Komputerowe zarządzanie
Komputerowe zarządzanie
energią w budynkach
energią w budynkach
Wykład 3
Wykład 3
Funkcje realizowane w zakresie
zarządzania energią w budynku.
Wstępne informacje
Wstępne informacje
Dla właściwego zarządzania energią w budynku konieczne jest
rozpoznanie charakterystyki energetycznej obiektu poprzez określenie:
" rodzajówenergii zużywanej wbudynku,
" poziomu zużycia energii wbudynku,
" zmienności zużycia energii wbudynku,
" czynnikówwpływających na wielkość zużycia energii,
" wpływu poszczególnych czynników na zmienność zużycia energii w
budynku.
" Powyższe informacje są podstawą do świadomego zarządzania energią
w budynku, właściwego wnioskowania o zużyciu energii, tworzenia i
realizowania energooszczędnych algorytmów pracy, umożliwiają
świadome wpływanie na wielkość zużycia energii i pozwalają określać
poprawność pracy infrastruktury budynkowej.
Rodzaje energii zużywanej w budynkach
Rodzaje energii zużywanej w budynkach
biurowych
biurowych
ogrzewanie, wentylacja
ogrzewanie, wentylacja
klimatyzacja (HVAC)
klimatyzacja (HVAC)
zasilanie elektryczne
zasilanie elektryczne
ciepła woda użytkowa
ciepła woda użytkowa
WODA
WODA
oświetlenie elektryczne
oświetlenie elektryczne
C
C
I
I
E
E
P
P
A

A

O
O
E
E
N
N
E
E
R
R
G
G
I
I
A
A
E
E
L
L
E
E
K
K
T
T
R
R
Y
Y
C
C
Z
Z
N
N
A
A
D
D
Ó
Ó
A

A

H
H
C
C
Rodzaje energii zużywanej w budynkach
Rodzaje energii zużywanej w budynkach
biurowych
biurowych
" W warunkach polskich w budynkach biurowych zużywane są
następujące media energetyczne (podane w kolejności częstotliwości
występowania podstawowych potrzeb):
" Energia cieplna  wszystkie budynki biurowe w naszym klimacie
wymagają zasilania energią cieplną.
" Energia cieplna jest dostarczana do budynków: ze scentralizowanych
z
ródeł ciepła, wytwarzana we własnym z
ródle, pozyskiwana z
odnawialnych z
ródeł energii lub wytwarzana z energii elektrycznej.
Zużywana jest na cele grzewcze, wentylacyjne i przygotowania ciepłej
wody użytkowej.
" Energia elektryczna  sztuczne oświetlenie, urządzenia biurowe i
infrastruktura techniczna budynku wymagają zasilania energią
elektryczną. WPolsce wszystkie budynki biurowe zasilane są wenergię
elektryczną z zewnętrznych z
ródeł poprzez sieć energetyczną.
Rodzaje energii zużywanej w budynkach
Rodzaje energii zużywanej w budynkach
biurowych
biurowych
" Woda  zużywana głównie na cele sanitarne lub technologiczne w
instalacjach wewnętrznych budynku (np. nawilżanie powietrza
nawiewanego, uzupełnianie lub napełnianie instalacji c.o., itp.). Woda
dostarczana jest do budynków z sieci wodociągowej lub własnych ujęć.
" Energia chłodnicza  zużywana jest w budynkach biurowych
wyposażonych w układy klimatyzacji bytowej i technicznej (np.
pomieszczeń serwerów komputerowych). W Polsce energia chłodnicza
wytwarzana jest lokalnie w miejscu jej zużywania.
Zużycie mediów energetycznych w instalacjach budynku
Zużycie mediów energetycznych w instalacjach budynku
biurowego
biurowego
Energia Energia Energia
Instalacja Woda
cieplna elektryczna chłodnicza
Ogrzewanie + + + + + +
Wentylacja + + + + + +
Klimatyzacja + + + + + + + + + + +
Przygotowanie c.w.u. i cyrkulacja + + + + + +
Instalacja wody użytkowej + + +
Oświetlenie sztuczne + + +
Zasilanie urządzeń biurowych + + +
Instalacje techniczne + + + +
Windy + +
Systemy bezpieczeństwa + + + +
BAS + +
BEMS +
Ozn.: + małe zużycie, + + średnie zużycie, + + + duże zużycie
Zmienność zużycia energii
Zmienność zużycia energii
Zużycie mediów energetycznych w budynkach biurowych podlega
zmienności. Niezależnie od charakterystyki budynku i rodzaju zużywanej
energii można mówić o:
" 1. Okresowej zmienności zużycia (profil zużycia energii).
" 2. Nadążnej zmienności zużycia (według charakterystyki obiektu).
" 3. Przypadkowej zmienności zużycia (brak prawidłowości).
" 4. Braku zmienności zużycia (stały w czasie poziom zużycia).
Zmienność zużycia energii
Zmienność zużycia energii
" Okresowa zmienność opisana jest powtarzającymi się,
charakterystycznymi dla danego obiektu profilami zużycia w okresach
dobowych, tygodniowych, sezonowych, itd. Zmienność ta związana jest
bezpośrednio ze sposobemużytkowania budynku i pracą jego instalacji.
Profil dobowy kształtowany jest godzinami pracy użytkowników
budynku, aprofil tygodniowy dniami roboczymi i wolnymi od pracy.
" Nadążna zmienność występuje w wypadku uzależnienia zużycia
energii od zmiennych parametrów. Czynnikami kształtującymi zużycie
energii w budynku jest temperatura zewnętrzna, nasłonecznienie,
prędkość i kierunek wiatru, zajętość pomieszczeń, zyski wewnętrzne,
itd. Zmienność zużycia energii w funkcji zmian parametru wiodącego
odbywa się według charakterystyki danego obiektu.
Zmienność zużycia energii
Zmienność zużycia energii
" Przypadkowa zmienność zużycia występuje w obiektach o złej
eksploatacji, przy uszkodzonych lub z
le nastawionych BAS oraz w
wypadku wystąpienia niestandardowych (ponadnormalnych) zakłóceń.
Długotrwałe lub powtarzające się okresy przypadkowej zmienności
należy klasyfikować jakostany awaryjne.
" Stałe zużycie występuje gdy zużycie energii nie jest uzależnione od
żadnych czynników zewnętrznych lub w wypadkach awarii układu
automatycznej regulacji BAS.
" Śledzenie zmienności zużycia energii w budynku jest podstawą
zarządzania energią i infrastrukturą techniczną budynku. Pozwala na
realizowanie dostaw energii adekwatnych do aktualnych potrzeb oraz
generowanie oszczędności energetycznych przy zachowaniu komfortu
wewnętrznego.
Szczyty energetyczne
Szczyty energetyczne
Wkażdym profilu zużycia energii występują tzw. szczyty energetyczne
rozumiane jako największe zużycie energii występujące w
rozpatrywanym okresie. Szczyty energetyczne pojawiają się w
warunkach obliczeniowych, podczas rozruchu instalacji po okresie
zatrzymania lub osłabienia gdy wymagane jest szybkie osiągnięcie
wartości nominalnych oraz podczas planowych procedur związanych z
okresową obsługą instalacji.
Podstawą optymalnego zarządzania zużyciem energii w budynku jest
śledzenie szczytów energetycznych i właściwe nimi zarządzanie
poprzez:
" optymalizację procedur rozruchu poszczególnych instalacji w funkcji
ograniczenia zużycia energii,
" rozkładanie szczytówenergetycznych wczasie,
" priorytetowe wyłączenia lub osłabienia instalacji w celu zapobiegania
przekroczeniu limitówumownych i inne,
" załączanie alternatywnych z
ródeł energii.
