Войти
Автоматизация зданий - это автоматическое централизованное управление HVAC здания (отопление, вентиляция и кондиционирование), освещение, Контроль доступа, Системы безопасности и другие взаимосвязанные системы через Систему управления зданием (BMS) или Систему автоматизации здания (BAS). Целями автоматизации здания являются повышение комфорта пассажиров, эффективная работа систем здания, снижение энергопотребления, снижение эксплуатационных расходов, повышение безопасности, историческая документация производительности, удаленный доступ / управление / эксплуатация, а также улучшение жизненного цикла оборудования и связанных с ним коммунальных услуг.
Автоматизация зданий является примером распределенной системы управления - компьютерной сети электронных устройств, предназначенных для мониторинга и управления системами в здании.
Базовая функциональность BAS поддерживает климат в здании в заданном диапазоне, обеспечивает освещение помещений в соответствии с графиком занятости (при отсутствии явных переключений на противоположное), отслеживает производительность и отказы устройств во всех системах, а также выдает сигналы о неисправностях для обслуживания здания штат сотрудников. BAS должен снизить затраты на энергию и обслуживание здания по сравнению с неконтролируемым зданием. Большинство коммерческих, институциональных и промышленных зданий, построенных после 2000 года, имеют BAS. Многие старые здания были модернизированы с использованием новых BAS, обычно финансируемых за счет экономии энергии и страхования, а также других сбережений, связанных с упреждающим обслуживанием и обнаружением неисправностей.
Здание, управляемое BAS, часто называют интеллектуальным зданием, «умным зданием» или (если жилое помещение) «умным домом ». В 2018 году один из первых в мире умных домов был построен в Клауккала, Финляндия, в виде пятиэтажного многоквартирного дома с использованием решения Kone Residential Flow, созданного KONE, что позволило даже смартфон в качестве домашнего ключа. Коммерческие и промышленные здания исторически полагались на надежные проверенные протоколы (например, BACnet ), тогда как в домах использовались проприетарные протоколы (например, X-10 ). Последние стандарты IEEE (в частности, IEEE 802.15.4, IEEE 1901 и IEEE 1905.1, IEEE 802.21, IEEE 802.11ac, IEEE 802.3at ) и усилия консорциумов, такие как (который проверяет соответствие IEEE 1905.1) или QIVICON, обеспечили основанную на стандартах основу для гетерогенных сетей многих устройств во многих физических сетях для различных целей, а качество обслуживания и аварийное переключение гарантирует соответствие требованиям для поддержания здоровья и безопасности человека. Соответственно, коммерческие, промышленные, военные и другие институциональные пользователи теперь используют системы, которые отличаются от домашних систем в основном масштабами. См. домашняя автоматизация для получения дополнительной информации о системах начального уровня, nVoy, 1905.1, и основных проприетарных поставщиках, которые реализуют эту тенденцию к интеграции стандартов или сопротивляются ей.
Почти все многоэтажные зеленые здания спроектированы с учетом BAS по характеристикам экономии энергии, воздуха и воды. Электрическое устройство реакция на запрос является типичной функцией BAS, так же как и более сложный контроль вентиляции и влажности, необходимый для «плотно» изолированных зданий. В большинстве зеленых зданий также используется как можно больше маломощных устройств постоянного тока. Даже конструкция passivhaus, предназначенная для того, чтобы вообще не потреблять полезную энергию, обычно требует BAS для управления, затенения и вентиляции, а также для планирования использования устройства.
Термин «система автоматизации здания», используемый в широком смысле, относится к любой электрической системе управления, которая используется для управления системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ). Современные BAS также могут управлять внутренним и наружным освещением, а также охранной, пожарной сигнализацией и практически всем остальным электрическим оборудованием в здании. Старые системы управления HVAC, такие как проводные термостаты 24 В постоянного тока или пневматические регуляторы, являются формой автоматизации, но не обладают гибкостью и интеграцией современных систем.
Большинство сетей автоматизации зданий состоят из первичной и вторичной шины, которые соединяют контроллеры верхнего уровня (обычно специализированные для автоматизации зданий, но могут быть и универсальными программируемыми логическими контроллерами ) с контроллерами нижнего уровня., устройства ввода / вывода и пользовательский интерфейс (также известный как устройство интерфейса пользователя). Открытый протокол ASHRAE BACnet или открытый протокол LonTalk определяют способ взаимодействия большинства таких устройств. Современные системы используют SNMP для отслеживания событий, основываясь на десятилетиях истории использования протоколов на основе SNMP в мире компьютерных сетей.
