizacji pracy każdego z nich i redukcji globalnych kosztów eksploatacji budynku,

umożliwiając szybkie dostosowywanie się pomieszczeń obiektu do chwilowych wymagań.

10.

Zintegrowany system bezpieczeństwa inteligentnego budynku

Stosunkowo wysoka przestępczość w Polsce i łatwa zbywalność na rynku wtórnym

sprzętu stanowiącego m.in. wyposażenie biurowe, powoduje konieczność zwiększenia

wydatków na ochronę przedmiotów znajdujących się w budynkach, szczególnie zaś

budynkach inteligentnych. Łupem złodziei staje się często kosztowny sprzęt o małych

gabarytach i silnie rozwiniętym rynku wtórnym m.in.: laptopy, projektory wizyjne, sprzęt

komputerowy, sieciowy, pomiarowy. Nie brak przypadków, w których ginie nietypowy,

kosztowny i wyselekcjonowany sprzęt, a przygotowanie i precyzja działania złodziei

sugerują, że przestępstwa te mają charakter kradzieży na zamówienie. W związku z

powyższym w wielu budynkach istnieje potrzeba instalowania nowoczesnych

zintegrowanych systemów bezpieczeństwa składających się z systemów: sygnalizacji

włamania i napadu, telewizji przemysłowej CCTV, kontroli dostępu, rejestracji czasu

pracy, sygnalizacji pożaru, gaszenia pożaru oraz nagłośnienia alarmowego.

Do zintegrowanych systemów bezpieczeństwa niektórych budynków można

również opcjonalnie zaliczyć system zarządzania parkingiem, a także system

umożliwiający monitorowanie w czasie rzeczywistym lokalizacji w obiektach

kosztownego sprzętu mobilnego oraz ludzi.

Pełna integracja na wysokim poziomie wszystkich systemów wchodzących w skład

zintegrowanych systemów bezpieczeństwa jest kosztowna i nie zawsze jest uzasadniona

ekonomicznie. Dla uzyskania zadowalającej pracy systemu IBMS jako całości,

wysokopoziomowa współpraca niektórych par lub trójek systemów jest jednak bardziej

istotna niż innych. Do takich przykładowych par systemów, których współpraca przynosi

szczególnie dobre efekty należą m.in. systemem telewizji przemysłowej CCTV oraz

systemem kontroli dostępu. Współpraca tych systemów umożliwia uzyskiwanie pełniejszej

informacji o wszystkich rejestrowanych w systemie zdarzeniach. Niestety przygotowanie

w pełni funkcjonalnego systemu w oparciu o te dwa systemy wymaga dużego nakładu

pracy. Dzieje się tak, ponieważ integracja wielu systemów nie odbywa się automatycznie.

Instalacje inteligentne w budynkach

11

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

W tym przypadku w trakcie konfiguracji i uruchamiania systemu należy wskazać

komponenty poszczególnych systemów, które mają ze sobą współpracować. Wiele działań

należy przy tym przetestować w obiekcie. Zadanie to może okazać się czasochłonne i

ż

mudne, jednak efekt końcowy może wprowadzić w osłupienie nawet zawodowego

włamywacza przygotowanego, z racji wykonywanej profesji, do wielu niespodzianek w

pracy.

Jest wiele ciekawych przykładów, którymi można zilustrować integrację niektórych

podsystemów wchodzących w skład systemu bezpieczeństwa. Można sobie wyobrazić

sytuację, w której przestępca pragnie wynieść z budynku np. dyskretnie zabezpieczony

niewielki lecz bardzo kosztowny sprzęt pomiarowy. Wówczas najbliższe urządzenia

zaprojektowane do wykrywania tego typu zdarzeń informują o tym fakcie IBMS. W

zależności od konfiguracji systemu generowany jest natychmiast głośny lub cichy alarm,

pracownik ochrony uzyskuje informację o tym zdarzeniu poprzez radiotelefon z

syntetyzera mowy zintegrowanego z IBMS. System jednocześnie przeszukuje bazę danych

struktury obiektu w poszukiwaniu wszystkich kamer przemysłowych znajdujących się w

pobliżu miejsca wykrycia zdarzenia, następnie włącza ciągłe nagrywanie obrazu z tych

kamer z najlepszą jakością. W zależności od zadanych parametrów dla tego typu zdarzeń,