Szczyty energetyczne
Szczyty energetyczne
200 200 200
Parametr Instalacja A Instalacja A
Energia Instalacja B Istalacja B
150 150 150
100 100 100
50
50 50
0 0 0
1 3 5 7 9 11 13 15 1 3 5 7 9 11 13 15 1 3 5 7 9 11 13 15
Czas w godzinach Czas w godzinach Czas w godzinach
WARIANT A WARIANT A WARIANT A
200 200 200
150 150 150
100 100 100
50 50 50
0 0 0
1 3 5 7 9 11 13 15 1 3 5 7 9 11 13 15 1 3 5 7 9 11 13 15
Czas w godzinach Czas w godzinach Czas w godzinach
WARIANT B WARIANT B WARIANT B
Planowe rozłożenie Priorytetowe osłabienia
Optymalizacja procesu
szczytów energetycznych instalacji
rozruchu instalacji
w czasie
Energia
Energia
Energia, Parametr
Graniczna linia zapotrzebowania
Graniczna linia zapotrzebowania
" Podstawą analiz zużycia energii w poszczególnych
systemach czy instalacjach budynkowych jest wyznaczenie
dla nich tzw. granicznej linii zapotrzebowania lub zużycia
energii, rozumianych jako dopuszczalny w określonych
warunkachpoziomzużycia energii.
" Wzależności od rodzaju zużywanej energii istnieją opisane
metody wyznaczania granicznego zapotrzebowania na
energię. Są to metody obliczeniowe lub analityczne na
podstawiedanychz monitoringuzużycia energii.
Graniczna linia zapotrzebowania
Graniczna linia zapotrzebowania
" Standardowo wyznaczana jest górna graniczna linia zużycia energii.
Wskazuje się również na wykorzystanie dolnej granicznej linii zużycia
energii. Obie linie służą do diagnozowania pracy obiektu i jego układu
automatycznej regulacji BAS.
" Linia górna oznacza największe dopuszczalne przy danej temperaturze
zewnętrznej zapotrzebowanie na moc cieplną, linia dolna najmniejsze.
Różnica między nimi wynika z normalnej zmienności wewnętrznych i
zewnętrznych zyskówciepła wbudynku.
" Jeżeli rzeczywiste zapotrzebowanie mocy zawiera się między tymi
liniami, to budynek pracujewwarunkach optymalnych z punktu widzenia
ekonomiki kształtowania komfortucieplnego.
" Przekroczenie zużycia maksymalnego oznacza nieekonomiczne
zwiększenie zapotrzebowania, a przekroczenie minimalnego zużycia
oznacza obniżenie komfortuwewnętrznego.
Graficzna interpretacja granicznej linii zapotrzebowania na
Graficzna interpretacja granicznej linii zapotrzebowania na
moc cieplną budynku
moc cieplną budynku
450
160
400
140
350
120
300
100
250
80
200
60
150
40
100
20
50
0
0
0 6 12 18 24
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15
Godziny
Temperatura zewnętrzna, �C
Moc cieplna c.o., kW
Żużycie energii elektrycznej kWh
Graniczna linia zapotrzebowania
Graniczna linia zapotrzebowania
" Skuteczne zarządzanie energią wymaga wyznaczenia obu linii
granicznych zapotrzebowania dla każdego rodzaju energii zużywanej w
danym budynku, dla każdej instalacji wewnętrznej. Stanowią one
podstawę kontroli jakości regulacji zużycia energii, diagnozowania pracy
instalacji i układóworaz automatycznego wykrywania awarii
Czynniki wpływające na zmienność zużycia
Czynniki wpływające na zmienność zużycia
energii w budynku biurowym
energii w budynku biurowym
" W przypadku istniejących budynków biurowych występuje grupa
czynników wpływających na ogólne zużycie energii w budynku, które są
stałe i niezmienne z punktu widzenia procedur zarządzania energią.
" Są to: lokalizacja i orientacja geograficzna budynku, bryła (rys.) i
przeszklenie oraz izolacyjność cieplna przegród i komponentów
budowlanych.
100%
117% 117%
150% 208%
Czynniki wpływające na zmienność zużycia
Czynniki wpływające na zmienność zużycia
energii w budynku biurowym
energii w budynku biurowym
W wypadku istniejących budynków biurowych chwilowe zużycie energii
zależne jest od:
" Zewnętrznych czynników klimatu i pogody.
" Wewnętrznych zysków energetycznych wynikających z użytkowania
budynku.
" Przyjętego zakresu parametrów klimatu wewnętrznego.
Czynnikami zewnętrznymi klimatu i pogody, wpływającymi na wielkość
zużycia energii w budynku dla danej lokalizacji są :
" Temperatura powietrza zewnętrznego.
" Wilgotność powietrza zewnętrznego.
" Prędkość i kierunek wiatru.
" Promieniowanie słoneczne i zachmurzenie.
" Opady atmosferyczne.
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
na zużycie energii w budynku
na zużycie energii w budynku
" Wartości obliczeniowe czynników zewnętrznych klimatu i pogody są
podstawą określania potrzeb energetycznych budynku, wymiarowania
urządzeń grzewczych, chłodniczych i wentylacyjnych. Wartości średnie
określają zakres obciążeń tych urządzeń i sezonowe zużycie energii w
budynku. Wartości chwilowe są podstawą do automatycznej regulacji
nadążnej i zarządzania instalacjami wewnętrznymi budynku. Są również
wykorzystywane do dynamicznych, symulacyjnych analiz
energetycznych budynku.
Czynnik zewnętrzny Energia Energia Energia
Woda
zmienności zużycia energii cieplna elektryczna chłodnicza
Temperatura powietrza zewnętrznego + + + + + + + +
Wilgotność powietrza zewnętrznego + + + + + + +
Prędkość i kierunek wiatru + + + +
Promieniowanie słoneczne i zachmurzenie + + + + + +
Opady atmosferyczne + +
Ozn.: + mały wpływ, + + średni wpływ, + + + duży wpływ
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
na zużycie energii w budynku
na zużycie energii w budynku
" Temperatura powietrza zewnętrznego uznawana jest za
najważniejszy czynnik kształtujący bilans energetyczny budynku.
Zmienność temperatury zewnętrznej wpływa bezpośrednio na
zapotrzebowanie budynku na ciepło i chłód wywołane przenikaniem
ciepła przez przegrody i wentylacją budynku.
" Wilgotność powietrza zewnętrznego ma mniejsze znaczenie w
bilansie cieplnym budynku niż temperatura powietrza zewnętrznego.
Wskutek stałej wymiany powietrza wilgotność ta wpływa na wilgotność
powietrza w pomieszczeniu i zmienia rozkład temperatur w przegrodach
porowatych. W instalacjach klimatyzacyjnych z normowaniem
wilgotności powietrza nawiewanego zmienna wilgotność powietrza
zewnętrznego wymusza zużycie energii cieplnej lub chłodniczej do
osuszania powietrza oraz wody do jego nawilżania. Energia elektryczna
wykorzystywana jest do napędu układów nawilżania i osuszania.
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
na zużycie energii w budynku
na zużycie energii w budynku
" Prędkość i kierunek wiatru mają wpływ na układ ciśnień w i wokół
budynku, wewnętrzne przepływy powietrza, równomierność temperatur
wewnętrznych oraz intensywność infiltracji powietrza zewnętrznego
zależnie od ogólnej szczelności powietrznej budynku. W literaturze
podaje się, że znaczący wpływ na bilans cieplny budynku mają wiatry o
prędkościach ponad 5m/s przy których opór przejmowania ciepła po
stronie zewnętrznej przegrody zmniejsza się i znacząco rośnie infiltracja.
Wpływ wiatru jest zauważalny w chwilowym zużyciu energii cieplnej i
chłodniczej, natomiast w długookresowych analizach zużycia energii nie
zauważa się wpływu wiatru.
