Komputerowe systemy
zarzÄ…dzania energiÄ…
w budynkach
Wykład 12
Jan SYPOSZ
Wprowadzenie
Komputerowe systemy nadzoru powstały jako
konsekwencja rozwoju techniki mikroprocesorowej.
Powszechne stosowanie regulatorów
mikroprocesorowych umożliwiło nie tylko zwiększenie
możliwości sterowania lokalnego ale również cyfrowe
przesyłanie informacji pomiędzy sterownikiem a
komputerem dla potrzeb sterowania nadrzędnego i
monitoringu.
Wprowadzenie
Komputerowe systemy zarzÄ…dzania instalacjami
uzbrojenia technicznego budynków należą do
najbardziej dynamicznie rozwijających się działów
techniki budynkowej.
Przyczyna zainteresowania tymi systemami tkwi w
dużych możliwościach obniżania kosztów
eksploatacyjnych budynków.
Wg publikowanych danych systemy te zastosowane w
dużych budynkach biurowych obniżają koszty
zaopatrzenia wenergię i media średnio wciągu roku w
zakresie od 10 do 50%
Wprowadzenie c.d.
" Pierwsze komputerowe systemy zarzÄ…dzajÄ…ce
ogrzewaniem i klimatyzacjÄ… w wysokich budynkach
wykonano w USA już w latach 60-tych (wieżowce WTC).
" Jednak na dużą skalę zaczęto stosować systemy tego typu
na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych.
" Pierwszym w świecie budynkiem opisywanym w
publikacjach jako  inteligentny jest wybudowany 1983
roku The City Place Building w Hatford USA
Etapy rozwoju systemów budynkowych:
Systemy budynkowe rozwijały się w następujących etapach:
" wprowadzenie do automatyzacji budynków regulatorów
(sterowników) cyfrowych,
" systemy automatyki budynkowej BAS
Building Automation System,
" systemy zarządzające infrastrukturą techniczną budynków BMS
(BEMS),
Building Management System,
" zintegrowane systemy zarzÄ…dzajÄ…ce infrastrukturÄ… technicznÄ…
budynków IBMS - systemy zintegrowane są nazywane także
 inteligentnymi budynkami IB Intelligent Building.
Definicja systemu BMS
BMS jest to komputerowy interfejs użytkownika, który
w przyjazny, graficzny sposób pozwala centralnie
zarządzać i automatycznie nadzorować instalacje
techniczne oraz bezpieczeństwa w budynku lub
kompleksie budynków, zapewniając komfort,
bezpieczeństwo oraz minimalizowanie kosztów
eksploatacji.
Definicje systemów IB
" Precyzując pojęcie  inteligentnego budynku można
posłużyć się definicjami uznanych autorów czy instytucji
jak EIBG (ang. European Intelligent Building Group).
" Z publikowanych definicji wynika, że głównym zadaniem
komputerowych systemów IB jest efektywne zarządzanie
budynkiem i optymalizacja jego eksploatacji. Instalowane
w budynku systemy tworzÄ… warunki dla optymalizacji
jego podstawowych elementów tj. struktury, parametrów
technologicznych, eksploatacji oraz wspierajÄ… personel
zarządzający w realizacji przyjętych zadań związanych z
kosztami, jakością, niezawodnością i bezpieczeństwem
zaopatrzenia w energiÄ™.
Definicje systemów IB
" Interpretując te definicje trzeba zwrócić uwagę na trzy
bardzo konkretne właściwości, którymi powinny
charakteryzować się budynki, aby można było im nadać
miano  inteligentnych :
- integracja systemów teletechnicznych w budynku,
- centralny system sterowania i monitoringu,
- wykorzystanie okablowania strukturalnego budynku jako
nośnika sygnałów sterujących instalacjami w budynku.
Instalacje infrastruktury technicznej w nowoczesnym
budynku biurowym zarzÄ…dzane przez IBMS
Zarządzanie budynkiem - systemy niezależne
CHLLERPAN
ILT
CHILANT
LLERP
pożaru
System
Obsługa
dostępu
Kontrola
Wykrywanie
instalacji
techniczna
Oświetlenie
Automatyka
antywłamaniowy
Integracja systemów....
