Автоматические системы энергосбережения в зданиях мегаполисов

Содержание

 

 

Введение

Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. От нормального функционирования этих систем зависят условия теплового комфорта в отапливаемых зданиях самочувствие людей, производительность труда и т.д. Выпуск качественной продукции на ряде промышленных предприятии требует строгого соблюдения нормируемых параметров микроклимата. Эффективность предприятий агропромышленного комплекса (урожайность плодов и овощей, выращиваемых в теплицах, продуктивность животноводства) также в большой степени определяется температурно-влажностными режимами в сельскохозяйственных помещениях, обеспечиваемыми работой систем теплоснабжения. Таким образом, проблема повышения качества, надежности, экономичности теплоснабжения имеет государственное значение.

Режимы теплопотребления, а следовательно и производства тепловой энергии, зависят, как известно, от большого количества факторов; условий погоды, теплотехнических качеств отапливаемых зданий и сооружений, характеристик тепловой сети и источников энергии и др. При выборе этих режимов нельзя не учитывать функциональных взаимосвязей системы теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения: электро-, газо-, водоснабжения.

Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплофикации и централизованного теплоснабжения позволяет резко повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта и эффективность промышленного и сельскохозяйственного производства в отапливаемых зданиях и сооружениях, а также надежность теплоснабжения при уменьшении численности обслуживающего персонала.

Применение системы автоматического программного регулирования отопления позволяет осуществлять дальнейшее совершенствование режима отопления, например, снижать температуру воздуха в жилых зданиях в ночное время или снижать отпуск теплоты на отопление промышленных и административных зданий в нерабочее время, что обеспечивает дополнительную экономию теплоты и создание комфортных условий .

 

 

 

 

1. Автоматические системы  энергосбережения в зданиях мегаполисов

Согласно закону РФ «Об энергосбережении» понятие энергосбережение это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экологических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в оборот возобновляемых источников энергии.

Важными направлениями в законе «Об энергосбережении» РФ являются:

- оптимизация режимов  производства и потребления энергии, организация её учета и контроля;

- реализация проектов  по внедрению энергоэффективной техники и продукции, передовых технологий.

Одним из способов обеспечения более экономичного и эффективного использования энергетических ресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) является автоматизация инженерных систем жилых зданий. В основе концепции систем централизованного интеллектуального управления зданием лежит новый подход к организации системы жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всеми инженерными системами и исполнительными устройствами здания. Данный подход позволяет за счет интеграции информации, поступающей от всех эксплуатируемых подсистем (информационных сетей, электроснабжения, систем отопления и вентиляции, охранно-пожарной сигнализации и видеонаблюдения, систем водоснабжения, канализации), получить возможность оперативного доступа к информации о состоянии всех подсистем здания, отображая ее в удобной и понятной форме. "Централизованные системы интеллектуального управления зданием" помогают эффективно управлять инженерными системами здания - сократить затраты на эксплуатацию и операционные затраты, повысить комфортность и безопасность пользователей, оптимизировать производственные процессы, обеспечить безопасность людей, а также дорогостоящего оборудования и имущества.

1.1 Современное здание  как объект комплексной автоматизации

Комплексная автоматизация здания это новая отрасль АСУ ТП, так как все системы автоматического управления до сегодняшнего дня выполнялись для промышленных предприятий. В настоящее время в нашей стране строительство является локомотивом индустрии, соответственно можно представить комплексную автоматизацию здания как важную часть строительства.

Поддержание в здании нормальных жизненных условий, обеспечение его безопасности и защищенности от внештатных ситуации обеспечивают множество технологических систем, каждая из которых характеризуется большим набором параметров и сигналов управления. Все они в совокупности образуют то, что называется системой жизнеобеспечения здания.

В сегодняшние здания устанавливают от 25 до 50 и более разнородных систем жизнеобеспечения, которые отличаются не только назначением и выполняемыми функциями, но и принципами работы: электрические, механические, транспортные, электронные, гидравлические и т.д. Каждая из этих систем поставляется производителем, как правило, в виде комплекта оборудования, на базе которого можно создать законченное решение с собственной системой контроля и управления .

Для управления всеми этими системами организуется диспетчерский пункт (один или несколько), находящийся на котором диспетчер постоянно получает информацию о состоянии всех узлов системы жизнеобеспечения и имеет возможность при необходимости подать необходимые сигналы управления. Проблема заключается в том, что число параметров контроля и управления для многоэтажного здания может достигать нескольких тысяч, поэтому недопустим применяемый для небольших объектов подход, при котором автоматизация контроля и управления строится на отдельных локальных контроллерах, встроенных в оборудование или смонтированных отдельно и не связанных в единый комплекс.

Для того чтобы все эти разрозненные инженерные системы работали в едином комплексе, осуществляли между собой обмен данными, контролировались и управлялись из единой диспетчерской, главным звеном интеллектуального здания - является система управления зданием (BMS – Building Management System).

Система управления зданием, которую называют еще и системой автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования, является ядром интеллектуального здания и представляет собой аппаратно-программный комплекс, осуществляющий сбор, хранение и анализ данных от различных систем здания, а также управление работой этих систем через сетевые контроллеры (процессоры).

Интеллектуальные сетевые контроллеры, использующие открытые протоколы и стандарты передачи данных LonWork и BACNet, осуществляют контроль и управление работой подведомственных им инженерных систем, а также обмен данными с другими сетевыми контроллерами системы управления зданием. На основе собранной информации сетевые контроллеры автономно посылают управляющие команды на контроллеры инженерных систем в рамках заложенных в них алгоритмов реакции на события в штатных или нештатных ситуациях.

