Автоматизация здания ( BAS ), также известная как система управления зданием ( BMS ) или система управления энергопотреблением здания ( BEMS ), представляет собой автоматическое централизованное управление системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) , электричеством, освещением , затенением и контролем доступа. , системы безопасности и другие взаимосвязанные системы. Некоторыми целями автоматизации зданий являются повышение комфорта жильцов, эффективная работа систем здания, снижение энергопотребления, снижение затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание и повышение безопасности.
Функциональность BAS может поддерживать климат в здании в заданном диапазоне, обеспечивать освещение помещений в зависимости от занятости, контролировать производительность и сбои устройств, а также подавать сигналы тревоги о неисправностях персоналу, обслуживающему здание. BAS работает над снижением затрат на электроэнергию и техническое обслуживание здания по сравнению с неконтролируемым зданием. Большинство коммерческих, институциональных и промышленных зданий, построенных после 2000 года, включают BAS, в то время как старые здания могут быть модернизированы с использованием новой BAS.
Здание, контролируемое BAS, часто называют «умным зданием», [1] «умным зданием» или (если жилой дом) « умным домом ». Коммерческие и промышленные здания исторически полагались на надежные проверенные протоколы (например, BACnet ), тогда как в домах использовались собственные протоколы (например, X-10 ).
Почти все многоэтажные зеленые здания спроектированы с учетом характеристик сбережения энергии, воздуха и воды. Реагирование на запросы электрических устройств является типичной функцией BAS, равно как и более сложный мониторинг вентиляции и влажности, необходимый для «плотно» изолированных зданий. В большинстве зеленых зданий также используется как можно больше маломощных устройств постоянного тока. Даже конструкция пассивного дома , предназначенная для того, чтобы вообще не потреблять чистую энергию, обычно требует BAS для управления улавливанием тепла, затенением и вентиляцией, а также планирования использования устройств.
Системы управления зданием чаще всего внедряются в крупных проектах с обширными механическими, HVAC и электрическими системами. Системы, подключенные к BMS, обычно составляют 40% энергопотребления здания; если включено освещение, это число приближается к 70%. Системы BMS являются важнейшим компонентом управления спросом на энергию. Считается, что на неправильно настроенные системы BMS приходится 20% энергопотребления зданий, или примерно 8% общего энергопотребления в Соединенных Штатах. [2] [3]
Помимо контроля внутренней среды здания, системы BMS иногда связаны с контролем доступа (турникеты и входные двери контролируют, кому разрешен вход и выход в здание) или другими системами безопасности, такими как замкнутое телевидение (CCTV) и детекторы движения. Системы пожарной сигнализации и лифты также иногда подключаются к BMS для мониторинга. В случае обнаружения пожара только панель пожарной сигнализации сможет закрыть заслонки в системе вентиляции, чтобы остановить распространение дыма, отключить кондиционеры, запустить вентиляторы дымоудаления, а также отправить все лифты на первый этаж и припарковать их, чтобы люди не могли попасть в помещение. используя их.
Системы управления зданиями также включают в себя механизмы реагирования на стихийные бедствия (например, изоляцию основания ) для спасения построек от землетрясений. В последнее время компании и правительства работают над поиском аналогичных решений для зон затопления и прибрежных районов, подверженных риску повышения уровня моря . Саморегулирующаяся плавучая среда основана на существующих технологиях, используемых для плавучести бетонных мостов и взлетно-посадочных полос, таких как вашингтонский SR 520 и японский Mega-Float . [4]
Аналоговые входы используются для считывания переменных измерений. Примерами являются датчики температуры , влажности и давления , которые могут представлять собой термистор , 4–20 мА , 0–10 В или платиновый термометр сопротивления (резистивный датчик температуры) или беспроводные датчики .
Цифровой вход указывает, включено или выключено устройство. Некоторыми примерами цифровых входов могут быть дверной контактный переключатель, токовый переключатель, переключатель расхода воздуха или сухой контакт реле (сухой контакт). Цифровые входы также могут быть импульсными входами, подсчитывающими импульсы за определенный период времени. Примером может служить турбинный расходомер, передающий на вход данные о расходе в виде частоты импульсов.
