środa, marzec 20, 2019

    Najnowsze wydanie


 PI 9_10/2018
Okładka 9 10

 

Zarządzanie instalacjami HVAC - Jak obniżyć zużycie energii w budynku i zarazem zachować wysoki komfort użytkowania?

7Ocenia się, że systemy HVAC (ang. Heating, Ventilation, Air Conditioning) pochłaniają nawet ponad 40% energii dostarczonej do budynków. Poprawne zaprojektowanie instalacji HVAC, a później efektywne ich użytkowanie zapewnia znaczne oszczędności kosztów eksploatacji. Wskazane działania nie mogą jednak wpływać negatywnie na samo funkcjonowanie systemu i obniżać komfortu użytkowania. Dlatego też potrzebna jest pełna integracja systemów HVAC z automatyką budynkową.

Oszczędzanie energii to inaczej dążenie do minimalizowania zarówno jej poboru, jak i strat. Efektem jest poprawa bilansu energetycznego odczuwalna dla użytkownika końcowego. Niestety, koszt energii nie przekłada się automatycznie na wzrost opłacalności rozwiązań energooszczędnych, gdyż cena utrzymania budynku zależna jest także od cen elementów automatyki i wydatków poniesionych na jej eksploatację i serwisowanie. Z drugiej strony, w każdym domu występują straty ciepła – część energii cieplej przedostaje się przez dach, narożniki i ściany, a część ucieka przez okna i drzwi.
W ogólnym bilansie wentylacja jest odpowiedzialna za 20-40% strat energii, gdy tymczasem przez dach ucieka około 25-30% ciepła, przez ściany i narożniki 20-25%, a przez okna i drzwi 10-15%. W budownictwie wielorodzinnym struktura strat jest podobna: wentylacja to 30-40% strat, ściany 20-30%, dach 15-25%, a straty ciepła przez okna dla większych przeszkleń to nawet 15-25%. Im lepiej ocieplony budynek – tym rola strat wentylacyjnych w całym bilansie energetycznym rośnie. Dzieje się tak, ponieważ aby uzyskać odpowiedni komfort cieplny trzeba poprzez wentylację dostarczyć więcej powietrza. Tymczasem normy dotyczące izolacyjności stają się stopniowo coraz surowsze.
W celu utrzymania ilości energii cieplnej potrzebnej do użytkowania nowo wznoszonego budynku na racjonalnie niskim poziomie, konieczne jest spełnienie równocześnie dwóch warunków:

  • wykazanie, że wartości współczynników przenikania ciepła U przegród zewnętrznych, okien, drzwi oraz technika instalacyjna odpowiadają wymaganiom izolacyjności cieplnej;
  • ograniczenie maksymalnego wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP – jest to wymóg zapewnienia, że zintegrowany wskaźnik zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną niezbędną do ogrzewania, wentylacji, przygotowania ciepłej wody użytkowej, chłodzenia, a w przypadku budynków użyteczności publicznej, gospodarczych, produkcyjnych i magazynowych także oświetlenia wbudowanego dla projektowanego obiektu nie przekracza wartości granicznych, wynikających z Warunków Technicznych (WT).

6Znowelizowane Warunki Techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki oraz ich usytuowanie (DzU RP z dnia 13 sierpnia 2013 r. poz. 926) określają wartości granicznych parametrów w perspektywie roku 2021, zmieniając stopniowo wymagania w latach 2014, 2017 i 2021, z zastrzeżeniem, że budynki będące własnością władz publicznych lub przez nie użytkowane mają spełniać wymagania roku 2021 już od stycznia 2019 r.

8Audyt energochłonności
W istniejących budynkach pierwszym etapem badania energochłonności instalacji HVAC jest audyt polegający na analizie rachunków za energię elektryczną i zleceniu ewentualnie uzupełniających pomiarów energochłonności poszczególnych urządzeń (rys 2). Odpowiednio do rezultatów podejmowane są kroki zmierzające do modernizacji obiektu (np. ocieplenia ścian i stropów) lub zabiegi optymalizujące sterowanie i działanie istniejących urządzeń.
Zapotrzebowanie na energię można ograniczyć, jeśli ilość dostarczanego do pomieszczeń powietrza odpowiada chwilowemu jego zapotrzebowaniu. Jest to idea wentylacji sterowanej, zwanej też „wentylacją na żądanie" (ang. Demand-Controlled Ventilation, DCV). Przy takim sterowaniu największe oszczędności energetyczne występują w okresach, kiedy pomieszczenia nie są użytkowane. Do realizacji tego złożonego typu sterowania potrzebny jest System Zarządzania Budynkiem i Energią (Building & Energy Management Systems w skrócie BEMS). Służy on do kontroli, regulacji, optymalizacji i monitorowania warunków klimatycznych poprzez sterowanie procesami technicznymi w budynku. Integracja systemów z różnych dyscyplin – instalacje HVAC, oświetlenie, sterowanie żaluzjami oraz bezpieczeństwo – pozwala uzyskać wysoki komfort w pomieszczeniach przy minimalnym zużyciu energii.