Такая архитектура системы управления зданием позволяет:

- в автоматическом режиме  управлять работой систем вентиляции, кондиционирования, отопления, освещения  и др., обеспечивая в каждом  помещении наиболее комфортные  условия для персонала по температуре, влажности воздуха и освещенности;

- получать объективную  информацию о работе и состоянии  всех систем и своевременно  сообщать диспетчерам о необходимости вызова специалистов по сервисному обслуживанию в случае отклонения параметров любой из систем от штатных показателей;

- контролируя максимально  возможное число параметров оборудования, точек контроля в здании и  показателей загруженности систем, перераспределять энергоресурсы  между системами, обеспечивая их  эффективное использование и  экономию энергоресурсов;

- ввести оптимальный режим  управления инженерным оборудованием  с целью сокращения затрат  на использование энергоресурсов, потребляемых инженерными системами  здания (горячей и холодной воды, тепла, электроэнергии, чистого воздуха  и т.д.);

- обеспечить централизованный  контроль и управление при  нештатных ситуациях:

- осуществлять своевременную  локализацию аварийных ситуаций;

- оперативно принимать  решения при аварийных и нештатных  ситуациях (пожаре, затоплении, утечках  воды, газа, несанкционированном доступе  в охраняемые помещения);

- ввести объективный анализ  работы оборудования, действий инженерных  служб и подразделений охраны  при нештатных ситуациях на  основе информации автоматизированных  баз данных, документирующих все  принятые решения и многое  другое.

Используя открытые протоколы обмена данными между различными системами здания, структурированные кабельные и LAN/WAN сети, сетевые контроллеры системы управления зданием позволяют создать инженерную инфраструктуру, которая имеет высокую степень открытости для наращивания и быстрой модернизации инженерных систем. В максимальной конфигурации система управления зданием сможет осуществлять централизованный мониторинг оборудования и управление следующими инженерно-техническими системами и комплексами:

Система электрораспределения:

- системы гарантированного  и бесперебойного электроснабжения;

- системы освещения (комнатные, коридорные, фасадные и аварийные);

- система вентиляции;

- система отопления;

- система горячего и  холодного водоснабжения;

- системы канализации  и дренажные системы;

- система оперативной  связи и видеоконференций;

- система воздухоподготовки, очистки и увлажнения;

- система холодоснабжения

- система кондиционирования  и климат-контроля;

- система контроля загазованности.

Транспортные системы:

- системы учета и контроля  расходования ресурсов;

- система охранно-пожарной  сигнализации;

- система противопожарной  защиты и пожаротушения;

- система охранного видеонаблюдения;

- система контроля и  управления доступом;

- система управления паркингом;

- метереологическая система;

- система часофикации.

Применение системы управления зданием удорожает общую стоимость инженерии здания на 20-50 долларов США на 1 квадратный метр общей площади здания и зависит от размеров здания и технических требований к работе инженерных систем. Для зданий площадью 15 000 кв. м. и более удорожание составляет $20 на 1 кв. м. Для зданий с меньшей площадью эта цифра увеличивается. Все приведенные оценки сделаны без учета стоимости самого инженерного оборудования, которое использует открытые протоколы обмена данными и будет установлено в здании.

В то же время, применение BMS и ресурсосберегающего оборудования позволяет:

- вписаться в ограниченные  энергомощности и исключить расходы на строительство дополнительной подстанции и прокладку силовых кабелей, особенно в центральных частях города, где муниципальные власти ограничивают владельцев зданий в объемах энергопотребления;

- сократить расходы на  дорогостоящие ремонт и замену  вышедшего из строя оборудования, продлить срок его службы за  счет постоянного мониторинга  параметров инженерных систем  и своевременного проведения  наладочных работ при выявлении  отклонений параметров систем  от нормы;

- снизить на 20% ежемесячные  коммунальные платежи (вода, тепло, канализация, электроснабжение) за  счет работы систем в наиболее  экономном режиме и автоматического  перевода инженерии здания из  дневного в ночной режим работы (когда автоматически отключается  освещение, кондиционеры, снижается  температура отопительных батарей  в комнатах, персонал которых  покинул здание);

- сократить в 3 раза расходы  на службу эксплуатации, поскольку  большинство систем будет работать  в автоматическом режиме, что  снижает расходы на ремонт  или замену дорогостоящего оборудования, вышедшего из строя по причине  халатности персонала или ошибок  оператора;

- исключить расходы на  интеллектуальную надстройку систем  здания при расширении числа  инженерных систем и их модернизации  за счет использования возможностей открытой архитектуры системы управления здания;

- снизить заболеваемость  сотрудников за счет создания  комфортных условий для их  работы и, как следствие, сократить  расходы на реабилитацию сотрудников  и страховые выплаты.

Помимо значительного снижения численности персонала, обслуживающего инженерные системы здания, за счет максимальной автоматизации процессов управления и контроля работы систем жизнеобеспечения, владелец интеллектуального здания может рассчитывать на получение следующих выгод:

- увеличится в 2 раза срок  бесперебойной работы инженерных  систем за счет автоматического  поддержания оптимальных условий  работы оборудования;

- при возникновении аварийных  ситуаций операторы, осуществляющие  контроль работы оборудования, будут  иметь полную информацию о  работе каждой системы и рекомендации BMS по выбору оптимального и  наиболее безопасного выхода  из ситуации. При этом большая  часть задач будет решать автоматика  здания;

- при появлении сбоев  в работе оборудования BMS будет  своевременно информировать службы  эксплуатации, отвечающие за работу  данного оборудования, а также  главную службу эксплуатации  и смежные подразделения. Иными  словами, если оператор системы  электроснабжения уснул на рабочем  месте и BMS не видит его реакции  на тревожные сообщения, то она  отправляет тревогу главному  диспетчеру;