...wspólna magistrala (sieć) komunikacyjna
...wspólna magistrala (sieć) komunikacyjna
oraz jeden standard wymiany informacji & np.
oraz jeden standard wymiany informacji & np.
CH
ILLERPLANT
H V A C
p o ż a r u
N a d z ó r
T e l e w i z j a
w Å‚ a m a n i a
d o z o r o w a
S t e r o w a n i e
A u t o m a t y k a
W y k r y w a n i e
W y k r y w a n i e
Z a r z Ä… d z a n i e
o Å› w i e t l e n i e m
i n s t a l a c j i t e c h n .
z u ż y c i e m e n e r g i i
Kontrola dostępu
Zalety integracji na przykładzie algorytmu działania
wykonywanego podczas alarmu pożarowego.
- 4 minutowe opóz
nienie alarmu ogólnego,
- zatrzymanie instalacji klimatyzacyjnych i zamknięcie klap
dymowych w kanałach wentylacyjnych danej strefy
zagrożenia (sterowanie wentylacją, klimatyzacją),
- oddymianie w strefie zagrożenia oraz przygotowanie dróg
ewakuacji - klatki schodowe (instalacja wentylacyjna
oddymiajÄ…ca)
- zwolnienie dróg ewakuacji ludzi (instalacja kontroli
dostępu)
- sprowadzenie wind na poziom parteru (sterowanie windami)
- poinformowanie ludzi (system nagłośnienia),
- wizualizacja elementów systemu na tablicy synoptycznej.
Centralny system zarządzania  podział funkcjonalny
obsługi.
System Ochrona,
Instalacje
wykrywania Systemy
techniczne
pożaru bezpieczeństwa.
CHERPL
ILL ANT
Integrowane instalacje i systemy
" Integracja systemów powinna obejmować następujące
instalacje i systemy:
- automatyka wentylacji i klimatyzacji,
- automatyka instalacji grzewczych,
- instalacje indywidualnego sterowania i nadzoru
parametrami otoczenia w pomieszczeniach tzw. IRC (ang.
Individual Room Control),
- instalacje elektro-energetyczne,
- sterowanie oświetleniem,
Integrowane instalacje i systemy
- system wykrywania i sygnalizacji pożaru,
- system oddymiania,
- sterowanie windami,
- system kontroli dostępu,
- system sygnalizacji włamania i napadu,
- system telewizji dozorowej,
- system informatyczny.
Zakres działania BMS
ZARZ
DZANIE
ENERGI
AUTOMATYKA
OBSA
UGA
HVAC
BEMS
BEMS
TECHNICZNA
BAS
BAS
AUTOMATYKA
INSTALACJI
WYKRYWANIE
WODA
TECHN.
POŻARU
BMS
BMS
SZTUCZNE
OCHRONA
OÅšWIETLENIE
ANTYWA
AMA
-NIOWA
KONTROLA
DOST
PU
STEROWANIE
STEROWANIE
I MONITORING
I MONITORING
ZUŻYCIA ENERGII
ZUŻYCIA ENERGII
IB
IB
Pożądane cechy BMS
Do podstawowych cech jakie powinny posiadać systemy
BMS należą:
" otwartość systemu,
" niezawodne medium komunikacyjne,
" przyjazna w obsłudze stacja dyspozytorska.
Struktura (hierarchiczna)systemów
BMS (BEMS)
Poziom zarzÄ…dzania
Poziom sterowników
systemowych
DDC DDC DDC
Poziom sterowników
obiektowych
DDC DDC DDC
Poziom aparatury
Lx
LC
polowej
LE
H T
Poziom zarzÄ…dzania
" Poziom zarzÄ…dzania z serwerem, stanowiskami
pomocniczymi i urzÄ…dzeniami peryferyjnymi.
" Na poziomie tym istnieje pełny dostęp do wszystkich
informacji zbieranych przez system. Tu dokonywana jest
archiwizacja danych pomiarowych, ich obróbka i analiza.
Koordynowane są wszystkie zadania i inicjowane działania
dotyczące funkcjonowania urządzeń uzbrojenia
technicznego budynku. Z poziomu zarzÄ…dzania poprzez
sieć konfigurowany jest system.
