Системы «умный дом» · 2017-12-16 · «Умный дом» — единая...
16
Системы «умный дом» Вопросы энергосбережения при эксплуатации систем «умный дом» Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.Н.Бекетова Кафедра прикладной математики и информационных технологий Автор: Головатенко С.В. Руководитель: зав. кафедрой ПМиИТ проф. Новожилова М.В.
Системы «умный дом» · 2017-12-16 · «Умный дом» — единая система управления в доме, офисе, квартире или
Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.Н.Бекетова
Кафедра прикладной математики и информационных технологий
Автор: Головатенко С.В. Руководитель: зав. кафедрой ПМиИТ проф. Новожилова М.В.
«Умный дом» — единая система управления в доме, офисе, квартире или здании, включающая в себя датчики, управляющие элементы и исполнительные устройства. Управляющие элементы принимают сигналы с датчиков и контролируют работу исполнительных устройств, действуя согласно заданным алгоритмам.
Система «умный дом» может включать в себя следующие элементы: • Отопление дома (посредством радиаторов или теплых полов), • Вентиляция и кондиционирование, • Охранная и пожарная сигнализация, • Система контроля доступа, • Контроль аварийных ситуаций: утечки воды, газа, аварии в электросети, • Видеонаблюдение (локальное и удаленное), • Управление внутренним и уличным освещением, • Распределение видео и аудиопотоков и по помещениям (мультирум), • Управление обогревом ливневой канализации, ступеней лестниц и дорожек, • Контроль над энергопотреблением, ограничение пиковых нагрузок и распределение нагрузок по фазам
питающей сети, • Управление источниками резервного электропитания: аккумуляторными ИБП и дизель-генераторами, • Управления канализационных насосных станций и системам автополива зеленых территорий, • Управление воротами и шлагбаумами, • Управление шторами, рольставнями и жалюзи, • Удаленный мониторинг и управление всеми системами дома через интернет.
Пример системы умный дом
Энергосбережение с помощью систем «умный дом»
Среди основных элементов системы «умный дом», с помощью эффективного управления которыми можно достичь снижения потребления энергоресурсов можно выделить следующие: • система управления отоплением; • система управления кондиционированием; • система управления освещением; • система управления вентиляцией; • система управления доступом солнечного света.
Оптимизация управления отоплением
Управляемый термостат, устанавливаемый на каждый радиатор
Выступающий
Заметки для презентации
Наиболее эффективным является управление отоплением. Основным фактором, позволяющим обеспечить существенную экономию энергоресурсов за счет управляемой системы отопления, является возможность устанавливать различную температуру для разных помещений в разное время суток и дней недели.
Образец автоматизированной системы управления отоплением
Выступающий
Заметки для презентации
Данная система является продуктом фирмы Ecozy. Включает в себя: управляемые термостаты; Основной блок; Приложение для мобильных устройств.
Пример настройки температуры в спальне
Выступающий
Заметки для презентации
Данная система позволяет настроить расписание настройки температуры каждого термостата течении суток и дней недели. Образец настройки для спальни в течении суток приведен на слайде.
Пример настройки температуры в спальне
Выступающий
Заметки для презентации
Образец настройки для спальни в течении недели приведен на слайде. Дополнительной экономии можно достичь за счет реализации взаимодействия системы отопления и вентиляции. Например: эффективнее начать обмен внутреннего и внешнего воздуха, когда разность температур минимальна.
Управление вентиляцией
Система вентиляции Рекуператор
Выступающий
Заметки для презентации
Так же поиски путей снижения расхода энергии, затрачиваемой на отопление здания, должны вестись в направлении уменьшения расхода тепловой энергии на подогрев вентиляционного воздуха. Снижение затрат энергии на вентиляционный воздухообмен может быть достигнуто за счет следующих факторов: - устранение сверхнормативных расходов вентиляционного воздуха (избыточного проветривания); - регулирование вентиляции «по потребности»; - утилизация теплоты удаляемого воздуха; при применении регулируемых приточных или вытяжных устройств эффект энергосбережения достигается за счет устранения сверхнормативных расходов приточного воздуха и затрат на его подогрев, а также уменьшения воздухообмена до минимального уровня в периоды, когда помещение не используется. В системах механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха эффект энергосбережения достигается за счет подогрева приточного воздуха теплотой удаляемого воздуха.