Физическая связь между устройствами исторически обеспечивалась выделенным оптоволокном, ethernet, ARCNET, RS-232, RS-485 или специализированная беспроводная сеть с низкой пропускной способностью. Современные системы полагаются на основанные на стандартах многопротокольные гетерогенные сети, например, указанные в стандарте IEEE 1905.1 и проверенные знаком аудита. Обычно они подходят только для сетей на основе IP, но могут использовать любую существующую проводку, а также интегрировать сеть Powerline по цепям переменного тока, питание по Ethernet цепи постоянного тока с низким энергопотреблением, широкую полосу пропускания беспроводные сети, такие как LTE и IEEE 802.11n и IEEE 802.11ac, и часто интегрируют их с помощью открытого стандарта беспроводной ячеистой сети для конкретного здания ZigBee ).
Проприетарное оборудование доминирует на рынке контроллеров. У каждой компании есть контроллеры для конкретных приложений. Некоторые из них разработаны с ограниченным контролем и отсутствием взаимодействия, например, простые упакованные крышные блоки для HVAC. Программное обеспечение обычно плохо интегрируется с пакетами других поставщиков. Сотрудничество осуществляется только на уровне Zigbee / BACnet / LonTalk.
Современные системы обеспечивают взаимодействие на уровне приложений, позволяя пользователям комбинировать устройства разных производителей и обеспечивать интеграцию с другими совместимыми системами управления зданием . Обычно они полагаются на SNMP, который долгое время использовался с той же целью для интеграции различных компьютерных сетевых устройств в одну согласованную сеть.
Аналоговые входы используются для считывания переменного измерения. Примеры: датчики температуры, влажности и давления, которыми могут быть термистор, 4–20 мА, 0– 10 вольт или платиновый термометр сопротивления (датчик температуры сопротивления) или беспроводные датчики .
Цифровой вход показывает, включено устройство или нет - независимо от того, было ли оно обнаружено. Некоторыми примерами изначально цифрового входа могут быть сигнал 24 В постоянного / переменного тока, переключатель тока, переключатель потока воздуха или беспотенциальный контакт реле (сухой контакт). Цифровые входы также могут быть входами импульсного типа, подсчитывающими частоту импульсов за заданный период времени. Примером может служить турбинный расходомер, передающий на вход данные о вращении в виде частоты импульсов.
Ненавязчивый мониторинг нагрузки - это программное обеспечение, основанное на цифровых датчиках и алгоритмах для обнаружения устройств или других нагрузок по электрическим или магнитным характеристикам цепи. Однако он обнаруживает событие аналоговыми средствами. Они чрезвычайно экономичны в эксплуатации и полезны не только для идентификации, но и для обнаружения неисправностей линии или оборудования и т. Д.
Аналоговые выходы управляют скоростью или положением устройства, например как частотно-регулируемый привод, IP (ток до пневматика ) преобразователь или клапан или демпфер привод. Примером является открытие клапана горячей воды на 25% для поддержания уставки. Другой пример - преобразователь частоты , который медленно разгоняет двигатель, чтобы избежать жесткого пуска.
Цифровые выходы используются для размыкания и замыкания реле и переключателей, а также для управления нагрузкой по команде. Примером может служить включение освещения на парковке, когда фотоэлемент показывает, что на улице темно. Другой пример - открыть клапан, пропустив 24 В постоянного / переменного тока через выход, питающий клапан. Цифровые выходы также могут быть выходами импульсного типа, излучающими частоту импульсов в течение заданного периода времени. Примером может служить счетчик энергии, рассчитывающий кВтч и соответственно излучающий частоту импульсов.
Контроллеры - это, по сути, небольшие специализированные компьютеры с возможностями ввода и вывода. Эти контроллеры бывают разных размеров и возможностей для управления устройствами, обычно встречающимися в зданиях, и для управления подсетями контроллеров.
