Система автоматизации жилого комплекса «Ближняя дача».
Автор: Захаров Н.С. Ведущий специалист по систеамам кондиционирования воздуха, московское предстаительство Mitsubishi Electric
Весной 2006 года в Москве будет сдан в эксплуатацию жилой комплекс «Ближняя дача», на котором установлены мультизональные системы кондиционирования «Сити Мульти» производства Mitsubishi Electric. Генеральным подрядчиком по данному объекту выступала австрийская строительная компания Strabag, проектирование, поставка и монтаж кондиционеров осуществлялись ЗАО «Хиконикс».
Согласно техническому заданию, сформулированному заказчиком, к системе кондиционирования предъявлялись следующие требования:
— энергоэффективность (суммарная электрическая мощность климатического оборудования не должна превышать определенного значения);
— установка узлов и агрегатов системы на крыше зданий (монтаж приборов на фасадах исключен);
— поэтапный ввод в эксплуатацию (по мере выполнения чистовой отделки жилых помещений);
— построение единой системы диспетчеризации климатического оборудования для всего комплекса зданий;
— дифференцированный учет электропотребления в рамках центральной системы.
Наилучшим показателем энергоэффективности среди центральных решений на сегодняшний день обладают мультизональные системы прямого расширения — так называемые, VRF-системы.
Их принципиальным отличием от систем «чиллер-фэнкойлы» является отсутствие промежуточного контура теплоносителя, а, значит, и потерь на промежуточных теплообменниках.
Только VRF-системы позволили вписаться в существующее на объекте ограничение по установочной мощности климатического оборудования.
Современные VRF-системы, использующие хладагент R410A, характеризуются значительной протяженностью фреонопроводов (300—400 м) и позволяют разместить наружные агрегаты вне зоны видимости на кровле зданий.
Необходимость поэтапного ввода системы в эксплуатацию, а именно постепенного подключения внутренних блоков обусловлена растянутым, возможно, на несколько лет, заселением объекта. А уже первых жильцов надо обеспечить работоспособной системой кондиционирования.
Это требование стало второй причиной для выбора системы прямого расширения, а не схемы «чиллер-фанкойл».
Каким же образом будет происходить поэтапный ввод системы в эксплуатацию?
К моменту сдачи дома подрядная организация смонтировала наружные блоки и магистрали хладагента (до входа в квартиры).
Концы жидкостной и газовой труб перекрыты с помощью шаровых запорных вентилей. Кроме того, в каждую квартиру от наружного блока подведена единая сигнальная линия.
Далее, в процессе отделки помещений производится монтаж внутренних блоков и подключение магистралей хладагента к запорным вентилям.
Со стороны внутренних блоков относительно запорных вентилей в газовую и жидкостную магистрали впаиваются клапаны Шредера. Сигнальная линия доводится до распаечной коробки и пока не подключается.
Пусконаладочные работы по подключению новой квартиры к системе очень просты и сводятся к нескольким операциям, для проведения которых необходимо максимум два дня, и функционирование существующей части системы не нарушается. Необходимо отметить, что мультизональным системам прямого расширения «Сити Мульти» не требуется регулировка и настройка в процессе поэтапного ввода.
Алгоритмы управления на основе принципов нечеткой логики (fuzzy logic), заложенные в наружный и внутренний приборы, позволяют системе автоматически подстроиться под новую конфигурацию.
Построение системы диспетчеризации климатического оборудования реализованно при помощи программно-аппаратного комплекса производства Mitsubishi Electric, поскольку в техническом задании отсутствовало требование интеграции кондиционеров в единую систему управления жилым комплексом.
Он состоит из следующих компонентов.
— Универсальный центральный контроллер GB-50A (из расчета один GB-50A на каждые 50 внутренних блоков).
Это универсальный прибор предназначен для выполнения всех основных задач диспетчеризации: центральное управление и контроль, дифференцированный учет электропотребления, ограничение пиковой мощности системы, подключение к сетям BACnet и многих других.
Эта особенность GB-50A позволяет в дальнейшем расширение возможностей системы диспетчеризации и без аппаратной, и без программной модернизации прибора.