Неинтрузивный мониторинг нагрузки [5] — это программное обеспечение, основанное на цифровых датчиках и алгоритмах для обнаружения устройств или других нагрузок на основе электрических или магнитных характеристик цепи. Однако он обнаруживает событие аналоговыми средствами. Они чрезвычайно экономичны в эксплуатации и полезны не только для идентификации, но и для обнаружения переходных процессов при запуске, неисправностей линии или оборудования и т. д. [6] [7]
Аналоговые выходы управляют скоростью или положением устройства, такого как частотно-регулируемый привод , датчик IP ( ток - пневматика ) или привод клапана или заслонки . Примером может служить клапан горячей воды, открывающийся на 25% для поддержания заданного значения . Другим примером является преобразователь частоты, который медленно разгоняет двигатель, чтобы избежать жесткого запуска.
Цифровые выходы используются для открытия и закрытия реле и переключателей, а также для управления нагрузкой по команде. Примером может служить включение освещения на парковке, когда фотоэлемент указывает , что на улице темно. Другим примером может быть открытие клапана, пропуская 24 В постоянного/переменного тока через выход, питающий клапан. Аналоговые выходы также могут быть выходами импульсного типа, излучающими импульсы с определенной частотой в течение заданного периода времени. Примером может служить счетчик энергии, рассчитывающий кВтч и выдающий соответствующую частоту импульсов.
Контроллеры — это, по сути, небольшие специально созданные компьютеры с возможностями ввода и вывода. Эти контроллеры бывают разных размеров и возможностей для управления устройствами, обычно встречающимися в зданиях, а также для управления подсетями контроллеров.
Входы позволяют контроллеру считывать температуру, влажность, давление, ток, поток воздуха и другие важные факторы. Выходы позволяют контроллеру отправлять сигналы управления и управления подчиненным устройствам и другим частям системы. Входы и выходы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Цифровые выходы также иногда называют дискретными в зависимости от производителя.
Контроллеры, используемые для автоматизации зданий, можно сгруппировать в три категории: программируемые логические контроллеры (ПЛК), системные/сетевые контроллеры и контроллеры терминальных устройств. Однако может существовать и дополнительное устройство для интеграции сторонних систем (например, автономной системы кондиционирования) в центральную систему автоматизации здания.
Контроллеры терминальных устройств обычно подходят для управления освещением и/или более простыми устройствами, такими как агрегатный блок на крыше, тепловой насос, VAV-бокс, фанкойл и т. д. Установщик обычно выбирает один из доступных заранее запрограммированных параметров, наиболее подходящих для устройства. поддается контролю и не требует создания новой логики управления.
Присутствие — это один из двух или более режимов работы системы автоматизации здания; Другими распространенными режимами являются «Незанятость», «Утренняя разминка» и «Ночное отключение».
Заполняемость обычно зависит от расписания времени суток. В режиме присутствия BAS стремится обеспечить комфортный климат и адекватное освещение, часто с зональным контролем, чтобы пользователи на одной стороне здания имели другой термостат (или другую систему или подсистему), чем пользователи на противоположной стороне. сторона.
Датчик температуры в зоне обеспечивает обратную связь с контроллером, поэтому он может обеспечивать нагрев или охлаждение по мере необходимости.
Если эта функция включена, режим утреннего прогрева (MWU) включается до присутствия людей. Во время утренней разминки BAS пытается довести здание до заданного значения как раз к моменту занятости. BAS часто учитывает внешние условия и исторический опыт для оптимизации MWU. Это также называется оптимизированным запуском .
В некоторых зданиях датчики присутствия используются для активации освещения или кондиционирования воздуха. Учитывая вероятность длительного времени, прежде чем помещение станет достаточно прохладным или теплым, кондиционирование климата не часто инициируется непосредственно датчиком присутствия.
Освещение можно включать, выключать или затемнять с помощью системы автоматизации здания или системы управления освещением в зависимости от времени суток или с помощью датчика присутствия, фотодатчиков и таймеров. [8] Типичным примером является включение света в помещении на полчаса с момента последнего движения. Фотоэлемент, расположенный снаружи здания, может определять темноту и время суток, а также модулировать освещение в офисах и на парковке.
Освещение также является хорошим кандидатом на реагирование на спрос , поскольку многие системы управления предоставляют возможность затемнять (или выключать) освещение, чтобы воспользоваться преимуществами стимулов и экономии средств при аварийном восстановлении.
В новых зданиях управление освещением может осуществляться с помощью цифрового адресного интерфейса освещения (DALI) полевой шины . Лампы с балластами DALI полностью регулируемы. DALI также может обнаруживать неисправности ламп и балластов в светильниках DALI и сигнализировать о неисправностях.