Входы позволяют контроллеру считывать температуру, влажность, давление, текущий расход, воздушный поток и другие важные факторы. Выходы позволяют контроллеру посылать командные и управляющие сигналы на подчиненные устройства и другие части системы. Входы и выходы могут быть цифровыми или аналоговыми. Цифровые выходы также иногда называют дискретными в зависимости от производителя.
Контроллеры, используемые для автоматизации зданий, можно разделить на три категории: программируемые логические контроллеры (ПЛК), системные / сетевые контроллеры и контроллеры оконечных устройств. Однако может существовать дополнительное устройство для интеграции сторонних систем (например, автономной системы переменного тока) в центральную систему автоматизации здания.
Контроллеры оконечных устройств обычно подходят для управления освещением и / или более простыми устройствами, такими как блок на крыше, тепловой насос, VAV-бокс, фанкойл и т. Д. Обычно установщик выбирает один из доступных предварительно запрограммированных личности, которые лучше всего подходят для управляемого устройства, и им не нужно создавать новую логику управления.
Занятость - это один из двух или более режимов работы системы автоматизации здания. Незанятость, Утренняя разминка и Ночное время - другие распространенные режимы.
Заполняемость обычно определяется расписанием по времени суток. В режиме занятости BAS стремится обеспечить комфортный климат и соответствующее освещение, часто с зональным управлением, чтобы пользователи на одной стороне здания имели другой термостат (или другую систему, или подсистему), чем пользователи на противоположной стороне. боковая сторона.
Датчик температуры в зоне обеспечивает обратную связь с контроллером, поэтому он может обеспечивать нагрев или охлаждение по мере необходимости.
Если включен, режим утреннего разогрева (MWU) выполняется до занятости. Во время утреннего прогрева BAS пытается довести здание до уставки как раз вовремя для занятости. BAS часто учитывает внешние условия и исторический опыт для оптимизации MWU. Это также называется оптимизированным запуском.
Переопределение - это команда, отправляемая BAS вручную. Например, многие настенные датчики температуры имеют кнопку, которая переводит систему в режим присутствия на определенное количество минут. Там, где они есть, веб-интерфейсы позволяют пользователям удаленно инициировать переопределение на BAS.
Некоторые здания полагаются на датчики присутствия для включения освещения или кондиционирования воздуха. Учитывая потенциальную возможность длительного периода времени, прежде чем помещение станет достаточно прохладным или теплым, кондиционирование климата не часто инициируется непосредственно датчиком присутствия.
Освещение можно включать, выключать или приглушать с помощью автоматизации здания или системы управления освещением в зависимости от времени суток или датчика присутствия людей, фотодатчиков и таймеры. Типичный пример - включить свет в помещении на полчаса с момента последнего движения. Фотоэлемент, расположенный снаружи здания, может определять темноту и время суток, а также регулировать свет в офисах и на парковке.
Освещение также является хорошим кандидатом для реагирования на спрос, поскольку многие системы управления обеспечивают возможность приглушать (или выключать) освещение, чтобы воспользоваться преимуществами DR-стимулов и экономии.
В более новых зданиях управление освещением может основываться на полевой шине Цифровой адресный интерфейс освещения (DALI). Лампы с балластами DALI полностью регулируются. DALI также может обнаруживать отказы ламп и балласта в светильниках DALI и сигнализировать об отказах.
Большинство кондиционеров смешивают возвратный и наружный воздух, поэтому требуется меньшее кондиционирование по температуре / влажности. Это может сэкономить деньги за счет использования меньшего количества охлажденной или нагретой воды (не все AHU используют контуры охлажденной или горячей воды). Некоторое количество наружного воздуха необходимо для поддержания здоровья воздуха в здании. Чтобы оптимизировать энергоэффективность при сохранении здорового качества воздуха в помещении (IAQ), управляемая (или управляемая) вентиляция (DCV) регулирует количество наружного воздуха на основе измеренных уровней занятости.
Аналоговые или цифровые датчики температуры могут быть размещены в помещении или комнате, в возвратных и приточных воздуховодах, а иногда и в наружном воздухе. Приводы устанавливаются на клапаны горячей и охлажденной воды, заслонки наружного и возвратного воздуха. Приточный вентилятор (и возвратный, если применимо) запускается и останавливается в зависимости от времени суток, температуры, давления в здании или их сочетания.