" Dla tego poziomu zalecany jest standard komunikacyjny
Ethernet.
Poziom sterowników systemowych.
" Na poziomie tym odbywa siÄ™ sterowanie zbieraniem i
przepływem informacji. Tu koncentrują się wszystkie
magistrale sieciowe i przygotowywane sÄ… dane dla
sterowania nadrzędnego.
" Ze względu na dużą gęstość przesyłanych informacji
zaleca się stosowanie standardów komunikacyjnych typu
BACnet.
Poziom sterowników obiektowych
" Poziom sterowników obiektowych z regulatorami i
sterownikami wykonujÄ…cymi funkcje regulacji i sterowania
autonomicznego, pośredniczące w zbieraniu informacji o
parametrach pracy i stanie systemów uzbrojenia
technicznego oraz w sterowaniu nadrzędnym.
" Na tym poziomie przekazywana jest relatywnie mała ilość
informacji.
" Zalecanymi standardami komunikacyjnymi dla poziomu
pola sÄ… LON oraz EIB.
Wymagania stawiane BMS
inter najnowsze
-operacyjność technologie
integracja przyjazne
systemów oprogramow.
otwartość zarządzanie
i skalowalność informacją
KOMPUTEROWY
SYSTEM
niezawodność opomiarowanie
ZARZ
DZANIA
pracy zużycia
algorytmy utrzymanie
DDC komfortu
procedury generowanie
optymalizacji oszczędności
Wymagania stawiane BMS
" Uzyskanie maksymalnych efektów wynikających z
zastosowania systemu IB, to jest możliwie najbardziej
komfortowych i bezpiecznych warunków pracy
użytkowników budynku oraz minimalizacja kosztów
inwestycyjnych i eksploatacyjnych wymaga, już na etapie
projektowania systemów, zastosowania odpowiednich
rozwiązań technologicznych.
" Zasadniczy wpływ na efektywność tych rozwiązań mają
interoperacyjność stosowanych urządzeń oraz stopień
integracji - otwartość zastosowanych systemów
komputerowych.
Interoperacyjność
" Interoperacyjność jest to zdolność techniczna urządzeń
pochodzących od różnych producentów do wzajemnie
zamiennego zastosowania w danym systemie BMS na
poziomie wspólnego przetwarzania danych i wzajemnej
komunikacji z zachowaniem tych samych cech
funkcjonalnych.
Otwartość systemów BMS
" System otwarty jest to taki system, w którym wszystkie
elementy systemu komunikujÄ… siÄ™ wykorzystujÄ…c
standardowy protokół komunikacyjny.
" Protokół komunikacyjny jest to zbiór zasad wymiany
danych w sieci komputerowej. Zasady te sÄ… spisywane w
postaci specyfikacji określającej wszystko co jest
wymagane do zgodności ze standardem, począwszy od
rodzaju medium komunikacyjnego (np. typu kabla) aż do
sposobu sformułowania każdego polecenia czy żądania.
Protokół otwarty
" W automatyce budynkowej jest stosowanych wiele
konkurujących między sobą standardów komunikacyjnych
nazywanych protokołami otwartymi.
" Należą do nich: LonWorks, BACnet, EIB, Modbus, Profibus,
M-bus.
" W ostatnich latach daje się zauważyć tendencję do
wyróżniania trzech standardów wybieranych przez
czołowych producentów urządzeń automatyki budynków:
" BACnet stosowany na poziomie systemowym
zarzÄ…dzania (sterowniki sieciowe i sieci komputerowe),
" LonWorks i EIB stosowane na poziomie kontroli i
sterowania technologiÄ… (sterowniki i aparatura polowa).
Struktura systemów otwartych
Zastosowanie systemów w pełni otwartych upraszcza
strukturę do dwu poziomów:
" poziomu zarzÄ…dzania,
" poziomu automatyzacji z urzÄ…dzeniami zarzÄ…dzajÄ…cymi
przepływem informacji (np. routery, wzmacniacze),
sterownikami oraz aparaturÄ… polowÄ….