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
Czynniki zewnętrzne klimatu i pogody wpływające
na zużycie energii w budynku
na zużycie energii w budynku
" Intensywność promieniowania słonecznego w warunkach Polski ma
ograniczony wpływ na zużycie energii cieplnej do ogrzewania budynku
zimą. Stanowi darmowe, choć nie stale z
ródło ciepła zmniejszające
okresowo zapotrzebowanie na energię cieplną. Wpływa natomiast
bezpośrednio na zużycie energii chłodniczej i elektrycznej w instalacjach
klimatyzacyjnych. Krytycznymi czynnikami są tutaj orientacja
geograficzna i stopień przeszklenia budynku, przepuszczalność
przegród przez
roczystych oraz ogólna akumulacyjność cieplna budynku.
" Zachmurzenie i opady atmosferyczne wpływają na wartość i
amplitudę zmian temperatury i wilgotności powietrza zewnętrznego.
Zachmurzenie ogranicza zyski ciepła od promieniowania słonecznego.
"
Czynniki wewnętrzne wpływające na zmienność
Czynniki wewnętrzne wpływające na zmienność
zużycia energii w budynku biurowym
zużycia energii w budynku biurowym
Wynikają głównie z użytkowania budynku i są to:
" Obecność użytkowników (zajętość pomieszczeń).
" Stopień nasycenia pomieszczeń urządzeniami elektrycznymi.
" Rodzaj, intensywność i sposób regulacji oświetlenia elektrycznego.
" Zyski ciepła od innych instalacji wewnętrznych.
Liczba użytkowników pomieszczeń i ich aktywność fizyczna wpływają
na wielkość zysków ciepła jawnego i utajonego , co zmienia
zapotrzebowanie ciepła w sezonie zimowym i chłodu latem. Ludzie
pracujący w budynku generują również zużycie wody i energii
elektrycznej. Wykorzystują w swojej pracy oświetlenie i urządzenie
elektryczne generujące kolejne zyski ciepła. Działania osób pracujących
w budynku są także z
ródłem zakłóceń dla układów kształtowania klimatu
pomieszczeń poprzez otwieranie okien, ręczne zmiany nastaw
temperatury, itp.
Czynniki wewnętrzne wpływające na zmienność
Czynniki wewnętrzne wpływające na zmienność
zużycia energii w budynku biurowym
zużycia energii w budynku biurowym
" Stopień nasycenia powierzchni biurowych urządzeniami
elektrycznymi (komputery, drukarki, kopiarki i inne) zależy w głównej
mierze od standardu budynku biurowego. Obecnie w biurach
wykorzystuje się znacznie więcej urządzeń elektrycznych niż 20 lat
temu, lecz są one jednocześnie bardziej energooszczędne. Pracujące
urządzenia zużywają energię elektryczną generując zyski ciepła
zależnie od swojej mocy, sprawności i jednoczesności działania. W
literaturze podaje się jednostkowe zyski ciepła i współczynniki
jednoczesności działania dla nowoczesnych urządzeń biurowych.
" Wielkość zysków ciepła od oświetlenia elektrycznego zależna jest
od mocy i rodzaju zainstalowanego oświetlenia, czasu działania,
współczynnika jednoczesności działania, rodzaju opraw i
akumulacyjności cieplnej pomieszczenia. Decydujący o
energochłonności oświetlenia elektrycznego jest również sposób
regulacji jego pracy: brak regulacji owocuje pracą ciągłą oświetlenia.
Czynniki wewnętrzne wpływające na zmienność
Czynniki wewnętrzne wpływające na zmienność
zużycia energii w budynku biurowym
zużycia energii w budynku biurowym
" W zależności od infrastruktury technicznej budynku występują w nim
również zyski ciepła związane z pracą innych instalacji wewnętrznych.
Przykładowo z
ródłem takich zysków może być instalacja c.w.u. z
układem cyrkulacji, tranzyt sieci ciepłowniczej w piwnicach budynku,
pomieszczenie serwerów komputerowych i inne.
Zakres parametrów komfortu wewnętrznego
Zakres parametrów komfortu wewnętrznego
Wytworzenie i utrzymanie komfortu w budynku jest celem nadrzędnym
dla wszelkich instalacji wewnętrznych. Proces ten wymaga zużycia
określonego rodzaju i ilości energii. Im bardziej parametry komfortu w
pomieszczeniu odbiegają od stanu środowiska otaczającego, tym więcej
energii wymaga wytworzenie i utrzymanie komfortu.
W praktyce przyjęto cztery parametry charakteryzujące komfort w funkcji
izolacyjności cieplnej odzieży i aktywności ruchowej człowieka:
" Temperatura powietrza i jej równomierność w pomieszczeniu oraz
niezmienność w czasie.
" Średnia temperatura przegród otaczających pomieszczenia, łącznie z
oknami i grzejnikami (średnia temperatura promieniowania).
" Wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu.
" Prędkość i kierunek przepływu powietrza w strefie przebywania ludzi.
Zakres parametrów komfortu wewnętrznego
Zakres parametrów komfortu wewnętrznego
Dobrze zaprojektowane i właściwie eksploatowane instalacje
wewnętrzne zapewniają utrzymanie parametrów komfortu w budynku w
okresie całego roku. W celu uzyskania komfortowego samopoczucia
ludzi w pomieszczeniach biurowych pożądane są następujące warunki:
" Temperatura powietrza wewnętrznego: w Polsce i innych krajach
europejskich w warunkach letnich jako temperaturę komfortową
przyjmuje się 23-26�C, w warunkach zimowych nie niższą niż 20�C.
" Za szczególnie komfortowe uważa się pomieszczenie, w którym przy
nieruchomym powietrzu, temperatury powietrza i powierzchni
otaczających są jednakowe i wynoszą około 20�C (z dopuszczalną
różnicą 3�C).
" Wilgotność względna powietrza powinna zawierać się w przedziale 35-
70% [32].
" Średnia prędkość ruchu powietrza nie powinna przekraczać 0,15m/s, a
zawartość dwutlenku węgla nie powinna przekraczać 0,1%.
Zakres parametrów komfortu wewnętrznego
Zakres parametrów komfortu wewnętrznego
" Przyjęty poziom parametrów komfortu w budynku wpływa na
energochłonność jego wytworzenia i utrzymania. Należy dążyć do
utrzymywania takich parametrów komfortu, które wymagają
najmniejszego zużycia energii w określonych warunkach przy
zachowaniu wymagań higienicznych w pomieszczeniu. Dynamiczne
zmiany wymaganych parametrów komfortu w funkcji parametrów
zewnętrznych i wewnętrznych (rys. 4.11) są podstawą procesu
energooszczędnego kształtowania i utrzymywania komfortu.
" Przykładowo podniesienie utrzymywanej temperatury wewnętrznej w
warunkach obliczeniowych okresu zimowego o 1�C ponad wartość
normatywną ti = 20�C powoduje wzrost zapotrzebowania na ciepło o 2
do 3%, zależnie od strefy klimatycznej (rys. 4.12). Analogiczne w
warunkach obliczeniowych okresu letniego utrzymywanie temperatury w
pomieszczeniu poniżej 26�C o 1�C powoduje wzrost zapotrzebowania
na chłód o 10 do 13%, zależnie od strefy klimatycznej (rys. 4.13).
