По мере увеличения требований к качеству жизни в зданиях применяются различные типы систем ОВиК (Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) в зависимости от типа зданий для создания наиболее комфортных условий. В результате владельцы и структуры управления зданиями применяют систему энергоменеджмента для внедрения более эффективных и экономичных решений по эксплуатации ОВиК. Она ориентирована на обеспечение оптимального эффекта энергосбережения и удобства пользователя, а не на традиционную цель управления контролем, поскольку применяются новейшие технологии ИКТ (информационно-коммуникационные технологии), такие как облачные вычисления, большие данные, искусственный интеллект на основе глубокого обучения и IoT (Интернет вещей).
LG Electronics – производитель полного спектра оборудования для кондиционирования воздуха, который разрабатывает и производит различные продукты ОВиК. Холодильные и отопительные установки, потребляющие больше всего энергии в здании, были самой большой проблемой производителей с точки зрения энергоэффективности и высокой эффективности. Как ноу-хау для решения этой задачи, применение различных технологий повышения энергоэффективности ко всему зданию является сильной стороной по сравнению с компаниями в других отраслях промышленности. (Схема LG BECON)
Как можно видеть [Схема №1], мировой рынок BEMS (Building Energy Management Systems) превысит более 10 миллиардов долларов к 2024 году. Рассмотрим технологию, применяемую для BEMS (системы энергетического менеджмента здания) среди различных систем энергоменеджмента.
Концепция системы энергетического менеджмента здания BEMS
Традиционно здания могут автоматически управлять различным оборудованием в здании без участия менеджера объекта, используя BMS (Система управления зданием). В аспекте управления энергией, оптимизированный контроль энергопотребляющих объектов важен с точки зрения затрат и окружающей среды. С другой стороны, BEMS использует распределенный метод управления, основанный на облачных вычислениях. Поэтому здесь нет ограничений по пространству и систематически объединяются различные объекты, основанные на масштабируемости. BEMS поддерживает уровень комфорта и реализует надежную оптимизацию энергоменеджмента путем мониторинга внутренней и наружной среды зданий в режиме реального времени (Схема №2)
Необходимость системы энергетического менеджмента здания
Правовой аспект. По данным Международной Энергетической ассоциации, около 40% мирового потребления энергии приходится на эксплуатацию зданий. Использование электричества и первичных источников энергии в зданиях способствует более чем 21% глобальных выбросов парниковых газов. С точки зрения фактических эксплуатационных затрат жизненного цикла здания, энергия составляет около 50%, распределенных на 1-5-летнюю фазу проектирования и строительства, 20-40-летнюю эксплуатационную фазу и 0-1-летнюю фазу сноса (на основе данных Конгресса DENA, Берлин, 2008).
Это происходит потому, что правительства стран во всем мире проводят агрессивную политику энергосбережения, направленную на сокращение выбросов парниковых газов/энергии и создание новых отраслей промышленности. ZEB (Zero Energy Building), рейтинг энергоэффективности зданий и сертификация зеленых зданий, укрепление стандартов проектирования энергосбережения и открытие информации об энергетической эффективности - это правила и нормативы, направленные на повышение энергетической эффективности зданий. Эти стандарты предоставляют различные налоговые льготы и льготы, когда применение BEMS является обязательным. Особенно в Европе политика энергосбережения активно реализуется на уровне Европейского союза, начиная с законодательства и заканчивая сертификацией, как показано ниже [Cхема №3-1].