Затенение и остекление являются важными компонентами строительной системы, они влияют на визуальный, акустический и тепловой комфорт жильцов и обеспечивают жильцам вид на улицу. [9] Автоматизированные системы затенения и остекления — это решения для контроля солнечного тепла и бликов. [10] Это относится к использованию технологий для управления внешними или внутренними устройствами затенения (такими как жалюзи и шторы) или самим остеклением. Система активно и быстро реагирует на различные изменения внешних данных (например, солнечной энергии, ветра) и на изменение внутренней среды (например, температуры, освещенности и требований жильцов). Системы затенения и остекления зданий могут способствовать улучшению теплового режима и освещения как с точки зрения энергосбережения, так и с точки зрения комфорта.
Устройства динамического затенения позволяют контролировать проникновение дневного света и солнечной энергии в застроенную среду в зависимости от внешних условий, требований к дневному освещению и положения солнца. [11] Обычные изделия включают жалюзи , рулонные шторы , жалюзи и ставни. [12] Чаще всего они устанавливаются на внутренней стороне системы остекления из-за низких затрат на техническое обслуживание, но также могут использоваться и снаружи или в сочетании того и другого. [13]
Большинство кондиционеров смешивают возвратный и наружный воздух, поэтому требуется меньшее кондиционирование температуры/влажности. Это может сэкономить деньги за счет меньшего использования охлажденной или нагретой воды (не все агрегаты используют контуры охлажденной или горячей воды). Для поддержания здоровья воздуха в здании необходимо некоторое количество наружного воздуха. Чтобы оптимизировать энергоэффективность при сохранении здорового качества воздуха в помещении (IAQ) , вентиляция с управлением по потребности (или контролируемая вентиляция) (DCV) регулирует количество наружного воздуха на основе измеренных уровней занятости.
Аналоговые или цифровые датчики температуры могут быть размещены в помещении или помещении, в воздуховодах возвратного и приточного воздуха , а иногда и в наружном воздухе. Приводы размещены на клапанах горячей и холодной воды, заслонках наружного и возвратного воздуха. Приточный вентилятор (и возвратный вентилятор, если применимо) запускается и останавливается в зависимости от времени суток, температуры, давления в здании или их комбинации.
Все современные системы автоматизации зданий имеют возможности сигнализации. Бесполезно обнаруживать потенциально опасную [14] или дорогостоящую ситуацию, если никто, кто может решить проблему, не будет уведомлен. Уведомление может осуществляться через компьютер (электронная почта или текстовое сообщение), пейджер , голосовой вызов на сотовый телефон, звуковой сигнал или все это. В целях страхования и ответственности все системы ведут журналы с указанием того, кто был уведомлен, когда и как.
Сигналы тревоги могут немедленно уведомлять кого-либо или уведомлять только тогда, когда сигналы тревоги достигают определенного порога серьезности или срочности. На объектах с несколькими зданиями кратковременные сбои в подаче электроэнергии могут вызвать сотни или тысячи сигналов тревоги от отключившегося оборудования – их следует подавлять и распознавать как симптомы более серьезного сбоя. Некоторые объекты запрограммированы таким образом, что критические сигналы тревоги автоматически пересылаются через различные промежутки времени. Например, повторяющийся критический сигнал тревоги (источника бесперебойного питания в режиме «байпас») может звучать через 10 минут, 30 минут и каждые 2–4 часа после этого, пока сигналы тревоги не будут устранены.
Системы безопасности могут быть связаны с системой автоматизации здания. [14] При наличии датчиков присутствия их также можно использовать в качестве охранной сигнализации. Поскольку системы безопасности часто подвергаются преднамеренному саботажу, по крайней мере, некоторые детекторы или камеры должны иметь резервную батарею и беспроводное соединение, а также способность вызывать тревогу при отключении. Современные системы обычно используют технологию Power-over-Ethernet (которая может управлять поворотно-наклонной камерой и другими устройствами мощностью до 30–90 Вт), которая способна заряжать такие батареи и сохраняет беспроводные сети свободными для действительно беспроводных приложений, таких как резервное копирование. связь в сбое.
