Podsystemy w automatyce budynkowej

Podstawowym elementem automatyki inteligentnego budynku jest tzw. system zarządzania budynkiem BMS (Building Management System). Pozwala on na integrację, kontrolę oraz nadzór np. w postaci raportowania i sygnalizacji alarmów wszystkich obsługiwanych podsystemów. Podstawowe podsystemy tego typu to:

Podsystem sterowania zasilaniem – kontroluje pracę różnych urządzeń zasilanych prądem elektrycznym. Stosowany jest w celu określenia kiedy urządzenia są włączane i wyłączane lub wymagają mniejszego poboru energii. Ponadto może służyć do obniżenia poboru energii lub przełączenia się na zasilanie awaryjne.
Podsystem HVAC – podsystem sterowania instalacjami ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji i filtracji w oparciu o temperaturę i parametry jakości powietrza, takie jak np. zawartość dwutlenku węgla i wilgotność. Pozwala regulować temperaturę i warunki występujące w pomieszczeniach w zależności o tego, w jaki sposób są one wykorzystywane np. magazyny, pomieszczenia biurowe, kuchnie, itp.
Podsystem pogodowy – wykorzystuje on czujniki np. ciśnienia, temperatury lub natężenia oświetlenia wokół budynku, co pozwala na określanie warunków pogodowych. Na tej podstawie steruje urządzeniami wykonawczymi znajdującymi się w budynku. Przykładowo może podjąć decyzję o automatycznym zamknięciu lub przymknięciu okien, regulować pracą grzejników na podstawie pomiarów temperatury lub sterować oświetlenie wewnętrznym i zewnętrznym w zależności od obecności osób i natężenia światła słonecznego.
Podsystem przeciwpożarowy – podsystem ten składa się zazwyczaj z sieci czujników dymu i temperatury oraz bezpośredniej sieci przeciwpożarowej. Jego zadaniem jest ochrona budynku i jego użytkowników na wypadek pożaru. Jego działanie opiera się na wczesnym wykryciu miejsca powstania pożaru, uruchomieniu w danym pomieszczeniu urządzeń gaśniczych, oraz zapobieganiu rozprzestrzenianiu się ognia na inne pomieszczenia.
Podsystem alarmowy i monitoringu – celem jego stosowania jest ochrona budynku przed intruzami. Składa się on z różnych czujników i detektorów, które wykrywają próby włamania. Pozwala on na automatyczne informowanie o zaistniałych okolicznościach poprzez uruchomienie syren alarmowych i zawiadomienie odpowiednich służb. Podsystem monitoringu, składający się z kamer oraz czujników, na bieżąco rejestruje i archiwizuje wydarzenia zachodzące na terenie budynku.
Podsystem kontroli dostępu – związany jest on z kontrolą dostępu do różnych pomieszczeń osób znajdujących się w budynku.
Sieć teleinformatyczna – podsystem umożliwiający dostęp do sieci teleinformatycznej różnym urządzeniom znajdujących się w budynku. Umożliwia zdalny kontakt pomiędzy osobami w budynku oraz przesyłanie danych multimedialnych.

Jacek Suchenek - Dyrektor Pionu Inteligentnego Budynku, Qumak-Sekom SA

Jaka jest wartość rynku automatyki budynkowej w Polsce ?

Mamy rzetelne dane dotyczące roku 2004. Wtedy rynek szacowano na około 420 mln zł, natomiast tempo wzrostu na 10% w skali roku. Optymistycznie zakładano, że w roku 2007 rynek wzrośnie do 560 mln zł. Nie przewidziano jednak, że w Polsce nastąpi aż taki boom budowlany. Zatem prognoza była znacznie zaniżona. Obecnie, na podstawie rozmów z partnerami i klientami zagranicznymi. wartość rynku samych systemów automatyki budynkowej w 2007 roku oceniamy na poziomie 250-300 mln zł. Należy jednak wziąć pod uwagę wszystkie instalacje niskoprądowe, zapewniające pełną funkcjonalność budynku – wtedy wartość omawianego rynku wynosi prawie 1 mld zł. Próba oszacowania tego rynku jest kłopotliwa ze względu na liczbę i wielkość obiektów, które powstają.

