systemach automatyzacji i analiza wyników
4.3. Badania i pomiary modeli funkcjonalnych przy uwzględnieniu różnych wariantów sterowania
Przedstawione w poprzednim podrozdziale modele funkcjonalne odwzorowują sposób funkcjonowania BACS dla różnych typów obiektów (rożne profile użytkowania), w jednym z wybranych wariantów sterowania. Istotny wpływ na dany wariant sterowania, a tym samym na kształt modelu funkcjonalnego, posiada przyjęta klasa sprawności BACS. Dlatego dla wspomnianego wcześniej laboratorium AutBudNet, postanowiono opracować modele funkcjonalne uwzględniające różne warianty sterowania dla wybranych typów obiektów. Następnie, zaimplementowano je w ramach wspomnianej infrastruktury i dokonano pomiarów odpowiednich parametrów, dla poszczególnych modeli funkcjonalnych. Zgodnie z przedstawionym na rysunku nr 4.1 planem laboratorium AutBudNet, pomieszczenia nr 1 i 2 można potraktować jako pomieszczenie o biurowym profilu użytkowania, a pomieszczenie nr 3 to profil użytkowania sala lekcyjna. Pomieszczenia te, jako że są częściami tego samego laboratorium, wykonane zostały w tej samej technologii budowlanej, z podobnymi instalacjami technologicznymi oraz posiadają identyczną dostępną infrastrukturę sieciowego systemu sterowania BACS, w standardzie LonWorks. Na potrzeby niniejszych prac badawczych, można zatem przyjąć założenie, że różnią się one zasadniczo tylko sposobem ich użytkowania. Ogólny opis funkcjonowania i wymagania stawiane wspomnianym pomieszczeniom, zostały przedstawione w tabeli nr 4.5. Na rysunkach nr 4.7 do 4.14 przedstawiono modele funkcjonalne dla poszczególnych klas sprawności BACS.
Tabela 4.5 – Założenia i funkcjonowanie pomieszczeń laboratorium AutBudNet
Instalacje technologiczne
Opis
Ogrzewanie/Chłodzenie W pomieszczeniu nr 1: ogrzewanie realizowane przez 5 grzejników stalowych płytowych PURMO Ventil Compact CV33-30 z wbudowanym zaworem termostatycznym typu 101 80 80 firmy Oventrop, wraz z siłownikami do tych zaworów o działaniu załącz/wyłącz.
W pomieszczeniu nr 2: ogrzewanie realizowane przez 3 grzejniki stalowe płytowe PURMO Ventil Compact CV22-50 z wbudowanym zaworem termostatycznym typu 101 80 80 firmy Oventrop, wraz z siłownikami do tych zaworów o działaniu załącz/wyłącz.
W pomieszczeniu nr 3: ogrzewanie realizowane przez 4 grzejniki stalowe płytowe PURMO Ventil Compact CV22-50 z wbudowanym zaworem termostatycznym typu 101 80 80 firmy Oventrop, wraz z siłownikami do tych zaworów o działaniu załącz/wyłącz.
Wentylacja i klimatyzacja W pomieszczeniu nr 1 i 2: Centralny system wentylacji z regulacją strumienia objętości powietrza nawiewanego zależnego od jakości powietrza w pomieszczeniu, wyciąg przez kratki w suficie oraz wyrzut zużytego powietrza przez wyrzutnie dachowe.
112
W pomieszczeniu nr 3: Lokalna jednostka wentylacyjna z regulacją strumienia objętości powietrza nawiewanego zależnego od jakości powietrza w pomieszczeniu, wyciąg przez kratki w suficie oraz wyrzut zużytego powietrza przez wyrzutnie dachowe.
Oświetlenie W pomieszczeniu nr 1: Oprawy sufitowe ESSystem 6047 KT 414.1P-AM – 16 szt. oraz ESSystem 6308 S3000 – 4 szt. W pomieszczeniu nr 2: Oprawy sufitowe ESSystem TRIO 6723001 z możliwością regulacji natężenia oświetlenia – 9 szt. W pomieszczeniu nr 3: Oprawy sufitowe ESSystem 6045 KT 314.1P-AM – 10 szt. oraz ESSystem 6308 S3000 – 8 szt. – zależnie od dostępności światła dziennego, dostosowywanie poziomu natężenia oświetlenia dla poszczególnych rodzajów pomieszczeń i prowadzonych zajęć
Zasłony (rolety, żaluzje) Rolety zewnętrze, z regulacją ich położenia – napęd elektryczny Okna, drzwi W pomieszczeniu nr 1: okna ścienne i drzwi obsługiwane ręcznie, okna dachowe z napędem elektrycznym - wyposażone w kontaktrony.