Strefa komfortu cieplnego w funkcji temperatury i
Strefa komfortu cieplnego w funkcji temperatury i
wilgotności względnej powietrza
wilgotności względnej powietrza
100 27
Nieprzyjemnie
90 26
wilgotno
25
80
24
70
23
60
Spełnione
warunki 22
50
komfortu
21
40
20
30
Jeszcze przyjemnie
19
20
Nieprzyjemnie
18
10
sucho
17
0
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
14 16 18 20 22 24 26 28
Temperatura zewnętrzna, �C
Temperatura powietrza, �C
Wilgotność względna, %
Za gorąco
Za zimno
Temperatura w pomieszczeniu, �C
Wpływ zawyżenia temperatury wewnętrznej na zapotrzebowanie na
ciepło do ogrzewania
i zaniżenia temperatury wewnętrznej na zapotrzebowanie chłodu w
warunkach obliczeniowych
116
180
114 170
te = -16�C (I strerfa)
te = +30�C (strefa II)
te = -18�C (III strefa)
112 160
te = +28�C (strefa I)
te = -24�C (V strefa)
150
110
140
108
130
106
120
104
110
102
100
100
20 21 22 23 24 25 26
20 21 22 23 24 25 26
Temperatura wewnętrzna, �C
Temperatura wewnętrzna, �C
Zapotrzebowanie chłodu, %
Zapotrzebowanie ciepła, %
Ograniczanie zużycia energii
Ograniczanie zużycia energii
w budynku
w budynku
Ograniczanie zużycia energii może być osiągane głównie poprzez:
" właściwe wykorzystanie układów automatyki budynkowej,
" zmniejszenie energochłonności procesów utrzymywania komfortu w
budynku,
" wprowadzenie komputerowego systemu zarządzania energią w
budynku,
" wprowadzenia algorytmów ograniczających zużycie energii przy
zachowaniu komfortu w budynku.
Ograniczanie zużycia energii w budynku można podzielić na trzy grupy
funkcyjne pod kątem zaangażowania do ich realizacji komputerowych
systemów zarządzania energią w budynku (BEMS):
" Grupa działań nie związanych z pracą BEMS.
" Grupa działań realizowanych przez BEMS wymagających inwestycji dla
ich wprowadzenia.
" Grupa działań realizowanych przez BEMS bez dodatkowych inwestycji
w infrastrukturę dla ich wprowadzenia.
Ograniczanie zużycia energii
Ograniczanie zużycia energii
w budynku
w budynku
" Do grupy 1 należą działania pozwalające na uzyskanie zmniejszenia
zużycia energii w budynku uzyskiwane niezależnie do pracy systemu
BEMS.
" Są to działania związane z ograniczeniem ogólnej energochłonności
bryły budynku przez uszczelnienie i izolowanie przegród, stosowanie
pasywnych wewnętrznych i zewnętrznych systemów ochrony
przeciwsłonecznej, działania związane z bieżącym utrzymaniem
systemów i instalacji budynkowych jak regulacja hydrauliczna, usuwanie
nieszczelności, izolowanie przewodów i urządzeń i inne.
" Należy jednak zaznaczyć, że właściwie eksploatowany BEMS pozwala
w poprawny sposób uwzględniać takie zmiany poprzez właściwe
dostosowanie algorytmów pracy instalacji budynkowych do zmienionych
warunków.
Ograniczanie zużycia energii
Ograniczanie zużycia energii
w budynku
w budynku
" Do 2 grupy działań należą możliwości oszczędzania energii dzięki pracy
BEMS, do których realizacji wymaga się inwestycji polegających na
rozbudowie lub wymianie istniejących oraz wprowadzaniu nowych
elementów budynku, systemów, instalacji czy urządzeń.
" Ich zastosowanie musi być każdorazowo analizowane pod kątem
opłacalności, proporcji kosztów do uzyskanych oszczędności lub innych
korzyści.
" Przykładowo mogą to być zmiany lub rozbudowa układów
technologicznych instalacji, wymiana urządzeń na bardziej
energooszczędne, wymiana urządzeń przewymiarowanych czy
wprowadzanie aktywnych systemów ochrony solarnej sterowanych
przez BEMS.
Ograniczanie zużycia energii
Ograniczanie zużycia energii
w budynku
w budynku
" Działania z grupy 3 są najbardziej atrakcyjne ekonomicznie. Bez
jakichkolwiek inwestycji w infrastrukturę pozwalają osiągać pozytywne
efekty ekonomiczne wykorzystując w obrębie BEMS istniejące w
budynku urządzenia i instalacje.
" Należy je wprowadzać natychmiast po uruchomieniu BEMS w budynku.
Jedynym nakładem na ich realizację są koszty prac inżynierskich i
implementacji ich w komputerowym systemie zarządzania.
" Należy zaznaczyć, że wiele możliwości oszczędzania energii
znajdowanych jest już w trakcie pracy BEMS w budynku dzięki analizie
danych archiwalnych z monitoringu.
Ograniczanie zużycia energii
Ograniczanie zużycia energii
w budynku
w budynku
Proces ograniczania zużycia energii z zastosowaniem BEMS w istniejących
budynkach biurowych wymaga przeprowadzenia czynności
przygotowawczych:
" Wyznaczenie i osiągnięcie tzw. stanu zerowego, oznaczającego pracę
instalacji energetycznych w budynku według optymalnych wydajności i
sprawności.
" Określenie rzeczywistego zapotrzebowania energii w budynku.
" Monitorowanie zużycia energii w budynku i analiza danych
historycznych.
" Wytypowanie i oszacowanie możliwych do osiągnięcia oszczędności.
Działania energooszczędne na
Działania energooszczędne na
poszczególnych poziomach BEMS
poszczególnych poziomach BEMS
" Wykorzystanie komputerowych systemów BEMS pozwala realizować
czynności energooszczędne na poziomie zarządzania  w skali całego
budynku.
" Zastosowanie DDC sterowników swobodnie programowalnych
umożliwia realizowanie takich działań również na poziomie sterowników
obiektowych  w sterowaniu lokalnym.
BEMS
Poziom
Zarządzanie energią. zarządzania
Zarządzanie budynkiem.
Globalne algorytmy energooszczędne.
BAS BAS BAS
Poziom
BAS BAS BAS
A B C
A B C
sterowników
Lokalne algorytmy Lokalne algorytmy obiektowych
Lokalne algorytmy
Lokalne algorytmy Lokalne algorytmy
Lokalne algorytmy
energooszczędne. energooszczędne.
energooszczędne.
energooszczędne. energooszczędne.
energooszczędne.
Sterowanie i regulacja. Sterowanie i regulacja.
Sterowanie i regulacja.
Sterowanie i regulacja. Sterowanie i regulacja.
Sterowanie i regulacja.
Działania energooszczędne na
Działania energooszczędne na
poszczególnych poziomach BEMS
poszczególnych poziomach BEMS
Czynności oszczędzania energii realizowane na poziomie sterowników
lokalnych obejmują:
" energooszczędne sterowanie i regulację instalacji,
" programy czasowe, optymalny czas start/stop,
" wykorzystanie pasma zerowej energii, chłodzenie nocne,
" kontrola obecności,
" sterowanie oświetleniem,
" optymalizacja temperatury zasilania,
" kontrola CO2,
" recyrkulacja.
Realizowane są również procesy optymalizacji i adaptacyjne w zakresie
kompetencji danego regulatora DDC.
Działania energooszczędne na
Działania energooszczędne na
poszczególnych poziomach BEMS
poszczególnych poziomach BEMS
System BEMS pozwala na realizowanie działań energooszczędnych
spójnych w skali całego budynku.
Angażując do tych działań poszczególne systemy BAS:
" organizuje ich pracę,
" przełącza je priorytetowo,
" realizuje nadrzędne sterowanie, regulację i programy czasowe,
" przy deficytach energii zmniejsza o zakładaną wartość nastawy
parametrów komfortu w wybranych strefach, wyłącza programowo
instalacje mniej ważne lub uruchamia rezerwowe z
ródła energii,
" zarządza szczytami energetycznymi,
" załącza sekwencyjnie instalacje do ruchu,
" przywraca założone nastawy oraz programowo załącza odbiory
energetyczne natychmiast gdy to jest możliwe,.
Przykładowe możliwości ograniczania
Przykładowe możliwości ograniczania
zużycia energii
zużycia energii
Poprawnie skonfigurowany system BEMS umożliwia zmniejszenie zużycia
energii we wszystkich instalacjach wewnętrznych w budynku poprzez
działania wspólne, którymi są:
1. Podział budynku na strefy regulacji z możliwością indywidualnego
sterownia komfortem i zużyciem energii w każdej z nich przy
uwzględnieniu wymagań i warunków lokalnych w każdej strefie.