Struktura otwartego systemu BMS (BEMS)
Poziom zarzÄ…dzania
internet
Wzmacniacz
DDC
licznik Poziom komunikacji
DDC
en.elek.
i sterowników
obiektowych
LE
licznik licznik
DDC
gazu ciepła
LC LG LC DDC
licznik
Router
ciepła
Struktura otwartego systemu BMS (BEMS)
Poziom zarzÄ…dzania
internet
Wzmacniacz
DDC
licznik Poziom komunikacji
DDC
en.elek.
i sterowników
obiektowych
LE
licznik licznik
DDC
gazu ciepła
LC LG LC DDC
licznik
Router
ciepła
Zalecane budynkowe standardy
komunikacyjne
LonWorks:
" technologia wprowadzona na rynek przez firmÄ™
ECHELONCORPORATION,
" jest systememotwartym, umożliwiającymwspółpracę
urządzeń różnych typówi producentów,
" ponadto jest systemem o rozproszonej inteligencji,
tzn. takim, w którym sterowanie może być
zdecentralizowane.
LonWorks  rozproszona inteligencja
" Oznacza to, że każdy z elementów jest niezależnym urządzeniem,
które ma możliwość komunikacji i współpracy z innymi urządzeniami.
" Jest to elastyczność, która pozwala rozpoczynać budowę sieci od
dwóch elementów, a kończyć na trzydziestu dwóch tysiącach.
" Konieczność rozpraszania inteligencji w systemach kontroli i
sterowania wynika z rosnącej liczby jednocześnie wykonywanych
zadań i wyeliminowania wpływu awarii jednego z elementówsystemu
na pracę pozostałych elementów lub uniknięcia zablokowania
niektórych funkcji całego systemu. Zniszczenie dowolnego elementu
nie powoduje zatrzymania pracy systemu a sÄ…siednie elementy mogÄ…
przejąć niektóre jego funkcje.
Topologia sieci LonWorks
" Bardzo elastyczna topologia sieci dopuszcza stosowanie
zarówno struktury magistralowej, gwiazdy, pierścienia, a
nawet dowolne połączenie tych układów (rys.3).
" System LonWorks ma również przewagę wszędzie tam
gdzie nie ma możliwości położenia nowej sieci. Swoboda
w wyborze medium komunikacyjnego stała się hasłem
reklamowym firmy ECHELON głoszącym, że do budowy
systemu kontroli i sterowania w budynku w technologii
LonWorks można wykorzystać istniejącą instalację
elektryczną obniżając w ten sposób koszt okablowania
systemowego.
Topologia sieci LonWorks
Topologia magistrali
Topologia dowolna
Technologia LonWorks
" Technologia LonWorks obejmuje cztery podstawowe
płaszczyzny:
" protokół komunikacyjny LonTalk,
" mikroprocesor tzw. Neuron-Chip,
" urządzenia sprzęgające i sterujące,
" sieciowy system operacyjny LNS (ang. LonWorks Network
Services).
Technologia LonWorks
" Podstawowym elementem sieci jest Neuron-Chip.
" Neuron poprzez system operacyjny operuje pomiędzy
wejściami/wyjściami a siecią.
" Połączenie neuronu z medium komunikacyjnym (skrętka, linia
energetyczna) zapewnione jest poprzez urzÄ…dzenie zwane
transceiverem (nadajnik/odbiornik).
" Każda jednostka zawierająca neuron, transceiver i urządzenia
wejście/wyjście nazywana jest węzłem (nodem)  rys.5.
" W przypadku sieci złożonej z wielu mediów komunikacyjnych
konieczne jest zastosowanie urządzenia sprzęgającego te media.
Służy do tego urządzenie zwane routerem.
" Router musi zawierać dwa transceivery umożliwiające współpracę z
konkretnymi mediami.
Struktura węzła sieci LonWorks
Sieć LonWorks
Transceiver
Neuron-Chip
We/wy zewnętrznej
elektroniki
Proces
Technologia LonWorks  media komunikacyjne
Jako medium można wykorzystać:
" parę skręcaną popularnie zwaną skrętką,
" linie energetyczne niskiego i średniego napięcia,
" transmisję radiową za pośrednictwem radiomodemu,
" kabel koncentryczny,
" kabel światłowodowy,
" Å‚Ä…cze transmisji w podczerwieni,
" Å‚Ä…cze transmisji ultradz
więkowej.