Панели пожарной сигнализации и связанные с ними системы дымовой сигнализации обычно имеют встроенную проводку, позволяющую игнорировать автоматику здания. Например: если активирована сигнализация дыма, все заслонки наружного воздуха закрываются, чтобы предотвратить попадание воздуха в здание, а вытяжная система может изолировать пламя. Аналогичным образом, системы обнаружения электрических неисправностей могут отключать целые цепи, независимо от количества сигналов тревоги, которые это вызывает, или количества людей, которые этим страдают. Устройства для сжигания ископаемого топлива также, как правило, имеют свои собственные средства блокировки, такие как линии подачи природного газа , которые отключаются при обнаружении медленного падения давления (что указывает на утечку) или при обнаружении избытка метана в системе подачи воздуха в здание.
Большинство сетей автоматизации зданий состоят из первичной и вторичной шины , которая соединяет контроллеры высокого уровня (обычно специализированные для автоматизации зданий, но могут быть универсальными программируемыми логическими контроллерами ) с контроллерами более низкого уровня, устройствами ввода/вывода и пользовательским интерфейсом (также известным как устройство человеческого интерфейса). Открытый протокол ASHRAE BACnet или открытый протокол LonTalk определяют, как взаимодействует большинство таких устройств. Современные системы используют SNMP для отслеживания событий, опираясь на десятилетия истории использования протоколов на основе SNMP в мире компьютерных сетей.
Физическое соединение между устройствами исторически обеспечивалось с помощью выделенного оптического волокна , Ethernet , ARCNET , RS-232 , RS-485 или беспроводной сети специального назначения с низкой пропускной способностью . Современные системы полагаются на основанные на стандартах многопротокольные гетерогенные сети, такие как те, которые указаны в стандарте IEEE 1905.1 и проверены знаком аудита nVoy. Обычно они подходят только для сетей на основе IP, но могут использовать любую существующую проводку, а также интегрировать сети Powerline по цепям переменного тока, Power over Ethernet , маломощные цепи постоянного тока, беспроводные сети с высокой пропускной способностью, такие как LTE и IEEE 802.11n и IEEE 802.11. ac и часто интегрируют их с использованием открытого стандарта Zigbee для конкретных зданий .
Собственное оборудование доминирует на рынке контроллеров. Каждая компания имеет контроллеры для конкретных приложений. Некоторые из них разработаны с ограниченным управлением и отсутствием функциональной совместимости, например, простые крышные агрегаты для систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Программное обеспечение обычно плохо интегрируется с пакетами других поставщиков. Взаимодействие осуществляется только на уровне Zigbee/BACnet/LonTalk.
Современные системы обеспечивают совместимость на уровне приложений, позволяя пользователям комбинировать устройства разных производителей и обеспечивать интеграцию с другими совместимыми системами управления зданием . Они обычно полагаются на SNMP , который долгое время использовался для той же цели для интеграции различных компьютерных сетевых устройств в одну когерентную сеть.
С ростом спектра возможностей и подключений к Интернету вещей неоднократно сообщалось, что системы автоматизации зданий уязвимы, что позволяет хакерам и киберпреступникам атаковать их компоненты. [15] [16] Здания могут быть использованы хакерами для измерения или изменения окружающей среды: [17] датчики позволяют осуществлять наблюдение (например, отслеживать перемещения сотрудников или привычки жителей), а исполнительные механизмы позволяют выполнять действия в зданиях (например, открывать двери или окна). для злоумышленников). Несколько поставщиков и комитетов начали улучшать функции безопасности в своих продуктах и стандартах, включая KNX, Zigbee и BACnet (см. последние стандарты или проекты стандартов). Тем не менее, исследователи сообщают о нескольких открытых проблемах в области безопасности автоматизации зданий. [18] [19]
11 ноября 2019 года Гьоко Крстич и Сипке Меллема опубликовали 132-страничный исследовательский документ по безопасности под названием «Я владею вашим зданием (система управления)», в котором рассмотрено более 100 уязвимостей, затрагивающих различные BMS и решения по контролю доступа от различных поставщиков. [20]
Автоматизация помещений — это разновидность автоматизации зданий, имеющая аналогичную цель; это объединение одной или нескольких систем под централизованным управлением, но в данном случае в одном помещении.
Наиболее распространенным примером автоматизации помещений являются корпоративные залы заседаний, презентационные залы и лекционные залы, где работает большое количество устройств, определяющих функцию помещения (таких как оборудование для видеоконференций , видеопроекторы , системы управления освещением , системы громкой связи и т. д.). ) сделало бы ручное управление помещением очень сложным. В системах автоматизации помещений обычно используется сенсорный экран в качестве основного способа управления каждой операцией.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
СМИ, связанные с автоматизацией зданий, на Викискладе?