2011-1 Ronny Scherf Product Marketing Manager CentraLine c/o Honeywell GmbH Inteligentní řešení 40% veškeré spotřeby energie v Evropě připadá na budovy. Vysoké energetické nároky mají především nemocnice mají však zároveň i obrovský potenciál k optimalizaci procesů a úsporám energie. Významné náklady spojené s energií, instalací a údržbou lze výrazně snížit použitím inteligentních, integrovaných systémů správy budov pro vytápění, chlazení, vzduchotechniku a osvětlení.
V nemocnicích se používá celá řada zdrojů energie (topné oleje, zemní plyn, uhlí a obnovitelné zdroje energie), využívaných v různých částech budovy v podobě tepla (vytápění a vzduchotechnika), chladu (vzduchotechnika, chladírny a operační sály) a elektřiny (provoz zdravotnických a technických systémů, technologická zařízení budov, osvětlení, výtahy atd.). Nejvíce energie spotřebují systémy vytápění, vzduchotechniky a osvětlení. Ze zkušeností vyplývá, že efektivnější řízení těchto spotřebičů dokáže snížit celkovou potřebu energie v typické středoevropské nemocnici až o 20 %. 4 3 5 2 1 1 = Vytápění 2 = Osvětlení 3 = Chlazení 4 = Jiné 5 = Teplá užitková voda Obrázek 1: Rozdělení spotřeby energie v nemocnicích (zdroj: ECN 2002)
Efektivnější využití energie díky optimalizaci Energetickou efektivitu vytápění a vzduchotechnických systémů lze optimalizovat pomocí celé řady opatření. Zaprvé je třeba ověřit, zda je efektivně řízena výroba a distribuce tepla. To samé platí pro správnou regulaci teploty v jednotlivých místnostech. Optimalizované časové programy zajistí správnou teplotu ve správný čas a na správném místě. Ověřit je třeba také funkci řízení parametrů dodávaného vzduchu. Inteligentní systémy sledování obsazenosti jednotlivých místností zajistí, že nevyužité místnosti nebudou zbytečně vytápěny, chlazeny nebo větrány. Obsazenost zjišťují detektory pohybu, které napomáhají zajistit, aby byla energie využívána pouze tam, kde je skutečně zapotřebí. Opatření ke snížení spotřeby energie Vytápění/ vzduchotechnika efektivní řízení výroby a distribuce tepla a regulace teploty v jednotlivých místnostech regulace parametrů vzduchu optimalizované časové programy inteligentní systémy reagující na obsazenost místnotí zjišťování obsazenosti (detektory pohybu) Osvětlení automatizované systémy osvětlení s detektory pohybu a neustálým řízením osvětlení časové programy pro různé scénáře osvětlení Integrace integrace systémů vytápění, vzduchotechniky, osvětlení a dalších elektrických spotřebičů Obrázek 2: Opatření přispívající ke snížení spotřeby energie. Automatizované systémy osvětlení s detektory pohybu a neustálým řízením osvětlení pomáhají snižovat spotřebu energie na osvětlení. Všechna popsaná opatření výrazně snižují spotřebu. Integrované řízení různých systémů může přinést další snížení spotřeby. Integrace znamená, že systémy vytápění, vzduchotechniky a osvětlení (a případně další spotřebiče a zdroje energie) jsou řízeny společně. Za tímto účelem si musí jednotlivé provozy vyměňovat značné množství informací. Tuto výměnu zprostředkovává inteligentní řešení integrace, které lze snadno a nenákladně nainstalovat.
Inteligentní integrace v nemocnici Nordland Hospital v Norsku Nemocnice Nordland Hospital v norském městě Bodø je důkazem toho, že moderní řešení integrace dokáže výrazně přispět k efektivnímu využití energie. Všechny fáze procesu, od programování ke zprovoznění, byly v nemocnici uskutečněny prostřednictvím standardního softwarového nástroje. Integrovány jsou zde následující systémy : systém osvětlení (DALI), regulátory řídícího systému HVAC (BACnet), individuální regulace a ovladače v místnostech (LON), plynové/vzduchové kompresory a chladicí zařízení (Modbus). Všechny provozy jsou připojeny k hlavní řídicí jednotce, díky čemuž je lze ovládat centrálně. Tým, který projekt řídil (CentraLine-Partner GK Norge AS), věnoval zvláštní pozornost integraci systému osvětlení do systému automatizace budovy. Na instalaci zahrnující více provozů bylo kladeno několik požadavků: měla by být otevřená, přizpůsobitelná, přehledná, inteligentní a udržitelná do budoucna. Důležité bylo především vyhnout se autonomním řešením a dokázat systém nastavit v souladu s chováním uživatelů. Pro provozovatele je také velice důležité, aby náklady na instalaci nebyly vyšší než je cena standardního řešení. Systém by však měl přinášet jasnou výhodu v oblasti funkčnosti. Společnost CentraLine Partners se proto rozhodla použít moderní integrovaný systém. Obrázek 3: V nemocnici Nordland Hospital (Bodø, Norsko) přispívá inteligentní, integrované řešení k efektivnímu využívání energie.