W pomieszczeniu nr 2: okna dachowe z napędem elektrycznym oraz drzwi obsługiwane ręcznie - wyposażone w kontaktrony. W pomieszczeniu nr 3: okna ścienne i dachowe z napędem elektrycznym oraz drzwi obsługiwane ręcznie - wyposażone w kontaktrony.
Dodatkowo drzwi zewnętrzne (z korytarzy) do poszczególnych pomieszczeń wyposażone w elektrozaczepy oraz czytniki kart RFID.
Sterowanie przez użytkownika
Sterowanie z poziomu panelu dla całego laboratorium Zadawanie nastaw temperatury w pomieszczeniu
Dostosowywanie poziomu oświetlenia i położenia zasłon Lokalne sterowanie pozycją zasłon i stanem okien
Lokalne sterowanie oświetleniem (zał./wył., jasność)
4.3.1. Wariant sterowania dla klasy D
Z reguły systemy BACS zaliczane do klasy sprawności D nie umożliwiają realizacji poprawy efektywności energetycznej budynku przez zastosowane sterowanie oraz cechują się obojętnym lub negatywnym wpływem na nią. Zwykle do klasy sprawności D zaliczane są podsystemy i instalacje technologiczne w budynkach, sterowane ręcznie, przy braku automatycznego sterowania. W celu przeprowadzania niezbędnych badań i pomiarów w laboratorium AutBudNet, pomimo zastosowanej rozbudowanej infrastruktury sterującej, dokonano integracji systemu BACS, tak aby spełnić wymagania klasy D – modele funkcjonalne zawierające taki schemat sterowania zostały przedstawione na rysunku nr 4.7 i 4.8. W przypadku wspomnianych pomieszczeń i ich infrastruktury zarówno ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja, oświetlenie jak i zasłony oraz okna były sterowanie ręcznie.
113
Rys. 4.7 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniach 1 i 2 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej D
114
115
4.3.2. Wariant sterowania dla klasy C
Do klasy C należy zaliczyć standardowe systemy BACS, realizowane powszechnie w budynkach, zgodnie z listą wymagań zawartą w normie PN-EN 15232:2012.. W celu przeprowadzania niezbędnych badań i pomiarów w laboratorium AutBudNet, dzięki zastosowanej rozbudowanej infrastruktury sterującej, dokonano integracji systemu BACS, tak aby spełnić wymagania klasy C – modele funkcjonalne zawierające taki schemat sterowania zostały przedstawione na rysunku nr 4.9 i 4.10. W przypadku wspomnianych pomieszczeń i ich infrastruktury oświetlenie oraz zasłony i okna były sterowane ręcznie. Emisja w podsystemie ogrzewania w ramach każdego pomieszczenia była sterowana indywidualnie, automatycznie za pomocą zaworu termostatycznego lub sterownika pomieszczenia. Sterowanie dystrybucją w ramach tego podsystemu zapewniało kompensację temperatury zewnętrznej, dodatkowo przerwy w dystrybucji były sterowane automatycznie, ze stałym harmonogramem czasowym. Ponadto zrealizowano częściową blokadę ogrzewania, w zależności od działania systemu HVAC oraz stanu otwarcia okien. Dla instalacji wentylacji i klimatyzacji wprowadzono sterowanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia, w zależności od harmonogramów czasowych. Dodatkowo sterowanie przepływem powietrza lub ciśnieniem na poziomie jednostki przygotowującej powietrze, zrealizowano jako funkcję załącz/wyłącz, również w zależności od harmonogramów czasowych. W ramach swobodnego chłodzenia mechanicznego, zaimplementowano funkcję chłodzenia nocnego.
