Системы управления энергопотреблением зданий (BEMS): Глобальное руководство

В современном мире энергоэффективность — это не просто модное слово, а необходимость. Здания потребляют значительную часть мировой энергии, что делает их основной целью для оптимизации. Системы управления энергопотреблением зданий (BEMS) предлагают мощное решение для контроля и снижения потребления энергии в коммерческих, промышленных и жилых зданиях по всему миру. В этом руководстве представлен всесторонний обзор BEMS, рассматривающий их преимущества, компоненты, стратегии внедрения и лучшие мировые практики.

Что такое система управления энергопотреблением зданий (BEMS)?

BEMS — это компьютерная система, которая отслеживает, контролирует и оптимизирует энергопотребляющее оборудование в здании. Это централизованная платформа для управления системами ОВКВ (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), освещением, электроснабжением и другими энергопотребляющими системами. Основная цель BEMS — повысить энергоэффективность, снизить эксплуатационные расходы и улучшить комфорт для находящихся в здании людей.

Представьте ее как «мозг» энергетической инфраструктуры вашего здания. Она собирает данные с различных датчиков и счетчиков, анализирует информацию и производит автоматические корректировки для оптимизации энергопотребления. Это может варьироваться от простых задач, таких как выключение света в незанятых помещениях, до сложных алгоритмов, которые прогнозируют спрос на энергию на основе погодных условий и графиков заполняемости.

Зачем внедрять BEMS? Глобальные преимущества

Внедрение BEMS дает множество преимуществ владельцам зданий, их пользователям и окружающей среде:

• Снижение энергопотребления: Это самое прямое и значительное преимущество. BEMS могут выявлять области потерь энергии и оптимизировать работу систем для минимизации потребления. Исследования показывают, что BEMS могут снизить потребление энергии на 10-30%, а в некоторых случаях и больше.
• Снижение эксплуатационных расходов: Снижение энергопотребления напрямую приводит к уменьшению счетов за коммунальные услуги, высвобождая капитал для других инвестиций.
• Повышение комфорта для находящихся в здании: BEMS могут поддерживать оптимальную температуру, влажность и уровень освещенности, создавая более комфортную и продуктивную среду для людей в здании.
• Увеличение срока службы оборудования: Оптимизируя работу оборудования и предотвращая ненужный износ, BEMS могут продлить срок службы систем ОВКВ и других инженерных систем здания.
• Улучшенное управление зданием: Централизованная BEMS предоставляет полный обзор производительности здания, что упрощает выявление и устранение потенциальных проблем.
• Повышение стоимости недвижимости: Здания с BEMS часто более привлекательны для арендаторов и покупателей, что потенциально увеличивает их стоимость.
• Устойчивое развитие и экологическая ответственность: Снижение энергопотребления способствует уменьшению углеродного следа и поддерживает экологическую устойчивость в соответствии с глобальными усилиями по борьбе с изменением климата.
• Соответствие нормативным требованиям: Во многих странах и регионах существуют нормативные акты и стандарты, способствующие повышению энергоэффективности зданий. BEMS может помочь владельцам зданий соответствовать этим требованиям. Например, в Европе Директива об энергетической эффективности зданий (EPBD) устанавливает стандарты энергоэффективности для зданий, и BEMS может иметь решающее значение для их соблюдения.
• Принятие решений на основе данных: BEMS предоставляют ценные данные, которые могут служить основой для будущих улучшений в области энергоэффективности и инвестиционных решений.

Ключевые компоненты BEMS

Типичная BEMS состоит из нескольких ключевых компонентов, которые совместно отслеживают, контролируют и оптимизируют использование энергии:

• Датчики: Эти устройства собирают данные о различных параметрах, таких как температура, влажность, присутствие людей, уровень освещенности и потребление энергии. Датчики стратегически размещаются по всему зданию для получения полного представления о его состоянии.
• Контроллеры: Контроллеры получают данные от датчиков и используют предварительно запрограммированные алгоритмы для автоматической корректировки инженерных систем здания. Например, контроллер может регулировать термостат в зависимости от присутствия людей и температуры наружного воздуха.
• Исполнительные устройства: Эти устройства выполняют команды, посылаемые контроллерами. Примерами могут служить клапаны, управляющие потоком воды в системах ОВКВ, заслонки, регулирующие поток воздуха, и выключатели, управляющие освещением.
• Сеть связи: Эта сеть соединяет все компоненты BEMS, позволяя им обмениваться данными. Распространенные протоколы связи включают BACnet, Modbus и LonWorks.
• Пользовательский интерфейс (панель управления): Это интерфейс, через который управляющие зданием и операторы могут отслеживать его производительность, изменять настройки и создавать отчеты. Современные BEMS часто имеют веб-интерфейсы, доступные из любого места с подключением к интернету.
• Хранение и анализ данных: BEMS собирают огромные объемы данных. Эти данные хранятся и анализируются для выявления тенденций, оптимизации производительности и создания отчетов. Аналитика может помочь выявить области потерь энергии и спрогнозировать будущий спрос на энергию.