2. Realizowanie złożonych algorytmów energooszczędnych w skali
całego budynku, strefy regulacji lub pomieszczenia.
3. Wykorzystanie modeli numerycznych w procesie sterowania
energooszczędnego, diagnostyki i automatycznego wykrywania awarii
(FDD).
4. Realizowanie programów czasowych i sekwencyjnej pracy instalacji
stosownie do zajętości pomieszczeń.
Przykładowe możliwości ograniczania
Przykładowe możliwości ograniczania
zużycia energii
zużycia energii
5. Realizowanie programów specjalnych, zdarzeniowo zależnych i
przełączania logicznego.
6. Natychmiastowe wyłączanie instalacji, których praca w danych
warunkach nie jest wymagana, szczególnie poza godzinami
użytkowania budynku.
7. Stałe sterowanie, monitorowanie, diagnozowanie i alarmowanie.
8. Podniesie jakości regulacji (np. z regulacji proporcjonalnej P na PID) i
możliwość przeprowadzania złożonych obliczeń matematycznych dla
procesu regulacji.
9. Opomiarowanie zużycia energii dla poprawnej regulacji, kontroli
efektów działań energooszczędnych i określenia mocy zamówionych.
10. Automatyczne zapobieganie przekraczaniu limitów mocy poprzez
zarządzanie szczytami energetycznymi oraz priorytetowe wyłączenia
lub osłabienia.
Działania energooszczędne na
Działania energooszczędne na
poszczególnych poziomach BEMS
poszczególnych poziomach BEMS
11. Przełączanie instalacji i systemów według taryf cenowych energii.
12. Sterowanie własnym z
ródłem energii w powiązaniu z dostawami
zewnętrznymi.
13. Możliwość swobodnego wprowadzania energooszczędnych
technologii i urządzeń oraz odnawialnych z
ródeł energii.
14. Automatyczna optymalizacja parametrów pracy instalacji i
utrzymywanie sprawności na najwyższym możliwym w danych
warunkach poziomie.
15. Możliwość swobodnego wprowadzania algorytmów zabezpieczających
i alarmów.
Ograniczanie zużycia energii w systemach
Ograniczanie zużycia energii w systemach
ogrzewania i klimatyzacji (HVAC)
ogrzewania i klimatyzacji (HVAC)
Systemy ogrzewania i klimatyzacji (HVAC) zużywają podczas swojej pracy
energię cieplną, chłodniczą, elektryczną oraz wodę.
System BEMS umożliwia zmniejszenie zużycia energii dodatkowo poprzez
" Automatyczne dostosowanie dostaw energii do aktualnych potrzeb.
" Maksymalne wykorzystanie wewnętrznych zysków ciepła.
" Praca cykliczna HVAC.
" Zastąpienie wartości zadanej zakresem dopuszczalnych parametrów
komfortu.
" Automatyczne zmiany parametrów komfortu w pomieszczeniu (np. przy
wysokich temperaturach zewnętrznych).
" Sterowanie odzyskiem ciepła, chłodu i wilgoci według temperatury,
entalpii lub kosztów (recyrkulacja lub wymienniki).
" Osłabienia nocne, weekendowe i według zajętości.
" Funkcje wyznaczania optymalnego czasu załączania i wyłączania
instalacji.
"  Miękki rozruch instalacji po okresie osłabienia.
Ograniczanie zużycia energii w systemach
Ograniczanie zużycia energii w systemach
ogrzewania i klimatyzacji (HVAC)
ogrzewania i klimatyzacji (HVAC)
" Rozruch sekwencyjny instalacji według przydzielonych priorytetów.
" Regulacja udziału powietrza zewnętrznego w nawiewanym.
" Automatyczne przełączanie trybu pracy lato / zima.
" Wstrzymywanie dostaw energii w wypadku otwarcia okna w
pomieszczeniu.
" Współpraca z aktywnymi systemami ochrony przeciwsłonecznej.
" Wykorzystanie akumulacyjności cieplnej budynku zarówno zimą jak i
latem.
" Adaptacyjne algorytmy sterowania i regulacji.
" Optymalne magazynowanie chłodu i ciepła.
" Wykorzystanie niekonwencjonalnych z
ródeł energii, wykorzystanie
ciepła odpadowego itp.
" Optymalna regulacja systemami VAV.
" Ograniczenie zakresu ręcznych nastaw parametrów komfortu
wewnętrznego
Ograniczanie zużycia energii w układzie c.w.u.
Ograniczanie zużycia energii w układzie c.w.u.
Instalacja wody użytkowej wraz z układem przygotowania ciepłej wody i
cyrkulacji podczas swojej pracy zużywa wodę, energię cieplną i
elektryczną.
System BEMS umożliwia zmniejszenie zużycia energii dodatkowo poprzez:
" Właściwą regulację temperatury c.w.u.
" Automatyczną zmianę nastaw PID w funkcji dostępności energii cieplnej
do przygotowania c.w.u.
" Wyłączenia układu przygotowania c.w.u. w godzinach nieużytkownia
budynku.
" Sterowanie cyrkulacją.
" Realizację priorytetu c.w.u.
Ograniczanie zużycia energii elektrycznej na
Ograniczanie zużycia energii elektrycznej na
oświetlenie
oświetlenie
Oświetlenie wewnętrzne i zewnętrzne podczas swoje pracy zużywa energię
elektryczną i generuje dodatkowe zyski ciepła w budynku.
System BEMS umożliwia zmniejszenie zużycia energii dodatkowo poprzez:
" Sterowanie oświetleniem na podstawie czujników ruchu, obecności oraz
zmierzchu. Sterowanie strefowe (np. wzdłuż linii okien).
" Automatyczne dopasowanie natężenia oświetlenia sztucznego przy
maksymalnym wykorzystaniu oświetlenia naturalnego.
" Programowane sceny oświetleniowe (np. wykład, prezentacja, przerwa
zredukowane oświetlenie nocne, sprzątanie, serwis).
Ograniczanie zużycia energii elektrycznej
Ograniczanie zużycia energii elektrycznej
Urządzenia elektryczne infrastruktury technicznej w typowym budynku
biurowym podczas swojej pracy zużywają energię elektryczną i generują
dodatkowe zyski ciepła w budynku.
System BEMS umożliwia zmniejszenie zużycia energii dodatkowo poprzez:
" Automatyczne zapobieganie przeciążeniom i przekraczaniu limitów
mocy poprzez priorytety wyłączeń.
" Automatyczne utrzymywanie wysokich sprawności urządzeń.
" Możliwość zastosowania silników wielobiegowych lub o płynnej regulacji
prędkości obrotowej.
Powyżej podano przykładowe sposoby ograniczania zużycia energii przy
wykorzystaniu możliwości komputerowych systemów BEMS.
Liczba możliwych działań energooszczędnych i ich kombinacji zależy od
lokalnych warunków i uzbrojenia technicznego budynku w którym są
wprowadzane.
Standardowe funkcje energooszczędne BEMS
Standardowe funkcje energooszczędne BEMS
" Wychodząc naprzeciw potrzebom integratorów i użytkowników
producenci automatyki budynkowej wprowadzają do swoich produktów
określone funkcje energooszczędne w postaci gotowych bloków
aplikacyjnych.
" Stopień ich złożoności zależny jest od możliwości technicznych i
przeznaczenia urządzeń (sterowników).
" Poniżej przedstawiono przykładowe algorytmy energooszczędnego
sterowania implementowane jako gotowe moduły funkcyjne w
mikroprocesorowych sterownikach swobodnie programowalnych
czołowych producentów.
Praca cykliczna (Duty Cycle)
Praca cykliczna (Duty Cycle)
" Gotowy blok funkcyjny pozwala oszczędzać energię poprzez okresowe
wyłączanie układu HVAC w procesie regulacji parametrów w
pomieszczeniu lub strefiepomieszczeń.