116
Rys. 4.9 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniach 1 i 2 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej C
117
Rys. 4.10 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniu 3 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej C
118
4.3.3. Wariant sterowania dla klasy B
Do klasy B należy zaliczyć zaawansowane systemy BACS, z zaimplementowanymi niektórymi funkcjami technicznego zarządzania budynkiem (TBM). W celu przeprowadzania niezbędnych badań i pomiarów w laboratorium AutBudNet, dokonano integracji systemu BACS, tak aby spełnić wymagania klasy B – modele funkcjonalne zawierające taki schemat sterowania zostały przedstawione na rysunku nr 4.11 i 4.12. W przypadku wspomnianych pomieszczeń i ich infrastruktury, instalacja oświetlenia była sterowana w zależności od automatycznego wykrywania obecności w pomieszczeniu, wraz z automatycznym uwzględnieniem oświetlenia dziennego. Sterowanie zasłonami oraz oknami wyposażonymi w silniki elektryczne, zostało zrealizowane w sposób automatyczny. W instalacji ogrzewania emisja była sterowana przez indywidualne sterowniki pomieszczeń wraz z komunikacją pomiędzy tymi sterownikami oraz z systemem BACS. Sterowanie dystrybucją w ramach tego podsystemu było zależne od zapotrzebowania, a przerwy w dystrybucji były sterowane automatycznie z optymalnym załączeniem/wyłączeniem (start/stop). Ponadto zrealizowano całkowitą blokadę ogrzewania, w zależności od działania systemu HVAC oraz stanu otwarcia okien. Dla instalacji wentylacji i klimatyzacji zrealizowano sterowanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia, w zależności od obecności. Dodatkowo zrealizowano wielostopniowe sterowanie przepływem powietrza lub ciśnieniem, na poziomie jednostki przygotowującej powietrze. W ramach swobodnego chłodzenia mechanicznego zaimplementowano funkcję chłodzenia swobodnego. Zaimplementowano również niektóre funkcje TBM takie jak, wykrywanie usterek w systemie pomieszczeń oraz raportowanie o zużyciu energii..
119
Rys. 4.11 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniach 1 i 2 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej B
120
Rys. 4.12 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniu 3 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej B
121
4.3.4. Wariant sterowania dla klasy A
Do klasy A należy zaliczyć system BACS i TBM o dużej efektywności energetycznej, z pełną funkcjonalnością technicznego zarządzania budynkiem. W celu przeprowadzania niezbędnych badań i pomiarów w laboratorium AutBudNet, dokonano integracji systemu BACS, tak aby spełnić wymagania klasy A – modele funkcjonalne zawierające taki schemat sterowania zostały przedstawione na rysunku nr 4.13 i 4.14. W przypadku wspomnianych pomieszczeń i ich infrastruktury, instalacja oświetlenia była sterowana w zależności od automatycznego wykrywania obecności w pomieszczeniu oraz automatycznie uwzględnionego sygnału o poziomie oświetlenia dziennego. Zrealizowano zintegrowane sterowanie oświetleniem, zasłanianiem okien oraz systemem HVAC. W instalacji ogrzewania emisja została zrealizowana jako zintegrowane sterowanie, z indywidualnymi sterownikami pomieszczeń, wraz z komunikacją pomiędzy sterownikami i systemem BACS, przy uwzględnieniu obecności. Sterowanie dystrybucją w ramach tego podsystemu było zależne od zapotrzebowania, a przerwy w dystrybucji były sterowane automatycznie, z oceną zapotrzebowania. Ponadto zrealizowano całkowitą blokadę ogrzewania w zależności od działania systemu HVAC oraz stanu otwarcia okien. Dla instalacji wentylacji i klimatyzacji zrealizowano sterowanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia, w zależności od zapotrzebowania. Dodatkowo, na poziomie jednostki przygotowującej powietrze, zrealizowano automatyczne sterowanie przepływem lub ciśnieniem, bez resetowania ciśnieniowego, zależne od obciążenia (przepływ powietrza) z podłączonych pomieszczeń. W ramach swobodnego chłodzenia mechanicznego, zaimplementowano funkcję chłodzenia swobodnego. Zaimplementowano również funkcje TBM takie jak: wykrywanie usterek w systemie pomieszczeń – wspomagającego ich diagnostykę oraz raportowanie o zużyciu energii, warunkach wewnętrznych – umożliwiających analizę udoskonaleń.
122
Rys. 4.13 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniach 1 i 2 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej A
123
Rys. 4.14 – Schemat dla modelu funkcjonalnego automatyki budynkowej w pomieszczeniu 3 laboratorium AutBudNet dla wymaganej klasy sprawności energetycznej A
124