Менее эффективный тип приточно-вытяжной установки - «установка постоянного объема» или CAV. Вентиляторы в CAV не имеют регуляторов скорости. Вместо этого CAV открывают и закрывают заслонки и клапаны подачи воды для поддержания температуры в помещениях здания. Они нагревают или охлаждают помещения, открывая или закрывая клапаны охлажденной или горячей воды, питающие их внутренние теплообменники. Обычно одна CAV обслуживает несколько помещений.
Более эффективным является «приточно-вытяжная установка с переменным расходом (VAV)», или VAV. VAV-блоки подают сжатый воздух в VAV-боксы, обычно по одному блоку на комнату или зону. Воздухообрабатывающий агрегат VAV может изменять давление в камерах VAV, изменяя скорость вентилятора или нагнетателя с помощью частотно-регулируемого привода или (менее эффективно) с помощью перемещение входных направляющих лопаток к вентилятору с фиксированной скоростью. Количество воздуха определяется потребностями помещений, обслуживаемых VAV-боксами.
Каждый блок VAV подает воздух в небольшое пространство, например в офис. Каждая коробка имеет заслонку, которая открывается или закрывается в зависимости от того, сколько тепла или холода требуется в ее пространстве. Чем больше ящиков открыто, тем больше воздуха требуется, и большее количество воздуха подаёт приточно-вытяжная установка.
Некоторые блоки VAV также имеют клапаны горячей воды и внутренний теплообменник. Клапаны для горячей и холодной воды открываются или закрываются в зависимости от потребности в тепле для помещений, которые они снабжают. Эти обогреваемые VAV-боксы иногда используются только по периметру, а внутренние зоны только охлаждают.
Минимальный и максимальный CFM должны быть установлены на VAV-боксах для обеспечения адекватной вентиляции и надлежащего баланса воздуха.
Блоки обработки воздуха (AHU) и блоки на крыше (RTU), которые обслуживают несколько зон, должны автоматически изменять ЗАДАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЫХОДЕ ВОЗДУХА в диапазон от 55 F до 70 F. Эта регулировка снижает потребление энергии на охлаждение, обогрев и вентилятор. Когда наружная температура ниже 70 F, для зон с очень низкими охлаждающими нагрузками повышение температуры приточного воздуха уменьшает использование повторного нагрева на уровне зоны.
Другой вариант представляет собой гибрид между системами VAV и CAV. В этой системе внутренние зоны работают как в системе VAV. Наружные зоны отличаются тем, что отопление обеспечивается вентилятором отопления в центральном месте, обычно с помощью змеевика, питаемого от котла здания. Нагретый воздух направляется во внешние двухканальные смесительные камеры и заслонки, управляемые зонным термостатом, при необходимости требуя либо охлажденного, либо нагретого воздуха.
Центральная установка необходима для снабжения вентиляционных установок водой. Может поставлять систему охлажденной воды, систему горячего водоснабжения и А, а также трансформаторы и вспомогательный блок питания для аварийного питания. При правильном управлении они часто могут помочь друг другу. Например, некоторые электростанции вырабатывают электроэнергию в периоды пиковой нагрузки, используя газовую турбину, а затем используют горячий выхлоп турбины для нагрева воды или питания абсорбционного чиллера.
Охлажденного вода часто используется для охлаждения воздуха и оборудования в здании. Система охлажденной воды будет иметь чиллер (и) и насосы. Аналоговые датчики температуры измеряют подачу охлажденной воды и. Чиллер (ы) последовательно включается и выключается для охлаждения подаваемой охлажденной воды.