" Gdy w strefie regulacji w godzinach użytkowania zachowane są
parametrykomfortualgorytmwyłącza naokreślony czas systemHVAC.
" Podczas wyłączenia parametry komfortu utrzymywane są dzięki
wykorzystaniu akumulacyjności cieplnej pomieszczeń.
GÓRNA GRANICA KOMFORTU
WARTOŚĆ ZADANA
DOLNA GRANICA KOMFORTU
czas
MAKSYMALNY OKRES
WYA

CZENIA
ZAA
.
TEMPERATURA POZA
ZAKRESEM KOMFORTU
WYA
.
czas
WEWN
TRZNEGO
TEMPERATURA POWIETRZA
Praca cykliczna (Duty Cycle)
Praca cykliczna (Duty Cycle)
" Cykl pracy układu HVAC  łącznie czas postoju i pracy  definiowany
jest przez użytkownika stosownie do dopuszczalnej ilości włączeń
sterowanych urządzeń wciągu godziny.
" Najdłuższy dopuszczalny czas wyłączenia HVAC stanowi część cyklu
pracy, taką aby praca HVAC w pozostałym czasie zapewniała
wymaganą krotność wymian lub strumień powietrza zewnętrznego.
" Najkrótszy czas wyłączenia HVAC zależny jest od możliwości
technicznych urządzeń  po jakim czasie od zatrzymania można je
ponownie uruchomić.
Praca cykliczna (Duty Cycle)
Praca cykliczna (Duty Cycle)
Czas wyłączenia HVAC zmienia się od najdłuższego do najkrótszego
zależnie od wyniku porównywania aktualnej temperatury powietrza w
regulowanej strefie z zadanym obszaremkomfortu zdefiniowanym jako
temperaturazadana z dopuszczalną odchyłką.
Jeżeli temperatura w strefie równa się wartości zadanej to HVAC
wyłączane jest na najdłuższy możliwy okres czasu. Po jego upływie,
niezależnie odparametrówwewnętrznych HVACpowraca do pracy.
Jeżeli temperatura powietrza wewnętrznego znajduje się poza obszarem
komfortu, to HVAC pracuje w sposób ciągły w celu jak najszybszego
osiągnięcia wartości zadanych.
Gdy temperatura wewnętrzna zawiera się w obszarze komfortu, długość
okresu wyłączenia HVAC jest odwrotnie proporcjonalna do odchyłki
temperatury odwartości zadanej.
Praca cykliczna (Duty Cycle)
Praca cykliczna (Duty Cycle)
" Algorytm ten stosowany jest zarówno do sterowania HVAC w trybie
ogrzewania jak i chłodzenia pomieszczeń.
" Przerwy w pracy pozwalają zmniejszyć zużycie energii cieplnej i
chłodniczej w procesie obróbki powietrza oraz elektrycznej do napędu
pomp, wentylatorów i innych urządzeń w zależności od konfiguracji
układu.
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Control)
Control)
" Algorytm zapobiega przekroczeniu założonych limitów zużycia energii w
budynku bazując na przyroście wskazań liczników energii w czasie.
" W celu niedopuszczenia do przekroczenia założonego limitu zużycia
automatycznie wyłączane są urządzenia o wyznaczonej przez algorytm
łącznej mocy.
" Wyłączenia i załączenia odbywają się według przydzielonych
poszczególnym grupom urządzeń priorytetów.
" Sterowanie może odbywać się sekwencyjnie lub rotacyjnie.
Wyróżnia się trzy podstawowe tryby działania algorytmu:
" - okno czasowe,
" - linia idealna
" - ekstrapolacja.
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Control)
Control)
" W trybie pracy  okno czasowe algorytm stale analizuje zmienność
zużycia energii (przyrost wskazań licznika energii) w zadanym oknie
czasowym. Na tej podstawie wyznaczany jest trend zużycia i
przewidywany jest przyrost wskazań licznika energii wnastępnymkroku
czasowym. Porównując prognozowane zużycie w zadanym oknie
czasowym z dostępnymdla tego okna limitemwyznaczana jest łączna
mocurządzeń koniecznych dowyłączenia lub możliwych dozałączenia.
Wskazanie
licznika
Z10
Z9
czas T
Okno czasowe
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Control)
Control)
" Algorytm  linia idealna utrzymuje stały pobór energii, który wyraża się
liniowym przyrostem wskazań licznika energii (linia idealna) w okresie
pomiarowym. Algorytmporównuje rzeczywisty przyrost wskazań licznika
energii z linią idealną i dąży do ich zrównania. Wyznaczany jest
dopuszczalny w następnymkroku czasowymprzyrost wskazań licznika
energii obligujący dopuszczalny pobór mocy (delta Z / delta T). Na tej
podstawie układ automatycznie wyznacza moc urządzeń do wyłączenia
lubzałączenia wramachdostępnego limitu.
Wskazanie
licznika
Linia idealna
Dostępny
limit
czas T
Okres pomiarowy
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Regulacja zużycia energii (Power Demand
Control)
Control)
" Algorytm  ekstrapolacja utrzymuje zużycie energii na zadanym
poziomie w okresie pomiarowym poprzez ekstrapolację wskazań
licznika energii do wartości określonej przydzielonymlimitemw okresie
pomiarowym. Regulacja polega na utrzymywaniu łącznej mocy
załączonych urządzeń wywołującej trend zużycia energii ekstrapolujący
dopunktudocelowego.
Wskazanie
licznika
Ekstrapolacja
mocy
(wymagane
nachylenie)
Dostępny
limit
czas
Okres pomiarowy
Priorytety grup
Priorytety grup
" Wyłączenia lub włączenia urządzeń o wyznaczonej mocy realizowane
są według priorytetów ważności pracy przydzielonych poszczególnym
grupom urządzeń.
" Pierwsze wyłączane i ostatnie załączane są urządzenia grupy o
najniższym priorytecie. Jako ostatnie wyłącza się i pierwsze załącza się
urządzenia z grupy o najwyższym priorytecie.
" Algorytm regulacji zużycia zawiera również funkcje zabezpieczające
przed zbyt częstym przełączaniem urządzeń, realizujące uruchomienie
wskazanych urządzeń po upływie określonego czasu wyłączenia
(niektóre instalacje i urządzenia nie mogą być wyłączone przez długi
czas).
" Umożliwia wskazanie urządzeń które zawsze mają być załączone,
realizuje procedury rozruchu po zaniku zasilania w kolejności określonej
priorytetami i pozwala na wprowadzanie modyfikacji ustawień bez
zatrzymania układu.
Adaptacja krzywej grzewczej
Adaptacja krzywej grzewczej
Algorytmy regulacji nadążnej są bardzo rozpowszechnione w
instalacjach HVAC. Dla systemów grzewczych w praktyce stosuje się
dwa podstawowe sposoby zadawania krzywej grzewczej:
" wybór z pęku krzywych dostępnych w regulatorze poprzez wskazanie
współczynnika nachylenia, wypukłości krzywej grzewczej i jej
ewentualnego przesunięcia,
" wprowadzenie dowolnej krzywej złożonej z różnej liczby punktów o
zadanych współrzędnych.
P1 P2
P3
P4
P5
Temperatura zewnętrzna, �C
Temperatura zasilania, �C
Adaptacja krzywej grzewczej
Adaptacja krzywej grzewczej
" Nowoczesne regulatory wyposażone są w funkcje automatycznego
dopasowywania krzywej grzewczej do rzeczywistej charakterystyki
zasilanego obiektu.
" Automatyczna adaptacja krzywej grzewczej wymaga zastosowania
czujnika temperatury powietrza w pomieszczeniu reprezentatywnym dla
danego budynku.
" Pomiary adaptacyjne temperatury wewnętrznej odbywają się w ciągu
dnia przez trzy kolejne doby.