IBMS może włączać lub cyklicznie przełączać światła we wszystkich pomieszczeniach i

ciągach komunikacyjnych sąsiadujących z miejscem zdarzenia. Istnieje również

możliwość takiego sparametryzowania pracy systemu, aby wszystkie sterowane

elektrycznie drzwi, dla osób poruszających się z miejsca zdarzenia na zewnątrz obiektu,

otwierały się z pewnym opóźnieniem lub pozostały zamknięte przez określony czas. Aby

zapobiec wybuchowi paniki w obiekcie, w którym miało miejsce omawiane zdarzenie,

można odtwarzać cyklicznie informacje ostrzegawcze, z wykorzystaniem systemu

nagłośnienia alarmowego.

W przypadku obiektów wyposażonych w zintegrowany system zarządzania

budynkami, zawierający zintegrowany systemem bezpieczeństwa, istnieją bardzo duże

możliwości tworzenia scenariuszy zachowań systemu. Jednak należy pamiętać o tym, aby

przed końcowym zatwierdzeniem funkcjonowania takich scenariuszy upewnić się co do

skuteczności ich działań, podczas praktycznych prób w obiekcie. Należy też pamiętać o

tym, że realizacja takich scenariuszy w żadnym przypadku nie powinna powodować

paniki, ani stwarzać zagrożenia dla osób pozostających w obiekcie, nie wyłączając

domniemanych przestępców.

Instalacje inteligentne w budynkach

12

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

Skomplikowane scenariusze zachowań systemu IBMS, w wybranych sytuacjach,

są realizowalne tylko w przypadku zapewnienia wysokopoziomowej integracji systemów

wykorzystanych przy ich realizacji. Niestety taka integracja jest dość kosztowna,

szczególnie w przypadku, gdy niektóre podsystemy IBMS pochodzą od różnych,

konkurujących ze sobą producentów.

W wielu przypadkach można uznać za zadowalające niskopoziomowe

„twardodrutowe” połączenie określonych systemów. Niestety informacja przekazywana

np. przez połączenie wyjścia cyfrowego jednego systemu i wejścia cyfrowego następnego

systemu, może przenosić jedynie wartość binarną. W przypadku, gdy przekazywanie

binarnej informacji nie jest wystarczające, można wykorzystać kilka takich wyjść i wejść.

11.

Korzyści płynące z integracji systemów w ramach IBMS

W nowoczesnych, inteligentnych budynkach obok zarządzania m.in. systemem

HVAC oraz oświetleniem występują zintegrowane systemy bezpieczeństwa składające się

z systemów: sygnalizacji włamania i napadu, telewizji przemysłowej CCTV, kontroli

dostępu, rejestracji czasu pracy, sygnalizacji pożaru, gaszenia pożaru oraz nagłośnienia

alarmowego. Incydentalnie można również spotkać systemy zarządzania parkingiem i

systemy monitorowania w czasie rzeczywistym położenia sprzętu oraz ludzi.

Każdy z wymienionych systemów wyparł lub właśnie wypiera tradycyjne sposoby

rozwiązywania charakterystycznych dla siebie problemów. Stosowanie każdego z tych

systemów jest uzasadnione względami ekonomicznymi. Nie trzeba przecież nikogo

przekonywać, że nawet bardzo kosztowny biometryczny system kontroli dostępu okaże się

po kilkunastu latach eksploatacji tańszy i bardziej niezawodny od stu portierów

ulokowanych przy stu wewnętrznych drzwiach do poszczególnych stref budynku

biurowego. Każdy z omawianych systemów z osobna umożliwia obniżenie kosztów

eksploatacji centralnie zarządzanych obiektów. Kolejne oszczędności pojawiają się

w momencie, gdy systemy te przestaną działać obok siebie, a zaczną działać razem, w

ramach systemu IBMS. Dopiero wówczas możliwe jest prawdziwie inteligentne

funkcjonowanie bogato wyposażonego obiektu.

Standardem jest obecnie wysokopoziomowa współpraca systemu kontroli dostępu z

systemem telewizji przemysłowej np. system kontroli dostępu może opatrywać nagraniem

video rekord w bazie danych, dokumentujący nieudaną próbę otwarcia określonych drzwi

za pomocą sfałszowanej lub unieważnionej karty identyfikacyjnej.