Внедрение BEMS: пошаговое руководство

Внедрение BEMS — это серьезная задача, требующая тщательного планирования и исполнения. Вот пошаговое руководство, которое поможет вам в этом процессе:

1. Оценка и планирование

• Проведите энергоаудит: Первый шаг — провести тщательный энергоаудит для выявления областей потерь энергии и потенциальной экономии. Это поможет вам понять схемы энергопотребления вашего здания и определить приоритетные области для улучшения.
• Определите цели и задачи: Четко определите ваши цели и задачи для BEMS. Чего вы надеетесь достичь в плане экономии энергии, снижения затрат и комфорта для людей?
• Разработайте техническое задание: Определите объем внедрения BEMS. Какие инженерные системы здания будут включены? Какой уровень контроля и автоматизации требуется?
• Составьте бюджет: Разработайте реалистичный бюджет, включающий стоимость оборудования, программного обеспечения, установки, обучения и текущего обслуживания.
• Выберите поставщика BEMS: Выберите авторитетного поставщика BEMS с проверенной репутацией и опытом работы с вашим типом здания. Учитывайте такие факторы, как опыт поставщика, технологические предложения, поддержка клиентов и ценообразование.

2. Проектирование и инжиниринг

• Разработайте детальный проект: Совместно с поставщиком BEMS разработайте детальный проект системы, включая размещение датчиков, контроллеров и исполнительных устройств.
• Выберите правильную технологию: Выберите подходящую технологию для ваших нужд, учитывая такие факторы, как протоколы связи, требования к хранению данных и функции пользовательского интерфейса.
• Обеспечьте системную интеграцию: Убедитесь, что BEMS может интегрироваться с существующими инженерными системами здания, такими как пожарная сигнализация, системы безопасности и системы контроля доступа.

3. Установка и ввод в эксплуатацию

• Установите оборудование и программное обеспечение: Установите необходимое оборудование и программное обеспечение в соответствии с проектными спецификациями.
• Настройте систему: Настройте BEMS в соответствии с вашими конкретными потребностями и требованиями.
• Протестируйте и введите систему в эксплуатацию: Тщательно протестируйте и введите систему в эксплуатацию, чтобы убедиться в ее правильном функционировании.
• Обучите персонал здания: Проведите обучение персонала здания по эксплуатации и обслуживанию BEMS.

4. Мониторинг и оптимизация

• Отслеживайте производительность системы: Постоянно отслеживайте производительность BEMS для выявления областей для улучшения.
• Оптимизируйте настройки системы: При необходимости корректируйте настройки системы для оптимизации энергоэффективности и комфорта для людей.
• Создавайте отчеты: Регулярно создавайте отчеты для отслеживания экономии энергии и выявления тенденций.
• Обслуживайте систему: Проводите регулярное техническое обслуживание для обеспечения правильного функционирования BEMS и предотвращения проблем.

Мировые стандарты и протоколы BEMS

Существует несколько мировых стандартов и протоколов, регулирующих работу и совместимость BEMS:

• BACnet (Building Automation and Control Networks): Открытый протокол связи, широко используемый в системах автоматизации зданий. Он позволяет устройствам разных производителей обмениваться данными друг с другом.
• Modbus: Еще один популярный протокол связи, часто используемый для подключения датчиков и счетчиков к BEMS.
• LonWorks: Сетевая платформа, специально разработанная для приложений управления, включая автоматизацию зданий.
• ISO 50001: Международный стандарт для систем энергетического менеджмента. Он предоставляет организациям основу для создания, внедрения, поддержания и улучшения их энергетических показателей. Внедрение ISO 50001 вместе с BEMS может значительно повысить энергоэффективность.
• Стандарты ASHRAE: ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха) разрабатывает стандарты и руководства для систем ОВКВ и энергоэффективности в зданиях. Эти стандарты широко применяются во всем мире.

Примеры успешного внедрения BEMS по всему миру

BEMS были успешно внедрены в самых разных зданиях по всему миру. Вот несколько примеров:

• The Edge (Амстердам, Нидерланды): Это офисное здание считается одним из самых экологичных в мире. Его BEMS отслеживает и контролирует все: от освещения и температуры до заполняемости и энергопотребления, что приводит к значительной экономии энергии и высокому уровню комфорта для людей. Система даже позволяет сотрудникам персонализировать свое рабочее пространство через приложение на смартфоне.
• Бурдж-Халифа (Дубай, ОАЭ): Самое высокое здание в мире использует сложную систему BEMS для управления своей комплексной системой ОВКВ и обеспечения оптимальной энергоэффективности в суровом пустынном климате. BEMS отслеживает и контролирует тысячи точек данных, оптимизируя потребление энергии и поддерживая комфортную среду для находящихся в здании.
• Аэропорт Чанги (Сингапур): Этот отмеченный наградами аэропорт использует BEMS для управления своей обширной инфраструктурой, включая терминалы, взлетно-посадочные полосы и вспомогательные объекты. BEMS оптимизирует потребление энергии, снижает эксплуатационные расходы и улучшает впечатления пассажиров. Система также интегрируется с другими системами аэропорта, такими как обработка багажа и безопасность.
• Коммерческие здания в Токио, Япония: Многие коммерческие здания в Токио внедрили BEMS для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов углерода, что было вызвано государственными нормативными актами и стимулами. Эти системы часто включают передовые технологии, такие как оптимизация энергопотребления на основе ИИ и возможности реагирования на спрос.

Проблемы и соображения

Хотя BEMS предлагают значительные преимущества, существуют также проблемы и соображения, которые следует учитывать:

• Первоначальные инвестиции: Первоначальные инвестиции в BEMS могут быть значительными, особенно для старых зданий, требующих масштабной реконструкции.
• Сложность: BEMS могут быть сложными системами, требующими специальных знаний для установки, настройки и обслуживания.
• Безопасность данных: BEMS собирают конфиденциальные данные о работе здания. Крайне важно применять надежные меры безопасности для защиты этих данных от киберугроз.
• Проблемы интеграции: Интеграция BEMS с существующими инженерными системами здания может быть сложной, особенно если эти системы устарели или используют разные протоколы связи.
• Обслуживание и поддержка: Постоянное обслуживание и поддержка необходимы для обеспечения правильного функционирования BEMS и получения ожидаемых преимуществ.
• Поведение людей: Эффективность BEMS может зависеть от поведения людей в здании. Важно информировать их о том, как эффективно использовать энергетические системы здания.

Будущее BEMS: тенденции и инновации

Область BEMS постоянно развивается, и постоянно появляются новые технологии и инновации. Некоторые из ключевых тенденций, формирующих будущее BEMS, включают:

• Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО): ИИ и МО используются для оптимизации производительности BEMS в режиме реального времени, прогнозирования спроса на энергию, выявления аномалий и автоматизации стратегий управления.
• Интернет вещей (IoT): Устройства IoT обеспечивают более детальный мониторинг и контроль инженерных систем здания, предоставляя огромное количество данных, которые можно использовать для оптимизации энергоэффективности.
• Облачные вычисления: Облачные BEMS предлагают масштабируемость, гибкость и удаленный доступ, упрощая управление и мониторинг производительности здания из любой точки мира.
• Аналитика данных: Передовые инструменты анализа данных помогают управляющим зданиями глубже понять производительность здания и выявить возможности для улучшения.
• Реагирование на спрос: BEMS интегрируются с программами реагирования на спрос, позволяя зданиям снижать потребление энергии в периоды пикового спроса в обмен на финансовые стимулы.
• Умные сети (Smart Grids): По мере распространения умных сетей BEMS будут играть все более важную роль в балансировке спроса и предложения энергии.
• Интеграция с возобновляемыми источниками энергии: BEMS интегрируются с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные панели и ветряные турбины, что позволяет зданиям вырабатывать собственную чистую энергию и снижать зависимость от общей сети.

Заключение: достижение энергоэффективности с помощью BEMS

Системы управления энергопотреблением зданий являются важнейшим инструментом для достижения энергоэффективности и устойчивости в зданиях по всему миру. Отслеживая, контролируя и оптимизируя использование энергии, BEMS могут значительно снизить энергопотребление, сократить эксплуатационные расходы, повысить комфорт для людей и способствовать уменьшению углеродного следа.

Хотя внедрение BEMS требует тщательного планирования и исполнения, преимущества стоят затраченных усилий. По мере развития технологий и ужесточения энергетических норм BEMS станут еще более важными для владельцев и управляющих зданиями, которые стремятся к созданию более устойчивого будущего. Используйте мощь BEMS, чтобы раскрыть весь потенциал энергоэффективности вашего здания.

Практические советы

Вот несколько практических шагов, которые вы можете предпринять для повышения энергоэффективности вашего здания, независимо от того, есть у вас BEMS или нет:

• Начните с энергоаудита: Изучите схемы энергопотребления вашего здания.
• Перейдите на энергоэффективное освещение: Замените старые осветительные приборы на светодиодные.
• Установите умные термостаты: Используйте программируемые термостаты для автоматической регулировки температуры.
• Устраните утечки воздуха: Заделайте трещины и щели вокруг окон и дверей, чтобы предотвратить утечку воздуха.
• Утеплите ваше здание: Улучшите теплоизоляцию, чтобы уменьшить потери и приток тепла.
• Просвещайте людей в здании: Поощряйте их выключать свет и электронику, когда они не используются.
• Рассмотрите возможность установки BEMS: Если у вас большое или сложное здание, BEMS может стать выгодной инвестицией.