Lepsza komunikacja, mniejsze zużycie energii!

Dyrektywa UE 2018/844 wymaga, aby budynki komercyjne (np. obiekty biurowe, handlowe i hotele) o mocy nominalnej dla klimatyzacji lub łączonych instalacji klimatyzacji i wentylacji przekraczającej 290 kW zostały do 2025 roku wyposażone w systemy automatyki i sterowania budynków. Dolna granica 290 kW mocy nominalnej dla techniki klimatyzacyjnej odpowiada mniej więcej hotelowi z ok. 200 pokojami lub powierzchni biurowej wynoszącej ok. 3000 m kw. wzgl. zatrudnieniu 300 pracowników.

Automatyka budynku musi być w stanie w trybie ciągłym monitorować, protokołować i analizować zużycie energii oraz umożliwiać jego optymalizację. Poza tym musi istnieć możliwość połączenia w sieci w ramach układu automatyki budynku różnych systemów i aplikacji, np. układu sterowania oświetleniem, systemu rejestracji danych z liczników, urządzeń instalacji ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji oraz stacji ładowania dla pojazdów elektrycznych.

HMS Networks oferuje pod marką Intensis odpowiednie moduły Gateway, umożliwiające integrację i połączenie w sieci takich systemów technicznego wyposażenia budynków. Wyjaśniamy to bardziej szczegółowo na zaprezentowanych poniżej przykładach zastosowania w supermarketach, sklepach odzieżowych i hotelach.

Przykład zastosowania: 3 za jednym zamachem - integracja układu sterowania oświetleniem, stacji ładowania i liczników energii elektrycznej w supermarketach

Kompleksowe rozwiązanie integracji zastosowano na przykład w jednej z hiszpańskich sieci supermarketów. Poza układem sterowania oświetleniem dokonano także stacje ładowania pojazdów elektrycznych oraz liczniki energii elektrycznej zostały zintegrowane w układzie automatyki budynku supermarketów bazującym na protokole Modbus.

Integracja systemu sterowania oświetleniem DALI 2.0

Wyzwanie tego projektu polegało na zintegrowaniu układu sterowania oświetleniem bazującego na protokole DALI 2.0 w automatyce budynków sieci supermarketów bazującej na protokole Modbus, która steruje i reguluje już liczne inne odbiorniki, takie jak klimatyzacje, lady chłodnicze itp.

Klient został postawiony przed jednym z najczęściej występujących problemów w ramach projektów integracji: Zintegrować dużą liczbę różnych protokołów i sterowanych urządzeń. Zdecydował się na rozwiązanie Intesis, ponieważ HMS Networks ze swoim portfolio Intesis obejmuje wszystkie typowe protokoły automatyki budynków, jak na przykład DALI, M-Bus, BACnet, KNX, LON czy Modbus, a za pomocą przetworników protokołów można ze sobą łączyć dwa dowolne protokoły. W przypadku układu sterowania oświetleniem sieci supermarketów zadanie integracji rozwiązano poprzez zastosowanie przetwornika protokołów DALI, konwertującego protokół DALI na protokół Modbus. Przetwornik protokołów obsługuje zarówno układ sterowania grupą jak i dedykowane sterowanie użytkowników systemu DALI. Dzięki zastosowaniu przetwornika protokołów DALI zintegrowano instalację w prosty sposób w systemie Modbus.

To był jednak dopiero pierwszy krok. Dzięki integracji układu sterowania oświetleniem w kompletny system należy bowiem przede wszystkim zoptymalizować zużycie energii w zakresie oświetlenia. Poza tym dla klienta było również bardzo ważne, aby uwzględniono w układzie sterowania oświetleniem światło naturalne w zależności od pory dnia oraz aby w przypadku dobrej widoczności sztuczne światło było automatycznie ograniczane wzgl. całkowicie wyłączane. Kolejna oszczędność energii polegała na zaprogramowaniu układu sterowania oświetleniem zgodnie z godzinami otwarcia supermarketu. Ważnym aspektem dla klienta była również możliwość definiowania różnych sektorów, dla których można zapisywać różne scenariusze oświetlenia w zależności od stopnia ich wykorzystania.

Dzięki integracji układu sterowania oświetleniem DALI klient był w stanie zrealizować oszczędności energii na poziomie 33% kosztów oświetlenia każdego z supermarketów.

Integracja stacji ładowania spełniającej wymagania OPCC

W Hiszpanii prawo zobowiązuje supermarkety do udostępnia określonej liczby miejsc parkingowych dla samochodów elektrycznych wyposażonych w infrastrukturę do ładowania. Stacje ładowania nawiązują łączność za pośrednictwem protokołu OPCC. W celu zoptymalizowania zużycia energii sieć supermarketów miała również zamiar zintegrować stacje ładowania w ramach centralnego systemu Modbus. Tylko w taki sposób można bowiem uniknąć szczytów mocy i zoptymalizować zarządzenie mocą. Także ten problem rozwiązano poprzez wprowadzenie przetwornika protokołów Intensis, który potrafi konwertować protokół OPCC na protokół Modbus i odwrotnie.