Согласно директиве Европейского союза по энергетической эффективности зданий (EPBD), энергоэффективность здания означает количество энергии, фактически потребляемое для удовлетворения различных потребностей здания в отоплении, нагреве горячей воды, охлаждении, вентиляции, освещении и вспомогательных нужд. Уполномоченный Европейским союзом CEN (Европейский комитет по стандартизации) имеет стандартизированные методы расчета для повышения экономии энергии в рамках CEN TC247. В 2012 году Европейская ассоциация автоматизации зданий и управления запустила новую систему аудита. (Схема № 3-2)
В BS EN 15232-2012 класс энергоэффективности BACS A охватывает здания с системами автоматизации и управления с высокими энергетическими характеристиками, TBM (Technical Building Management Systems) и включает интегрированное индивидуальное управление помещениями, включая контроль спроса. Класс В включает здания с передовыми системами автоматизации и управления зданиями и TBM; здания класса С имеют только стандартную систему автоматизации и управления зданиями, в то время как здания класса D не имеют энергоэффективной системы автоматизации и управления зданиями. (Схема №3-3)
Технический аспект С недавним развитием ИКТ, новейшие интеллектуальные технологии применяются к зданию для улучшения. Как только интеллектуальная технология применяется к зданию, интеллектуальные датчики контролируют информацию о состоянии внутри и снаружи в режиме реального времени, такую как температура, влажность, CO2 и состояние занятости помещений. Экологические данные внутри здания анализируются и хранятся в виде больших объёмах данных в режиме реального времени, устанавливая USN (вездесущую сенсорную сеть) с использованием функции IoT интеллектуального датчика, а потребление энергии объектами внутри здания анализируется с помощью интеллектуального учета. Кроме того, управляющие команды для оптимизации объекта внутри и снаружи здания могут быть отправлены с использованием стандартных протоколов, таких как BACnet, LonWorks и Modbus, с целью повышения комфорта людей внутри помещения, а также энергопотребления здания, используя облачные вычисления и алгоритм искусственного интеллекта. (Схема № 3-4)
Экономический аспект. Система управления энергией зданий идет в ногу с активной политикой правительства в области зеленого строительства, направленной на сокращение выбросов парниковых газов и создание новых отраслей промышленности. Кроме того, система должна быть рассмотрена владельцами и структурами управления зданими для снижения эксплуатационных расходов и повышения уровня здания за счет эффективного управления системой управления зданием. (Схема №3-5) Прежде всего, комфортная среда для людей внутри здания является самым важным критерием при выборе здания для нахождения в нём.
LG BECON - технологический тренд промышленности
Компании в различных отраслях промышленности, таких как программное обеспечение, сети, коммуникационные услуги и ОВиК, помимо обычных компаний автоматизации, конкурируют за технологию управления энергией зданий на рынке, пересекая границу поля, основываясь на своих превосходящих технологиях в своей области. Эта тенденция свидетельствует о широком диапазоне технологической конкуренции за пределами отрасли, а не конкуренции в одной отрасли, поскольку технологии многих отраслей пересекаются. (Таблица №1)
BECON - торговая марка LG Electronics для энергетического управления зданием, которая включает в себя строительные, климатические и облачные решения. Система LG Electronics BECON оснащена решением управления, специализированным для каждого продукта ОВиК, которое обеспечивает интегрированную конфигурацию управления, соответствующую размерам здания, и более эффективную эксплуатацию здания. Он также контролирует продукты ОВиК с помощью облачных вычислений 24 часа в сутки, независимо от расстояния, и обеспечивает надежные функции технического обслуживания за счет прогнозирования отказов. (Схема 4-2)
В случае больших зданий BECON также предоставляет информацию об управлении и эксплуатации, повышении эффективности и увеличении класса всех объектов в здании, таких как освещение, охрана, электричество и парковка, а также охлаждение и отопление помещений. BECON находит оптимальный компромисс между двумя конфликтующими целями – энергосбережением и поддержанием комфорта, анализируя энергию, которая может быть уменьшена за счет будущего использования и моделирования уровня комфорта. Различная логика управления объектом, встроенная в систему, автоматически комбинируется и выполняется в соответствии с выбранным менеджером коэффициентом энергосбережения. (Схема 4-3)
Кроме того, менеджер может управлять целью по пространству/источнику энергии, так как BECON предоставляет статистические оценки, основанные на прошлых данных. Отображается совокупное потребление энергии источником и подается сигнал тревоги, когда потребление превышает целевое значение, так что менеджер может оптимально управлять энергией здания.
Заключение Сенсорная информация внутри и снаружи здания поступает в режиме реального времени с помощью IoT и накапливается в виде большого объёма данных. Затем облачные серверы обрабатывают данные с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, таких как машинное обучение и распознавание образов. Общая технологическая тенденция глобальных компаний заключается в реализации основанного на прогнозе оптимального управления путем увязки этих данных с различной внешней информацией. Оптимизация энергопотребления при одновременном повышении удобства или комфорта людей в помещении, что является неотъемлемой функцией энергоемких объектов, является наиболее важной целью при применении технологии энергоменеджмента зданий. Система энергоменеджмента не выполняет функцию энергосбережения или ограниченную работу просто для экономии энергии. Поэтому будущая система энергоменеджмента должна будет еще больше развиваться и эволюционировать для достижения двух технических целей - повышения комфорта людей в помещении и энергосбережения.