Kto zajmuje się wykonywaniem instalacji w budynkach inteligentnych ?

Obecnie w Polsce rynek systemów automatyki budynkowej szybko rośnie, pojawiają się coraz nowocześniejsze technologie i coraz większe projekty. Realizować je mogą jedynie te firmy, które posiadają zaplecze w postaci wysokospecjalizowanej kadry inżynierskiej. Tylko wartość dodana w postaci wiedzy i doświadczenia specjalistów zapewnia realizację zindywidualizowanych rozwiązań, dostosowanych do specyficznych wymagań Inwestorów. Na polskim rynku liczących się firm jest kilka i są to zarówno integratorzy informatyczni jak i firmy zajmujące się do niedawna systemami zasilania elektroenergetycznego oraz instalacjami sanitarnymi (wentylacji i HVAC).

Z powyższych powodów generalni wykonawcy, inwestorzy nie poszukują już firm, które zajmą się wyłącznie systemami automatyki budynkowej oraz instalacjami teletechnicznymi. Zwykle przetarg dotyczy pełnego pakietu obejmującego projektowanie, wykonanie i wreszcie integrację zastosowanych technologii w obrębie systemów teletechnicznych i elektroenergetycznych. Przy takim podejściu rynek znacznie się rozszerza. Definitywnie trzeba jednak tutaj rozdzielić rynek na systemy instalowane w domach prywatnych od rynku systemów automatyki budynkowej w dużych obiektach komercyjnych. Ten pierwszy jest bowiem domeną niewielkich firm instalacyjnych.

Jakie wymogi stawiane są przed tworzonymi przez nich instalacjami ?

Podstawowymi wymogami stawianymi obecnie systemom automatyki budynkowej są skalowalność i kompleksowość. Zastosowany system powinien obejmować wszystkie występujące w budynku podsystemy monitorujące i nadzorujące prace poszczególnych elementów. Chodzi zarówno o rozwiązania obejmujące: systemy przeciwpożarowe, kontroli dostępu, klimatyzacji, telewizji dozorowej i sieci komputerowej. Alians możliwości nowoczesnej automatyki z IT daje możliwości stworzenia struktury wysokozaawansowanej. Przy takim połączeniu skuteczność zastosowanych technik opiera się głównie na technologii, a nie na właściwych reakcjach personelu rejestrującego rozproszone sygnały. Aktualnie na rynku polskim dostępnych jest kilka tego typu produktów. Zaufaniem cieszą są rozwiązania oferowane przez ekspertów w branży, tj.: Honeywell, Siemens, TAC, Delta Controls.

Obserwując rynek można stwierdzić, że systemy automatyki budynkowej rozwijane są i będą głównie w kierunku możliwości integracji niezależnych systemów takich jak systemy sygnalizacji pożaru, dźwiękowego systemu ostrzegania, itp. Ważnym elementem jest również możliwość wykorzystywania przez systemy automatyki budynkowej wspólnej platformy okablowania strukturalnego i komunikacji poprzez Ethernet.

Struktura hierarchiczna

W większości obecnie spotykanych przypadków system automatyki budynków charakteryzuje się strukturą hierarchiczną. Najpopularniejszy model składa się z trzech poziomów, z których każdy reprezentuje część funkcjonalności całego systemu automatyki budynku. Model taki został przedstawiony na rys. 1.

Najwyższy poziom nazywany jest poziomem zarządzania i odpowiada za realizację zaprogramowanych funkcji oraz nadzoruje wszystkie podsystemy. Grupuje stacje operatorskie, zaś operator ma możliwość konfiguracji oraz monitorowania całego systemu. Ponadto na tym poziomie zarządzania zbierane są i archiwizowane statystyczne dane dotyczące działania systemu.