Чиллер - это холодильная установка, предназначенная для производства холодной (охлажденной) воды для охлаждения помещений. Затем охлажденная вода циркулирует в одном или нескольких охлаждающих змеевиках, расположенных в установках для обработки воздуха, фанкойлах или индукционных установках. Распределение охлажденной воды не ограничивается пределом разделения в 100 футов, который применяется к системам DX, поэтому системы охлаждения на основе охлажденной воды обычно используются в больших зданиях. Регулирование производительности в системе охлажденной воды обычно достигается за счет модуляции потока воды через змеевики; таким образом, несколько змеевиков могут обслуживаться от одного чиллера без ущерба для управления какой-либо отдельной установкой. Чиллеры могут работать как по принципу сжатия пара, так и по принципу абсорбции. В парокомпрессионных чиллерах могут использоваться поршневые, центробежные, винтовые или роторные компрессоры. Поршневые чиллеры обычно используются для емкостей менее 200 тонн; центробежные чиллеры обычно используются для обеспечения большей производительности; Роторные и винтовые чиллеры используются реже, но не редкость. Отвод тепла от чиллера может осуществляться посредством конденсатора с воздушным охлаждением или градирни (оба обсуждаются ниже). Парокомпрессионные чиллеры могут быть объединены с конденсатором с воздушным охлаждением, чтобы обеспечить сборный чиллер, который будет установлен за пределами ограждающей конструкции здания. Парокомпрессионные чиллеры также могут быть спроектированы для установки отдельно от конденсаторной установки; Обычно такой чиллер устанавливается в замкнутом центральном производственном помещении. Абсорбционные чиллеры предназначены для установки отдельно от конденсаторной установки.
Градирни и насосы используются для подачи охлаждающей воды конденсатора в чиллеры. Поскольку подача воды из конденсатора в чиллеры должна быть постоянной, на вентиляторах градирни обычно используются приводы с регулируемой скоростью для регулирования температуры. Правильная температура градирни обеспечивает необходимое давление хладагента в охладителе. Используемая уставка градирни зависит от используемого хладагента. Аналоговые датчики температуры измеряют линии подачи и возврата воды в конденсатор.
Система горячего водоснабжения поставляет тепло в вентиляционную установку здания или нагревательные змеевики вместе со змеевиками для нагрева воды для бытового потребления (Калорифер ). В системе горячего водоснабжения будет бойлер и насосы. Аналоговые датчики температуры размещаются в магистралях горячего водоснабжения и обратки. Смесительный клапан определенного типа обычно используется для регулирования температуры контура отопительной воды. Котел (ы) и насосы последовательно включаются и выключаются для поддержания подачи.
Установка и интеграция частотно-регулируемых приводов может снизить энергопотребление циркуляционных насосов здания примерно до 15% от того, что они использовали раньше. Частотно-регулируемый привод работает путем модуляции частоты электричества, подаваемого на двигатель, который он питает. В США электрическая сеть использует частоту 60 Гц или 60 циклов в секунду. Приводы с регулируемой частотой могут снижать мощность и потребление энергии двигателями за счет снижения частоты электричества, подаваемого на двигатель, однако зависимость между мощностью двигателя и потреблением энергии не является линейной. Если частотно-регулируемый привод подает электроэнергию на двигатель с частотой 30 Гц, выходная мощность двигателя будет 50%, потому что 30 Гц, разделенные на 60 Гц, составляют 0,5 или 50%. Энергопотребление двигателя, работающего на частоте 50% или 30 Гц, не будет составлять 50%, а вместо этого будет примерно 18%, потому что соотношение между мощностью двигателя и потреблением энергии не является линейным. Точные соотношения выходной мощности двигателя или герц, подаваемых на двигатель (что фактически одно и то же), и фактическое потребление энергии комбинацией частотно-регулируемый привод / двигатель зависят от эффективности частотно-регулируемого привода. Например, поскольку преобразователю частоты требуется питание для связи с системой автоматизации здания, работы его охлаждающего вентилятора и т. Д., Если двигатель всегда работал на 100% с установленным преобразователем частоты, эксплуатационные расходы или потребление электроэнергии фактически подняться с установленным новым частотно-регулируемым приводом. Количество энергии, потребляемой частотно-регулируемыми приводами, является номинальным и вряд ли стоит учитывать при подсчете экономии, однако следует отметить, что частотно-регулируемые приводы сами потребляют энергию. Поскольку частотно-регулируемые приводы редко когда-либо работают на 100% и проводят большую часть своего времени в диапазоне мощности 40%, и поскольку теперь насосы полностью отключаются, когда они не нужны, частотно-регулируемые приводы снизили потребление энергии насосами примерно до 15% от того, что они использовали раньше.
Все современные системы автоматизации зданий имеют возможности сигнализации. Нет никакой пользы от обнаружения потенциально опасной или дорогостоящей ситуации, если никто, кто может решить проблему, не уведомлен. Уведомление может быть отправлено через компьютер (электронная почта или текстовое сообщение), пейджер, голосовой вызов сотового телефона, звуковой сигнал или все это. Для целей страхования и ответственности все системы ведут журналы того, кто был уведомлен, когда и как.