Struktura sieci LonWorks
Węzeł Węzeł Węzeł Węzeł
Interfejs
Wzmacniacz Router Wzmacniacz
Segment Segment Segment
Kanał Kanał
Protokół transmisji LonTalk
" Protokół LonTalk jest zalecany przez Elektronics Industry
Association jako standard do automatyzacji budynków.
Jest on także częścią standardu automatyki budynków
BACnet.
" Obecnie protokół komunikacyjny dostępny jest jedynie w
jednej formie - wbudowany w procesor Neuron-Chip.
Wbudowanie protokołu LonTalk do procesora neuronu
znacznie upraszcza programowanie urządzeń
zawierajÄ…cych neurony i skraca czas jego przygotowania.
Neuron-Chip
" Neuron-Chip zawiera trzy wbudowane współpracujące ze
sobą procesory. Dwa z nich skonfigurowane są do obsługi
protokołu a trzeci zawiera aplikację użytkownika.
" Pierwszy procesor tzw. MAC (ang. Media Access Control)
steruje dostępem do medium komunikacyjnego. Obsługuje
transceiver i jest odpowiedzialny za kontrolÄ™ kolizji.
" Drugi procesor nazywany sieciowym zajmuje się obsługą
zmiennych sieciowych, adresowaniem, kontrolą przepływu
informacji, badaniem zgodności danych, diagnostyką,
timerami, kontrolą działania funkcji sieciowych i logiką
połączeń.
Neuron-Chip
" Trzeci procesor - aplikacyjny, zawiera aplikacjÄ™
użytkownika. Jak więc widać neuron stanowi zarówno
procesor komunikacyjny jak i aplikacyjny.
" Aplikacja użytkownika tworzona jest w rozbudowanej
wersji języka ANSI C - tzw. NEURON C.
" Na rynku dostępne są neurony dwóch producentów:
Toshiba i Motorola.
Neuron-Chip
" Każde urządzenie LonWorks zawiera neuron z
wbudowanym identycznym w każdym przypadku
protokołem komunikacyjnym LonTalk.
" Zapewnia to, że niezależnie od producenta sterownika lub
urządzenia sieciowego możliwa jest współpraca urządzeń.
" Pozwala to wyeliminować problem niepełnej
kompatybilności i sprawia, że jest to w pełni otwarty
system.
Router
" W skład routera wchodzą dwa węzły zawierające po
jednym neuronie i jednym bloku nadawczo-odbiorczym.
" Przykładowy router łączący dwa kanały różnego typu
pokazano na rys.
Węzły
Kanał typu TP/FT - 10 Kanał typu TP/XF- 1250
W
W Router
Router
" Routery spełniają dwie funkcje:
" Służą do transformacji sygnałów pomiędzy różnymi
mediami przesyłu (do łączenia kanałów o różnych
pojemnościach i topologii). W przypadku kanałów tego
samego typu jest on wzmacniaczem pomiędzy węzłami po
obu stronach routera.
" Redukują tłok komunikacyjny w sieci. Router  słucha
wszystkich komunikatów w kanale, jeżeli są adresowane
po tej samej stronie routera nie robi nic. Jeżeli są
adresowane do węzłów po drugiej stronie routera,
wówczas wzmacnia je i przesyła do drugiego kanału. W
ten sposób liczba komunikatów przesyłana do drugiego
kanału jest redukowana.
Zmienne sieciowe
" Zmienne sieciowe w LonWorks są używane do
przesyłania danych pomiędzy węzłami.
" Dla każdego urządzenia przyłączonego do sieci producent
narzuca typ zmiennych sieciowych. Są one częścią
protokołu komunikacyjnego węzła.
" Dane wysyłane przez węzeł mogą być odebrane tylko
przez zmienną wejściową tego samego typu innego węzła.
" Proces łączenia zmiennych wyjściowych z tego samego
typu zmiennymi wejściowymi nazywa się powiązaniem
(ang. binding).
Zmienne sieciowe
" W celu umożliwienia wymiany informacji pomiędzy
urządzeniami różnych producentów wprowadzono
standaryzacjÄ™ zmiennych sieciowych.
" Skrótem tego standardu jest nazwa SNWT (ang. Standard
Network Variables Type).