Каждый контроллер GB-50A уже имеет все возможные программные модули, и они активируются с помощью специального кода при реализации (активации) той или иной функции.
Полный список встроенных программных моделей приведен в таблице 1. Для связи с компьютером и масштабирования системы управления контроллер оснащен интерфейсом Ethernet. Обмен данными между компонентами системы осуществляется в формате XML.
— Программное обеспечение TG-2000A визуализирует контроль и управление.
Программа позволяет располагать пиктограммы внутренних блоков на поэтажных планах, хранить информацию о электропотреблении, настраивать универсальные контроллеры GB-50A для выполнения специальных функций.
Например, для ограничения пиковой мощности, организации дежурного обогрева или настройки параметров режима энергосбережения. Работа программы основана на взаимодействии с системой управления базами данных (СУБД) MS SQL.
Вся информация о настройках программы, состоянии кондиционеров, а также данные о электропотреблении хранятся в базе данных, что позволяет обеспечить высокую скорость доступа к информации и надежность ее хранения. TG-2000A позволяет под-ключить до 40 универсальных контроллеров GB-50A, т.е. обеспечивает взаимодействие с двумя тысячами внутренних блоков.
— Процесс проектирования системы управления был начат с определения необходимого количества контроллеров GB-50A.
Для чего, принимая во внимание максимально возможное количество внутренних блоков, фиксированное для любой квартиры, сформировали объединения наружных блоков с суммарным количеством внутренних не более 50.
К каждому такому объединению подключен GB-50A. В результате расчета получилось, что в зависимости от этажности на каждое здание жилого комплекса требуется 3-4 универсальных контроллера.
Все контроллеры, а также компьютер диспетчера связываются локальной сетью Ethernet. Для взаимодействия контроллеров GB-50A с программой диспетчеризации TG-2000A следует активировать в них как минимум программный модуль «web-управление».
Раздельный учет электропотребления в рамках центральной системы необходим в каждом многоквартирном доме.
При этом учет электропотребления внутренних блоков не вызывает сложностей — их цепь запитана через вводной автоматический выключатель квартиры, и соответствующие затраты фиксируются квартирным счетчиком.
Сложнее дифференцировать мощность наружного общего для нескольких квартир агрегата. Для решения такой задачи можно поступить просто и, к примеру, разделить затраченную энергию пропорционально площади квартир или поквартирно учитывать продолжительность работы внутренних блоков.
К сожалению, простые решения не обеспечивают справедливого деления затрат и, скорее всего, не найдут понимания у пользователей.
Как же реализовать справедливый учет? Единственный параметр, который можно взять за основу для расчета, — расход хладагента через внутренние блоки. Для этого в универсальном контроллере предусмотрен программный модуль «учет электропотребления».
После его активации GB-50A сообщает программе диспетчеризации, каким именно внутренним блоком загружен наружный агрегат. Этот параметр вычисляется контроллером исходя из степени открытия расширительного клапана внутреннего блока. Такой подход максимально точно рашает поставленую задачу, если службу эксплуатации устраивает ручной ввод данных о электроэнергии, потребленной наружным блоком за расчетный период для каждого внутреннего блока.
Если же требуется полностью автоматизированный учет, вплоть до печати квитанций на оплату, необходимо дополнительно организовать канал сбора данных со счетчиков электроэнергии и подключить его к компьютеру диспетчера.
Mitsubishi Electric предлагает законченное решение на базе свободно программируемого контроллера (PLC) MELSEC серии «Q», которое по силам реализовать любой климатической компании.
Спецификация контроллера приведена в таблице 2.
К входным модулям PLC может быть подключено до 32 счетчиков, имеющих релейный телеметрический выход. Количество счетчиков соответствует числу контроллеров GB-50A.
Они включаются в цепь питания наружных блоков, объединенных GB-50A. Согласно спецификации входного модуля QX40 используется дополнительный источник питания напряжением 24 В постоянного тока.
