Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием

Кондиционеры уже давно входят в стандартный набор инженерных систем современного здания, дополняя комплекс традиционных систем. Но активное развитие инженерных сетей обернулось не только повышением комфорта — как известно, у любой медали есть обратная сторона. За последние десятилетия существенно возросло энергопотребление, усложнились управление и мониторинг всех инженерных сетей. Это в равной степени относится как к крупным промышленным объектам, так и к относительно небольшим объектам жилого комплекса. И во многом именно для решения этих вопросов активное развитие получили системы автоматизации зданий.

Всё чаще, приобретая систему кондиционирования, заказчик интересуется возможностями интеграции в «умный дом». Под этим термином многие в России стали подразумевать огромный спектр решений по управлению и мониторингу инженерных сетей. Любые решения, начиная с управления отдельными устройствами с помощью мобильного телефона и заканчивая полноценной автоматизированной системой управления зданиями, слились в одно понятие. Это вызывает путаницу, но не отменяет сути — такие решения востребованы на рынке и продолжат развиваться, даже несмотря на экономические катаклизмы.

В последние годы практически во всём мире активно развивался рынок систем автоматизации зданий. Общие темпы роста были довольно впечатляющими — от 15 до 25 %. Но стоит отметить, что причины, побуждающие клиентов к заказу таких систем в разных странах, могли сильно отличаться. Например, если в Европе основным мотивом для автоматизации является энергосбережение, и только потом идёт комфорт, то в России традиционно было две крайности. Либо на первом плане был комфорт и имиджевая составляющая без оглядки на финансовые аспекты, либо минимальный бюджет и функционал на уровне охранно-пожарной сигнализации. С учётом изменения экономической ситуации ожидается, что основные мотивы, побуждающие российских клиентов к интеграции в АСУЗ, скорректируются, но темпы роста сохранятся практически на том же уровне. И вне зависимости от мотивов заказчика интеграция систем кондиционирования и отопления в автоматизированные системы управления зданием является одной из основных задач.

Ведь, с одной стороны, на эти системы приходится более 40 % эксплуатационных затрат здания, а с другой — именно они непосредственно отвечают за комфорт пользователей.

Преимущества автоматизации

АСУЗ — одна из самых прогрессивных концепций взаимодействия человека с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов. Она позволяет автоматизировать большинство рутинных процессов, при этом существенно повысив эффективность, экономичность и надёжность при эксплуатации здания, оперативность при возникновении аварийных ситуаций, а также комфорт любого пользователя.

Например, система отопления никогда не будет работать против системы кондиционирования, а поддерживаемая температура будет корректироваться по прогнозу погоды, в зависимости от текущих условий, таких как температура и влажность уличного воздуха, сила ветра, время суток и т.п. Исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, большим количеством выключателей при управлении освещением, отдельными контроллерами при управлении кондиционированием, вентиляцией и отоплением, системами видеонаблюдения и др.

Помимо этого можно отметить ещё два важных аспекта — диспетчеризация инженерных систем и автоматический сбор статистических данных.

Диспетчеризация обеспечивает круглосуточное наблюдение за работой всех систем в режиме реального времени. АСУЗ отслеживает даже минимальные отклонения от нормы и тут же информирует диспетчера о потенциальной опасности или ожидаемой поломке. А статистические отчёты о результатах работы инженерного оборудования позволяют анализировать её эффективность и в случае необходимости провести поднастройку систем.

Выбор решения

Благодаря тому, что данное направление весьма востребовано, на сегодняшний день практически все ведущие производители кондиционеров предлагают те или иные решения по интеграции в АСУЗ с помощью различных адаптеров, конверторов и шлюзов. Но из-за того, что каждый производитель использует собственные внутренние протоколы обмена данных, большинство дополнительных устройств интеграции не являются универсальными. С другой стороны, базовые принципы выбора решения по автоматизации и его реализации являются общими для любого производителя.

Учитывая, что задача по интеграции системы кондиционирования, как правило, не предполагает полной разработки всей системы автоматизации здания с нуля, я не буду подробно останавливаться на классификации систем АСУЗ, их особенностях и нюансах, но приведу пример блок-схемы, позволяющей предложить корректный вариант при выборе системы автоматизации (рис. 1).