Каждый из этих методов вносит существенный вклад в энергосбережение, однако для достижения максимальной экономии необходима автоматизированная система, способная комплексно управлять данными системами. На западном рынке представлено множество автоматизированных систем управлени. Среди них широко распространены BMS таких фирм: Siemens, Honeywell, Johnson Controls, TAC, Rockwell Automation, Delta, Distech, Circon. Для достижение максимального энергосберегающего эффекта данные системы нуждаются в правильной настройке. Однако данные системы достаточно дорогостоящи и соответственно не распространены в Украине.
Модель управления системами энергосбережения здания
Выступающий
Заметки для презентации
Для повышения энергоэффективности функционирования систем энергосбережения зданий разрабатывается модель автоматизированного управления. Данная система состоит из следующих основных элементов: - система управления отоплением; - система управления кондиционированием; - система управления освещением; - система управления вентиляцией; - система управления доступом солнечного света. Для эффективного функционирования и взаимодействия данных систем необходим определенный набор датчиков, позволяющий эффективно оценивать параметры внешней и внутренней среды. Среди основных элементов системы можно перечислить следующие: Среди сервисных элементов можно перечислить следующие: Эффективность функционирования данной модели определяется, в основном, эффективной оценкой внешних и внутренних факторов, а так же комплексным управлением ее элементами. Наиболее актуальной задачей для повышения эффективности функционирования данной системы является разработка математических моделей и методов оптимизации управления данными системами.
Выбор различных видов энергоресурса, в зависимости от наличия льготных тарифов
Выступающий
Заметки для презентации
В рамках данной системы важным является выбора системы отопления в конкретный момент времени при определенных ограничениях.
На первый взгляд, наиболее экономически оправданным является использование для обогрева помещений газового котла или централизованного отопления. Однако в связи с заинтересованностью производителей электроэнергии в равномерной нагрузке в течение суток на энергосеть, существует возможность для населения использовать многотарифные счетчики электроэнергии. На сегодняшний день существует два способа тарификации: двухзонная и трехзонная. На экране представлена актуальная графическая интерпретация распределения коэффициента тарификации в течение суток. Как видно из графической интерпретации, двухзонная тарификация не принесет пользователю никаких надбавок к тарифу, а в ночное время снизит его вдвое, что может обеспечить целесообразность применения электрических обогревателей. Кроме того, кондиционеры, в отличие от стандартных обогревателей (где электрическая энергия непосредственно преобразуется в тепловую), характеризуются значительно большей теплоотдачей. Однако их применение обусловлено целым рядом ограничений, связанных, в первую очередь, с температурой наружного воздуха. Основная масса подобных устройств способна работать при температуре наружного воздуха незначительно ниже 0°С. В последнее время на рынке появляется множество средств для модернизации систем кондиционирования, позволяющих им функционировать при значительно меньших температурах, однако это сопряжено со значительным снижением их теплопроизводительности. Таким образом, появляется необходимость комбинирования средств поддержания микроклимата для достижения максимальной экономии. Данная цель может быть достигнута путем применения различных средств обогрева в определенный момент времени и определенных параметрах внутренней и внешней среды. Например: кондиционерного отопления в периоды более высокой температуры наружного воздуха, газового при температуре меньшей той, которая приемлема для работы кондиционерного отопления и прямого электрического в ночное время, при спрогнозированной нехватке льготного тарифа на газ.
Состав программно-аппаратного комплекса управления системами обогрева здания:
• - модуль контроля температуры внешней и внутренней среды;
• - анализирующий модуль;
• - модуль управления устройствами обогрева.
Выступающий
Заметки для презентации
При наличии контроля параметров внешней и внутренней среды управление может осуществляться пользователем вручную, однако данные действия потребуют существенных затрат времени и приведут к невозможности эффективного управления при отсутствии пользователя на месте. Таким образом, становится актуальной задача разработки программно-аппаратного комплекса управления системами обогрева помещений. Подобная система должна включать в себя следующие элементы: - модуль контроля температуры внешней и внутренней среды; - анализирующий модуль; - модуль управления устройствами обогрева;
Пример комплекса источников тепла:
• - газовый котел/централизованное отопление;
• - обогрев с помощью кондиционера;
• - электрообогреватели с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую;
Выступающий
Заметки для презентации
Рассмотрим один из наиболее простых вариантов набора источников обогрева: - газовый котел/централизованное отопление; - обогрев с помощью кондиционера; - электрообогреватели с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую;
Пример анализирующего модуля программно-аппаратного комплекса управления системами
