Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Soustavy moderních a „zelených“ technických zařízení v budovách (TZB) jsou již v nově stavěných či rekonstruovaných budovách běžnou praxí. Mnohé z nich však nejsou optimálně navrženy či provozovány. A právě v této oblasti se skrývá obrovský potenciál úspor. Odkrýt ho a zpřístupnit běžným uživatelům je účelem řešení Integračního projektu Clear-Up, na němž s ČVUT v Praze spolupracuje také společnost Siemens.
V budovách se spotřebovává 41 % primární energie. Z toho je 85 % využíváno k vytápění a chlazení místností a zbylých 15 % spotřeby představuje elektrická energie používaná pro osvětlení a jiné elektrické spotřebiče. Oblast budov jako celek tudíž nabízí obrovský potenciál úspor. Účelem řešení Integračního projektu Clear-Up je vyvinout ekologické přístupy k řízení vnitřního prostředí v budovách optimalizované s ohledem na minimální spotřebu energie a co nejlepší využitelnost v praxi.
Integrační projekt Clear-Up
Základní charakteristikou projektu Clear-Up je holistický přístup ke snížení spotřeby provozních energií v budovách. Účelem je vyvinout nové postupy a zařízení založené na využití nanomateriálů, které napomohou zvýšit energetickou účinnost vytápěcích, větracích, klimatizačních a osvětlovacích soustav v budovách a s použitím katalytického čištění také zlepšit kvalitu vzduchu v místnostech. Výsledky projektu umožní budovat ekologické budovy, které díky použití nových materiálů, zařízení a postupů současně budou energeticky efektivní. Postupy a zařízení vytvářené v rámci projektu Clear-Up jsou určeny jak k dodatečné vestavbě do již stojících budov, tak i pro novostavby.
Projekt Clear-Up může být úspěšný pouze tehdy, bude-li dosaženo přímého propojení jednotlivých zařízení (skupin zařízení, funkčních celků) a algoritmů jejich řízení – jako příklad lze uvést obvody regulace osvětlení, vnitřní teploty a zastínění oken vzájemně se ovlivňující v závislosti na přítomnosti osob, na aktuálních vnitřních a venkovních podmínkách a požadavcích kladených v delším časovém výhledu (požadavky na topení nebo chlazení apod.). Jedním ze základních kritérií při výběru systému měření a regulace je tudíž jeho schopnost dosáhnout s použitím výkonných řídicích algoritmů synergických efektů napříč celým spektrem použitých technických zařízení.
Zkušební laboratoř TestBed Prague
Za přispění společnosti Siemens byla na Fakultě stavební ČVUT v Praze vybudována jedna ze dvou zkušebních laboratoří TestBed zřízených v rámci projektu Clear-Up. Prostředky z oblasti TZB je vybaveno sedm kanceláří zaměstnanců fakulty, v nichž budou zkoušeny nové materiály, prototypy čidel a standardizované řídicí algoritmy. V kancelářích se měří teplota, relativní vlhkost, koncentrace CO2, znečištění těkavými organickými sloučeninami (VOC), spotřeba tepla k vytápění a elektřiny pro chlazení a míra osvětlení v místnosti i na jednotlivých pracovních plochách (obr. 1). Samozřejmé je začlenění venkovní meteorologické ústředny a dále zařízení ke sledování otevření dveří a oken a přítomnosti osob. Veškeré získané údaje jsou ukládány a archivovány v podobě časových průběhů v řídicím systému budovy (Building Management System – BMS) a následně využívány k vyhodnocení a optimalizaci dějů v řízené soustavě. K realizaci funkcí měření a regulace i řídicího systému zařízení v budově (BMS) byl vybrán systém Desigo od společnosti Siemens, který poskytuje potřebnou komplexnost, provozní variabilitu a otevřenost s možností integrovat další subsystémy.