W następnej kolejności występuje poziom automatyki, który zawiera sterowniki sieciowe i służy do integracji systemowej i sprzętowej, szczególnie gdy w zautomatyzowanym budynku współpracuje kilka systemów w różnych standardach. Ostatni poziom w hierarchii nosi miano wykonawczego. Składa się on z czujników, elementów wykonawczych, elementów wejścia/wyjścia i prostych regulatorów.

Obecnie coraz popularniejszy jest trend tzw. spłaszczania hierarchii, czyli doprowadzania do sytuacji, w której urządzenia znajdujące się w sieci realizują zadania z kilku poziomów. Systemy występujące poniżej poziomu zarządzania zaczynają natomiast charakteryzować się strukturą zdecentralizowaną, np. taką, jak przedstawiono na rys. 2. W tym przypadku zastosowano model dwupoziomowy.

Charakteryzuje się on zbiorem podsieci automatyki, które łączą urządzenia spełniające funkcje z opisanego wcześniej poziomu polowego i poziomu automatyki, nazywane urządzeniami inteligentnymi. Zbiór podsieci automatyki jest połączony jedną siecią główną nazywaną szkieletem (backbone). Do łączenia wykorzystuje się urządzenia o nazwach analogicznych do określeń tych stosowanych w sieciach informatycznych – routery, odpowiedzialne za zachowanie prawidłowego ruchu i synchronizacji pakietów w rozbudowanej sieci, oraz bramy (gateways), tłumaczące wiadomości wysyłane pomiędzy urządzeniami w różnych segmentach w przypadku gdy posługują się odmiennymi protokołami.

Jeśli jedno z urządzeń polowych wysyła dane do urządzenia zlokalizowanego w innym segmencie i informacje są przesyłane oraz tłumaczone przez urządzenia łączące, to jest to komunikacja „dół-góra”. Natomiast w przypadku, gdy jedno z urządzeń poziomu zarządzania pobiera dane z urządzenia łączącego np. dane statystyczne na temat ruchu w danym segmencie, to ten typ komunikacji nazywany jest komunikacją „góra-dół”.

Prędkość przesyłania danych jest zwykle różna w zależności od rozważanego poziomu. Stwierdzono, że pakiety informacji przesyłanie na poziomie urządzeń polowych są znacznie mniejsze niż te, które są przesyłane na poziomie zarządzania. Tak więc im wyższy poziom tym ilość danych wymaganych do przesłania wzrasta, co powoduje że wymagana jest większa przepustowość sieci.

Przykładowo typowa prędkość na poziomie zarządzania to kilka MB/s lub więcej, natomiast na poziomie urządzeń wykonawczych wystarczy często kilka kB/s. Jednak w przypadku urządzeń wykonawczych ważniejsze stają się ograniczenia czasowe i odpowiednia synchronizacja zapewniające prawidłową, zgodną z przeznaczeniem pracę.

Systemy automatyki budynkowej są zwykle projektowane w postaci rozproszonej. Charakteryzują się one szeregiem zalet, czego przykładem są większa tolerancja na uszkodzenia, mniejsze opóźnienia w pętlach regulacji oraz mniej miejsc, w których sieć może się zatkać. Należy jednak pamiętać, że systemy rozproszone są złożone i trudne do zaprojektowania.

Czy budynek jest ekologiczny?

Energia zużywana przez budynki w Europie stanowi 40% całej wykorzystywanej w tym rejonie energii. Aby spełnić zobowiązania określone w protokole z Kyoto, została zaproponowana Dyrektywa Unii Europejskiej dotycząca Wydajności Energetycznej Budynków (EPBD – Energy Performance of Buildings Directive). Została ona po raz pierwszy opublikowana w styczniu 2003 roku i obejmuje wszystkie budynki w Europie. Podstawowe założenia dyrektywy dotyczą:

minimalnych wymagań wydajności energetycznej wszystkich nowopowstałych budynków,
minimalnych wymagań wydajności energetycznej istniejących dużych budynków, w których przeprowadzone zostaną remonty generalne,
certyfikacji energetycznej budynków, która w szczególności ma objąć często odwiedzane budynki użyteczności publicznej,
regularnych obowiązkowych inspekcji systemów ogrzewania i klimatyzacji.