Inteligentní integrace místo několika černých skříněk Společnost CentraLine Partners založila své rozhodnutí na tom, že řešení využívající větší počet různých blackboxů (vysoce specializovaných hardwarových a softwarových řešení pro převod protokolu A do protokolu B) již nejsou nejpokrokovější, ačkoli jsou stále široce používaná. Navíc je instalace takových řešení náročná, protože pro každý protokol je třeba použít jiného převodního zařízení a každé takové zařízení vyžaduje odlišnou softwarovou konfiguraci. Pro společnost je pak obtížné provádět změny a vylepšení projektu, protože je vždy třeba zvážit jejich dopad na celý systém včetně všech převodních zařízení. DALI gateways Obrázek 4: Řešení využívající jednotlivá převodní zařízení jsou neefektivní a náročná na údržbu.
Nové integrační platformy však dokážou mnohem více než jen převádět protokoly. Umožňují provést důslednou integraci různých systémů sběrnic do jednotného řešení bez nutnosti používat různý hardware a nástroje pro převodní zařízení. Moderní integrační platforma musí zvládat komunikaci s mnoha protokoly. Příkladem optimálního řešení je systém CentraLineAX a jeho vícejazyčná integrační platforma HAWK, přístupná i prostřednictvím webového prohlížeče. Platforma HAWK už v základní konfiguraci podporuje všechny významné protokoly automatizace budov, protože součástí standardního balíčku jsou ovladače protokolů BACnet, LonWorks a Modbus. HAWK umožňuje integrovanou transparentní konfiguraci všech ovladačů protokolů ve standadním webovém prohlížeči. (via ARENA AX ) DALI Obrázek 5: Integrační platforma HAWK funguje jako Mozek budovy. Integrační platforma je inteligentní rozbočovač, který má přístup ke všem dílčím systémům v budově. Dokáže provádět úkoly jako zpracování dat (např. programovatelná logika), ukládání dat (např. záznam trendů spotřeby energie), vizualizace dat, podpora uvádění do provozu a udělení vzdáleného přístupu k systému. Se systémem CentraLine AX lze dosáhnout nové úrovně kvality a otevřenosti při instalaci integrovaných systémů automatizace budov. Grafické uživatelské rozhraní HAWKu založené na webových stránkách zajišťuje úplný přístup ke všem funkcím systému. Koncoví uživatelé mohou z uživatelského rozhraní ovládat všechny technické systémy (provozy). Vše je sdruženo takříkajíc pod jednou střechou.
Praktická ukázka integrace v nemocnici Nordland Hospital Integrace dílčích systémů v nemocnici Nordland Hospital proběhla s využitím integrační platformy HAWK CentraLine. Systémy platformy HAWK instalované v různých částech nemocnice jsou připojeny k počítačovému serveru komunikací BACnet, a zde jou vizualizovány a provozovány. Systém osvětlení byl integrován do sítě automatizace budovy pomocí protokolu DALI. Výhodou tohoto řešení je, že předřadníky lze integrovat přímo do platformy. Síť DALI je konfigurována prostřednictvím systému HAWK s využitím komponent elite-dali (vyvinutých společností CentraLine Partner Control Network Solutions). Příkazy systému HAWK mohou být napojeny přímo na komponenty DALI. Umožňuje to naprogramovat potřebné vazby mezi jednotlivými systémy. V případě pilotního systému v Bodø jsou spínací povely z komponent LonWorks (např. individuálních regulátorů místností) předávány skupinám osvětlení DALI. V rozhraní HAWK lze veškerou integrační logiku upravovat online. V tomto případě integrační logika popisuje, která řídicí jednotka ovládá kterou skupinu osvětlení DALI. To přináší značné výhody při provádění renovací nebo přestavby místností. V Bodø byly do platformy HAWK integrovány také plynové/vzduchové kompresory a chladicí zařízení, a to prostřednictvím protokolu Modbus. 1 = Obsluha 2 = Integrace 3 = Osvětlení 4 = Řízení místností 5 = Řízení technologií 6 = Plyn 7 = Stlačený vzduch 8 = Chlazení 1 TCP/IP 2 2 DALI TCP/IP 6 7 3 4 5 8 Obrázek 6: Základní schéma systému znázorňuje architekturu integrovaného řídicího systému a ukazuje, jak jsou jednotlivé subsystémy integrovány.
