УПРАВЛЕНИЕ НА КЛИМАТИЧНИ СИСТЕМИ

Поддържането на комфортен микроклимат в сградите при възможно най-ниски експлоатационни разходи, днес е въпрос не само на правилен подбор на подходящото оборудване за климатичната, отоплителната и вентилационната инсталация, но и на оптималното им управление. Все по-голям брой от мащабните многофункционални сгради разполагат със система за автоматизирано управление и контрол на сградните инсталации – отопление, климатизация, осветление, системи за сигурност и т.н.

Специално в областта на климатизацията на сгради, автоматизирани платформи позволяват успешно да се поддържат подходящите параметри на микроклимата паралелно с енергийноефективната й работа.

Оптимизират енергийните разходи
Цел на всяка система за сградна автоматизация е да осигури успешно управление на инсталациите и да оптимизира оперативните разходи за поддръжка на сградата. Съвременните решения осигуряват непрекъснат мониторинг на всички параметри в сградата, имащи отношение към комфорта и безопасността на обитателите, от една страна, и на енергийните потоци, от друга. Сред най-важните предимства от използването им е огромната свобода за настройване на параметрите на микроклимата, която осигуряват.Сред най-широко използваните платформи за управление и контрол на климатични
инсталации са системите за сграден мениджмънт, популярни у нас с абревиатурата BMS (Building Management System). Известно е, че те представляват отворени, модулни, йерархични автоматизирани системи за мониторинг, контрол и управление. В областта на сградната автоматизация широко се използва и мрежовата платформа LonWorks, чийто комуникационен протокол е наречен LonTalk и фигурира като един от физическите слоеве, респективно слоеве за свързване на данни, на протокола BACnet. Когато се говори за сградна автоматизация не бива да се пропуска и стандартът за изграждане на интелигентни комуникационни мрежи European Installation Bus (EIB). Тъй като решенията, базирани на посочените стандарти, осигуряват автоматизиран контрол и управление на всяка сградна инсталация, в почти
всички случаи климатичната инсталация е само една от всички управлявани подсистеми.

Сред най-често използваните системи за централна климатизация, чиято работа може да бъде контролирана с автоматизирана система, са: многозоновите системи, системите с въздухоохлаждаем водоохлаждащ термопомпен агрегат
(чилър), покривните климатици (Rooftop) и централизираните климатични системи. Доколко използването им е рационално зависи от спецификите на сградата и изискванията към параметрите на въздушната среда в отделните помещения.

Многозоновите климатични системи
познати повече като VRV или VRF са подходящи за климатизация на сгради с многобройни и различни като приложение помещения. Това е причината, те често да се използват в административни и офисни сгради. Препоръчително е една VRV
(VRF) система да се прилага за поддържане параметрите на макроклимата на помещения с обща площ от 150 до около 500 – 700 m2 . При по-големи площи се изграждат няколко VRV (VRF) системи. Многозоновите системи са с модулна структура. Състоят се от външно тяло и няколко десетки вътрешни тела. Вътрешните тела могат да се различават като мощност и начин на монтаж. Сред най-големите предимства на многозоновите климатични системи е възможността вътрешните тела в отделните помещения да работят в различен режим, т.е. – някои в режим на отопление, а други – в режим на охлаждане.
Системите свъздухоохлаждаем водоохлаждащ термопомпен агрегат (чилър) също са често срещано решение за климатизация на различни по големина и предназначение сгради. Те се използват предимно за охлаждане на помещенията, като едно от основните им предимства е широкият диапазон, в който варира мощността им по отношение на студопроизводството. Голяма част от чилърните системи могат да работят и в термопомпен режим, което дава възможност да се използват и за отопление през преходните сезони на годината. При тях е възможно независимо регулиране на температурата в различните
помещения. Сред наложилите се решения е комбинацията от чилър и вентилаторни конвектори.