Sterowanie systemami klimatyzacji sieci handlowej

Integracja liczników energii elektrycznej

Ostatnim modułem projektu integracji był system rejestracji danych z liczników energii elektrycznej w supermarketach. Każdy supermarket jest wyposażony w główny licznik lokalnego zakładu energetycznego, na podstawie którego dokonywane są rozliczenia zużycia prądu przez cały supermarket. Dodatkowo operator supermarketów zainstalował w swoich sklepach własne liczniki energii elektrycznej w celu identyfikacji zużycia prądu przez poszczególne działy - np. skrzynie chłodnicze, regały chłodnicze, oświetlenie itp. Te zainstalowane za systemem liczniki energii elektrycznej są skomunikowane za pośrednictwem M-Bus.

Podobnie jak reszta projektu, tak i one miały zostać zintegrowane w ramach centralnego systemu Modbus supermarketów w celu wczesnego rozpoznania ponadprzeciętnego zużycia energii. Dzięki przetwornikowi firmy Intensis, konwertującego protokół M-Bus na Modbus rozwiązano zadanie związane z integracją bez większego wysiłku, tym bardziej, że przetwornik skanuje i rozpoznaje automatycznie liczniki M-Bus i ich rejestry.

Przykład zastosowania: Układ sterowania klimatyzacją dla jednej z sieci handlu detalicznego

Klimatyzowane pomieszczenia handlowe to konieczność, dzięki której kupujący doznają pozytywnych wrażeń podczas zakupów. Niestety urządzenia klimatyzacyjne należą również do odbiorników zużywających najwięcej energii. W związku z tym międzynarodowa sieć odzieżowa z siedzibą w Hiszpanii zamierzała ograniczyć zużycie energii generowane przez klimatyzację w swoich sklepach. Komfort klientów miał pozostać jednak zachowany.

Z uwagi na fakt, że protokół Modbus jest bardzo popularny w handlu detalicznym, oczekiwano rozwiązania, który będzie w stanie zintegrować wyłączny protokół klimatyzacji w ramach systemu Modbus. Sieć handlu detalicznego odkryła w HMS Networks, że dzięki interfejsom AC firmy Intesis można rozwiązać dokładnie ten przypadek zastosowania. Interfejsy AC mają postać modułów Gateway, które integrują klimatyzacje wiodących producentów w typowych systemach automatyki budynków. Interfejsy AC są wspomagane w ramach automatyki budynku przez protokoły KNX, BACnet oraz Modbus. Dostępne są również rozwiązania bezprzewodowe. W przypadku sieci odzieżowej zastosowano wariant Modbus-Gateway. W odniesieniu do klimatyzacji interfejsy AC obsługują popularne protokoły wiodących producentów klimatyzacji, takich jak na przykład Daikin, Toshiba, Samsung, Mitsubishi itd.

Sterowanie systemami klimatyzacji supermarkecie

Celem sieci odzieżowej była możliwość centralnego sterowania i nadzorowania wszystkich klimatyzacji wszystkich sklepów w celu ograniczenia ogólnego zużycia energii. Dzięki integracji interfejsów AC można było zrealizować różne działania zmierzające do oszczędzania energii. Przykładowo zmniejszono temperaturę zadaną klimatyzacji dla wszystkich sklepów do zdefiniowanej temperatury minimalnej, tak by pokryć zapotrzebowanie na energię. Poza tym w systemie zapisano godziny otwarcia poszczególnych sklepów, wykluczając pracę klimatyzacji w czasie, gdy są one zamknięte. Dzięki temu udało się znacznie obniżyć zużycie energii. Sieć handlująca odzieżą czerpie tutaj jednak także inne korzyści. Przykładowo alarmy i usterki pojawiające się w trakcie eksploatacji klimatyzacji są zbierane w centralnej jednostce, co z punktu widzenia okresowej konserwacji, ale również z uwagi na doraźne usuwanie błędów, jest rozwiązaniem interesującym.

Typowym przykładem jest tutaj wymiana filtrów w klimatyzatorach. Z czasem na filtrze zbiera się kurz, co utrudnia przepływ powietrza, co z kolei wpływa na wzrost zużycia prądu. Dzięki integracji urządzeń klimatyzacyjnych można rozpoznawać tego rodzaju usterki oraz szybko je usuwać. Dobrze serwisowane klimatyzacje z reguły zużywają mniej energii, ponieważ mogą pracować w swoim optymalnym zakresie. Dzięki interfejsom AC sieć odzieżowa w pełni wykorzystała potencjał związany z oszczędzaniem energii, jaki drzemał w klimatyzacji. Interfejsy zapewniają jednak jeszcze jedną korzyść. Dzięki temu, że klimatyzacje są obecnie zintegrowane w automatyce budynku bazującej na protokole Modbus, możliwa jest interakcja z kolejnymi systemami, na przykład z systemem sygnalizacji pożarowej. Ma to istotne znaczenie w razie pożaru. Z europejskiej dyrektywy bezpieczeństwa wynika bowiem wymóg, że w przypadku pożaru klimatyzacje muszą być od razu wyłączane. Dzięki temu można wykluczyć sytuacje, w których klimatyzacja dostarcza dodatkowy tlen do ognia.