Таким образом, в большинстве случаев задача сводится к интеграции в один из сетевых протоколов, применяемых в системах автоматизации зданий и сетях управления. И несмотря на то, что таких протоколов очень много, можно выделить наиболее часто применяемые — KNX, Modbus, LonWorks (LonTalk) и BACnet.

Диспетчеризация обеспечивает круглосуточное наблюдение за работой всех систем в режиме реального времени. АСУЗ отслеживает даже минимальные отклонения от нормы и тут же информирует диспетчера о потенциальной опасности или ожидаемой поломке. А статистические отчёты о результатах работы инженерного оборудования позволяют анализировать её эффективность и в случае необходимости провести поднастройку систем

Именно для этих протоколов многие производители имеют готовые решения по интеграции. Если на объекте необходимо интегрироваться в другой протокол, то, как правило, подбирают дополнительный конвертор сторонних производителей. С его помощью согласовывают одно из решений, предлагаемых производителем кондиционеров, с протоколом, который уже есть на объекте.

Управление сплит-системами у всех производителей осуществляется через цифровой сигнал по аналоговому каналу. Любое централизованное управление требует дополнительных адаптеров и конверторов. Наиболее доступными являются решения по интеграции в KNX и Modbus, а также индивидуальное управление со смартфона через Wi-Fi.

В VRF-системах большинство производителей используют свои протоколы обмена данных на основе интерфейса RS-485. Несмотря на ряд достоинств, эти решения имеют небольшую скорость передачи данных и ряд ограничений по построению сети. В VRF-системах GENERAL используется высокоскоростной модифицированный протокол LonTalk с увеличенным фреймом. Обмен данными происходит по экранированному неполярному двухжильному LON-совместимому кабелю. Подключение производится без учёта полярности и последовательности компонентов, возможно соединение звездой. Как правило, мультизональные системы можно относительно легко интегрировать в LonWorks и BACnet.

В качестве наглядного примера интеграции систем кондиционирования в АСУЗ рассмотрим решения, предлагаемые для оборудования GENERAL (рис. 2).

Конверторы для интеграции в KNX и Modbus

Долгое время производители кондиционеров не обращали внимание на запросы по автоматизации небольших жилых объектов и не выпускали конверторы для таких протоколов, как KNX, Modbus и др. Это упущение взялись исправить независимые компании, такие как Intesis и Cool Automation.

Intesis выпускает широкий ассортимент конверторов для интеграции не только в KNX и Modbus, но и другие протоколы для большинства ведущих производителей кондиционеров. Для GENERAL это сетевой конвертор FJ-RC-KNX-1i для интеграции в сеть управления KNX и сетевой конвертор FJ-RC-MBS-1 — для Modbus. Оба конвертора удобны в монтаже, имеют компактные размеры и не требуют дополнительного подключения электропитания. Конверторы допускают подключение до 16 внутренних блоков на одно устройство (будут работать как одна группа). Оба конвертора позволяют интегрировать внутренние блоки сплит-, мультисплит- и VRF-систем. Но данные решения оказались не очень удобными и дорогостоящими в случаях, когда было необходимо подключить более 6-8 внутренних блоков VRF-систем.

Немного по другому пути пошли в Cool Automation, предложив разные решения для сплит-систем и мультизональных систем кондиционирования.

Так, для интеграции сплит- и мультисплит-систем предлагается конвертор CooLinkNet, который, используя интерфейсы RS-232, RS-485 и коммуникационные порты Ethernet, позволяет интегрироваться в такие системы автоматизации зданий, как, например, KNX, HDL, Control4, Crestron, AMX, RTI, SMART и др.

А для VRF-систем предлагается шлюз CoolMasterNet, который использует соединение через USB-переходник и позволяет интегрировать сеть VRF, в которой может быть до 10 наружных и 128 внутренних блоков в АСУЗ на базе Modbus, KNX, HDL, Control4 и др. Также с помощью этого шлюза можно подключить систему кондиционирования к персональному компьютеру, либо управлять со смартфона или планшета через облачный сервер компании.

В 2016 году Fujitsu General Ltd. предложила для оборудования GENERAL новый конвертор UTY-VMGX, который позволяет интегрироваться в Modbus. К одному новому конвертору допускается подключение 128 внутренних и 100 наружных блоков. В одной сети управления VRF может быть до 9 сетевых конверторов UTY-VMGX.