Покривни климатици
При климатизацията на големи помещения – спортни зали, супермаркети, кафенета, летища и конферентни зали, т.е. на големи помещения с общ покрив, често се използват покривни климатици. Те са познати у нас и с английското
наименование rooftop. Представляват хладилна машина във вид на моноблок, който се инсталира на покрива на сградата или непосредствено до охлажданото помещение. Като конструкция наподобяват голям прозоречен климатик. Покривните климатици поддържат функцията самостоятелно да нагряват или да охлаждат въздуха и с помощта на центробежен вентилатор да го подават към помещенията по въздуховоди. Тъй като подаваният въздух представлява смес от
пресен и рециркулационен въздух, покривните климатици осъществяват едновременно климатизация и вентилация на помещенията.

Централизираните климатични системи също са сред най-подходящите решения за климатизация на помещения с големи размери, като театрални зали, закрити стадиони и други. Представляват комплекс от съоръжения, чрез които въздухът
се пречиства и обработва. Също така му се предава и необходимата енергия за транспортиране. Структурата на централизираните климатични системи се определя в зависимост от конкретните изисквания за температура и влажност на
въздуха. Елементите за обработка на въздуха конструктивно са оформени във вид на секции и блоксекции, предназначени за регулиране, нагряване, охлаждане, изсушаване, овлажняване и смесване на въздуха. Автоматичното управление на всички елементи, включени в структурата на една система за централна климатизация, се базира на различни комуникационни протоколи. Например, отвореността на BMS системите се осигурява от наложили се комуникационни протоколи, като Profibus, C-bus, SOAP (Simple Object Access Protocol), XML (Extensible Markup Language), BacNet (Building Automation and Control Networks), Lon, Modbus, ZigBee и други. Използването на стандартни протоколи улеснява структурирането на системата и прави възможно включването на средства за контрол и управление, както и полеви прибори от различни производители. Тъй като BMS системите, по принцип, интегрират различни подсистеми, мониториращи и управляващи отделните сградни инсталации, те обхващат и голям брой софтуерни и хардуерни елементи.

ОВК системите и BMS
BMS системите контролират и управляват работата на климатичната инсталация, както и на всички останали инсталации в сградата, на базата на предварително въведени режими на работа (дневни, седмични, дори месечни) или като функция
на текущите стойности на отделни контролирани величини. Сред тях са температура и влажност на въздуха и т.н. Информацията се събира чрез датчици, които я предават на контролер, който сравнява текущите стойности на следените променливи с предварително въведени базови стойности и изпраща управляващи сигнали към съответните изпълнителни механизми. По този начин се постига оптимална работа на климатизацията, отоплението и/или вентилацията с
оглед поддържане на комфортен микроклимат при минимален разход на енергия. Например климатизацията в една сграда най-често се управлява автоматично в зависимост от предварително зададени времеви режими, както и според
температурата в помещенията и външната температура и т.н. За реализация на поддържаната от системите функционалност се използват различни средства, например температурни датчици. При работа на системата – според предварително зададен времеви режим, климатичната инсталация се включва и изключва, следвайки програмиран дневен, седмичен или друг график. Като най-целесъобразно се приема управлението, съобразно температурата в помещенията и външната температура, на базата на показанията на различни видове сензори. Информативно, сред поддържаните от BMS функции е автоматична защита от замръзване на топлоносителя в отоплителната инсталация и водата във водопроводната система, при която котелът и помпите се включват автоматично при външна температура под 0 °C. Друга функция е компенсиране на разликата между външната температура и температурата на водата, циркулираща в отоплителната инсталация.
Различни са стойностите на възможната икономия на енергия, дължащи се на инсталирането на система за сграден мениджмънт. Според някои източници, разходите за отопление/климатизация биха могли да се понижат с до 10%, което
представлява около 7% от общите енергийни разходи на една сграда.