Przykład zastosowania: Integracja systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji w hotelach

Operator 5-gwiazdkowego hotelu w Monachium wyposażył już 280 pokoi i apartamentów w klimatyzatory firmy HITACHI, w system regulacji pokojowej bazujący na protokole Modbus oraz termostat zewnętrznego dostawcy. Zainstalowano również centralny układ sterowania urządzeniami klimatyzacyjnymi. Jednak czas reakcji systemu był zbyt długi.

Niekorzystna sytuacja dla 5-gwiazdkowego hotelu, bowiem goście oczekują najwyższego komfortu. Poza tym klimatyzacja w pokoju hotelowym powinna reagować od razu po włączeniu lub wyłączeniu, co niestety nie miało miejsca. Dlatego właściciel hotelu zamierzał przejść na lokalny układ sterowania na poziomie pokoi, aby polecenia z termostatów docierały od razu do klimatyzacji. Z uwagi na fakt, że w trakcie projektu integracji hotel był otwarty, głównym wyzwaniem była jak najszybsza realizacja zadania przy jak najmniejszym zakłóceniu pracy hotelu. Poza tym dla właściciela hotelu istotne znaczenie miały takie aspekty jak cicha praca urządzeń klimatyzacyjnych oraz optymalna regulacja temperatury w celu zapewnienia wysokiego komfortu gości.

Integracja systemów HITACHI VRF z sieciami Modbus

HMS Networks miała dzięki interfejsowi AC firmy Intesis, który potrafi integrować systemy VFR HITACHI w sieciach Modbus, w ręku odpowiednie rozwiązanie, dzięki któremu mogła spełnić wymagania hotelarza. System regulacji pokojowej potrafi bowiem nawiązywać łączność za pośrednictwem interfejsu AC z klimatyzacją HITACHI. Dla układu regulacji pokojowej interfejs AC pełni rolę Modbus-Slave. Obsługuje on wszystkie typowe rozwiązania sterujące dla urządzeń klimatyzacyjnych. Za pośrednictwem interfejsu AC można na przykład włączać/wyłączać klimatyzator. Żądaną temperaturę pomieszczenia, tryb pracy (chłodzenie, wietrzenie, osuszanie), prędkość wentylatora i położenie wirnika można również ustawiać za pomocą interfejsu AC. Interfejs umożliwia również dostęp do kodów błędu oraz informacje dotyczące serwisowania.

Poza tym istnieje możliwość skojarzenia procesów check-in/check out za pośrednictwem automatyki budynku z urządzeniami klimatyzacyjnymi w celu poprawy komfortu i optymalizacji zużycia energii. Właściciel hotelu może już w momencie rezerwacji ustawić automatycznie dla danego pokoju, kiedy klimatyzator ma rozpocząć chłodzenie w dniu przyjazdu gościa. Podobnie na dzień odjazdu może on ustawić, kiedy klimatyzacja w pokoju ma się automatycznie wyłączyć. Dzięki temu można zagwarantować, że klimatyzatory będą pracować jedynie wtedy, gdy pokoje są zajęte, co doprowadziło do znacznego obniżenia zużycia energii. Oczywiście podczas pobytu w hotelu goście mogą bez problemu ustawiać swoją ulubioną temperaturę za pomocą regulatora, a także włączać i wyłączać klimatyzację.

Interfejs AC charakteryzuje się kompaktową budową, jest montowany na szynie montażowej i nie wymaga zewnętrznego zasilania, ponieważ jest zasilany z klimatyzatora. Dzięki temu instalacja i uruchomienie są bardzo proste, a praca hotelu nie została zakłócona podczas wdrażania projektu.

Podsumowanie

Automatyka budynków w istotnym stopniu przyczynia się do zwiększenia wydajności energetycznej budynków oraz do osiągania celów klimatycznych. Dużą rolę odgrywają przede wszystkim układy sterowania urządzeniami do ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Dzięki interfejsom AC marki Intesis można w prosty i bezproblemowy sposób zintegrować klimatyzacje w ramach systemów automatyki budynków.

Autor

David Garcés jest zastępcą dyrektora działu Business Unit Intesis w HMS Networks.

Dalsze informacje: www.intesis.com
www.hms-networks.com