Instalacje inteligentne w budynkach

13

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

Z kolei współpraca systemu kontroli dostępu i sterowania systemem HVAC może

mieć wydźwięk ekonomiczny. Np. włączanie komfortowej temperatury i wentylacji w

określonym pomieszczeniu budynku może rozpoczynać się dopiero w momencie

logowania w systemie karty identyfikacyjnej odpowiedniego pracownika, a od momentu

jej wylogowania temperatura tego pomieszczenia będzie utrzymywana na poziomie

obniżonym (ekonomicznym). Sterowanie ogrzewaniem / klimatyzacją oraz wentylacją

pomieszczeń biurowych zajmowanych przez kilku pracowników da się łatwo

zaimplementować z wykorzystaniem prostych funkcji logicznych AND oraz OR.

Im więcej jest zintegrowanych systemów w nowoczesnym budynku, lub

kompleksie budynków, tym więcej potencjalnych możliwości realizacji scenariuszy

oszczędzania energii i zwiększania bezpieczeństwa zasobów obiektu.

12.

Wymagania dotyczące funkcji systemu zarządzania inteligentnymi budynkami

IBMS

W okresie tworzenia zrębów koncepcji systemu IBMS niezmiernie istotna jest

prawidłowa współpraca projektanta i inwestora. Ma ona na celu rozpoznanie

rzeczywistych potrzeb i oczekiwań inwestora co do funkcjonalności, komfortu,

bezpieczeństwa, optymalizacji kosztów eksploatacji i dających się przewidzieć przyszłych

modernizacji projektowanego obiektu. Dla niektórych inwestorów ważna jest także

możliwość monitorowania i optymalizacji efektywności pracy ludzi oraz śledzenie zmian

ich miejsca w obiekcie.

Większość inwestorów ma doskonałą wizję koncepcji architektonicznej obiektu, ale

nie wszyscy są w stanie sprecyzować swoje oczekiwania co do systemu IBMS. Dlatego na

etapie tworzenia koncepcji obiektu rolą projektanta jest przedstawienie listy funkcji, które

powinny być i takich, które opcjonalnie mogą być realizowane przez taki system. Ważne

jest przy tym określenie przybliżonych kosztów realizacji wyszczególnionych wariantów

systemu IBMS. Każdy inwestor ma własną wizję funkcjonowania projektowanego obiektu

i powinien wybrać taki zestaw funkcji systemu IBMS, których implementacja najbardziej

przystaje do tej wizji i jednocześnie takich, których sfinansowanie mieści się w ramach

budżetu określonego dla systemu IBMS.

Poniżej przedstawiono propozycję listy najważniejszych funkcji systemu IBMS dla

kompleksu przykładowego budynku:

A.

monitoring i rejestracja temperatury, wilgotności i jakości powietrza:

Instalacje inteligentne w budynkach

14

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

o

w wybranych punktach obiektów,

o

w określonych punktach na zewnątrz obiektów,

o

w wybranych punktach systemu wentylacji,

B.

monitoring, rejestracja i regulacja pracy systemu HVAC w funkcji zadanych

parametrów powietrza takich, jak temperatura, wilgotność i jakość powietrza,

C.

monitoring i sterowanie klapami oddymiającymi w celu szybkiego przewietrzenia

obiektów,

D.

monitoring i sterowanie oświetlenia ciągów komunikacyjnych wewnętrznych, oraz

oświetlenia zewnętrznego,

E.

monitoring, sterowanie i rejestracja pracy wind:

o

wysyłanie komunikatów alarmowych w przypadku stwierdzenia

uszkodzenia wind,

o

wysyłanie komunikatów alarmowych w przypadku uszkodzenia wind i

uwięzienia w nich użytkowników, automatyczne powiadamianie

administratora i pracownika obsługi technicznej obiektu,

F.

monitoring i rejestracja poboru opomiarowanych mediów przez poszczególnych

najemców powierzchni biurowych / mieszkalnych:

o

energii elektrycznej, ciepła / chłodu, gazu, wody i innych centralnie

dostarczanych mediów,

o

wykonywanie cyklicznych tabelarycznych zestawień zużycia

opomiarowanych mediów w zadanych przedziałach czasu,

G.