V nemocnicích s rozsáhlými budovami a náročnými instalacemi jsou možnosti vzdáleného přístupu a vzdáleného programování obzvláště přínosné. Ušetří značné množství času a peněz. Vzhledem k tomu, že veškerý přístup je řešen pomocí běžného webového prohlížeče, není zapotřebí instalovat a spravovat žádný speciální software. V Bodø jsou prostřednictvím HAWK integrovány následující služby: - DALI systém osvětlení - BACnet regulátory řídícího systému HVAC - LON individuální regulace místností a ovladače v místnostech - Modbus plynové/vzduchové kompresory a chladicí zařízení Dokonce i systém osvětlení je konfigurován prostřednictvím integrační platformy. K tomuto účelu slouží konfigurační nástroj COACH AX vytvořený speciálně pro platformu HAWK. COACH AX konfiguruje regulátory pro aplikace vytápění a vzduchotechniky, jejich logické vazby, správu alarmů, načítací a monitorovací funkce. Tento nástroj se používá od úrovně integrace až po úroveň vizualizace. Díky integraci mají koncoví uživatelé všechny systémy pod jednou střechou. Provoz integrovaných systémů je řízen jednou centrální jednotkou se společnou provozní filosofií pro všechny subsystémy. Použití koordinovaných nástrojů vede k efektivnější instalaci a provozu a také výrazně snižuje náklady na školení a platy zaměstnanců technických profesí. Ústřední funkce, jako jsou časové programy, stačí jednou nastavit a pak už jen využívat. Tím se snižuje se počet chyb obsluhy, a předchází se kritickým chybám systému.
Výhody Zaprvé, integrace zajišťuje efektivní provoz a umožňuje počítat s náklady na údržbu. Nejvýznamnější výhody integrace jsou následující: - jednoduchá architektura systému - méně komponent - integrované řízení prostřednictvím integrační platformy HAWK - správa a vzdálené monitorování prostřednictvím webového rozhraní Nasazení integrační platformy významně zjednodušuje architekturu systému. S platformou HAWK mají provozovatelé úplnou kontrolu nad všemi spotřebiči i zdroji energie. Přes integrační platformu je ovládán i systém osvětlení. Nejsou zapotřebí další řídící jednotky, protože regulátor s předřadníky jsou přímo propojeny sběrnicí. Uvedení systému osvětlení do provozu probíhá zcela v rámci platformy HAWK. Změny v ovládání lze tedy snadno provést z webového prohlížeče. Řídicí funkce, například plynulé řízení osvětlení na žádanou úroveň, časové programy pro systém osvětlení a scénáře nouzového osvětlení, jsou implementovány přímo v regulátoru a v případě potřeby je lze přeprogramovat pomocí webového prohlížeče. Integrační platforma se také stará o regulaci intenzity osvětlení podle okolního světla. Kdykoli v průběhu provozu je lze tedy chování systému uzpůsobit. Platforma HAWK také umožňuje provádět plně automatizované funkční testy nouzového systému osvětlení. Použití integrační platformy dále snižuje požadavky na školení obsluhy. Jen velmi zřídka dochází k selhání systému v důsledku chyb obsluhy způsobených tím, že personál musí obsluhovat několik různých řídicích systémů. Webové rozhraní nabízí (po řádném ověření práv) plný přístup k programovacím funkcím, je tedy snadné provádět změny systému odkudkoli prostřednictvím webového prohlížeče. Pomocí webového rozhraní lze navíc rozšiřovat systém osvětlení, integrovat nové prvky osvětlení nebo upravit řídicí funkce. Cílem integrace je dosáhnout stability systému již v integračním rozbočovači (HAWK), nikoli až v samotné centrální obslužné jednotce. Rozbočovače jsou rozmístěny decentralizovaně po celé budově a v případě potřeby je lze provozovat jako redundantní systém. Díky spojení jednotlivých provozů lze bez problémů implementovat mezisystémové vazby. Pokud například dojde k detekci požáru, lze na základě této informace okamžitě aktivovat nouzový systém osvětlení a patřičným způsobem přenastavit systémy vytápění a vzduchotechniky. Bez problémů je také možné zavést nové nebo vylepšené funkce. Je možné evidovat zásahy údržby a předávat je do integrační platformy. Mezi standardní funkce patří vyhodnocení provozních časů a zasílání žádostí o údržbu prostřednictvím SMS nebo e-mailu. U rozsáhlejších projektů je také častým požadavkem připojení k řídicím systémům vyšší úrovně, například systémům správy energetických spotřeb. Plně automatizovaný funkční test integrovaných systémů nouzového osvětlení eliminuje nutnost provádět časově náročné a nákladné manuální testy. Koncepce inteligentní integrace založené na propracovaných integračních platformách dokáží sladit zdánlivě neslučitelné cíle. Mezisystémová integrace vytváří transparentní technický systém, který je schopný minimalizovat spotřebu energie, přispívá k efektivnější instalaci a údržbě a zajišťuje bezproblémový provoz.
Zdroje fotografií: Obr. 1: ENC Obr. 2: Nordland Hospital Obr. 3 až 6: CentraLine www.buildingexperts.info Další podrobnosti o CentraLine, včetně kontaktních adres, najdete na stránkách www.centraline.com. CentraLine Honeywell GmbH Böblinger Straße 17 D-71101 Schönaich, Germany