Одной из задач управления техническими системами является накопление и систематизация данных для эффективного обслуживания зданий, а также для оптимального управления энергопотреблением. В результате обработки накопленных данных определяются тенденции энергопотребления в различных временных интервалах и выявляются нерациональные затраты энергии.

Комплексные и интегрированные функции энергосбережения и соответствующие режимы эксплуатации могут быть сконфигурированы для фактического использования зданий в зависимости от реальных требований потребителя и отсутствии излишнего потребления энергии и выделения СО₂.

Согласно стандарту EN15232 функции систем автоматизации зданий основываются на модели спроса и предложения энергии (рис. 1).

Рис. 1. Модель спроса и предложения энергии

автоматизация энергоснабжение теплоснабжение здание

Помещения являются источниками спроса на энергию. Соответствующие установки вентиляции и кондиционирования, а также освещения должны гарантировать комфортные условия в помещениях по параметрам температуры, влажности, качества воздуха и освещенности.

Энергия подается в соответствии с потребностями пользователя, что позволяет максимально сократить ее потери при генерации и распределении.

Описанные в стандарте функции систем автоматизации зданий согласованы с моделью спроса и предложения. Соответствующие функции энергоэффективности рассматриваются от уровня помещений до уровня распределения и генерации энергии.

Влияние функций системы автоматизации зданий (САЗ) на энергоэффективность здания определяется сравнением двух расчетов потребности в энергии с учетом различных функций автоматизации.

По информационной и технической сути, САЗ - это сетевая управляющая среда, инсталлируемая в здание, которая осуществляет ряд задач по согласованному оптимальному взаимодействию технических систем жизнеобеспечения, основными из которых являются системы отопления, горячего водоснабжения, охлаждения, вентиляции, освещения, пожарной безопасности, управления лифтами, контроля доступа, охраны, резервирования энергоснабжения.

Компоненты, необходимые для реализации функций управления в автоматизированных системах, алгоритмы управления, мониторинга, диспетчеризации, программное обеспечение и сами САЗ организуются иерархически.

На рис. 2 представлена типичная архитектура, используемая при построении систем автоматизации зданий [2].

Рис. 2. Иерархическая структура САЗ

При построении САЗ, как правило, реализуются три уровня автоматизации.

1. Верхний - уровень диспетчеризации и администрирования (ManagementLevel). На этом уровне осуществляется сбор, хранение и статистическая обработка данных, а также происходит взаимодействие между персоналом (оператор, диспетчер, управляющий) и САЗ через человеко-машинный интерфейс, реализуемый посредством систем диспетчерского управления и сбора данных SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

2. Средний - это уровень автоматизированного управления (Automation Level) функциональными процессами, основными техническими компонентами которого являются контроллеры, управляющие модули, коммутационные узлы.

3. Нижний, или "полевой", уровень (Field Level) - уровень оконечных устройств, обладающих функциями ввода/вывода: датчики или сенсоры (Sensor) и простейшие исполнительные устройства и механизмы или активаторы (Actuator). К этому уровню относятся также линии связи между устройствами нижнего и среднего уровней [1].

Расчет влияния функций САЗ на энергоэффективность здания можно выполнять подробно либо упрощенно (по коэффициентам). Рис. 3 иллюстрирует применение этих двух способов.

Рис. 3. Схемы подробного и упрощенного метода расчета влияния САЗ на энергоэффективность здания: а - расход энергии на отопление, охлаждение, вентиляцию, горячее водоснабжение и освещение; b - эталонная энергия - общая энергия с разделением на энергоносители (природный газ, нефть, электричество и т.д.)

При помощи имитационного моделирования рассчитываются потребности в энергии различных видов зданий с разными функциями САЗ и УТС. В основе такого моделирования лежат модели теплопотоков, например модель теплопотоков для поддержания заданной температуры в помещениях (рис. 4).

Рис. 4. Модель теплопотоков для поддержания заданной температуры в помещении

На приведенной модели цифрами в рамках обозначены:

1 - энергия, необходимая для удовлетворения потребностей пользователя в отоплении, освещении, охлаждении и т.д. на уровне, принятом при выполнении расчетов;

2 - "естественный" прирост энергии - солнечный нагрев, охлаждение при вентиляции, освещение дневным светом и пр. вместе с внутренним приростом (люди, освещение, электрооборудование и т.д.);

3 - суммарное потребление энергии в здании, получаемое из 1 и 2 с учетом характеристик самого строения;

4 - поставляемая энергия отдельно для каждого энергоносителя, включая всю вспомогательную энергию, используемую на отопление, охлаждение, вентиляцию, подачу горячей воды и освещение, с учетом возобновляемых источников и комбинированного производства энергии. Выражается в единицах энергии или расхода (килограммы, метры кубические, киловатт-часы и пр.);

5 - возобновляемая энергия, производимая в самом здании;

6 - генерируемая энергия, производимая в здании и поставляемая на рынок; в нее может входить и часть энергии из 5;

7 - представляет основное использование энергии или производимые зданием выбросы СО₂;

8 - представляет основную энергию или выбросы, вызванные генерацией и использованием энергии на месте. Данное значение не вычитается из величины 7;

9 - представляет основную энергию или сокращение выбросов СО₂, связанные с экспортированной энергией, которая вычитается из величины 7.

Согласно сформировавшемуся коллективному видению проблемы энергоэффективности, энергетические характеристики зданий должны рассчитываться в соответствии с изложенной методологией, которая может иметь отличительные национальные и региональные черты. Меры по улучшению энергетических характеристик зданий должны включать в себя не только эффективное использование энергии, связанное в первую очередь, со снижением нерациональных потерь, но и предусматривать использование энергии из возобновляемых источников и когенерацию (применение тепловых насосов, а также естественные вентиляцию, освещение и затенение; включение в энергетические системы здания пассивных элементов отопления-охлаждения и др. Системы автоматизации зданий играют при этом решающую роль в обеспечении согласованной работы служб и систем здания, корректном учете затрат и генерации энергии, оптимизации управления техническими системами на основании изменяющихся во времени комплексных критериев "энергоэффективность/комфорт" [4].

2. Аппаратно-программные средства siemens для автоматизации зданий