" Gdy nachylenie krzywej jest zbyt duże, temperatura w pomieszczeniu
przez kilka pierwszych dni jest zbyt wysoka.
" Po okresie adaptacji uzyskuje się dopasowaną krzywą grzewczą i stałą
temperaturę komfortu w pomieszczeniu.
Adaptacja krzywej grzewczej
Adaptacja krzywej grzewczej
" Na czas automatycznej adaptacji należy w pomieszczeniu zdemontować
termostaty, a zawory grzejnikowe muszą być otwarte.
" Okresowe przewietrzanie lub otwieranie okien również niekorzystnie
wpływa na przebieg automatycznej adaptacji.
" Oszczędności energii wynikają z dopasowania dostawy energii do
rzeczywistych potrzeb.
" Parametry komfortu utrzymywane są przy zużyciu najmniejszej możliwej
ilości energii.
" Analogiczne procedury wykorzystuje się w procesie chłodzenia
pomieszczeń.
Chłodzenie nocne
Chłodzenie nocne
" Algorytm steruje pracą wentylacji mechanicznej poza godzinami pracy
dla wychłodzenia pomieszczeń latem powietrzem zewnętrznym o
temperaturze niższej niż wewnętrzna.
" Umożliwia to usunięcie z pomieszczeń zakumulowanego w ciągu dnia
ciepła i zmagazynowanie maksymalnej ilości chłodu.
" Pozwoli to na załączenie układów chłodniczych najpóz
niej jak to
możliwe w okresie zajętości i osiąganie oszczędności drogiej energii
chłodniczej.
" Podczas chłodzenia nocnego dopuszczany jest spadek temperatury w
pomieszczeniu poniżej wartości zadanej dla okresu zajętości do
zadanego poziomu chroniącego przed zbytnim wychłodzeniem
pomieszczeń.
Chłodzenie nocne
Chłodzenie nocne
Chłodzenie nocne realizowane jest gdy:
" Program czasowy zezwala na realizowanie chłodzenia nocnego.
" Na początku procesu chłodzenia nocnego temperatura w pomieszczeniu
jest wyższa od zadanej dla chłodzenia nocnego.
" Temperatura w pomieszczeniu jest wyższa od temperatury zewnętrznej
co najmniej o zadaną (nastawianą) wartość  przy małych różnicach nie
prowadzi się chłodzenie nocnego.
" Temperatura powietrza zewnętrznego jest wyższa od wartości
granicznej chłodzenia nocnego (przy niskich temperaturach
zewnętrznych nie prowadzi się chłodzenia nocnego, np. poniżej 15�C).
Chłodzenie nocne
Chłodzenie nocne
" Wykorzystanie pozyskanej tylko kosztem energii do napędu
wentylatorów ilości chłodu pozwala na opóz
nienie załączenia układów
chłodniczych względem rozpoczęcia okresu użytkowania i pracy HVAC.
Temp. wewn.
zadana w dzień
Temperatura
wewnętrzna
Temp. wewn.
zadana chłodzenia
Temp. zewn. minimalna
Temperatura
realizowania chłodzenia
zewnętrzna
czas
Temp. wewn. Temp. zewn. poniżej
ZAA
.
poniżej zadanej min. realizowania
dla chłodzenia chłodzenia
WYA
.
czas
Temperatura, �C
Optymalny start/stop
Optymalny start/stop
" Algorytm dynamicznie wyznacza optymalny czas uruchomienia i
zatrzymania ogrzewania w obiektach z okresowym osłabieniem.
" Pozwala generować oszczędności energetyczne przez uniknięcie
niepotrzebnego ogrzewania i maksymalne wykorzystanie ciepła
zakumulowanego w budynku.
" Ogrzewanie wyłączane jest najwcześniej, a załączane najpóz
niej jak to
możliwe w stosunku do okresu użytkowania przy aktualnych warunkach
temperaturowych.
Algorytm pracuje w dwóch trybach wyznaczania optymalnego czasu
wyłączenia i załączenia ogrzewania:
" - z wykorzystaniem czujnika temperatury w pomieszczeniu
" - bez czujnika.
Optymalny start/stop
Optymalny start/stop
Godziny Godziny
użytkowania użytkowania
Tizad w dzień
Tizad osłabienia
18:30 20:00 6:00 8:00 czas
Praca c.o. Praca c.o.
Temperatura wewnętrzna, �C
Optymalny start/stop bez wykorzystania
Optymalny start/stop bez wykorzystania
czujnika temperatury wewnętrznej
czujnika temperatury wewnętrznej
" W trybie pracy bez czujnika temperatury w pomieszczeniu algorytm
bazuje jedynie na pomiarze temperatury zewnętrznej dla wyznaczenia
godzin optymalnego wyłączenia i załączenia ogrzewania.
" Jako parametry robocze wymaga podania granicznej temperatury
zewnętrznej poniżej której nie realizuje się osłabienia ogrzewania ze
względów ekonomicznych oraz czasu potrzebnego na rozgrzanie
pomieszczenia do warunkówkomfortuprzy tej temperaturze.
" Przy temperaturach wyższych od temperatury granicznej czas
wymagany do rozgrzania pomieszczenia jest skracany liniowo i
ogrzewanie załączane jest póz
niej.
" Analogicznie wyznaczany jest czas wcześniejszego wyłączenia
ogrzewania pod koniec godzin użytkowania budynku  im niższa
temperaturazewnętrzna, tymogrzewanie wyłączane jest póz
niej.
Optymalny start/stop z wykorzystaniem
Optymalny start/stop z wykorzystaniem
czujnika temperatury wewnętrznej
czujnika temperatury wewnętrznej
" Algorytm wykorzystujący wskazania czujnika temperatury wewnętrznej
wymaga podania również właściwości cieplnych pomieszczeń
ogrzewanych.
" Na podstawie aktualnej temperatury w pomieszczeniu, temperatury
zewnętrznej i zadanej szybkości rozgrzewania i wychładzania
pomieszczenia dynamicznie wyznaczana jest godzina załączenia lub
wyłączenia ogrzewania.
Proces rozgrzewania pomieszczenia przed okresem użytkowania może być
realizowany dwoma trybami:
" Stały czas rozgrzewania i wyliczana temperatura na zasilaniu.
" Najkrótszy czas rozgrzewania przy stałej temperaturze zasilania.
Analogicznie działające algorytmy stosuje się w przypadku chłodzenia
pomieszczeń oraz wentylacji mechanicznej.
Miękki rozruch
Miękki rozruch
Podczas załączania instalacji lub urządzenia aktualna wielkość regulowana
może się bardzo różnić od wielkości zadanej.
Aby uniknąć skutków skokowej zmiany wartości zadanej (szczyt
energetyczny, chaotyczne uruchomienie) system realizuje stopniowe
zwiększanie wartości zadanej w założonym tempie (np. w stopniach
Celsjusza na minutę).
Funkcja ta:
" zapobiega niepożądanym hałasom w rurociągu,
" ogranicza naprężenia termiczne w instalacji,
" zabezpiecza przedmioty i materiały konstrukcyjne, które są wrażliwe na
szybkie wzrosty temperatury (np. antyki),
" zapobiega przeciążeniom urządzeń z
ródła ciepła.
Okresowe osłabienia instalacji HVAC
Okresowe osłabienia instalacji HVAC
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
" Poprawnego określenia programu czasowego pracy HVAC zgodnego z
rzeczywistym okresem zajętości pomieszczeń. Niedopasowanie cyklu
osłabień do godzin pracy użytkowników powoduje marnowanie energii
np. w przypadku ogrzewania pustych pomieszczeń lub niedotrzymanie
parametrów komfortu w wypadku osłabienia ogrzewania w godzinach
pracy użytkowników.
" Poprawnego określenia i automatycznego utrzymywania temperatury
dyżurnej w okresie osłabienia HAVC w celu ochrony budynku, przegród
budowlanych i wyposażenia przed zamarzaniem, zawilgoceniem i
zniszczeniem w wypadku ogrzewania lub nadmiernym nagrzaniem w
wypadku chłodzenia.