monitoring i rejestracja stanu instalacji wodno-kanalizacyjnej:

o

zliczanie łącznego poboru wody z wodociągów i porównywanie go z łączną

ilością wody pobieraną przez poszczególnych odbiorców oraz systemy

techniczne obiektów,

o

sygnalizacja sytuacji awaryjnych i automatyczne odcinanie zasilania

określonego obiektu / obiektów w wodę, w przypadku stwierdzenia

poważnej awarii,

H.

monitoring i rejestracja stanu instalacji elektrycznej w wybranych punktach

obiektów:

o

monitoring rozdzielnic,

o

monitoring stanu zasilania dedykowanego (dla wybranych urządzeń

komputerowych i telekomunikacyjnych),

o

monitoring zasilania awaryjnego,

Instalacje inteligentne w budynkach

15

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

I.

monitoring i rejestracja globalnego poboru mocy w obiekcie / obiektach,

J.

automatyczna realizacja scenariuszy wyłączeń zadanych urządzeń w określonych

obiektach, w celu okresowego zmniejszenia poboru mocy, w przypadku zbliżania

się go do wartości granicznej określonej w umowie przez dostawcę energii

elektrycznej,

K.

realizacja scenariusza sterowania poborem mocy przez obiekt / obiekty w

przypadku, gdy pojawiają się problemy z zasilaniem w energię elektryczną:

o

sterowanie pracą agregatów prądotwórczych,

o

wyłączenia zadanych urządzeń w celu zmniejszenia poboru energii,

o

komunikacja z innymi systemami w budynkach ze szczególnym

uwzględnieniem zintegrowanego systemu bezpieczeństwa,

o

monitorowanie i sterowanie oświetlenia awaryjnego, itd.,

L.

możliwość lokalnego i zdalnego sterowania i kontroli oraz wizualizacji stanu

systemów budynkowych za pomocą różnych mediów transmisyjnych (sieci

komputerowej, sieci telekomunikacyjnej) w celu:

o

uzyskiwania szczegółowych danych dotyczących bieżącego stanu

określonych urządzeń,

o

cyklicznego archiwizowania uzyskiwanych danych,

M.

zarządzanie konserwacją urządzeń budynkowych:

o

zliczanie rzeczywistego czasu pracy wybranych urządzeń lub ich

określonych komponentów,

o

cykliczne porównywanie uzyskanych czasów pracy określonych urządzeń

z informacjami o czasach planowych przeglądów serwisowych lub wymian

elementów podlegających zużyciu proporcjonalnemu do czasu eksploatacji,

o

generowanie komunikatów o konieczności dokonywania planowych

przeglądów serwisowych lub wymian określonych komponentów,

o

odpowiednio zorganizowany system potwierdzania i rejestracji dokonanych

planowych przeglądów serwisowych i wymian określonych komponentów,

wraz z zerowaniem czasu pracy wymienionych komponentów,

o

opcjonalnie możliwość rejestracji czasu występowania awarii określonych

urządzeń i ich stwierdzonych źródeł oraz wykonanych napraw,

N.

rejestracja czasu pracy pracowników:

Instalacje inteligentne w budynkach

16

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

o

rejestracja czasu pracy na podstawie danych o logowaniu i wylogowywaniu

kart identyfikacyjnych poszczególnych pracowników w momencie

przychodzenia do pracy i wychodzenia z pracy,

o

realizacja parametryzowanych zestawień i raportów dotyczących godzin

pracy poszczególnych pracowników, absencji, spóźnień itp.,

o

zintegrowanie funkcji tego modułu z modułem płacowym firmy,

O.

współpraca z ogólnie dostępnym systemem informacyjnym umożliwiającym

dynamiczne tworzenie i przekazywanie informacji na temat:

o

mapki budynku z uwzględnieniem informacji dotyczących jego najemców,

telefonów wewnętrznych do nich przypisanych,

o

obecności pracowników poszczególnych firm na podstawie danych systemu

kontroli dostępu,

o

rezerwacji i dostępności powierzchni współdzielonych np. sal

konferencyjnych itp.,

P.