Конвертор для интеграции в LonWorks

Конвертор для интеграции в LonWorks UTY-VLGX позволяет подключать до 128 внутренних и 100 наружных блоков, объединенных в единую сеть управления VRF без ограничения количества используемых переменных. В первую очередь это касается мультизональных систем, но и сплит-системы могут быть также подключены. Для этого каждый внутренний блок сплит- и мультисплит-системы должен быть сначала интегрирован в сеть VRF при помощи одного из специальных сетевых конверторов GENERAL. Подключив сплит-системы к сети управления VRF GENERAL, пользователь получает возможность включать и выключать блоки, выбирать режимы работы, изменять значения температуры и скорости вентилятора, а также настраивать таймер и блокировать операции с индивидуальных пультов через единое центральное управление (центральные пульты, системный контроллер или BMS-системы). К одному сетевому конвертору возможно подключение от 1 до 16 внутренних блоков. При этом все блоки, подключённые к сетевому конвертору, будут восприниматься системой как одна группа с пультом ДУ (иметь одни и те же настройки). Так как каждый сетевой конвертор, подключённый к сплит- и мультисплит-системам, воспринимается системой как один холодильный контур, то количество подключённых сетевых конверторов в одной сети не может превышать 100 штук. Итак, интеграция в LonWorks получается удобной и выгодной для объектов среднего и малого размера, в которых в основном применяются мультизональные системы.

Шлюз для интеграции в BACnet

Интерфейсный шлюз для сети BACnet UTY-ABGX является программным продуктом, то есть взаимодействие с системой кондиционирования осуществляется напрямую с компьютера с установленным программным обеспечением. UTY-ABGX позволяет в полной мере производить мониторинг и управление 4 независимыми сетями с общим количеством до 400 наружных и 1600 внутренних блоков с единого (для всех инженерных систем здания) диспетчерского пульта с помощью сетевого протокола BACnet. В программное обеспечение входит управляющая оболочка, которая позволяет осуществлять контроль и мониторинг системы, а также осуществлять расчёт затрат на электроэнергию. Расчёт происходит без применения дополнительных электросчётчиков, и, соответственно, требуется вручную заносить данные, полученные от поставщика электроэнергии, а система самостоятельно распределит это значение по пользователям в зависимости от работы внутренних блоков за отчётный период. Интеграция в BACnet рекомендуется для автоматизации средних и больших объектов с большим количеством различного инженерного оборудования.

Интеграция системы кондиционирования воздуха в АСУЗ даёт пользователю ряд важных преимуществ в области комфорта, энергосбережения и безопасности

Другие решения

Но не всегда требуется полноценное решение по автоматизации всех инженерных систем здания. Довольно часто пожеланием клиента является только дистанционное управление и мониторинг работы кондиционера при помощи мобильного телефона, смартфона или планшета. А для решения такой задачи независимыми производителями уже выпускается несколько моделей мобильных контроллеров. Такие решения, как правило, на порядок дешевле любой АСУЗ. Как пример можно привести беспроводные контроллеры Air Patrol, с помощью которых пользователь может удалённо, независимо от своего местонахождения задавать нужные настройки для своей сплитсистемы. Air Patrol выпускается в двух основных модификациях: Air Patrol Wi-Fi и Air Patrol Nordic GSM.

Air Patrol Wi-Fi использует защищённые беспроводные каналы для передачи команд кондиционеру, но в местах установки кондиционера и отправки команд требуется устойчивая беспроводная связь с Интернетом.

Air Patrol Nordic GSM работает с SIM-картой через мобильные сети операторов. В любом варианте управление осуществляется через удобное мобильное приложения для iOS, Android или Windows Phone. Кондиционер выполнит команду, полученную от пользователя, и к его приходу в квартире уже будет создана приятная прохлада или комфортное тепло. Контроллеры будут полезны и в загородных домах, например, зимой в отсутствие владельцев с их помощью можно удалённо отслеживать и регулировать температуру, избегая таким образом чрезмерного охлаждения дома и заморозки водопроводных труб, а также контролируя расход электричества.

Резюме

Интеграция системы кондиционирования воздуха в АСУЗ даёт пользователю ряд немаловажных преимуществ в области комфорта, энергосбережения и безопасности. Спектр предлагаемых решений весьма широк и позволяет подобрать наилучший со всех точек зрения вариант. Но необходимо обязательно учитывать не только особенности различных протоколов АСУЗ, но и конкретных брендов кондиционеров.