Systemy HVAC oparte na modułach SIMCom IoT

Tajemniczo brzmiący skrót HVAC to krótki skrótowiec od słów: ogrzewanie (H – heating), wentylacja (V – Ventilation) i klimatyzacja (AC – Air Conditioning). W Polsce można spotkać się również ze skrótem COWiG, powstałym od słów: ciepłownictwo, ogrzewanie, wentylacja i gazownictwo. Niezależnie którego z określeń użyjemy, ich znaczenie jest identyczne i kryją się pod nim technologie odpowiadające za wytworzenie i utrzymanie komfortowych warunków pracy i odpoczynku w budynkach. Innymi słowy, systemy te są odpowiedzialne za monitorowanie i dostosowywanie warunków środowiskowych, tak aby w każdym pomieszczeniu panowały zawsze właściwa temperatura i wilgotność, a powietrze było świeże. Poza tym warto wiedzieć, że zachowanie odpowiednich warunków wpływa też optymalnie na fizyczny stan samego budynku. System potrafi np. obniżyć wilgotność i temperaturę w czasie dłuższej nieobecności jego użytkowników. Budynki zaprojektowane z zachowaniem zasad HVAC mogą być chłodzone lub ogrzewane zarówno zimą, jak i latem, przy jednoczesnej dbałości o nawiew i filtrację wtłaczanego do wewnątrz czystego powietrza. Trzeba też pamiętać, że odpowiednie zarządzanie urządzeniami HVAC przekłada się na optymalizację kosztów zużycia energii elektrycznej.

Elementami wykonawczymi systemów HVAC są takie urządzenia, jak centrale wentylacyjne, nagrzewnice, wentylatory, pompy ciepła czy promienniki podczerwieni. Ich działaniem zarządzają odpowiednie sterowniki, bazujące na danych zebranych przez rozmieszczone w terenie czujniki warunków środowiskowych. Projektując system HVAC w niewielkim budynku, można rozważyć przewodowe połączenie wszystkich urządzeń, ale wraz z rozbudową systemu tego typu rozwiązanie staje się dość problematyczne. Znacznie lepszą opcją pozostaje komunikacja bezprzewodowa i rozwiązania typu IoT. Jednym z typów komunikacji, który można wykorzystać do połączenia urządzeń w systemie COWiG, jest radiowa transmisja LTE, znana dość powszechnie ze wszystkich sprzętów mogących połączyć się z Internetem.

W celu dostosowania urządzeń HVAC do nowoczesnych rozwiązań można skorzystać z gotowych modułów LTE produkowanych przez firmę SIMCom. Nie tylko zapewniają one niezawodną łączność i wsparcie transmisji danych, ale także ułatwiają inteligentną transformację starego systemu HVAC.

Moduły SIM7600X

SIM7600X to rodzina modułów wspierających bezprzewodową transmisję danych LTE. Układy tej serii oparto na chipie firmy Qualcomm i przeznaczono na rynek globalny, dzięki czemu obsługują wiele trybów komunikacji bezprzewodowej z maksymalną prędkością 10 Mbps downlink i 5 Mbps uplink.

Ich najważniejszymi cechami są:

• kompaktowy design, dzięki któremu można je bez trudu zaimplementować do własnych rozwiązań;
• mnogość interfejsów zewnętrznych (ADC, GPIO, I2C, PCM, SDIO, SIM, UART, USB 2.0);
• oprogramowanie dostosowane do rozwiązań IoT;
• dostępność wariantów regionalnych (EU/Japonia/Ameryka Północna/Ameryka Łacińska/Australia i Oceania).

Moduły 7672E

 

Fot. 1. SIM7600E-H. Moduły LTE idealne do zastosowań IoT

Drugim typem modułów produkowanych przez SIMCom jest seria A7672E. Tworzą ją nieco bardziej rozbudowane urządzenia LTE, których maksymalna prędkość transmisji downlink wynosi do 10 Mbps i uplink do 5 Mbps. Moduły te również mają niewielkie rozmiary, tak aby inżynier mógł bez problemu dorzucić je do własnego projektu. Poza tym charakteryzuje je:

• wsparcie LTE Cat.1 z 2 G fallback i LTE Cat.1/Cat.1 Bis Protocol;
• wbudowana funkcja GNSS/BT5.0 (tylko konkretne modele);
• kompatybilność z SIM7000/SIM7070/SIM800F;
• obsługa Dual SIM.

