Budynek inteligentny wyposażony w systemy monitorujące i automatykę sterującą może być budynkiem energooszczędnym, pod warunkiem że w sposób optymalny wykorzystane zostaną możliwości wynikające z zawartych w nim inteligentnych rozwiązań.
Oszczędzanie energii w budynku inteligentnym można realizować na kilka sposobów.
Poniżej przedstawiam przykłady, jak w praktyce można oszczędzać energię, wykorzystując rozwiązania techniczne i możliwości inteligentnego budynku, a w szczególności:
- systemu BMS,
- systemu zapewniającego współpracę agregatu prądotwórczego z siecią miejską,
- systemu Helio,
- rekuperatorów systemu wentylacji.
Każdy z powyższych systemów jest bardzo złożony i zasługuje na szczegółowy opis, ale na potrzeby niniejszego artykułu poniżej przedstawiam krótkie charakterystyki tych systemów, ze szczególnym naciskiem na te ich funkcje, które mają znaczący wpływ na oszczędzanie energii elektrycznej i cieplnej w komercyjnym budynku wyposażonym w zaawansowaną technologię i automatykę.
System BMS
Podstawowy system zarządzania infrastrukturą budynku jest system o roboczej nazwie BMS (ang. Building Management System).
Jest narzędziem, w którym oprócz funkcjonalności i modułów służących do bieżącego zarządzania infrastrukturą i technologią budynku znajdują się moduły dedykowane do racjonalnego wykorzystania energii elektrycznej i cieplnej:
- moduł trendy,
- moduł katalogi czasowe.
Moduł trendy
Jest to moduł rejestrujący i archiwizujący zmienne generowane przez urządzenia pomiarowe - a w naszym przypadku - parametry pracy urządzeń czy instalacji, które mają kluczowe znaczenie dla zużycia energii cieplnej lub elektrycznej.
Jeżeli zarchiwizowane dane przedstawiane zostaną graficznie w formie wykresu, to powstanie materiał analityczny, z którego można wyczytać zależność pomiędzy zużyciem energii a czynnikami zewnętrznymi lub wewnętrznymi w budynku.
Dla przykładu w ten sposób można graficznie zobrazować zależność mocy chwilowej węzła cieplnego w kW (MW) od temperatury zewnętrznej i temperatury czynnika grzewczego w wewnętrznych i instalacjach grzewczych. Oczywiście na temperaturę zewnętrzną nie mamy wpływu, ale możemy już wpływać na:
- temperaturę czynnika grzewczego w wewnętrznych instalacjach grzewczych, którą można obniżyć bez uszczerbku dla komfortu wewnętrznego, wybierając odpowiednią krzywą grzewczą,
- moc zamówioną u dostawcy energii cieplnej, skutecznie obniżając rachunki za energię cieplną.
Moduł trendy jest w stanie wygenerować raport za wybrany monitorowany okres, z którego można wywnioskować, czy moc zamówiona i krzywa grzewcza są optymalne lub czy wymagają korekty.
Wizualizacja na rys. 1. przedstawia sytuację, gdy temperatura zewnętrzna spadła poniżej - 19°C, a węzeł cieplny osiągnął w tym czasie moc 1,1 MW. Ta analiza umożliwiła zweryfikowanie umowy z dostawcą energii cieplnej i obniżenie mocy zamówionej.
Moduł katalogi czasowe
Jest to moduł posiadający funkcje umożliwiające skuteczne ograniczanie zużycia energii elektrycznej w budynku. Zasada pracy oparta jest na celowym załączaniu i wyłączaniu urządzeń grzewczych i zasilanych energią elektryczną lub kluczowych segmentów tych urządzeń, których konsumpcja energii elektrycznej (lub cieplnej) jest znacząca w skali całego budynku.
Stosując przemyślany scenariusz załączeń i wyłączeń (dobowy, tygodniowy), unikamy pracy ciągłej urządzeń w okresie szczytowego zapotrzebowania na energię (a zatem najdroższą) oraz skumulowania zapotrzebowania w okresie rozruchowym budynku.
Dodatkowo wykorzystując moduł trendy, można - analogicznie jak dla energii cieplnej - zweryfikować wysokość zamówionej mocy - mającej wpływ na wysokość opłaty stałej za energię elektryczną.
Rysunki 2. i 3. przedstawiają graficzną wizualizację dobowego zużycia energii elektrycznej. Fragment wykresu z godzin porannych (rys. 3.) pokazuje, jak kaskadowo następują po sobie załączania poszczególnych urządzeń i instalacji technologicznych, mających duży udział w konsumpcji energii elektrycznej budynku.
Widzimy, jak urządzenia te włączają się kolejno, według scenariusza zaprogramowanego w module katalogi czasowe. Tak rozłożony w czasie pobór energii zapobiega skumulowanemu obciążeniu budynku wynikającemu z rozruchu instalacji technologicznych w godzinach rannych.
Moduł katalogi czasowe pozwala także zarządzać czasem pracy urządzeń w skali szerszej niż 1 doba.
Obciążenie instalacji elektrycznych i zmiany wydajności instalacji sanitarnych budynku mają charakter cykliczny w skali tygodnia. W dni wolne od pracy budynek biurowy jest z zasady pusty i w tym czasie wszystkie instalacje powinny pracować w układzie oszczędnościowym, z zachowaniem minimalnych paramentów nawiewanego powietrza (w przypadku instalacji wentylacyjnych i klimatyzacyjnych), wody cyrkulacyjnej w instalacjach grzewczych oraz ciepłej wody użytkowej.