Специально разработанное программное обеспечение контроллера PAC-YG11CDA осуществляет подсчет импульсов от счетчиков и передачу данных в программу диспетчеризации TG-2000A через модуль Ethernet QJ71E71-100.
Нужно отметить важную особенность представленной схемы учета: компьютер диспетчера используется только для визуализации управления, выполнения финальных расчетов и хранения информации об электропотреблении за прошлые месяцы.
Оперативная информация о коэффициентах загрузки наружного блока и данные со счетчиков обрабатываются и буферизируются по каналам, не зависящим от стабильности операционной системы Windows.
61 день соответствующие данные будут автономно собираться контроллерами (GB-50A и PLC) системы учета электропотребления в случае неисправности компьютера диспетчера.
К сожалению, все возможности схемы Mitsubishi Electric на данном объекте применить не удалось из-за невозможности установить счетчики с релейным телеметрическим выходом.
Вместо них использовали счетчики «Меркурий 230АМ» с импульсным выходом «открытый коллектор», рассчитанным на номинальное напряжение 12 В постоянного тока.
Теоретически существовала возможность замены входного модуля PLC на аналог, работающий с такими же выходными цепями, — QX70.
Но поскольку для подтверждения работо-способности системы требовалась полномасштабная проверка на заводе-изготовителе этой возможностью воспользоваться не удалось.
Приняли комбинированное решение: канал информации о загрузке наружного агрегата внутренними блоками организовать на базе контроллеров GB-50A, а сбор показаний счетчиков осуществлять для них предусмотренными сетевыми решениями.
В итоге реализована следующая система дифференцированного учета электропотребления. Контроллеры GB-50A передают в программу TG-2000A данные о расходе хладагента внутренними блоками каждой квартиры.
Программа поквартирно вычисляет коэффициенты использования наружного агрегата. Сумма коэффициентов для всех квартир в пределах зоны охвата одного контроллера GB-50A (или всех контроллеров) равна единице.
Программа сохраняет таблицу «номер квартиры — коэффициент использования наружного блока» в текстовом файле csv-формата (данные, разделенные запятыми).
Импульсный выход каждого счетчика подключается к преобразователю CAN-интерфейса для объединения счетчиков в сеть и передачи данных в диспетчерскую жилого комплекса.
Компьютер диспетчерской оснащен CAN-преобразователем и специализированным программным обеспечением, поддерживающим обмен данными со счетчиками и сохраняющим их в текстовом формате.
В конце отчетного периода диспетчеру предоставляются два текстовых файла, первый с коэффициентами загрузки наружного блока, второй с показаниями счетчиков.
Специально для этого проекта разработано программное обеспечение производящее форматированный вывод информации — печать квитанций на оплату.
Применение комбинированного решения исключило одно из достоинств первоначальной схемы. Канал сбора данных со счетчиков оказался небуферизированным.
Действительно, исключая PLC, в этой цепи не осталось устройств с памятью, а подсчет импульсов производится программой под операционной системой Windows, которой не принято доверять задачи реального времени.
Тем не менее, если компьютер «зависнет» и пропустит несколько импульсов от счетчиков, то, обнаружив расхождение между показаниями счетчиков и данными программы, диспетчеру потребуется всего лишь вручную восстановить соответствие.
Таким образом, заказчик получил полностью готовое, соответствующее всем пунктам технического задания решение: компактное энергоэффективное оборудование, позволяющее поэтапный ввод внутренних блоков в эксплуатацию, централизованное управление и мониторинг (в том числе удаленно).
Уникальное решение от Mitsubishi Electric кроме прочего позволяет реализовать справедливое распределение энергозатрат между пользователями.
Следует отметить еще один фактор, часто имеющий решающее значение при выборе системы типа «Сити Мульти» от Mitsubishi Electric — ее стоимость для инвестора.
Оплачивая только наружные блоки и трубопроводы, инвестор получает здание с самой современной системой кондиционирования, а повышение класса жилья и соответствующая стоимость квадратного метра с лихвой окупят инвестиции в кондиционирование.
При этом покупатель получает возможность выбирать тип и расположение внутренних блоков в квартире, приобретая их по мере необходимости.