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
" Automatycznego analizowania opłacalności realizacji osłabień pracy
HVAC.
" W określonych wypadkach, przy ekstremalnych temperaturach
zewnętrznych nieopłacalne energetycznie jest realizowanie osłabień
okresowych.
" Graniczna temperatura zewnętrzna wyznaczana jest każdorazowo
indywidualnie dla danego obiektu na podstawie doświadczeń lub
symulacji energetycznych.
" Komputerowy system BEMS umożliwia dynamiczną zmianę wartości
temperatury dyżurnej w funkcji temperatury zewnętrznej i dostępności
energii.
" Optymalnego wyznaczania godzin zatrzymania i ponownego
uruchomienia instalacji HVAC (według opisu optymalny start/stop).
" Uwzględniania długości trwania osłabienia pracy HVAC przy
wyznaczaniu optymalnego czasu uruchomienia.
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
" Realizacji szybkiego wychłodzenia (nagrzewania) budynku przez
wyłączenia ogrzewania (chłodzenia) w pierwszej fazie osłabienia.
Ogrzewanie (chłodzenie) zostaje wyłączone i pozostanie wyłączone do
czasu, gdy temperatura w pomieszczeniu osiągnie odpowiednią wartość
zadaną temperatury dyżurnej. Następnie moc cieplna (chłodnicza)
dostosowywana jest do aktualnych warunków dla utrzymania
temperatury dyżurnej.
Temperatura
+20�C
zadana
Przy umiarkowanej
temp. zewnętrznej
Linia
Przy niskiej
załączenia
temperaturze
Program
zewnętrznej rozgrzewania
optymalny
Temperatura
+13�C
dyżurna
Najdłuższy okres
Początek
Koniec okresu
rozgrzewania okresu
zajętości
zajętości
Okres braku zajętości
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
Z punktu widzenia zarządzania energią w budynku poprawne
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
realizowanie okresowego osłabienia HVAC wymaga:
" Realizowania szybkiego rozgrzewania (wychładzania) pomieszczeń pod
koniec okresu osłabienia przy wykorzystaniu dostępnej mocy.
" Szybkie rozgrzewania (wychładzanie) może być realizowane z
ewentualnym ograniczeniem tempa wzrostu (spadku) temperatury
wewnętrznej dla zapobiegania niepożądanym naprężeniom termicznym i
hałasom w instalacjach, zabezpieczenia przedmiotów i materiałów
wrażliwych na szybkie zmiany temperatury (np. antyki, starodruki i inne),
zapobiegania przeciążeniom z
ródła ciepła (chłodu).
" Zapewnienia ochrony przed zamarzaniem budynku i instalacji wodnych
poprzez automatyczne utrzymywanie temperatur dyżurnych, sterowanie
pracą pomp obiegowych i utrzymywanie minimalnej temperatury
czynnika grzejnego zależnie od rozległości instalacji w funkcji
temperatury zewnętrznej.
" Optymalnego zarządzania dostępną mocą przez zarządzanie szczytami
energetycznymi, rozsuwanie ich w czasie i priorytety dostaw energii do
uruchamianych systemów.
Pasmo zerowej energii (Zero Energy Band)
Pasmo zerowej energii (Zero Energy Band)
" Funkcja umożliwia utrzymywanie parametrów komfortu w
pomieszczeniu za pomocą HVAC w procesie ogrzewania, chłodzenia
lub pasma zerowej energii.
" Pasmo zerowej energii oznacza zakres w którym zmiany temperatury
wewnętrznej nie powodują załączania ogrzewania lub chłodzenia, a tym
samym pozwalają oszczędzać energię cieplną i chłodniczą.
" Gdy temperatura w strefie zawiera się w paśmie zerowej energii,
regulacja temperatury odbywa się jedynie za pomocą zmiennej
recyrkulacji powietrza z uwzględnieniem minimalnego udziału powietrza
zewnętrznego.
Rozruch rozłożony w czasie
Rozruch rozłożony w czasie
" Procedura rozruchu poszczególnych urządzeń i instalacji w budynku
rozłożona jest w czasie, nie są one uruchamiane jednocześnie.
" Zapobiega to przeciążeniom i pozwala optymalnie wykorzystać moc
zamówioną.
" Algorytm stanowi część zarządzania szczytami energetycznymi.
Ograniczenie nastaw ręcznych
Ograniczenie nastaw ręcznych
" Zakres dopuszczalnych wartości zadanych jest programowo
ograniczany w celu uniknięcia nastawienia wartości niewskazanych
technologicznie i ekonomicznie.
" Użytkownik nie może nastawić wartości zadanych wychodzących poza
określone granice.
" Granice te mogą być stałe lub dynamicznie obliczane przez BEMS
zależnie od wartości wskazanych parametrów zewnętrznych lub/i
według programów czasowych.
" Przykładem są nastawy temperatury w pomieszczeniu klimatyzowanym.
Tryby pracy systemów automatyki
Tryby pracy systemów automatyki
budynkowej BAS
budynkowej BAS
W zależności od chwilowych potrzeb instalacje kształtowania klimatu
mogą pracować w następujących trybach określanych przez BEMS na
podstawie właściwych pomiarów:
" Tryb komfort: służy do regulacji parametrów w pomieszczeniu podczas
obecności ludzi zgodnie z wartością zadaną.
" Tryb czuwanie: wartości zadane zostają osłabione w porównaniu do
trybu komfort w czasie krótkich okresów nieobecności w strefie (w
godzinach pracy, w ciągu dnia) dla uzyskania oszczędności
energetycznych, z możliwością szybkiego powrotu do trybu komfort.
" Tryb podtrzymanie: wartości zadane zostają jeszcze bardziej osłabione
podczas długich okresów nieobecności w strefie (poza godzinami pracy,
w nocy, w dni wolne) dla uzyskania oszczędności energii. Utrzymywane
są parametry zapobiegające wykraplaniu się wilgoci oraz nadmiernemu
wychłodzeniu lub nagrzaniu budynku. Powrót do trybu komfort wymaga
przeprowadzenia procedury rozgrzewania lub chłodzenia budynku.
Tryby pracy systemów automatyki
Tryby pracy systemów automatyki
budynkowej BAS
budynkowej BAS
" Tryb zewnętrzne wymuszenie: sygnał wyjściowy przyjmuje wartość
podaną z zewnątrz, niezależnie od ograniczeń w module regulacyjnym.
Stosowany przy testach, serwisowaniu lub awarii układu automatycznej
regulacji BAS.
" Tryb rozruch: realizowany jest algorytm optymalnego startu z funkcją
szybkiego rozgrzewania/chłodzenia lub miękkiego rozruchu. Tryb
aktywowany jest np. po zaniku napięcia zasilającego.
" Tryb zatrzymanie: realizowany jest algorytm optymalnego zatrzymania z
funkcją wychładzania/nagrzewania budynku.
Ochrona przed zamarzaniem
Ochrona przed zamarzaniem
" Ochrona przed zamarzaniem instalacji zabezpiecza instalacje wodne w
budynku przed zamarznięciem poprzez załączenie pompy obiegowej i
kontrolowanie temperatury czynnika obiegowego.
" Ochrona przed zamarzaniem budynku zabezpiecza przed spadkiem
temperatury w pomieszczeniu poniżej określonej wartości. Jeśli
temperatura w pomieszczeniu spadnie poniżej tego poziomu, to system
załączy ogrzewanie na poziomie wartości zadanej ochrony przed
zamarzaniem.
" Funkcja uruchamiana jest poniżej zadanej temperatury zewnętrznej.
" Podobnie zabezpieczenia stosuje się dla układów chłodniczych przed
zbytnim nagrzaniem budynku w lecie.
KONIEC
KONIEC