Оптимизация энергозатрат здания с использованием системы автоматизации и управления на примере офисного здания «Сименс»

Опубликовано в номере:
PDF версия
Устройства в этих системах работают по различным протоколам и позволяют создавать и поддерживать наиболее комфортные условия для постоянного пребывания людей: температурный режим, влажность и качество воздуха, уровень освещения. Кроме этого, специальные системы помогают связать подобные функции в единую сеть для автоматизации и диспетчеризации. В статье представлен проект системы автоматизации и управления для офисного здания «Сименс».

Для компании «Сименс» система автоматизации здания стала актуальной при оборудовании нового российского офиса, расположенного в историческом центре Москвы, на Большой Татарской улице. Приобретенное в 2009 г., строение полностью преобразилось: были внедрены инновационные технологии компании, которые обеспечивают экологичность, энергоэффективность, безопасность и комфорт. Сейчас офис представляет собой современное шестиэтажное здание общей площадью 26 000 кв. м, обеспечивая 1100 рабочих мест. Здесь предусмотрено все необходимое для работы и общения: двухуровневая подземная парковка для автомобилей и стоянка для велосипедов, отделение банка, турагентство и медицинский кабинет, корпоративная столовая, атриум для конференций и деловых встреч. Здание «Сименс» разделено на разные офисные зоны, каждая из которых выполняет особую функцию и является неотъемлемым элементом общей концепции организации пространства: наряду с мобильными рабочими местами организованы кофе-пойнты, зоны для блиц-переговоров и большое количество хот-десков. Наличие этих функциональных помещений создает многообразие и способствует творческому подходу к работе.

Перед компанией «Сименс» стояли две важные и, на первый взгляд, несовместимые задачи: добиться максимального уровня комфорта для персонала, работающего в здании, и снизить затраты на эксплуатацию.

Следует отметить, почему максимальный уровень комфорта для персонала важен для современных компаний. Западные исследования показывают: «зеленые» здания позволяют снижать производственные издержки и увеличивать производительность сотрудников. Так, производительность труда возрастает на 23% при правильном освещении рабочих мест и на 11% при правильно действующей вентиляции (World Green Building Council “The business case for green building” — Net present value analysis of the operational cost and productivity and health benefits of LEED certified buildings, © 2013). Причем скорость мышления сотрудника увеличивается в среднем на 7,2%, а количество ошибок сокращается до 30% (In “Creating the productive workplace”, Second Edition, Editor D. Clements-Croome, London, Taylor and Francis, 2005 (In the press)). Да и ежегодное количество дней, проведенных на больничном, тоже сокращается.

Таким образом, уровень комфорта — это не только повышение лояльности и общего положительного настроя в коллективе, но и эффективный инструмент увеличения конкурентоспособности компании.

Как и любая компания, владеющая собственным зданием, «Сименс» был заинтересован в снижении затрат на его эксплуатацию в долгосрочном периоде. Исследования в области энергозатрат «зеленых» зданий показывают, что по сравнению с обычным энергоэффективность «зеленого» здания оценивается следующим образом: на 30% снижаются расходы на теплоноситель и на 13% — на электроэнергию (European Norm EN15232, 2012 “The impact of building automation and control functions on the energy efficiency of buildings”; ГОСТ Р 54862-2011, РФ).

Для того чтобы совместно решить обе поставленные задачи, компания воспользовалась собственными решениями в области автоматизации зданий.

Хорошо известно, что в любых зданиях имеется множество различных инженерных систем, требующих автоматизации:

Системы общеобменной вентиляции для подачи свежего воздуха в помещения различного назначения (офисные зоны, зоны общего пользования, конференц-зоны, кухни-столовые, атриум): к работе этих систем предъявляются разные технические требования.

Индивидуальный тепловой пункт, подготавливающий теплоноситель для систем общеобменной вентиляции, конвекторов, радиаторов и фанкойлов, а также воду для системы горячего водоснабжения. Для каждой системы требуются определенные параметры тепло­носителя как с технологической точки зрения, так в плане экономичного использования ресурсов.

Система подготовки холодо­носителя, одна из самых сложных, дорогостоящих и энергоемких инженерных систем современного здания. От качества автоматизации системы холодоснабжения зависит энергоэффективность системы и ее способность обеспечить максимальный комфорт в условиях экономии энергии.