Skladba a činnost použitého TZB
Jako zdroj upraveného čerstvého vzduchu v jednotlivých kancelářích je použita centrální vzduchotechnická jednotka s regulací požadovaného množství venkovního vzduchu v závislosti na míře znečištění vzduchu v místnosti. Vzduchotechnická jednotka zajišťuje pouze vytápění. K chlazení je ve vybrané kanceláři instalována tzv. split jednotka (klimatizační jednotka schopná ohřívat, chladit a odvlhčovat vzduch v místnosti). Do vytápěcí soustavy jsou zakomponovány také existující radiátory, které jsou nově osazeny ventilem se spojitě řízeným pohonem. Osvětlovací systém zahrnuje stmívatelná stojací svítidla a původní stropní zářivky, vše s použitím protokolu DALI a připojené ke komunikační sběrnici KNX. Pro zastínění jsou nainstalovány rolety s akčními členy s rozhraním KNX. Požadované, pro uživatele příjemné hodnoty osvětlení a poloha rolet se v automatickém režimu nastavují s ohledem na vnější i vnitřní podmínky s optimalizací při použití algoritmů zpracovávaných v nadřazeném systému. Zpětnou i dopřednou vazbu poskytují spolu s venkovní meteorologickou stanicí čidla na fasádě a jednotlivá vnitřní čidla, v souhrnu sledující teplotu, osvětlení, srážky, vítr, přítomnost osob atd., propojená sběrnicí KNX se systémem Desigo. Tlačítky pro ovládání sběrnice KNX lze konkrétní místnost přepnout na výhradně manuální ovládání. Jako jednotlivé ovládací prvky napojené na sběrnici KNX jsou použity produkty řady Gamma od společnosti Siemens.
Nadřazený grafický vizualizační nástroj Desigo Insight, poskytující uživatelům mj. i webový a vzdálený přístup, komunikuje s podružnými řídicími centrálami PXC systému Desigo prostřednictvím protokolu BACNet/IP. Do podružných centrál PXC jsou pomocí modulů TX připojena standardní vedení I/O ze snímačů, akčních členů a regulátorů (obr. 2). V rámci projektu jsou v laboratoři ověřována také nová prototypová čidla a prostřednictvím modulu TXOpen jsou přímo připojeny také měřiče spotřeby tepla a elektrické energie s rozhraním M-Bus (obr. 3).
Aby byla zajištěna zmíněná nezbytná souhra veškerého hardwaru a softwaru, jsou v laboratoři TestBed Prague všechny klíčové algoritmy součástí volně programovatelných podružných řídicích centrál Desigo PXC, z nichž jsou při použití standardních komunikačních sběrnic ovládány všechny subsystémy a komponenty TZB. Současně tak lze ověřovat nové a upravovat stávající algoritmy řízení používané v knihovnách standardních úloh, což ve výsledku usnadňuje práci programátorům a nabízí koncovým uživatelům veškeré přednosti plynoucí z použití nejmodernějšího a v praxi prověřeného systému měření a regulace pro zařízení v budovách.
Shrnutí
Zkušební laboratoř TestBed Prague na ČVUT v Praze byla jako součást projektu Clear-Up slavnostně otevřena začátkem března 2012. Svým pojetím uspořádání systémů měření a regulace (MaR) a řízení zařízení v budově (BMS) odpovídá koncepci Total Building Solutions (TBS) společnosti Siemens. Koncepce TBS nabízí provozovatelům a uživatelům budov velmi kvalitní certifikované systémy, v nichž jsou důmyslně propojeny jednotlivé funkční oblasti budovy. Schopnost inteligentní komunikace vlastní těmto systémům má pozitivní synergický vliv na podřízené systémy, plnící určité funkce, které pracují rychleji, pružněji a účinněji. Výsledný efekt výrazně převyšuje pouhý součet kvalit jednotlivých součástí systému. Inteligentním propojením jednotlivých funkcí mnohonásobně vzroste výkonnost systému TZB jako celku. Účast společnosti Siemens na projektu Clear-Up zároveň potvrzuje její zájem o dlouhodobý systematický rozvoj standardizovaných funkcí systémů MaR a BMS, které uživatelům, provozovatelům a majitelům umožňují dosahovat maximální účinnosti procesů v budově. Výsledkem je ekonomický provoz budovy šetrné k životnímu prostředí a větší užitná hodnota stavby v průběhu jejího životního cyklu.
Ing. Jakub Hlubinka, Siemens, s. r. o.
Obr. 1. Zobrazení prostor laboratoře TestBed s přehledem hlavních veličin sledovaných v jednotlivých místnostech (vizualizační nástroj Desigo Insight)
Obr. 2. Rozváděč systému měření a regulace s automatizačními prostředky značky Siemens
Obr. 3. Použité prostředky TZB jsou ověřovány v rámci běžného provozu kanceláří tvořících laboratoř TestBed