" Producenci urządzeń pracujących w standardzie LonWorks
powołali międzybranżowe stowarzyszenie użytkowników
LonWorks o nazwie LonMark Interoperability Association.
Produkty oznaczone znakiem LonMark (rys7) zapewniajÄ…
interoperacyjność systemu LonWorks.
SNVT Masterlist
" Stowarzyszenie LonMark utworzyło listę standardowych
zmiennych sieciowych SNVT Masterlist
WyciÄ…g z SNVT-Masterlist wg LonMark
SNVT-Typ Wielkość Jednostka Zakres Rozdzielczość SNVT_index
SNVT_amp prÄ…d Amper -32 767& +32 737 1 A 1
SNVT_date_time czas doby HH:MM:SS 00:00:00& 23:59:59 1 s 12
SNVT_elec_kwh energia elektr. kWh 0& 65 535 1 kWh 13
SNVT_temp temperatura °C -274..6279,5 0,1 °C 39
SNVT_lev_percent stopień otwarcia % -163,4& +163,83 0,005 81
SNVT_temp_p temperatura °C -273,17& +327,66 0,01 °C 105
Przykład działania sieci LonWorks
Węzeł
 regulator
SNVT_lev_percent SNVT_temp
Sieć LonWorks
Węzeł Węzeł
 siłownik  czujnik
T
Zawór z siłownikiem
Czujnik temperatury
Działanie sieci LonWorks zastosowanej w układzie automatycznej
regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu
" Sieć składa się z trzech węzłów: regulatora,
inteligentnego czujnika temperatury powietrza oraz
inteligentnego siłownika zaworu.
"  Inteligentny czujnik jest urzÄ…dzeniem
mikroprocesorowym, które powstaje w wyniku połączenia
aktywnego czujnika (przetwornika) temperatury (np. o
standardowym wyjściu analogowym napięciowym 0...10 V)
z węzłem typu LonWorks.
" Podobnie  inteligentny siłownik składa się z siłownika
elektrycznego oraz węzła typu LON.
Działanie sieci LonWorks zastosowanej w układzie
automatycznej regulacji temperatury powietrza w
pomieszczeniu
" W opisywanym przykładzie węzeł o nazwie  czujnik
wysyła zmierzoną wartość regulowaną temperatury ym
jako zmienną standardową typu SNVT_temp do węzła
 regulator , który oblicza wartość sygnału sterującego u i
przesyła go w postaci zmiennej standardowej
SNVT_lev_percent do węzła o nazwie  siłownik ,
powodujÄ…c odpowiednie nastawienie stopnia otwarcia
przyłączonego do niego zaworu regulacyjnego.
Struktura funkcyjna BEMS
Dostosowanie dostaw
System
automatyki
Ograniczanie zużycia
budynkowej
STEROWANIE
i REGULACJA
Optymalizacja
Pomiar zużycia
energii MONITORING Harmonogram pracy
i mediów
Kalendarz serwisowy
ZARZ
DZANIE
ENERGI

Pomiar
Rozliczenia za zużycie
parametrów
klimatu
Obsługa techniczna
RAPORTY ALARMY INFO
Modelowanie energetyczne budynków
- model zużycia energii
BEMS
BEMS
MODEL
ZUŻYCIA ENERGII
W BUDYNKU
MODELOWANIE
MODELOWANIE
STEROWANIE
STEROWANIE
ZAPOTRZEBOWANIA
ZAPOTRZEBOWANIA
W OPARCIU
W OPARCIU
NA ENERGI
I MEDIA
NA ENERGI
I MEDIA
O SPRAWNY MODEL
O SPRAWNY MODEL
ENERGTYCZNE
ENERGTYCZNE
MATEMATYCZNY
MATEMATYCZNY
TYPOWANIE PRZEWIDYWANIE
TYPOWANIE PRZEWIDYWANIE
I SYMULACJA EFEKTU
I SYMULACJA EFEKTU
PRZEDSI
WZI
Ć CZYNNOŚCI
PRZEDSI
WZI
Ć CZYNNOŚCI
ENERGOOSZCZ
DNYCH ENERGOOSCZ
DNYCH
ENERGOOSZCZ
DNYCH ENERGOOSCZ
DNYCH
Modelowanie energetyczne budynków
1. Modele w warunkach ustalonych (Steady State).
2. Modele o uproszczonej dynamice (Simple Dinami).
3. Modele odpowiedzi budynku (Response Function).
4. Modele numeryczne (Numerical).
5. Analogowe modele elektryczne (Electrical Analogue).
Modele autorskie i adaptowane
Modele numeryczne
98 programów symulacyjnych jest rekomendowanych
przez Department of Energy (USA) w tym:
1. DesignBuilder
2. ECOTECT
3. EnergyPlus
4. ESP-r
5. EDSL TAS
Struktura BEMS wykorzystujÄ…cego
emulator obiektu
EMULATOR
EMULATOR
Model
matematyczny
Dane
Wyniki
do
symulacji
Interface
obliczeń
Oprogramowanie
Oprogramowanie
Stacja
aplikacyjne
operatorska
algorytmów BEMS
czÄ…stkowych
zarzÄ…dzania energiÄ…
w budynku na
Sterownik Sterownik
poziomie stacji
obiektowy Sterownik obiektowy
operatorskich i na
obiektowy
poziomie sterowników
poziomie sterowników
Opomiarowanie Opomiarowanie
obiektowe obiektowe
Opomiarowanie
obiektowe
SYSTEM BEMS
SYSTEM BEMS
jedno urzÄ…dzenie (komputer)
Zarządzanie zużyciem energii - poziom sterowników
Obniżenie nocne - programy
czasowe
Optymalny czas startu/stopu
Pasmo zerowej energii
Chłodzenie nocne
Kontrola obecności
Obecność
Optymalny Optymalny
czas startu czas stopu
Tryb nocny
Tryb dyżurny
Tryb komfortowy
2 0 1 1 1 1 1 2 2 0
2 4 6 8 2
2 0 0 2 4 6 8 0 2 0
Oszczędności
Wpływ czujnika energii
obecności na
program czasowy
Frost
TEMP.
10 11 12
Noc Noc
Czas
Zarządzanie zużyciem energii - poziom sterowników
Zarządzanie zużyciem energii - poziom sterowników
Optymalizacja temp. zasilania
Kontrola CO2
Kontrola jakości powietrza (VOC)
 Obcinanie zużycia szczytowego
Kontrola entalpii (T i RH) - recyrkulacja
Sterowanie oświetleniem
Ograniczenie
Lato
górne
Zima
Temperatura zewnętrzna
Temperatura zewnętrzna
Czas
elektrycznej
Nastawa temp.
Temperatura wody
Zużycie energii
Oprogramowanie aplikacyjne
Na poziomie zarządzania systemzarządzający energią między innymi:
- planowo obniża parametry komfortu dla określonych stref regulacji w
budynku,
- programowo zmniejsza wydajność lub wyłącza określone instalacje
energetyczne według zadanego priorytetu ważności, sekwencyjnie lub
rotacyjne, uwzględniając dopuszczalną częstotliwość załączeń i
wyłączeń,
- przy długotrwałymdeficycie energii automatycznie załącza określone
instalacje po upływie dopuszczalnego czasu ich wyłączenia i przesuwa
wyłączenie na inne,
- załącza do ruchu rezerwowe z
ródła energii,
- przywraca założone nastawy oraz programowo załącza odbiory
energetyczne natychmiast gdy to jest możliwe.
Przykład systemu - BEMS C-6
PARAMETRY
KLIMATU
ZEWN
TRZNEGO
STACJE
OPERATORSKIE
CENTRALE
KLIMATYZACYJNE
POMIAR ZUŻYCIA
MEDIÓW
TEMPERATURY
WEWN
TRZNE
LABORATORIA
BADAWCZE
W
ZA
Y
CIEPA
OWNICZE
Układ przygotowania c.w.u.
Ograniczenie zużycia ciepła przez dostosowanie czasu
pracy układu c.w.u. i cyrkulacji:
0,04 200
0,04 200
Rozbiór c.w.u. dm3
Rozbiór c.w.u. dm3
Energia cieplna GJ
Energia cieplna GJ
0,03 150 0,03 150
0,02 100 0,02 100
0,01 50
0,01 50
0 0
0 0
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Godzina
Godzina
Energia, GJ
Energia, GJ
Rozbiór c.w.u., dm3
Rozbiór c.w.u., dm3
Układ przygotowania c.w.u.