Система поддержания микроклимата в помещениях здания (фанкойлы, радиаторы и т. д.). Основная сложность управления этой системой состоит в том, что в здании принята концепция Open Space и рабочие места не закреплены за сотрудниками. Это означает, что система управления микроклиматом в помещении должна быть легко настраиваемой под конкретного человека, в любом месте и каждый день.

Для осуществления этих технических задач в офисе установлена система автоматизации зданий DESIGO производства «Сименс». Она не ограничивается управлением системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха — это комплексное решение, которое не только охватывает все его службы, включая освещение, жалюзи и энергоснабжение, но и предоставляет широчайшие возможности по интеграции систем жизнеобеспечения здания, его мониторингу и контролю.

DESIGO последовательно поддерживает открытые коммуникации, что облегчает подключение разно­образного обслуживающего оборудования на базе стандартных открытых интерфейсов данных:

  1. BACnet для сети уровня автоматизации и уровня управления.
  2. LONWORKS и Konnex (KNX) S-mode (Instabus EIB) для автоматизации помещений и интеграции дополнительных систем.
  3. Mbus, Modbus, OPC и другие интерфейсы для универсальной интеграции сторонних устройств и систем.

DESIGO отличает масштабируемая архитектура с высокой степенью энергоэффективности, прозрачности и оптимальной работы, в приложениях для инфраструктуры и промышленности.

 

Основные компоненты системы автоматизации Siemens DESIGO

Система DESIGO может быть разделена на два уровня (рис. 1):

  1. Уровень управления.
  2. Уровень автоматизации.
Рис. 1. Основные компоненты системы автоматизации Siemens DESIGO

Рис. 1. Основные компоненты системы автоматизации Siemens DESIGO

Уровень управления

В качестве программы управления могут выступать сразу две системы управления зданием «Сименс»: DESIGO Insight или DESIGO СС. DESIGO Insight создана для управления и мониторинга только системами автоматизации инженерных сетей здания. DESIGO СС — это более мощная платформа, которая интегрирует под одно ядро управления все системы автоматизации и безопасности здания. Она предназначена для организации мониторинга, с графическим отображением процессов, автоматическим распределением тревожных сообщений, широкими возможностями обработки данных по стандартным протоколам.

В качестве рабочей станции диспетчера используется персональный компьютер с операционной системой Windows и программным обеспечением станции Desigo Insight/CC.

Головное оборудование диспетчера должно размещаться в отдельном помещении, где находится автоматизированное рабочее место оператора (далее — АРМ) с установленной на нем SCADA-системой Desigo Insight/CC. На мнемосхемах SCADA (рис. 2) визуально отображаются параметры контролируемых технологических процессов, показания датчиков, положения клапанов и приводов, статус работы агрегатов. Также в этом помещении устанавливается и шкаф диспетчеризации, куда поступают сигналы от инженерных систем по различным протоколам. С контроллера шкафа передаются данные на станцию диспетчера. В качестве основного протокола передачи данных предусмотрен BacNet/IP.

Рис. 2. Примеры графики SCADA системы Desigo CC

Рис. 2. Примеры графики SCADA системы Desigo CC

 

Уровень автоматизации

Основу уровня автоматизации составляют контроллеры семейства DESIGO PX.

Рис. 3. Компактная серия

Рис. 3. Компактная серия

DESIGO PX — это станции автоматизации для управления и мониторинга систем с возможностью управления и мониторинга через Интернет, используя PX-WEB.

Данная линейка контроллеров представлена двумя типоразмерами: компактной (рис. 3) и модульной серией (рис. 4).

Кроме свободно запрограммированных функций контроля, станция автоматизации содержит удобные функции управления:

  1. Управление тревожными сообщениями с маршрутизацией их по всей сети. Три уровня управления сообщениями (простой, основной и расширенный) с надежным отслеживанием и автоматическим контролем над передачей тревожных сообщений.

    Рис. 4. Модульная серия

    Рис. 4. Модульная серия

  2. Временные программы.
  3. Тренды.
  4. Возможность удаленного управления.
  5. Защита доступа по всей сети с индивидуальными категориями и профилями пользователей.

Для модульной серии контроллеров существуют модули ввода/вывода — DESIGO TX-I/O, которые обеспечивают интерфейс станций автоматизации с периферийным оборудованием. Модули ввода/вывода подключаются к станциям автоматизации DESIGO PX и могут быть логически соединены между собой алгоритмами прикладных программ.