За мрежовата платформа LonWorks
LonWorks е наложила се платформа за сградна автоматизация. Има всички основания да се счита, че е с успешно приложение в областта на системите за автоматично управление и контрол на климатичните инсталации. Известно е, че
LonWorks е мрежова технология. Тя се базира на мрежи, които съдържат интелигентни устройства или възли, които са свързани помежду си чрез една или повече среди за пренос, комуникиращи чрез използването на общ протокол.
Възлите са програмирани да изпращат съобщения един към друг и да извършват определени действия, в отговор на съобщенията, които са получили. Възлите на LonWorks мрежите могат да бъдат приети като обекти, които реагират на
различни входове, задействайки желаните изходи. Макар функционалността на отделните възли понякога да е доста опростена, взаимодействието между тях позволява на мрежите да изпълняват много сложни задачи. Основно предимство на локалните оперативни мрежи е, че малък брой възли от общ тип могат да бъдат конфигурирани така, че да изпълняват широк спектър от различни функции в зависимост от начина на свързването им в мрежата.

LonWorks мрежите обхващат четири основни елементи протокол LonTalk, чипове Neuron, LonWorks приемо-предаватели (LonWorks transceivers) и мрежово управление с приложен софтуер. Както вече бе подчертано, предвид основната приложна област на стандарта, много от възлите са сравнително елементарни устройства (ключове за осветление, температурни сензори и др.). Още при разработването на LonTalk е предвидено използването на малки, несложни мрежови компоненти с ниска цена. Протоколът осигурява обща рамка на приложенията, която гарантира съвместимостта им, използвайки мощните концепции, наречени “мрежови променливи” и “стандартни типове на мрежови променливи” (Standard Network Variable Types – SNVT). Поддържането на голям брой различни типове комуникационни услуги от LonTalk протоколът осигурява лесната пригодност на системата към различни условия. Системата работи с четири типа обслужване на съобщенията: „без потвърждение”, “без потвърждение/повторение”, “с потвърждение” и “приоритетно”. В структурно отношение специфично подразделение на LonWorks мрежата е групата. Тя представлява логически набор от възли вътре в една област. Един възел би могъл да бъде член на до 15 групи, а една област да съдържа до 256 групи.

European Installation Bus (EIB)
Европейската инсталационна магистрала или European Installation Bus (EIB) е водещ в световен мащаб стандарт за изграждане на интелигентни комуникационни мрежи. Предимствата на EIB мрежите са много, като конкретно зависят както от областта на приложение – административни сгради или жилищни, така и от самия потребител и изискванията му.
Реализацията на стандарта обикновено е чрез мрежов кабел, монтиран като допълнение на захранващия. Това дава възможност да се обединят устройства и системи, които преди това са функционирали самостоятелно. Например, могат да
се обединят отоплителната и вентилационната инсталации, като по този начин се изгради икономична система от електрически устройства, която е оптимално пригодена към специфичните изисквания. Устройства от различни производители с различна функционалност, поддържащи EIB, могат лесно да бъдат свързани помежду си и да образуват функционираща EIB система. EIB инсталациите се отличават с лесно обслужване, тъй като съществува само един унифициран PC-базиран софтуерен инструмент за проектиране и поддръжка, наречен ETS (EIB Tool Software). Използването на инструмента не изисква специални знания по програмиране, поради което всеки проектант или монтажник, обучен в съответствие с ръководните принципи на асоциацията, подкрепяща EIB стандарта, има възможност да изгражда EIB системи.

Използваните сензори и изпълнителните механизми могат да бъдат свързани и програмирани по желания начин, а оперирането с функциите на системата се осъществява лесно, чрез обикновени бутони, телефон или посредством
чувствителни на допир екрани. Потребителят може свободно да променя връзките между устройствата или да добавя нови функции към системата. Всички мониторирани и контролирани параметри на микроклимата в сградата могат да се визуализират и с тях да се оперира посредством интерфейс върху дисплеи. Чрез свързване на EIB системата, потребителят може да бъде уведомен и пряко да влияе на функциите по управление на сградата, например на климатизацията, чрез мобилния си телефон. Посредством създаването на температурен (климатичен) профил на всяко
помещение е възможно да се осъществява индивидуален контрол на температурата във всяко помещение. Така работата на инсталациите за отопление и охлаждане ще се повлияе при отворен прозорец, например. Също така отоплението би могло
да бъде управлявано в зависимост от нуждите за индивидуалното помещение.