Capitolo 1 : Automazione degli edifici

Il controllo centralizzato automatico dei sistemi elettrici, di illuminazione, di ombreggiamento, di controllo degli accessi, di sicurezza e di altri sistemi associati di un edificio è noto come automazione degli edifici (BAS), a volte noto come sistema di gestione degli edifici (BMS) o sistema di gestione dell'energia degli edifici (BEMS). Miglioramento del comfort degli occupanti, gestione efficace del sistema dell'edificio, minor consumo energetico, minori spese operative e di manutenzione e maggiore sicurezza sono alcuni degli obiettivi dell'automazione degli edifici.

Il BAS può monitorare le prestazioni e i guasti dei dispositivi, mantenere il clima di un edificio entro un certo intervallo, illuminare le stanze in base all'occupazione e avvisare il personale addetto alla manutenzione dell'edificio in caso di malfunzionamenti. Rispetto a una struttura non gestita, un BAS si impegna a ridurre le spese energetiche e di manutenzione dell'edificio. Mentre le strutture più vecchie possono essere adattate con un nuovo BAS, la maggior parte degli edifici commerciali, istituzionali e industriali costruiti dopo il 2000 dispone di un BAS.

È comune riferirsi a un edificio controllato da un BAS come un edificio intelligente, "edificio intelligente" o (se si tratta di una casa) una "casa intelligente". Storicamente, BACnet e altri protocolli affidabili e forti sono stati utilizzati in strutture commerciali e industriali, mentre le residenze hanno utilizzato protocolli proprietari come X-10.

Quasi tutti gli edifici verdi a più piani sono costruiti per supportare un BAS per le caratteristiche di risparmio energetico, atmosferico e idrico. La risposta alla domanda per i dispositivi elettrici e il monitoraggio più complesso della ventilazione e dell'umidità necessari per gli edifici isolati "a tenuta stagna" sono funzioni tipiche di BAS. La maggior parte delle strutture ecologiche utilizza anche il maggior numero possibile di elettrodomestici CC a bassa potenza. La gestione della raccolta del calore, dell'ombreggiamento e dello sfiato e la programmazione dell'uso dei dispositivi richiedono spesso un BAS, anche in un progetto passivo che mira a consumare zero energia netta.

I grandi progetti con sofisticati sistemi meccanici, HVAC ed elettrici utilizzano spesso sistemi di gestione degli edifici. Tipicamente, i sistemi collegati a un BMS rappresentano il 40% del consumo energetico di un edificio; Se si tiene conto dell'illuminazione, questa percentuale si avvicina al 70%. Un elemento chiave nella gestione della domanda di energia sono i sistemi BMS. Secondo le stime, i sistemi BMS costruiti in modo improprio consumano il 20% dell'energia utilizzata negli edifici, ovvero circa l'8% del consumo energetico totale della nazione.

I sistemi BMS si collegano occasionalmente al controllo degli accessi (tornelli e porte di accesso che regolano l'accesso e l'uscita dall'edificio) o ad altri sistemi di sicurezza come la televisione a circuito chiuso (CCTV) e i rilevatori di movimento, oltre a gestire l'ambiente all'interno dell'edificio. Gli ascensori e i sistemi di allarme antincendio sono occasionalmente collegati a un BMS per il monitoraggio. Solo il pannello di allarme antincendio ha la capacità di chiudere le serrande del sistema di ventilazione per impedire la propagazione del fumo, spegnere le unità di trattamento dell'aria, accendere i ventilatori di evacuazione dei fumi, inviare tutti gli ascensori al piano terra e parcheggiarli per impedire a chiunque di utilizzarli in caso di incendio.

I metodi di risposta ai disastri (come l'isolamento della base) sono stati inclusi nei sistemi di gestione degli edifici per proteggere le strutture dai terremoti. Recentemente, le aziende e i governi hanno iniziato a cercare di creare soluzioni comparabili per le aree costiere a rischio di aumento del livello del mare e delle zone alluvionali. L'ambiente galleggiante autoregolante si basa sulla tecnologia già in uso per far galleggiare piste e ponti in cemento, come il Mega-Float giapponese e l'SR 520 di Washington.

Una misura variabile viene letta utilizzando un ingresso analogico. Termistore, 4-20 mA, 0-10 volt, termometro a resistenza al platino (rilevatore di temperatura a resistenza) o sensori wireless sono alcuni esempi di sensori di temperatura, umidità e pressione.

Lo stato di un dispositivo può essere determinato da un ingresso digitale. Un interruttore di contatto della porta, un interruttore di corrente, un interruttore del flusso d'aria o un contatto relè libero da tensione sono alcuni esempi di ingressi digitali (contatto pulito). Gli ingressi a impulsi, che contano gli impulsi nel tempo, potrebbero essere utilizzati anche come ingressi digitali. Un misuratore di portata a turbina che trasmette le informazioni di flusso come frequenza di impulsi a un ingresso ne è un esempio.

