Autonóm ház projekt irányítástechnikai rendszere
2007/9. lapszám | Fütyü Lajos | 3647 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A légkör felmelegedésével járó ijesztő következmények halogatást nem tűrően intenek arra, hogy következetes energiatakarékos politikát folytassunk. A rendelkezésünkre álló energia takarékos felhasználása ma már nem csak a gyártás, hanem az üzemeltetés területén is fontos szerepet játszik. E törekvések figyelembevételével készült el a Gazdasági Versenyképesség Operatív Program (GVOP) által támogatott, „Autonóm ház” elnevezésű projekt, amelynek célja az alternatív energiaforrások alkalmazásának, hatékonyságának vizsgálata.
2005 őszén az Ing-Reorg Kft. egy kutatási projektet indított el, melynek célja egy olyan korszerű, ipari, kereskedelmi rendeltetésű épület felépítése volt, amely magában ötvözi a jelenleg rendelkezésre álló, megújuló energiaforrásokra támaszkodó technológiákat úgy, hogy az épület rendelkezzen azokkal a mérőberendezésekkel és irányítástechnikai rendszerrel, amelyek biztosítják a különböző fajtájú energiahordozók vizsgálatát az üzemszerű működési környezetben. A kutatási terv egyik kulcsfeladata, hogy a feldolgozott eredmények alapján megvizsgáljuk a befektetés gazdasági megtérülését.
A digitális elektronikai ipar – és ezen belül is főként a számítástechnika – a ´90-es évek elejétől megfigyelhető robbanásszerű fejlődése lehetővé tette az épületgépészeti rendszerek minden eddiginél hatékonyabb automatizálását, regisztrációját és diagnosztikáját.
Az egyedileg, magas költségekkel kifejlesztett analóg épületgépészeti automatikarendszerek helyére nagy tömegben olcsón előállítható, egyedileg szabadon programozható mikroszámítógépek kerültek, amelyek – a személyi számítógépekhez hasonlóan – kommunikációs hálózatba köthetők. (Ezeket az angol Direct Digital Control kifejezésből rövidítve DDC automatikának nevezzük.) Ilyen módon egyszerű megoldással lehetővé vált kiterjedt épületgépészeti és épületvillamos rendszerek központosított felügyelete: ezeket nevezzük gyűjtőnéven épületfelügyeleti rendszernek (BMS; Building Management System).
A projekt tárgyát képező irodaépület jellegét tekintve alapvetően alacsony energiafelhasználású. Az épületben alacsony hőmérsékletű fűtési rendszert installáltak: központi padlófűtés, falfűtés-hűtés és szerkezettemperálás. A gépészeti rendszereket is ennek szellemében alakítottak ki. Az épületszerkezetek kialakításánál mindenképpen arra törekedtek, hogy az alacsony energiaveszteség és ennek következtében a minél alacsonyabb és gazdaságosabb energiabevitel biztosított legyen az épület üzemeltetése során.
Szabályozástechnikai feladatok
A szabályozástechnikai feladatokat alapvetően két szintre bonthatjuk: hőtermelőkre és hőfogyasztókra.
Hőtermelő egységek
Talajszondás hőszivattyú, napkollektor, talajkollektor és hulladékhasznosító kazán. A hőtermelők hatásfok javításának kulcsa – a hőtárolás gyakorlati megvalósítása mellett – a mindenkori pillanatnyi szükséglethez való igazodás. Ennek szellemében a hőtermelőket szabályozni szükséges az idő függvényében (pl. éjszakai, takarék üzemmódra való átállás), illetve a külső időjárás függvényében (hőmérséklet, napsugárzás, szélhatás). A hőfogyasztással – és így a hőtermelők üzemével – nincs szoros összefüggésben, de célszerű idő függvényében szabályozni az egyes elszívó szellőző rendszerek ventilátorait is.
Hőfogyasztó egységek
Központi padlófűtés, falfűtés-hűtés és szerkezettemperálás, használati melegvíz-előállítás. Ezen kívül szükséges szabályozni az egyes helyiségekben lévő hőleadókat a helyiség építészeti adottságainak és a benntartózkodók komfortelvárásainak megfelelően. Az egyedi helyiséghőmérsékletszabályozás szintén az épületfelügyeleti rendszerbe van integrálva.
Szabályozástechnikai rendszerek, berendezések
- Automatika-elosztószekrény
Az automatikarendszer főelosztója az épületben lett elhelyezve, amely tartalmazza a szabályozó/vezérlőelektronikát (DDC szabályozók) és a különböző terepi készülékek működtetéséhez szükséges egységeket, illetve a mérések (pl. villamos energiafogyasztás, hőmennyiség) berendezéseit. A szivattyúk az automatikaszekrényen elhelyezett kapcsolókkal önállóan is vezérelhetők kézi vagy automatikus üzemben.
A talajszonda és talajhőmérők mérését szolgáló elosztószekrényt közvetlenül a talajszonda osztó-gyűjtő berendezéseinél helyezték el. Innen vezérelik a különböző szondák működését indító vagy leállító motoros szelepeket. Az elosztó szekrény Ethernet-hálózaton keresztül kapcsolatban van a felügyeleti számítógéppel, ezért a vizsgálni kívánt talajszondá(ka)t a felügyeleti számítógépen futó szoftveren keresztül lehet elindítani vagy leállítani. - Kompakt DDC kontroller
Az automatikarendszert REGRE CONTROLS gyártmányú elemekből alakítottuk ki. Az épületgépészeti szabályozási és vezérlési funkciókat a szekrénybe épített, DTR-1000 típusú, kompakt felépítésű, digitális központi egység (DDC kontroller) látja el, melyek egyenként 20 I/O adatpont fogadására képesek.
A DDC kontroller négyféle ki- és bemenetet kezel:- analóg bemenet (AI; Analogue Input),
- analóg kimenet (AO; Analogue Output),
- digitális bemenet (DI; Digital Input),
- digitális kimenet (DO; Digital Output).
A villamos berendezések kapcsolását szintén a DDC kontroller végzi, segédrelé(ke)n keresztül. A relék 8 A 250 V AC kapcsolási teljesítménnyel rendelkeznek.
Az épületgépészeti berendezések szabályozási és vezérlési funkcióihoz szükséges hőmérsékletméréseket NTC 12 kohm érzékelők szolgáltatják. Az érzékelőktől jövő jeleket a DDC kontroller fogadja, majd elvégzi rajtuk a program szerinti műveleteket, az eredményt pedig a kimenetekre juttatja.
Az automatikarendszerhez kapcsolt beavatkozó szervek (szabályozó szelepek) működtetése 230 V AC 3-pont vezérlésű hajtóművek segítségével történik.
A vezérlőegység programozása a különböző gépészeti feladatok végrehajtására a REGRE CONTROLS által kiadott szoftverkörnyezeten keresztül történik. - Digitális kapcsolómodul
A felületfűtéshez, -hűtéshez tartozó elektrotermikus szelepek vezérlési funkciót, az automatika-elosztószekrénybe épített, KFR-100 típusú, digitális kapcsolómodul látja el, mely egyenként 12 I/O adatpont fogadására képes. A digitális kapcsolómodulok a helyiségben elhelyezett fali termosztátok által kiadott parancsok végrehajtói.
Minden digitális kapcsolómodulhoz tartozik egy darab fali termosztát, amely az adott helyiséghez tartozó elektrotermikus szelepeket vezérli. - Digitális helyiségtermosztát
A helyiséghőmérséklet-szabályozás a helyiségekben elhelyezett digitális termosztátokon keresztül történik. A helyiségek hőmérsékletének beállítása automatikus módon, a felületek szükség szerinti aktiválásával valósul meg. A digitális termosztáton beállított, kívánt hőmérséklettől 0,5 °C-kal való eltérés esetén az automatika elindítja az adott helyiséghez tartozó felületek fűtését vagy hűtését. A kívánt (beállított alapjel) hőmérséklet elérésekor a felületeket az automatika leállítja a következő fűtési vagy hűtési igény felmerüléséig.
Az épületek megfelelő állapotmegóvása érdekében és a komfortérzet biztosítása szempontjából elengedhetetlen a páratartalom-szabályozás. Felülethűtés esetén a termosztát kiszámítja a helyiségben a harmatponti hőmérséklet értékét, és ha ez az érték eléri a hűtővíz hőmérsékletét, akkor az adott helyiséget kizárja a hűtési rendszerből a párakicsapódás elkerülése végett. Miután a harmatponti hőmérséklet értéke lecsökkent a hűtővíz hőmérsékletének értéke alá, a hűtés újraindul az adott helyiségben. A digitális termosztáton keresztül lehetőség van külön-külön a fűtés- vagy hűtésüzem beállítására, illetve az adott helyiség üzemen kívül helyezésére is. - Épületfelügyeleti központ
A telepített épületautomatikai és -felügyeleti rendszerünket három szintre oszthatjuk fel: menedzsmentszintre, automatizálási szintre, valamint terepi- vagy végkészülék-szintre. A menedzsmentszint munkaállomásai Ethernet-en csatlakoznak az automatizálási szinthez. Egy grafikus felületű program segítségével tájékozódhatunk a rendszer állapotáról, megváltoztathatjuk annak működését, illetve adatokat gyűjthetünk.
A rendszer meghatározott jellemzőinek időbeni regisztrálása és a hibajelek is ide futnak be, illetve naplózódnak. Az automatizálási szinten a kompakt szabályozók buszon keresztül kommunikálnak egymással. A szabályozók között találhatunk kompakt szabályozókat, I/O bővítőmodulokat, amelyek buszon keresztül kapcsolódnak a modulokkal. Minden állomás egymással egyenrangú. A terepi készülékek szintjén helyiségszabályozók és -érzékelők találhatók, amelyekkel egy csatolón keresztül valósul meg a kommunikáció.
Épületgépészeti rendszerek vezérlése
- Szelepszabályozás, szivattyúvezérlés
A fűtési, illetve hűtési rendszerek szabályozása a hőcserélő szekunder oldalán beépített folyamatos szabályozású szelep(ek) segítségével történik. Akár fűtési, akár hűtési karakterisztikával működtethet 24 V vagy 230 V AC motoros szelephajtóművet. A szabályozó algoritmus PI-jellegű. A fűtési vagy hűtési körökhöz tartozó szivattyú a hőmérsékleti igény megszűnése után leáll. Újabb hőigény esetén szükség szerint újra elindul. - Szabályozási alapérték
A szabályozási alapérték beállítása történhet az épületfelügyeleti központ grafikus megjelenítő programja vagy az intelligens fali távállítók segítségével a felügyeleti központban meghatározott korlátok között. - Üzemmódok
Két különböző üzemmód biztosítja az optimális energiafelhasználást: normál és gazdaságos. Normál üzemmódban a készülék a 2. pontban meghatározott alapértékek valamelyikére szabályoz. Gazdaságos üzemmódban a készülék csak fűtéssel tartja az alapértéket, amely alapértelmezésben 16 °C, de az épület-felügyeleti rendszer ezt csökkentheti. - Téli/nyári átkapcsolás
A téli/nyári átkapcsolás hőmérséklet- érzékelés segítségével történik, amit szolgáltathat a digitális helyiségtermosztát vagy hőmérsékletérzékelő. Lehetőség van még akár az épületfelügyeleti rendszertől, az adatátviteli vonalon keresztül kiadott parancs alapján az automatikus átváltásra.
Az irányítástechnikai rendszer összefoglalása
A projekt során a debreceni logisztikai központ épületfelügyeleti rendszerének fő feladata az, hogy a telepített alternatív energiával működő rendszerek energetikai vizsgálata megvalósuljon, és az egyes részegységek hatékonysága számszerűsített formában megvilágítást nyerjen, tehát ne csak a teljes komplexum energetikai paraméterei álljanak rendelkezésre, hanem a konkrét rendszereké is. Ebből pedig a továbbiakban egyértelmű következtetést lehet levonni az épület üzemeltetési költségeire. Mindamellett fontos tényező még az épületgépészeti rendszerek energiafogyasztásának minimalizálása a komfortérzet és az üzembiztonság.