współpraca z ogólnie dostępnym systemem interkomowym przewidzianym do:

o

pomocy osobom niepełnosprawnym ruchowo, np. zgłaszającym prośbę

o pomoc w pokonaniu barier architektonicznych,

o

zgłaszania zdarzeń wyjątkowych np. konieczności wezwania pomocy

medycznej, policji, staży pożarnej, pogotowia gazowego itd.,

o

zgłaszania awarii windy lub innych systemów budynkowych,

o

zgłaszania zapytań przez osoby poszukujące określonej informacji,

Q.

monitoring systemu sygnalizacji pożaru i systemu nagłośnienia alarmowego i

ewakuacyjnego:

o

realizacja standardowych zadań wynikających z integracji systemu IBMS

z systemem sygnalizacji pożaru i systemem nagłośnienia alarmowego i

ewakuacyjnego: realizacja przez system IBMS specjalnego scenariusza,

przewidzianego w takiej sytuacji przez odpowiednie przepisy,

R.

monitoring systemu sygnalizacji włamania i napadu:

o

realizacja standardowych zadań wynikających z integracji systemu IBMS

z systemem sygnalizacji włamania i napadu,

o

istnieje wiele możliwych scenariuszy, które można uruchamiać w

przypadku stwierdzenia włamania i/lub napadu, np. system IBMS może w

danym obszarze włączać lub cyklicznie przełączać określone źródła światła,

Instalacje inteligentne w budynkach

17

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

po wykryciu przez zintegrowany system bezpieczeństwa wtargnięcia

intruzów do obiektów poza godzinami ich normalnej pracy,

o

włączanie świateł po zapadnięciu zmroku, w mało uczęszczanych ciągach

komunikacyjnych i obszarach, po wykryciu przez zintegrowany system

bezpieczeństwa obecności w nich użytkowników, w standardowych

godzinach funkcjonowania obiektów,

S.

monitoring systemu telewizji przemysłowej CCTV:

o

realizacja standardowych zadań wynikających z integracji systemu IBMS

z systemem telewizji przemysłowej CCTV,

o

włączanie świateł po zapadnięciu zmroku, w mało uczęszczanych ciągach

komunikacyjnych, po wykryciu przez system telewizji przemysłowej CCTV

obecności użytkowników, w standardowych godzinach funkcjonowania

obiektów,

o

w ramach integracji systemu telewizji przemysłowej CCTV, systemu

kontroli dostępu, systemu sygnalizacji włamania i napadu oraz IBMS

można realizować cały szereg wspólnych działań podejmowanych przez

wymienione systemy pod kontrolą IBMS.

Przedstawione powyżej propozycje funkcji zintegrowanego systemu zarządzania

budynkami IBMS w żadnym wypadku nie wyczerpują listy jego możliwych do

zaimplementowania działań, są one jedynie wstępną próbą zakreślenia jego

podstawowych, quasi-inteligentnych zachowań.

13.

Problemy integracji systemów w ramach IBMS

W zależności od przyjętego rozwiązania można wyróżnić kilka wariantów

integracji systemów wchodzących w skład IBMS. W przypadku, gdy pochodzą one

od tego samego producenta lub posiadają zgodne interfejsy komunikacyjne, istnieje

możliwość ich integracji na wysokim poziomie. Ewentualne problemy związane

z integracją tych systemów są stosunkowo łatwe do rozwiązania.

W niektórych sytuacjach, gdy systemy nie współpracują ze sobą na wysokim

poziomie, można zrealizować integrację niskopoziomową (tzw. „twardodrutową”),

tzn. integrację polegającą na przekazywaniu pomiędzy określonymi systemami informacji

za pomocą wyjść i wejść binarnych lub analogowych.

Instalacje inteligentne w budynkach

18

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

Z punktu widzenia wypadkowej jakości systemu IBMS najkorzystniejsza jest

sytuacja, w której wszystkie lub prawie wszystkie kluczowe systemy budynkowe, takie jak

zarządzanie systemem HVAC, system sygnalizacji włamania i napadu, kontroli dostępu

oraz sygnalizacji pożaru, umożliwiają wysokopoziomową komunikację między sobą.

W ten sposób można uniknąć problemów podczas uruchamiania i eksploatacji systemu i

uzyskać większe możliwości w procesie integracji systemów.