Доступен широкий диапазон компактных модулей TX-I/O для приема сигналов, измерений, подсчета, переключения и позиционирования. Система модулей ввода/вывода формата DIN оптимизирована для установки в шкафах управления и поддерживает децентрализованный сбор данных.

Модули TX-I/O отображают информацию с помощью светодиодов или ЖК-дисплея с пиктограммами (опционально) для сигналов и предупреждений. Некоторые модули (в зависимости от типа) имеют возможность ручной или аварийной работы.

Встроенные изолированные клеммы облегчают проверку оборудования во время ввода в эксплуатацию и диагностики неисправностей.

Для комнатной автоматизации предназначены две линейки оборудования:

  1. Desigo TRA (Total Room Automation) используется для объединения различных систем комнатной автоматики (ОВК, освещение, жалюзи). Desigo TRA предлагает широкий функционал, гибкость и оптимальную работу оборудования без ущерба комфорту (энергоэффективность класса A в соответствии с EN 15232). Программируемые контроллеры PXC3 объединяются по протоколу BACnet/IP и содержат встроенный интерфейс PL-Link для plug & play подключения периферийных устройств, а также шины DALI опционально.
  2. Desigo RX — комнатные контроллеры, хорошо зарекомендовавшие себя за долгое время работы. Существует три различных типа устройств (RXB, RXC и RXL). Все контроллеры RX действуют совместно с комнатными модулями (интерфейс пользователя) и обмениваются информацией по протоколам LONWORKS или KNX.
  3. Для интеграции оборудования сторонних производителей в программно-аппаратном комплексе Desigo существует платформа интеграции DESIGO OPEN.

В DESIGO OPEN (рис. 5) сделан акцент на открытую коммуникацию — другими словами, обеспечивается простое подключение различных устройств на основе открытых стандартных интерфейсов данных. С этой целью в DESIGO OPEN предлагается целый набор решений для экономичной интеграции сторонних систем и устройств и обеспечивается их оптимальная интеграция на любом уровне, в зависимости от функций и количества точек данных.

Рис. 5. Топология Desigo Open

Рис. 5. Топология Desigo Open

Преимущества установленной системы автоматизации и диспетчеризации (BMS) на базе оборудования DESIGO производства компании «Сименс» очевидны — например, хорошо отлаженная автоматика помогла создать комфортный микроклимат вне зависимости от температуры наружного воздуха. При этом в помещении регулируется как температура, так и влажность воздуха и концентрация CO2, которая существенно влияет на состояние человека.

К перечисленным преимуществам установленной системы следует отнести и минимизацию расходов на эксплуатацию, что достигается общей координацией. В частности, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, вместе с системами освещения, «умеют» подстраиваться под людей. Освещение работает только там, где человек находится или его появление наиболее вероятно, а естественного освещения недостаточно или оно отсутствует вовсе.

И хотя здание рассчитано на круглосуточную работу, во время предполагаемого наличия небольшого количества сотрудников режим управления освещением меняется, сокращается подача свежего воздуха, в целом снижается общая средняя температура здания зимой и повышается летом. При этом остается возможность индивидуального регулирования освещенности и микроклимата на рабочих местах.

Впрочем, недостаточно только установить энергосберегающее оборудование и применять высокоэффективные решения. Опыт показывает, что для оптимизации используемых ресурсов необходим комплексный мониторинг систем автоматизации зданий с целью их планомерного совершенствования как с точки зрения улучшения комфорта, так и для минимального потребления энергоресурсов и оптимизации затрат. В ходе постоянного наблюдения за процессами автоматизации и диспетчеризации осуществляется оценка их состояния, а с ней и систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, освещения, кроме того, прогнозируется развитие всех систем.

По результатам наблюдений специалистов, постоянный мониторинг позволяет поддерживать системы автоматизации в наиболее энергоэффективном режиме и дополнительно оптимизировать работу систем в тех местах, где это изначально было невозможно или непредсказуемо. При современном развитии инновационных технологий не составляет труда организовать наблюдение из сервисного центра с помощью удаленного мониторинга, что и было предпринято компанией «Сименс» в своем офисном здании.

Компания «Сименс» имеет большой опыт внедрения собственных технических средств и инновационных решений в разных странах и активно продвигает их на российском рынке. В перспективе же, вероятно, без интеллектуальных систем автоматизации с полным набором функций энергосбережения не будет обходиться ни одно здание, оснащенное сложными инженерными системами, потребляющими большое количество тепловой и электрической энергии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *