aby osiągnąć cele klimatyczne, należy obniżać bilans Co2 budynków, ponieważ w całej Unii europejskiej odpowiadają one za 36% emisji oraz za 40% zużycia energii. Do głównych konsumentów energii należą tutaj w szczególności urządzenia klimatyzacyjne.

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 (system BMS) musi zapewniać ciągłe monitorowanie, rejestrowanie i analizowanie zużycia energii oraz umożliwiać jego dostosowywanie. Ponadto system ten powinien łączyć w sieć różne systemy i aplikacje, np. układ sterowania oświetleniem, system rejestracji danych z liczników, instalację grzewczą, wentylacyjną i klimatyzacyjną, a także stacje ładowania samochodów elektrycznych.

Pod marką Intesis firma HMS Networks oferuje odpowiednie bramki, które umożliwiają integrację i połączenie w sieć tego rodzaju systemów automatyki budynkowej. Bardziej szczegółowo wyjaśniono to na poniższych przykładach zastosowania w supermarketach, sklepach odzieżowych i hotelach.

Przykład zastosowania : 3 w 1 – integracja układu sterowania oświetleniem, stacji ładowania i liczników prądu w supermarketach

Kompleksowe rozwiązanie w zakresie integracji zostało wdrożone na przykład w jednej z hiszpańskich sieci supermarketów. Oprócz układów sterowania oświetleniem, z systemem BMS sieci supermarketów opartym na magistrali Modbus, zostały również zintegrowane stacje ładowania samochodów elektrycznych i liczniki energii elektrycznej.

Integracja układu sterowania oświetleniem DALI 2.0

Jednym z wymogów w/w projektu było zintegrowanie układu sterowania oświetleniem opartego na protokole DALI 2.0 z automatypromocja ką sieci supermarketów opartą na magistrali Modbus, która już steruje i reguluje dużą liczbą innych odbiorników, takich jak systemy klimatyzacji, lady chłodnicze itp. Klient stanął zatem przed jednym z problemów, jakie występują najczęściej w ramach projektów polegających na integracji systemów: Jak poradzić sobie z dużą liczbę różnych protokołów i sterowanych urządzeń? Wybrał rozwiązanie Intesis, ponieważ portfolio produktów Intesis firmy HMS Networks obejmuje wszystkie powszechnie stosowane protokoły automatyki budynku, takie jak DALI, M-Bus, BACnet, KNX, LON lub Modbus, zaś konwertery protokołów pozwalają na łączenie ze sobą dowolnych dwóch protokołów. W przypadku układów sterowania oświetleniem w sieci supermarketów zadanie integracyjne zostało rozwiązane za pomocą konwertera DALI, który przekształca protokół DALI na Modbus. Urządzenie to obsługuje zarówno sterowanie grupowe, jak i adresowane uczestników DALI. Dzięki zastosowaniu konwertera protokołów DALI instalacja została w prosty sposób zintegrowana z systemem Modbus. Był to jednak dopiero pierwszy krok. Integracja układu sterowania oświetleniem z całym systemem miała bowiem na celu przede wszystkim optymalizację zużycia energii w zakresie oświetlenia. Dlatego też dla klienta bardzo ważne było również to, by układ sterowania oświetleniem uwzględniał naturalne światło w zależności od pory dnia i aby sztuczne światło było automatycznie ograniczane lub całkowicie wyłączane, gdy naturalne warunki oświetlenia będą dobre. Jeszcze większe oszczędności energii uzyskano dzięki powiązaniu układu sterowania oświetleniem z godzinami otwarcia supermarketu. Kolejnym ważnym aspektem dla klienta była możliwość zdefiniowania osobnych sektorów, dla których można zaprogramować różne scenariusze oświetlenia w zależności od obszaru zastosowania. Dzięki zintegrowaniu układu sterowania oświetleniem DALI, klient był w stanie uzyskać oszczędności w zakresie energii zużywanej na oświetlenie na poziomie 33% w każdym supermarkecie.

Integracja stacji ładowania obsługujących OPCC

W Hiszpanii obowiązuje wymóg prawny, aby przy supermarketach dostępna była określona liczba miejsc parkingowych dla samochodów elektrycznych, wraz z infrastrukturą do ich ładowania. Stacje ładowania komunikują się za pośrednictwem protokołu OPCC. Aby zoptymalizować zużycie energii, sieć supermarketów chciała również zintegrować stacje ładowania z centralnym systemem Modbus. Tylko w ten sposób można było uniknąć szczytów mocy i zoptymalizować zarządzanie obciążeniem. Za pomocą konwertera Intesis, który przekształca protokół OPCC na protokół Modbus i odwrotnie, udało się spełnić również to wymaganie.