Energooszczędny budynek – warstwy fizyczne: urządzenia
Przekrój rynku pokazuje, że energooszczędny budynek to już cała nowa wyspecjalizowana branża zapewniająca bardzo duży wybór urządzeń, modułów i gotowych elementów sieciowych. Można je zaszufladkować do trzech zasadniczych grup. Pierwszą stanowią aparaty grzewczo-wentylacyjno-klimatyzacyjne i zamontowane na nich urządzenia wykonawcze – aktory (ang. actuator), zawory regulacyjne, siłowniki, regulatory stałego i zmiennego przepływu powietrza, przetwornice częstotliwości i specjalizowane napędy.
Drugą grupą tego systemu są urządzenia kontrolno-pomiarowe, realizujące funkcje pomiaru parametrów środowiskowych. Przy ich udziale wykonywane są pomiary temperatury, wilgotności, ciśnienia oraz kontrola różnicy ciśnień, stanów alarmowych i stanów urządzeń wykonawczych. Trzecią – najbardziej złożoną – stanowią kompletne pod względem funkcjonalnym rozdzielnice zasilająco-sterujące, sterowniki swobodnie programowalne wraz z systemami sieciowych elektrycznych i elektronicznych połączeń. Systemy te definiują połączenia elektryczne i sieciowe oraz mechanizmy aktywowania i dezaktywacji transmisji połączeń między urządzeniami. Ten tradycyjny podział pomału przechodzi do historii, wypierany przez urządzenia integrujące wymienione funkcje, które wpisują się w trend wyznaczany przez Internet of Things.

9Chmura obliczeniowa jest alternatywą dla budynkowego centrum danych, a jej stosowanie może przynieść ograniczenie kosztów inwestycyjnych związanych z wybudowaniem odpowiedniego, własnego data center.

Warstwa sieciowa – system wymiany danych
Mnogość różnych urządzeń powoduje, że zasadniczą kwestią do rozwiązania jest zapewnienie efektywnej komunikacji między różnymi instalacjami, zarówno w stanie pracy, jak i w stanach awaryjnych budynku. Spełnienie wymagań w zakresie komunikacji możliwe jest wtedy, gdy budynek jest wyposażony w system lub systemy zarządzania pracujące w określonych standardach. Pierwsze systemy automatyki budynków należały do grupy tzw. systemów zamkniętych. Szczegóły ich budowy były objęte tajemnicą producenta, a instalacje wykonywały firmy współpracujące i tylko wybrani dostawcy. Od początku lat dziewięćdziesiątych zaczęły pojawiać się rozwiązania należące do grupy tzw. systemów otwartych. Charakteryzują się one upublicznionymi zasadami działania, które są zatwierdzone przez producentów, integratorów i instytucje normalizacyjne. Do ich funkcjonowania konieczne jest zapewnienie dobrze określonych reguł działania. Zbiorami takich zasad wymiany informacji są protokoły sieciowe, z których najpopularniejszymi są: BACnet®, LON, M-Bus, Modbus, OPC.
Nie zawsze otwartość sieci jest oczywista. Przykładowo otwartą sieć LonWorks tworzą „inteligentne" komunikujące się urządzenia zwane węzłami. Zasadniczym elementem węzła jest procesor neuronowy (neuron chip) wykorzystujący stos, do którego prawa ma tylko jedna firma. „Otwartość" jest tu więc wyraźnie ograniczona.

6W automatyce budynkowej można spotkać także wiele różnorodnych, specjalizowanych protokołów firmowych. Integracja takich urządzeń automatyki zazwyczaj generuje dodatkowe koszty związane z koniecznością zapewnienia dodatkowego wsparcia technicznego na cały czas eksploatacji urządzeń. Fakt ten trzeba uwzględniać w rachunku ekonomicznym przedsięwzięcia.

Obecnie trudno wyobrazić sobie funkcjonowania budynku bez internetu. Sterowanie będzie odbywało się znacznie wydajniej, jeśli wewnętrze systemy BMS (Building Management System) będą współpracowały z technologiami IP (Ethernet). Dostęp do internetu znacząco upraszcza obsługę systemów BMS, a użytkownik może wówczas zdalnie kontrolować całą infrastrukturę budynku. Chociaż nie wszystkie sieci radzą sobie jednakowo dobrze ze współpracą z urządzeniami mobilnymi i pracą w chmurze. Tu trzeba zaznaczyć, że chmura obliczeniowa jest alternatywą dla budynkowego centrum danych, a jej stosowanie może przynieść ograniczenie kosztów inwestycyjnych związanych z wybudowaniem odpowiedniego, własnego data center.

 

(...)

Autor: dr inż. Leszek Moszczyński,
autor niezależny, Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

 

Jeśli chcesz przeczytać pełną treść artykułu zamów prenumeratę lub e-wydanie.

homeWyszukiwarka

homeTagi

homeWydarzenia

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem