Zastosowanie inteligentnego systemu budynkowego Domito do zapewnienia efektywności energetycznej w budynku usługowym

Transkrypt

1 HORYŃSKI Marek 1 MAJCHER Jacek 2 Zastosowanie inteligentnego systemu budynkowego Domito do zapewnienia efektywności energetycznej w budynku usługowym WSTĘP Koniec XX wieku to radykalna zmiana koncepcji budynku. Oprócz podstawowych zadań stawianych przed budynkiem duży nacisk położono na jego funkcjonalność. Oznacza to konieczność zapewnienia odpowiedniego komfortu dla użytkowników, jak również redukcję zużycia energii. Te dwa aspekty powodują konieczność wzajemnego przenikania się poszczególnych instalacji zainstalowanych w budynku. Aby było to możliwe, poszczególne instalacje wyposażone są w czujniki, jak i elektryczne elementy wykonawcze. Zastosowanie takich elementów pozwala w łatwy sposób kojarzyć konkretne instalacje. Taka integracja pozwala na tworzenie przyjaznego dla człowieka środowiska, ponadto jest możliwa automatyczna reakcja systemu na zmiany w powiązanych instalacjach. Funkcje korekty nastaw poszczególnych instalacji odbywają się automatycznie, bez ingerencji człowieka. W zależności od typu instalacji, funkcje nadzorcze może pełnić jeden element lub też system decyzyjny może być rozproszony. Wzajemne połączenie wszystkich instalacji pozwala na sterowanie pracą poszczególnych elementów, monitorowanie, jak również zdalny nadzór. System wykrywa i sygnalizuje usterki różnych elementów, jak również w sposób automatyczny reaguje na te zdarzenia zgodnie z zapisanym algorytmem. Ta funkcja pozwala znacząco zwiększyć niezawodność instalacji budynkowych. Możliwość automatycznej kontroli pracy poszczególnych instalacji pozwala zwiększyć efektywność energetyczną budynku [2, 3, 6]. Inną ważną cechą inteligentnego budynku jest możliwość konfiguracji poszczególnych elementów. Rozwiązanie to pozwala na dopasowanie odpowiednich funkcji budynku dla potrzeb indywidualnych klientów. Konfiguracje te mogą być dowolnie modyfikowane przez instalatora i użytkownika budynku. Przed podjęciem decyzji, jaki przyjąć system zarządzania energią w budynku ważne jest dokładne poznanie specyfiki działalności, która ma tam być prowadzona. Pomoże to w wykrywaniu obszarów, w których można uzyskać zmniejszenie kosztów energii. Dzięki temu możliwe jest określenie krótko-, średnio- i długoterminowych oszczędności dotyczących kosztów energii. Współczesne zautomatyzowane systemy budynkowe mogą być stosowane nie tylko do poprawy komfortu życia użytkowników, ale przede wszystkim w celu ograniczenia wydatków związanych ze zużyciem zasobów. Znajdują zastosowanie w obszarach, do których pierwotnie nie były przewidziane [4, 5]. Obszarem nowego zastosowania energooszczędnych systemów budynkowych są zakłady poligraficzne. Poligrafia w Polsce realizuje często nieopłacalne dla drukarzy z Europy Zachodniej zlecenia na nieduże nakłady materiałów reklamowych. Kolejnym wyzwaniem produkcyjnym jest produkcja książek w twardej oprawie, czy albumów, które obecnie powstają na Dalekim Wschodzie. Dla obsługi nowych zleceń niezbędne staje się budowanie centrów poligraficzno-logistycznych. Centra logistyczne i magazynowe są ważnym elementem infrastruktury logistycznej. Logistyka procesów zaopatrzenia w przedsiębiorstwie poligraficznym stanowi bazę, która zapewnia przedsiębiorstwu zasilanie w dobra rzeczowe niezbędne do wykonywania zadań. W wyniku realizacji tych procesów dobra te przepływają od dostawców działających na rynku materiałowym do 1 Politechnika Lubelska, Katedra Inżynierii Komputerowej i Elektrycznej; Lublin ul. Nadbystrzycka 38A. Tel , m.horynski@pollub.pl 2 Politechnika Lubelska, Katedra Inżynierii Komputerowej i Elektrycznej; Lublin ul. Nadbystrzycka 38A. Tel , j.majcher@pollub.pl; Uczestnik projektu "Kwalifikacje dla rynku pracy - Politechnika Lubelska przyjazna dla pracodawcy" współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. 2377

2 magazynów zaopatrzeniowych drukarni. Ważnym aspektem działalności takiego przedsiębiorstwa jest minimalizacja kosztów przy jednoczesnym podnoszeniu jakości obsługi. Poligrafia jest jedną z działalności, która wymaga poprawy energooszczędności. Można to uzyskać stosując różne środki obniżenia kosztów eksploatacji budynku. W celu zapewnienia ciągłości dostaw przedsiębiorstwo musi posiadać budynki magazynowe. Jednym z najważniejszych źródeł kosztów eksploatacji tych obiektów jest energia elektryczna zasilająca systemy oświetlenia, wentylacji, klimatyzacji i urządzeń magazynowych. Ważne jest zastosowanie energooszczędnego oświetlenia oraz nowoczesnych urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. Należy przewidzieć również wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych, np. paneli fotowoltaicznych. Niewątpliwie zastosowanie automatyki budynku pozwoli na uzyskanie pożądanych efektów w obszarze energooszczędnego zarządzania instalacjami takiego przedsiębiorstwa. Kolejnym istotnym, szczególnie w dzisiejszych czasach, elementem jest zastosowanie energooszczędnych urządzeń, które są komponentami realizowanej w danym budynku technologii. Przedsiębiorstwa poligraficzne i zakłady małej poligrafii są obecnie często spotykanymi rodzajami działalności usługowej, które oferują użytkownikom szereg funkcjonalności: kserowanie, skanowanie różnych dokumentów, drukowanie, wywoływanie zdjęć czy też sprzedaż artykułów biurowych. Wiele z tych usług stanowi uzupełnienie warsztatu projektantów różnych systemów budynkowych. Pojawiają się one często w sąsiedztwie lub w obiektach szkół różnego poziomu. Potencjalnym klientom zależy na dobrej jakości usług w przystępnej cenie. Wszystkie te czynniki skłaniają do szczególnego zwrócenia uwagi na możliwości obniżenia zużycia energii poprzez zastosowanie zautomatyzowanego systemu budynkowego. 1. BUDOWA SYSTEMU DOMITO Domito jest zintegrowanym systemem sterowania domem powstałym w 2006 r. Jest to produkt w całości o polskim rodowodzie, od założeń technicznych po wykonanie. Elementy systemu połączone są ze sobą za pomocą magistrali RS-485. Moduły mogą być dołączone do magistrali według następujących topologii: równoległy, gwiazdy, mieszane (ww. rodzaje). Nie zaleca się stosowania magistrali zamkniętych, aby nie tworzyć dwóch dróg do przepływu informacji. Końce magistrali winny być zamknięte rezystorami terminującymi o wartości 120 Ω. Każdy element dołączony do magistrali posiada unikatowy adres, dzięki czemu możliwa jest swobodna komunikacja między urządzeniami. System ten steruje instalacjami jak na rysunku 1 [9]. ogrzewanie oświetlenie klimatyzacja system bezpieczeństwa bramy I rolety sterowanie AGD I RTV Rys. 1. Instalacje nadzorowane przez system Domito 2378

3 W skład systemu Domito wchodzą trzy typy urządzeń: sensory są to urządzenia które dostarczają informacje do systemu. Do sensorów zaliczamy wszelkiego rodzaju wyłączniki, styki, czujniki (np. czujnik temperatury, ruchu), aktory są to urządzenia wyjściowe, które realizują określone funkcje. Przykładem takich urządzeń może być styk załączający silnik rolet czy też elektrozawór umieszczony na kaloryferze, urządzenia przetwarzające są to urządzenia do których trafiają informacje z sensorów. Na podstawie zapisanych algorytmów sterują pracą aktorów przykładowe urządzenie przetwarzające z serii DBW integruje osiem wejść (sensorów) i do ośmiu wyjść (aktorów) [9]. Sygnały dostarczane przez sensory trafiają do wejść modułów bazowych. Moduły te w zależności od konfiguracji mogą pracować jako: wejście analogowe, wejście cyfrowe, jako interfejsy do komunikacji z inteligentnymi modułami rozszerzeń. Wyjścia modułów bazowych mogą być następujących typów: przekaźniki, ściemniacze, wyjścia analogowe 0 10V [2]. System realizujący funkcje inteligentnego budynku może składać się już z jednej jednostki bazowej. Strukturę takiego systemu przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Przykładowa struktura funkcjonowania systemu Domito dla jednej jednostki bazowej [9] 2. APLIKACJA DOMITO MANAGER Wyposażenie zakładu usługowego w system budynkowy Domito polega na zamontowaniu w tablicy rozdzielczej elementów bazowych, rozmieszczeniu aktorów i sensorów oraz wzajemne ich połączenie magistralą komunikacyjną. Fizycznie przygotowaną instalację należy skonfigurować przy pomocy aplikacji Domito manager. Na rysunku 3 przedstawiono okno aplikacji Domito Manager. 2379

4 Aby skonfigurować instalację należy wykonać następujące kroki w programie: utworzenie nowego projektu, dodanie nowych modułów (narzędzia/dodaj nowy moduł), określenie adresów fizycznych dla poszczególnych modułów, definiowanie obiektów wejściowych, wyjściowych i procesorów (zakładka zasoby), wprowadzenie poszczególnych obiektów do okna połączeń (metoda drag & drop), dokonanie powiązań poszczególnych obiektów, wybór typu połączenia, przesłanie utworzonej konfiguracji z aplikacji Domito Manager do systemu Domito przez interfejs USB: DIU-001 (Digital Interface USB). Rys. 3. Aplikacja Domito Manager Wprowadzoną konfigurację wgrywa się za pomocą interfejsu DIU-001 (rysunek 4) tylko do jednego modułu, pozostałe moduły zostaną skonfigurowane automatycznie przez sieć Domito. Rys. 4. Interfejs DIU-001 [9] 2380

5 3. INTEGRACJA DOMITO Z SYSTEMAMI TYPU DESKTOP PUBLISHING (DTP) Dzięki powstaniu i rozwojowi technik informacyjnych systemy DTP wkroczyły do obszarów działalności, w których dotychczas dominowała obsługa ręczna lub wspomagana mechanicznie. Jednym z nowych obszarów zastosowania automatyki budynkowej jest działalność usługowa, system ten może służyć na przykład do sterowania urządzeniami DTP. Technologię poligraficzną można podzielić na operacje technologiczne, które opisują proces uzyskania z surowców ostatecznych produktów poligraficznych. Na każdym etapie stosowane są praktycznie inne technologie i maszyny. W trakcie początkowych faz procesu wydawniczo-poligraficznego określa się sposób realizacji konkretnych zamówień oraz kolejność operacji i przypisuje im konkretne maszyny i materiał. W trakcie powstawania wyrobu poligraficznego wyróżniamy dwie fazy: przedprodukcyjną (Prepress) i produkcyjną (Press i Postpress). Wszystkie etapy procesów poligraficznych są ze sobą technologicznie powiązane. Taki sposób realizacji tej działalności był genezą koncepcji wykorzystania do wspomagania integracji procesów technologicznych w wydawnictwie inteligentnego systemu automatyki budynkowej Domito. System Domito może być urządzeniem nadrzędnym w układzie wielowymiarowym sterowanym za pomocą urządzeń lokalnych. Lokalne podprocesy mogą odwzorowywać poszczególne urządzenia będące komponentami DTP. Inteligentne działanie instalacji zależy nie tylko od właściwego zaprogramowania elementów instalacji Domito (rysunek 5), ale również od umiejętnego zintegrowania z nią systemów należących do otoczenia, np. instalacji słonecznych. Rys. 5. Przykład integracji Domito z systemem DTP wspomagany zasilaniem z odnawialnego źródła energii Inteligentne instalacje pozwalają na doskonalenie pracy tych urządzeń integrując je z systemem zarządzania energią budynku. Panele fotowoltaiczne mogą być wykorzystywane jako dodatkowe źródło zasilania, w sprzyjających warunkach klimatycznych nawet jako podstawowe. Przedstawiony system może być również zarządzany za pomocą techniki programowania graficznego, np. LabView lub specjalnego programu narzędziowego Domito Live opracowanego przez producenta dla systemu Domito. Jedną z zalet stosowania systemu automatyki budynkowej jest oszczędność energii. Potencjalne oszczędności mogą wynikać z integracji systemów automatyki energii cieplnej, powietrza, rolet, systemu SWiN, a także oświetlenia. Rzeczywiste możliwości oszczędzania energii wynikają ze spójności i integracji wszystkich systemów zastosowanych w budynku. Optymalne wyniki uzyskuje się przy odpowiednim wykorzystaniu przez program sterujący dostępnych zasobów sprzętowych. 2381

6 WNIOSKI Zwiększenia zapotrzebowania na surowce energetyczne powoduje poszukiwanie nowych energooszczędnych technologii. Restrykcyjne przepisy unijne, mające na celu ochronę środowiska przez zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, zmuszają państwa członkowskie do wprowadzania energooszczędnych rozwiązań w różnych obszarach gospodarki. Zastosowany system Domito jest całkowicie polską myślą technologiczną. Spełnia założenia polityki proekologicznej. Obecnie system obsługuje 32 moduły bazowe, do których istnieje możliwość podłączenia do 256 urządzeń wejściowych i 256 urządzeń wyjściowych. Jego największą zaletą, w porównaniu do innych inteligentnych systemów budynkowych, są niższe koszty instalacyjne (ok % więcej od tradycyjnej instalacji), oraz możliwość wprowadzenia go etapami (lecz wymaga to wcześniejszego przygotowania okablowania). Ze względu na zamkniętość systemu utrudniona jest integracja Domito z urządzeniami pochodzącymi od innych producentów. Pewnym ograniczeniem jest brak urządzeń do komunikacji bezprzewodowej pomiędzy elementami. Streszczenie Koncepcja budynku inteligentnego narodziła się pod koniec lat osiemdziesiątych ubiegłego stulecia i do dnia dzisiejszego jest rozwijana. Wprowadzenie automatyzacji w wieloaspektowy sektor budownictwa wymusiło szybki rozwój techniki informatycznej. Konieczność zwiększenia komfortu pracy, życia oraz bezpieczeństwa przy jednoczesnej oszczędności energii zainspirowały duże firmy do opracowania inteligentnych systemów sterowania budynkami. W artykule omówiono elementy systemu Domito, ich budowę, parametry oraz możliwe zastosowanie. Przybliżono zasady działania instalacji oraz możliwości i ograniczenia systemu. Wykonano także projekt instalacji elektrycznej dla budynku usługowego z zastosowaniem urządzeń systemu Domito. Szczególną uwagę zwrócono na cechy tego systemu predestynujące go do zapewnienia efektywności energetycznej budynku usługowego. The use of intelligent system Domito to ensure energy efficiency in a printing plant Abstract Intelligent building concept was born in the late eighties of the last century and to this day is being developed. The introduction of automation in a multi-faceted construction sector has forced the rapid development of information technology. The need to increase the comfort of life and safety while saving energy inspired large companies to develop intelligent building control. The article discusses the components of the system Domito, their structure, parameters and possible applications. It was introduced the principle of operation of the system and the possibilities and limitations of the system. It was taken as a project for building electrical installation service using Domito system devices. Particular attention was paid to the features of this system predestined him to ensure the energy efficiency of the service building. BIBLIOGRAFIA 1. Buczaj M., Sumorek A.: Wykorzystanie środowiska LabView do budowy systemu nadzoru kontrolującego parametry klimatyczne i techniczne w pomieszczeniach w gospodarstwie rolnym. Teka Komisji Motoryzacji i Energetyki Rolnictwa PAN, vol. 11, Dyrektywa 2009/28/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE. 3. Holuk M.: Budynek Inteligentny możliwości sterowania domem w XXI w., Scientific Biulletin of Chełm, 1/ Horyński M., Styła S., Boguta A., Buczaj M., Sumorek A.: Model energooszczędnej instalacji domowej w warunkach budownictwa wiejskiego. Motrol. Motoryzacja i energetyka rolnictwa, nr 1, vol. 15,

7 5. Horyński M., Styła S.: Wykorzystanie instalacji magistralnej EIB/KNX do zarządzania energią w samochodach typu CAMPER. LOGISTYKA , nr 3, s Kapica J., Ścibisz M.: Wykorzystanie środowiska LabView do tworzenia instrumentów wirtualnych wspomagających pomiary w inżynierii. Inżynieria Rolnicza, 2(90), Lejdy B.: Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych, Wydanie 3 zmienione WNT, Warszawa, Markiewicz H.: Instalacje elektryczne. WNT, Warszawa MCD Electronics. Materiały producenta na temat systemu DOMITO, Żywiec Ruszel M.: Polska perspektywa pakietu energetyczno-klimatycznego, Nowa Energia, nr 4(10),