Integracja liczników energii elektrycznej

Ostatnim elementem projektu integracji był zapis danych z liczników w supermarketach. Każdy supermarket ma swój główny licznik prądu zainstalowany przez zakład miejski, za pomocą którego rozliczany jest pobór prądu w całym supermarkecie. Dodatkowo operator supermarketu zainstalował w swoich placówkach własne liczniki umożliwiające śledzenie zużycia energii elektrycznej w poszczególnych obszarach - np. w zamrażarkach, regałach chłodniczych, oświetleniu itp. Te dodatkowe liczniki komunikują się przez magistralę M-Bus. Podobnie jak w pozostałej części projektu, miały one zostać zintegrowane z centralnym systemem Modbus sieci supermarketów, tak by odpowiednio wcześnie wykrywać ponadprzeciętne zużycie. Dzięki konwerterowi protokołów Intesis z M-Bus do Modbus, również to zadanie integracyjne można rozwiązać niewielkim nakładem, zwłaszcza, że konwerter protokołów automatycznie skanuje i rozpoznaje liczniki M-Bus i ich rejestry.

Przykład zastosowania : sterowanie systemami klimatyzacyjnymi w sieci sklepów detalicznych

Aby zakupy były przyjemne, przestrzenie sklepowe muszą być klimatyzowane. Niestety klimatyzatory to największe pożeracze energii elektrycznej w budynkach. Dlatego międzynarodowa sieć odzieżowa z siedzibą w Hiszpanii chciała zmniejszyć w swoich sklepach zużycie prądu na potrzeby klimatyzacji. Jednocześnie chciano zapewnić klientom stały poziom komfortu. Jako że w handlu detalicznym powszechnie stosowany jest protokół Modbus, konieczne było rozwiązanie, które mogłoby zintegrować zastrzeżony protokół klimatyzacji z systemem Modbus. Sieć detaliczna w HMS Networks znalazła to, czego szukała – rozwiązanie z interfejsami Intesis AC jest idealne właśnie dla tego obszaru zastosowań. Interfejsy AC są bramkami integrującymi systemy klimatyzacyjne wiodących producentów z popularnymi systemami BMS. Interfejsy AC obsługują KNX, BACnet i Modbus w zakresie automatyki budynków. Dostępne są również rozwiązania bezprzewodowe. W przypadku sieci odzieżowej zastosowano bramkę Modbus. Jeśli chodzi o klimatyzację, interfejsy AC obsługują zastrzeżone protokoły wiodących producentów systemów klimatyzacyjnych, takich jak Daikin, Toshiba, Samsung, Mitsubishi itp. Celem sieci odzieżowej było umożliwienie centralnego sterowania i monitorowania tych systemów we wszystkich sklepach w celu zmniejszenia ogólnego zużycia energii. Integracja interfejsów AC umożliwiła zrealizowanie różnych działań związanych z oszczędzaniem energii. Na przykład dla wszystkich sklepów docelową temperaturę klimatyzatorów ograniczono do zdefiniowanej wartości minimalnej, co pozwoliło ograniczyć pobór prądu. Ponadto do systemów wprowadzono godziny otwarcia poszczególnych placówek, aby wykluczyć działanie systemu klimatyzacji w pozostałym czasie. Pozwoliło to znacznie obniżyć zużycie prądu. Dla sieci odzieżowej oznacza to również inne korzyści. Alarmy i usterki występujące podczas pracy klimatyzatorów zbiegają się w centralnym miejscu, co jest interesujące w kontekście okresowej konserwacji, a także nagłego rozwiązywania problemów. Typowym tego przykładem jest wymiana filtrów w urządzeniach klimatyzacyjnych. Z czasem na filtrze gromadzi się pył, utrudniający przepływ powietrza, co z kolei zwiększa pobór prądu. Integracja klimatyzatorów zapewnia wykrywanie i szybkie usuwanie tego rodzaju usterek. Odpowiednio konserwowane urządzenia z reguły zużywają mniej energii, ponieważ mogą pracować w optymalnym zakresie roboczym. Dzięki interfejsom AC sieć sklepów odzieżowych w pełni wykorzystała potencjał oszczędności energii w swoich systemach klimatyzacyjnych. Interfejsy te mają jednak jeszcze inną zaletę. Zintegrowanie instalacji klimatyzacyjnej z systemem BMS opartym na magistrali Modbus umożliwia współpracę z pozostałymi systemami, np. sygnalizacją przeciwpożarową. Jest to niezwykle istotne w razie pożaru. Europejska dyrektywa w sprawie bezpieczeństwa wymaga bowiem natychmiastowego wyłączenia instalacji klimatyzacyjnej w przypadku pożaru. Takie działanie ma odciąć dopływ dodatkowego tlenu z systemu klimatyzacji do ognia.

Przykład zastosowania: integracja HLK w hotelach

Operator 5-gwiazdkowego hotelu w Monachium wyposażył już 280 pokoi i apartamentów w klimatyzatory firmy HITACHI, układ regulacji temperatury w pokojach oparty na magistrali Modbus oraz termostat od innego dostawcy. Znalazł się tu również centralny sterownik urządzeń klimatyzacyjnych. Jednak czas reakcji systemu był za długi. Jak na hotel 5-gwiazdkowy stanowiło to duże niedociągnięcie, ponieważ jego goście oczekują najwyższego komfortu. Wymagają oni m.in. tego, że klimatyzator w pokoju hotelowym zareaguje natychmiast po włączeniu lub wyłączeniu – co niestety nie miało miejsca. Dlatego operator hotelu zamierzał przejść na sterowanie lokalne na poziomie pomieszczenia, aby polecenia z termostatu natychmiast docierały do klimatyzatora. Jako że w trakcie projektu integracyjnego hotel nadal był otwarty, kluczowym wymogiem była jego jak najszybsza realizacja przy minimalnym zakłócaniu działalności hotelu. Ponadto dla operatora hotelu istotne znaczenie miały takie aspekty jak cicha praca urządzeń klimatyzacyjnych i optymalna regulacja temperatury zapewniająca wysoki komfort. Firma HMS Networks w interfejsie Intesis AC, który może zintegrować systemy HITACHI VRF z sieciami Modbus, zaoferowała odpowiednie rozwiązanie, spełniające oczekiwania operatora hoteli. Za pośrednictwem interfejsu AC regulacja temperatury w pomieszczeniu oparta na magistrali Modbus może komunikować się z systemem klimatyzacji HITACHI. W regulacji pokojowej interfejs AC jest urządzeniem Modbus w roli slave. Obsługuje wszystkie standardowe możliwości sterowania dla klimatyzatorów. Interfejs AC może być używany np. do włączania i wyłączania urządzenia klimatyzacyjnego. Interfejs AC umożliwia również ustawianie żądanej temperatury pomieszczenia, trybu pracy (chłodzenie, wentylacja, osuszanie), prędkości wentylatora i pozycji łopatek. Ponadto pozwala on również na dostęp do kodów usterek i informacji o konserwacji. Ponadto automatyka budynku pozwala na włączanie w system klimatyzacji procesów meldowania i wymeldowywania gości, co poprawia ich komfort i optymalizuje zużycie energii. Już podczas rezerwacji pokoju operator hotelu może na przykład określić, kiedy klimatyzator ma rozpocząć automatyczne chłodzenie w dniu przyjazdu gościa. W ten sam sposób na dzień wyjazdu można zaprogramować wytyczną, kiedy klimatyzator w pokoju ma się automatycznie wyłączyć. Dzięki temu urządzenia klimatyzacyjne pracują tylko wtedy, gdy pokoje są zajęte, co doprowadziło do znacznego zmniejszenia zużycia energii. Oczywiście podczas pobytu w hotelu goście mogą nadal ustawiać najbardziej komfortową dla siebie temperaturę za pomocą regulatora pokojowego, a także włączać i wyłączać klimatyzację. Interfejs AC ma kompaktową budowę, jest instalowany na szynie montażowej i nie wymaga zewnętrznego źródła napięcia, ponieważ jest zasilany przez urządzenie klimatyzacyjne. Dzięki temu instalacja i uruchomienie były bardzo łatwe, zaś realizacja projektu w żaden sposób nie zakłóciła działalności hotelu.

Podsumowanie

Automatyzacja ma istotny wkład w zwiększanie efektywności energetycznej budynków oraz realizowania celów klimatycznych. Szczególnie istotną rolę odgrywa sterowanie urządzeniami grzewczymi, wentylacyjnymi i klimatyzacyjnymi. Dzięki interfejsom AC marki Intesis, systemy klimatyzacyjne można łatwo i płynnie zintegrować z automatyką budynku.

David Garcés
Deputy Director w Business Unit Intesis
HMS Networks