Optymalizacja pracy instalacji budynku w czasie wolnym ma duże znaczenie zarówno z punktu widzenia oszczędzania energii, jak i zabezpieczenia komfortu pracy.
Zły dobór parametrów pracy instalacji w tym czasie może skutkować niepotrzebnymi kosztami za pobór energii elektrycznej (instalacje w czasie wolnym pracują na zbyt wysokich paramentach) lub brakiem możliwości zabezpieczenia komfortu z rana po dniach wolnych (budynek będzie długo dochodził do parametrów komfortu).
Systemy specjalne
Współpraca agregatu prądotwórczego z siecią miejską
W budynkach posiadających zaawansowaną technologicznie instalację zasilającą w energię elektryczną, dodatkowo wyposażoną w urządzenia zasilania rezerwowego (agregaty prądotwórcze), można zastosować rozwiązania specjalne umożliwiające włączanie agregatów prądotwórczych do bieżącego zasilania budynku w warunkach poboru szczytowego.
Energia elektryczna z agregatu jest droższa niż z sieci, ale pobór energii z agregatu w tak zwanych szczytach i w konsekwencji zmniejszenie mocy zamówionej dla budynku daje pełne uzasadnienie ekonomicznie dla takiego rozwiązania.
Należy jednak pamiętaać, że takie rozwiązania są ekonomiczne uzasadnione, jeżeli wdrażane są już w fazie projektowania budynku, gdyż wdrożenie takiego systemu w budynku już funkcjonującym może łączyć się z kosztowną przebudową głównych rozdzielni zasilających, co przekreśli zasadność całego przedsięwzięcia.
Rysunek 4. przedstawia wizualizację czasowego uruchomienia się agregatów prądotwórczych na tle dobowego zużycia energii elektrycznej. System jest tak skonfigurowany, że w sytuacji gdy zapotrzebowanie budynku w energię elektryczną przekroczy poziom zdefiniowany jako maksymalny, automatycznie włącza się agregat prądotwórczy, który zasila cały budynek do czasu, aż zapotrzebowanie spadnie poniżej wartości maksymalnej oraz jest tak zsynchronizowane, że czas pracy agregatów (jego start i wyłączenie) uwzględnia warunki umowy z dostawcą energii elektrycznej, zapobiegając naliczeniu kar umownych nawet po chwilowym przekroczeniu mocy zamówionej.
System Helio
System Helio jest inteligentnym systemem, który integrując klimatyzację i oświetlenie na jednej platformie informatycznej (system LonWorks) sterowanej z poziomu BMS, w sposób znaczący wpływa na optymalizację zużycia energii elektrycznej i cieplnej, z jednoczesnym zapewnieniem komfortu z dokładnością do pojedynczego pomieszczenia.
System ten w sposób szczególnie efektywny wpływa na oszczędzanie energii elektrycznej zużywanej na oświetlenie. Jest tak skonfigurowany, że w przypadku stwierdzenia braku obecności osób w pomieszczeniach biurowych automatycznie wyłącza oświetlenie, natomiast oświetlenie pomieszczeń komunikacyjnych (hole, korytarze z doświetleniem światłem naturalnym) załącza tylko w przypadku wzbudzenia czujki ruchu (przez osoby wchodzące w strefę kontrolowaną przez system).
Dodatkowo multisensory systemu stref komunikacyjnych są tak zaprogramowane, że w przypadku oświetlenia stref komunikacyjnych światłem naturalnym oświetlenie nie załączy się.
Rekuperatory instalacji wentylacyjnej
Nowoczesne systemy wentylacyjne z zasady wyposażone są w rekuperatory służące do oszczędzania energii zawartej w powietrzu dostarczanym do pomieszczeń biurowych. Niezależnie od pory roku powietrze nawiewane przez instalacje wentylacyjne podlega obróbce polegającej na podgrzaniu w okresie zimowym lub schłodzeniu latem. Sekcja wyciągowa centrali wentylacyjnej ma za zadanie usunięcie „zużytego" powietrza.
Jednak powietrze „zużyte" kosztem energii elektrycznej lub cieplnej (a często jednej i drugiej jednocześnie) zostało schłodzone lub podgrzane, dlatego wszystkie nowoczesne centrale wentylacyjne wyposażone są w rekuperatory zatrzymujące zimą ciepło, a latem chłód w budynku pomimo pełnej cyrkulacji powietrza (100% wymiany powietrza).
Z uwagi na konstrukcję i zasadę działania rekuperatory występują jako:
- krzyżowe - zasada pracy polega na przekazywaniu ciepła pomiędzy strumieniami powierza wywiewanego i powietrza nawiewanego w specjalnie skonstruowanych kanałach, w których strumienie powietrza krzyżują się;
- obrotowe - przekazanie ciepła pomiędzy strumieniami powierza wywiewanego i powietrza nawiewanego realizuje specjalnie skonstruowany wirnik;
- wymiennikowe - przekazanie ciepła pomiędzy strumieniami powierza wywiewanego i powietrza nawiewanego odbywa się poprzez instalację wymienników ciepła (chłodnica + nagrzewnica) zasilanych pompą cyrkulacyjną.
Zobacz też: Rekuperatory - oferta rynkowa >
W instalacjach technologicznych monitorowanych systemem BMS rekuperatory, ich sprawność i wydajność jest na bieżąco monitorowana, gdyż zatrzymanie pracy rekuperatorów w okresach ekstremalnych - podczas mrozów lub upałów - może skutkować koniecznością całkowitego zatrzymania pracy instalacji wentylacyjnej.
2