Bibliografia

[1] Drop D, Jastrzębski D, Współczesne instalacje elektryczne w budownictwie

jednorodzinnym z wykorzystaniem osprzętu firmy Moeller,

Biblioteka COSIW SEP 2002

[2] Grad P., Koncepcja nisko-budżetowego zintegrowanego systemu zarządzania

obiektami uczelni, Systemy zarządzania w budynkach inteligentnych

IB@zarządzanie, AGH Kraków 2005, pp. 21-30.

[3] Grad P., Wojciechowski M., The 128-channel multipurpose I/O controller for

intelligent building systems, 4-th International Congress on INTELLIGENT

BUILDING SYSTEMS, AGH Kraków 2006, pp. 35-44.

[4] Markiewicz H, Instalacje elektryczne,

Wydawnictwa Naukowo-Techniczne 2003

[5] Mielczarek W, Komputerowe systemy pomiarowe Standardy IEEE-488.2 i SCPI,

Wydawnictwo Politechniki Śląskiej 2002

[6] Nawrocki W, Komputerowe systemy pomiarowe,

Wydawnictwo Komunikacji i Łączności 2002

[7] Niestępski S, Parol M, Pasternakiewicz J, Wiśniewski T,

Instalacje elektryczne. Budowa, projektowanie i eksploatacja,

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2001

[8] red. Niezabitowska E., Mikulik J.: Budynek inteligentny Tom II, Podstawowe systemy

bezpieczeństwa w budynkach inteligentnych, Politechnika Śląska, 2002.

[9] red. Niezabitowska E., Wybrane elementy facility management w architekturze,

Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.

[10] Petrykiewicz P, Nowoczesna instalacja elektryczna w inteligentnym budynku,

Biblioteka COSIW SEP 2001

Instalacje inteligentne w budynkach

19

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

[11] Rak R, Wirtualny przyrząd pomiarowy realne narzędzie współczesnej metrologii,

Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2003

[12] Rebizant W, Metody inteligentne w automatyce zabezpieczeniowej,

Prace Naukowe Instytutu Energoeletryki Politechniki Wrocławskiej 2004

[13] Sroczan E, Nowoczesne wyposażenie techniczne domu jednorodzinnego.

Instalacje elektryczne, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne 2004

[14] Włodarczyk J., Podosek Z., Systemy teletechniczne budynków inteligentnych, Oficyna

Wydawnicza Cyber, Warszawa 2002

Inne źródła informacji – materiały niepublikowane:

[15] Założenia projektowe w zakresie zintegrowanego systemu zarządzania budynku

(IBMS), Kupczyk T, Politechnika Wrocławska 2004/2005,

[16] Inteligentny Budynek, Kupczyk T, Politechnika Wrocławska 2004/2005,

[17] Zasady projektowe / koncepcja IBMS, Kupczyk T, Politechnika Wrocławska

2004/2005,

[18] Wpływ rewolucji informatycznej na projektowanie budynków publicznych –

inteligentne budownictwo, Kupczyk T, Politechnika Wrocławska 2004/2005,

[19] Audyt potrzeb, Kupczyk T, Politechnika Wrocławska 2004/2005.

[20] Grad P., Koncepcja zintegrowanego systemu zarządzania oraz bezpieczeństwa

obiektów wyższej uczelni, Studia Podyplomowe Zintegrowane Systemy Bezpieczeństwa

w Inteligentnym Budynku, Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, Wrocław

2005

Inne źródła informacji – portale internetowe:

•

www.eib.pl

•

lcn.pl

•

techom.com

•

www.boschsecurity.com

•

www.facility-manager.pl

•

www.honeywell.com.pl

•

www.ibms.pl

•

www.johnsoncontrols.com (cgproducts.johnsoncontrols.com)

•

www.nti.pl

Instalacje inteligentne w budynkach

20

© 2008 Piotr Grad [e-mail]

•

www.modbus.pl

•

www.sibt.com.pl

•

www.sbc-support.ch

•

www.schneider-electric.pl

•

www.ultrak.pl

•

www.vidicon.pl

Inne źródła informacji – materiały szkoleniowe:

•

Automatyczna regulacja systemów wentylacji i klimatyzacji, Zawada B, Kidawa Z,

Honeywell, Politechnika Warszawska,

•

Wybrane aplikacje sterownika Excel 50 w ciepłownictwie, Honeywell,

•

Sterownik Excel 50, Instrukcja użytkownika, Honeywell 1997,

•

Excel 50, Sterownik cyfrowy, Honeywell 1997.