Сигналы тревоги могут немедленно уведомить кого-либо или уведомить только тогда, когда сигналы тревоги достигают определенного порога серьезности или срочности. На объектах с несколькими зданиями кратковременные перебои в подаче электроэнергии могут вызвать сотни или тысячи сигналов тревоги от оборудования, которое отключилось - их следует подавлять и распознавать как симптомы более серьезного отказа. Некоторые сайты запрограммированы на автоматическую повторную отправку критических сигналов тревоги через различные интервалы. Например, повторяющийся критический сигнал тревоги (источника бесперебойного питания в режиме «байпас») может звучать через 10 минут, 30 минут и каждые 2–4 часа после этого, пока сигналы тревоги не будут устранены.
Системы безопасности могут быть связаны с системой автоматизации здания. При наличии датчиков присутствия их также можно использовать как охранную сигнализацию. Поскольку системы безопасности часто преднамеренно взламывают, по крайней мере, некоторые детекторы или камеры должны иметь резервный аккумулятор и возможность беспроводного подключения, а также возможность включения сигналов тревоги при отключении. В современных системах обычно используется питание через Ethernet (который может работать с камерой с панорамированием, наклоном и масштабированием и другими устройствами мощностью до 30–90 Вт), который способен заряжать такие аккумуляторы и сохраняет беспроводные сети свободными на самом деле. беспроводные приложения, такие как резервная связь при отключении.
Панели пожарной сигнализации и связанные с ними системы дымовой сигнализации обычно имеют встроенную проводку для обхода автоматики здания. Например: если активирована дымовая сигнализация, все заслонки наружного воздуха закрываются, чтобы предотвратить попадание воздуха в здание, а вытяжная система может изолировать пламя. Точно так же системы могут отключать целые цепи, независимо от количества тревог, которые они вызывают, или людей, которых это вызывает. Устройства для сжигания ископаемого топлива, как правило, имеют свои собственные перегрузки, такие как линии подачи природного газа, которые отключаются при обнаружении медленных падений давления (что указывает на утечку) или при избыточном давлении. метан обнаружен в системе подачи воздуха в здание.
Хорошие BAS знают об этих переопределениях и распознают сложные условия отказа. Они не отправляют чрезмерных предупреждений и не тратят драгоценное резервное питание на попытки снова включить устройства, которые были отключены этими защитными обходами. Плохой BAS, почти по определению, отправляет один сигнал тревоги для каждого предупреждения и не распознает ручное, пожарное, электрическое или топливное отключение безопасности. Соответственно, хорошие BAS часто строятся на системах безопасности и пожаротушения.
С расширением спектра возможностей и подключений к Интернету вещей неоднократно сообщалось, что системы автоматизации зданий уязвимы, что позволяет хакерам и киберпреступникам атаковать их составляющие. Хакеры могут использовать здания для измерения или изменения окружающей среды: датчики позволяют осуществлять наблюдение (например, отслеживать перемещения сотрудников или привычки жителей), а исполнительные механизмы позволяют выполнять действия в зданиях (например, открывать двери или окна для злоумышленников). Некоторые поставщики и комитеты начали улучшать функции безопасности в своих продуктах и стандартах, включая KNX, ZigBee и BACnet (см. Последние стандарты или проекты стандартов). Тем не менее, исследователи сообщают о нескольких открытых проблемах в обеспечении безопасности автоматизации зданий.
Автоматизация помещений - это подмножество автоматизации зданий и с аналогичной целью; это объединение одной или нескольких систем под централизованным управлением, но в данном случае в одном помещении.
Наиболее распространенным примером автоматизации помещений является корпоративный зал заседаний, конференц-залы и лекционные залы, где работает большое количество устройств, определяющих функцию помещения (например, оборудование для видеоконференцсвязи,, видеопроекторы, системы управления освещением, системы оповещения и т. Д.) Сделают ручное управление помещением очень сложным. Обычно в системах автоматизации помещений сенсорный экран используется в качестве основного способа управления каждой операцией.
СМИ, относящиеся к автоматизации зданий на Wikimedia Commons