Monitoraggio del carico non intrusivo

Un dispositivo, come un convertitore di frequenza, un trasduttore I-P (da corrente a pneumatica), una valvola o un attuatore di serrande, è controllato dalla velocità o dalla posizione di un'uscita analogica. Un esempio è una valvola dell'acqua calda che si apre del 25% per mantenere un setpoint. Un convertitore di frequenza che fa salire gradualmente un motore per evitare un avviamento brusco è un altro esempio.

I relè e gli interruttori, oltre a pilotare un carico quando richiesto, possono essere aperti e chiusi utilizzando uscite digitali. Un esempio potrebbe essere quello di illuminare il parcheggio quando una fotocellula rileva che fuori è buio. Un altro esempio potrebbe essere quello di consentire a 24VDC/AC di fluire attraverso l'uscita che alimenta la valvola per aprirla. Anche le uscite a impulsi, che generano una frequenza di impulsi in un determinato periodo di tempo, possono essere classificate come uscite analogiche. Un contatore di energia che calcola i kWh ed emette impulsi alle frequenze appropriate ne è un esempio.

In sostanza, i controller sono computer in miniatura con capacità di input e output. Questi controller sono disponibili in una varietà di dimensioni e hanno la capacità di gestire sottoreti di controller e dispositivi di costruzione che si incontrano regolarmente.

Un controller può leggere gli input per determinare la temperatura, l'umidità, la pressione, il flusso di corrente, il flusso d'aria e altre variabili cruciali. Le uscite danno al controller la capacità di comunicare comandi e segnali di controllo ad altri componenti del sistema e dispositivi slave. Sono possibili anche ingressi e uscite analogici o digitali. A seconda del produttore, le uscite digitali sono talvolta indicate anche come discrete.

I controllori logici programmabili (PLC), i controllori di sistema/rete e i controllori di unità terminali sono i tre tipi di controllori comunemente utilizzati nell'automazione degli edifici. Tuttavia, può essere presente anche un dispositivo separato per collegare sistemi esterni (come un sistema di condizionamento autonomo) in un sistema di automazione centralizzato degli edifici.

Un'unità rooftop package, una pompa di calore, una scatola VAV, un ventilconvettore, ecc. sono solo alcuni esempi dei dispositivi più semplici che possono essere controllati dai controller delle unità terminali. Invece di dover sviluppare nuove logiche di controllo, l'installatore sceglie spesso una delle personalità pre-programmate più adatte al dispositivo da controllare.

Una delle due o più modalità operative di un sistema di automazione degli edifici è l'occupazione. Altre modalità tipiche sono l'orario libero, il riscaldamento mattutino e l'arresto notturno.

La maggior parte delle volte, l'occupazione è determinata dalla programmazione. Quando un edificio è in modalità di occupazione, il BAS mira a fornire un ambiente confortevole e un'illuminazione adeguata. Ciò si ottiene spesso attraverso il controllo basato su zone, che consente agli utenti su un lato dell'edificio di avere un termostato (o altro sistema o sottosistema) diverso rispetto agli utenti sull'altro lato.

Il controller riceve un feedback da un sensore di temperatura nell'area in modo da poter fornire riscaldamento o raffreddamento secondo necessità.

Quando attivata, la modalità di riscaldamento mattutino (MWU) viene eseguita prima che una stanza sia occupata. Il BAS tenta di portare l'edificio al setpoint giusto in tempo per l'occupazione durante il riscaldamento mattutino. Per massimizzare l'MWU, il BAS tiene spesso conto delle condizioni esterne e delle prestazioni passate. Noto anche come inizio ottimale.

I sensori di presenza vengono utilizzati in alcuni edifici per accendere l'aria condizionata o le luci. Il climatizzatore non viene spesso avviato direttamente da un sensore di presenza a causa dei potenziali lunghi tempi di consegna prima che un luogo sia adeguatamente fresco o riscaldato.

Con un sistema di automazione degli edifici o di gestione dell'illuminazione, l'illuminazione può essere attivata, disattivata o attenuata a seconda dell'ora del giorno, nonché in base al sensore di presenza, ai fotosensori e ai timer. Una pratica comune è quella di illuminare una stanza per 30 minuti dopo che è stato rilevato l'ultimo movimento. Per regolare l'illuminazione degli uffici esterni e del parcheggio, una fotocellula posta all'esterno dell'edificio è in grado di rilevare la notte e l'ora del giorno.

Anche la risposta alla domanda è una scelta naturale per il settore dell'illuminazione, poiché molti sistemi di controllo consentono agli utenti di attenuare (o spegnere) le luci per beneficiare degli incentivi DR e dei risparmi sui costi.

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