Monitorowanie parametrów środowiskowych w czasie rzeczywistym

Moduły SIMCom LTE obsługują istniejącą już sieć LTE i charakteryzują się niezawodną wydajnością komunikacji bezprzewodowej. Czujniki wyposażone w moduły SIMCom LTE wspierają monitorowanie w czasie rzeczywistym stanu pracy urządzeń HVAC. Uzyskane dane mogą być przesyłane do platformy obliczeniowej w chmurze i wyświetlane w postaci wykresów i wskaźników opartych na analizie, dzięki czemu zarządcy budynków są w stanie w bardziej intuicyjny sposób zrozumieć aktualny stan systemu. Dostęp do danych mogą mieć też mieszkańcy czy pracownicy biurowca z poziomu np. telefonu komórkowego.

Automatyczne sterowanie systemami HVAC

Dzięki mnogości interfejsów zewnętrznych moduły SIMCom są kompatybilne z różnymi typami czujników wspieranych przez systemy HVAC w celu automatycznego dostosowania temperatury, wilgotności, jakości powietrza i innych parametrów.

Przykładowo, wyposażony w nie czujnik temperatury może przesyłać aktualną temperaturę w pomieszczeniu do bazy danych, z której rekordy analizowane są w czasie rzeczywistym. W połączeniu z analizą historycznych danych pracy centrali wentylacyjnej, zewnętrznych danych pogodowych, charakterystyki budynku i innych odniesień, jesteśmy w stanie precyzyjnie kontrolować automatycznie temperaturę w pomieszczeniu.

Dane z czujnika jakości powietrza również mogą trafiać do bazy danych za pośrednictwem sieci LTE. System potrafi zaś automatycznie dostosować objętość wtłaczanego, świeżego powietrza poprzez porównanie z ustawioną wartością, tak aby jakość powietrza w pomieszczeniach była zawsze utrzymywana na właściwym poziomie. Opcja natychmiastowego dostarczania danych przez moduł SIMCom LTE sprawia, że urządzenia wykonawcze w systemie HVAC reagują niemal natychmiast na potrzeby użytkowników.

Coraz częściej pojawiające się farmy fotowoltaiczne również mogą być wyposażone w moduły SIMCom, zapewniające bezprzewodową komunikację. Z poziomu takiego modułu da się bez problemu zarządzać i monitorować składniki systemu wchodzące w skład całej instalacji. Dodatkową zaletą bezprzewodowych modułów LTE jest ich zasięg. Farmy solarne dość często stawiane są w dużych odległościach od innych zabudowań, przez co zarządzanie nimi staje się problematyczne – radiowa sieć LTE rozwiązuje ten problem.

Wczesne zapobieganie możliwym awariom dzięki rozwiązaniom SIMCom

Moduły SIMCom poza przesyłaniem danych o warunkach środowiskowych mogą też wysłać do systemu informację o stanie pracy elementów wykonawczych HVAC. Analizując te dane, system jest w stanie przewidzieć awarie, dzięki czemu da się uniknąć kosztownych przestojów oraz zapewnić długą i stabilną pracę systemu COWiG.

Oszczędzanie energii w systemach HVAC

Ciągła praca rozbudowanej instalacji wymaga zużycia dużych ilości energii. Dlatego warto poszukiwać sposobów na zwiększenie efektywności, np. poprzez wdrożenie systemu inteligentnego monitorowania. Zbierając dane środowiskowe, historyczne oraz preferencje użytkowników, system zarządzania może aktywnie dostosować działanie urządzeń, tak aby maksymalnie ograniczyć zużycie energii elektrycznej.

Tekst opracowany przez Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.

TME
www.tme.eu