Ograniczenie zużycia ciepła przez dostosowanie czasu
pracy układu c.w.u. i cyrkulacji:
70 200
16
0,04 200 40%
0,04
0,04 200
Rozbiór c.w.u. dm3
Rozbiór c.w.u. dm3
Rozbiór c.w.u. dm3 34%
35%
14
32%
32%
60
Energia cieplna GJ
Energia cieplna GJ
Energia cieplna GJ
31%
29%
0,03 150
0,03 150
0,03 27% 150
12 30%
26%
50
76%
24%
23%
72%
23%
23%
22%
25%
10
40
0,02 100
0,02 100
0,02 100
20%
8
24h
24h
30
14,2
13,7
15%
6
BEMS
BEMS
10,8
0,01 50
20 50
0,01
0,01 50
9,8
10%
4
10
5%
2
0 00
0 0
0
0
0 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 0405 0607 0809 1011 12
0506 0708 0910 1112 0%
sty lut mar kwi maj cze lip sie wrzTydzień 2 Godzinagru
paz
lis
Godzina
Godzina
Tydzień 1
24h BEMS Oszczędność %
n
G
Ener gaa G
Eneergii, , JJ
Ennrrgiaa,GGJ
EEeerggiia, , GJJ
Rozbiór c.w.u., dm3
Rozbiór c.w.u., dm3
Rozbiór c.w.u., dm3
60,0
46,3
55,0
42,6
42,9
29,3
57,5
44,3
51,7
38,0
48,2
34,9
44,7
31,0
40,8
27,1
41,5
28,3
47,9
34,3
57,4
44,2
57,6
44,0
Ograniczenie zużycia ciepła
6000 105%
100%
Zużycie energii cieplnej, GJ
5000 100%
Wartość procentowa
4000 95%
92%
3000 90%
85%
2000 85%
1000 80%
4904 4493 4185
0 75%
2003/2004 2004/2005 2005/2006
Zużycie ciepła w budynku C-6 w trzech kolejnych sezonach pracy BEMS C-6,
sprowadzone do warunków sezonu 2003/2004.
Zużycie energii cieplnej, GJ
Uzyskane oszczędności
W sezonie badawczym 2005/2006 dzięki BEMS C-6
uzyskano następujące oszczędności:
Energia Energia
Lp Cel Razem
cieplna elektryczna
Osłabienia c.o. w święta i długie
1. 5 069,75 zł 141,83 zł 5 211,58 zł
weekendy (307 godzin)
Korekta mocy c.o. od nasłonecznienie
2. 5 572,47 zł - zł 5 572,47 zł
w strefie zachodniej
Wyłączenia c.w.u. w godzinach
3. 5 978,70 zł 122,64 zł 6 101,34 zł
22:00-5:00
Osłabienie zasilania w ciepło
4. 1 442,45 zł 360,00 zł 1 802,45 zł
wentylacji w godzinach 19:00-7:00
18 687,84 zł
Stanowi to 8,3% rocznych kosztów energii dla części wysokiej budynku C-6.
Wnioski
1. Opracowane algorytmy regulacji i modele energetyczne BEMS C-6
doskonale nadajÄ… siÄ™ do zastosowania winnych obiektach.
Wnioski
2. Budowa BEMS nie oznacza automatycznego osiÄ…gania
oszczędności. Dla uzyskania właściwych efektów wymagana jest
świadoma obsługa systemu.
3. Najlepsze efekty daje cykliczna analiza danych, właściwe
wnioskowanie i ciągłe poszukiwanie nowych możliwości
oszczędzania energii.
4. Standardowym postępowaniem jest dostosowywanie systemu
BEMS do rzeczywistego obiektu przez pierwszy sezon pracy.
5. W Polsce niestety najczęściej eksploatacja BEMS sprowadzana
jest jedynie do funkcji monitoringu. RosnÄ…ce ceny energii
zapewne w niedługim czasie przyczynią się do właściwego
wykorzystania możliwości BEMS.
Dziękuję za uwagę