CC BY
320
19. Таранов М. А., Медведько А. Ю. Возобновляемые энергоносители для автономного энергообеспечения // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 8. С. 2-3.
20. Плотников Н. С. Перспективы применения
твердооксидных топливных элементов в автономной энергетике // Энергетика и ЖКХ. 2013. С. 28.
21. Липилин А. С. ТОТЭ и энергосистемы на их основе. Состояние и перспективы // Электрохимическая энергетика. 2007. Т. 7. № 2. С. 61-72.
APPLICATION OF POWER INSTALLATIONS BASED ON SOLID OXIDE FUEL CELLS
© 2015
L. E. Veselov, master E. V. Kryukov, postgraduate student E. N. Sosnina, doctor of technical sciences, professor of the chair «Electric power engineering, power supply and power electronics»
A. P. Shashkin, postgraduate student Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod (Russia)
Annotation. The paper deals with the application of power installations based on fuel cells allowing to provide uninterrupted power supply to significant consumers remote from centralized electric networks. A comparative analysis of the characteristics of the existing types of fuel cells showed that power installations based on solid oxide fuel cells (SOFC) are the most promising for large-scale applications in the energy sector. Work is executed with financial support of the Ministry of Education and Science of Russia (agreement No. 14.577.21.0073 for a grant from 05.06.2014, the unique identifier of the project is RFMEFI57714X0073).
Key words: significant consumers of electricity, uninterrupted power supply, fuel cells, SOFC, hybrid power installations.
УДК 608.1
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ЖИЛОГО КОМПЛЕКСА
© 2015
С. С. Валиев, студент 4 курса направления подготовки «Информационные системы и технологии» С. В. Кривоногов, преподаватель кафедры «Информационные системы и технологии» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация. Статья посвящена современным энергосберегающим технологиям, которые используются для комфортного проживания. Описаны способы реализации и указаны основные направления развития современных энергосберегающих технологий. Рассказано про управление системой «умный дом». Описано одновременно комфортное и экономное освещение при помощи диммеров. Даны основные типы современных выключателей. Описано дистанционное управление электроустановочными изделиями и то, чем отличаются розетки и выключатели различных производителей. Даны способы соединения проводки с механизмом выключателей и розеток в системе «умный дом». Показан дизайн современных выключателей и розеток. Расписаны принципы управления диммерами. Даны основные технологии, направленные на более эффективное и рациональное использование энергетических и топливных ресурсов. Указаны принципы работы сенсорного светорегулятора, датчика движения, перекрестных выключателей, а также достоинства и недостатки интеллектуального управления всеми конструкциями жилого помещения. Описаны принципы энергоэффективного управления освещением, потреблением воды, микроклиматом. Подробно описана технология KNX, указаны ее преимущества, недостатки, способы применения. Даны принципы управления системой «умный дом» при помощи технологии KNX. Рассмотрены принципы обеспечения корректировки параметров работы системы с применением различных датчиков, которые фиксируют текущие показатели микроклимата в помещениях дома, а также средства для управления в виде переключателей и панелей. Дана концепция «интеллектуального здания», указаны возможности, технологии, принципы создания коммуникационных систем, оборудование автоматизации. Сделаны выводы по современному состоянию развития энергосберегающих технологий на основе управления «умный дом». Описаны примерные экономические обоснования внедрения этой системы.
Ключевые слова: автоматизация жилого комплекса, интеллектуальные системы, каналы связи, системное управление, техническое обоснование, «умный дом», энергосберегающие технологии, энергоэффективные мероприятия.
Энергосберегающие технологии - группа мероприятий, направленных на более эффективное и рациональное использование энергетических и топливных ресурсов. Они реализуются с целью экономии тепловой энергии, электрической энергии, воды, топлива, возобновляемых источников энергии и направлены как на достижение экономической эффективности, рентабельности производства, так и на уменьшение влияния на окружающую среду. К основным энергосберегающим технологиям относят использование энергосберегающего оборудования (энергосберегающие лампы, энергоэффективные электроприборы и др.), управление электроэнергией дома с помощью системы «умный дом», утепление дома [1-15].
Наиболее часто для комфортного проживания и энергосбережения используется система «умный дом». Наибольшая степень комфорта может быть достигнута лишь одним способом - построением единой системы управления всеми электроприборами в пределах одного здания. Для осуществления этой задачи необходимо, чтобы эти электроприборы поддерживали общий «язык» управления - с этой целью в Европе была разработана технология ККХ или единый стандарт приемника [6-10].
Общий канал связи между всеми существующими в доме электроприборами позволяет им передавать и принимать информацию от системных устройств, управляемых специализированными программами. По принципу работы система KNX внешне схожа с локальной сетевой связью между компьютерами, однако она используется значительно шире -полученные от датчиков сигналы обрабатываются системными устройствами, выработанные на основе программного анализа данных команды отправляются одному исполнительному механизму или нескольким сразу, причем при получении команды каждый исполнитель подтверждает ее получение.
Система управления домом, основанная на технологии KNX, позволяет управлять всеми электроприборами одновременно лишь нажатием одной кнопки. Сценарии, следуя которым система управления создает необходимый уровень комфорта для домочадцев, программируются ими согласно личным потребностям. К примеру, в заданное утреннее время система автоматически откроет рольставни, активирует нагрев воды в бойлере и включит электрическую кофеварку.
В состав системы входит метеорологический комплекс, управляющий температурой воздуха в помещениях на основе анализа текущего состояния атмосферы вне здания - при потеплении интенсивность отопления снижается, увеличивается поступление внешнего воздуха. И наоборот - при усилении ветра окна будут автоматически перекрыты рольставнями, воздухозабор сводится к минимуму.
Дома, оборудованные такой системой управления, можно без опаски оставлять на время отдыха -электроприборы будут следовать запрограммированному сценарию, полностью имитируя присутствие домочадцев.
Помимо описанных достоинств система KNX позволяет на 1/3 снизить затраты электроэнергии и расходы на ее оплату - включение приборов производится только тогда, когда это необходимо.
Для экономии электроэнергии часто используется экономное управление освещением.
До появления этих устройств единственным способом понизить или увеличить интенсивность освещения было уменьшение или увеличение числа осветительных ламп определенной мощности.
Первые их них - диммеры - предназначены для управления яркостью освещения, с их помощью можно менять освещение на более комфортное, приглушая или усиливая его.
Устанавливаемые последовательно в электрическую цепь освещения диммеры позволяют уменьшить потребление светильниками электроэнергии, одновременно повышая срок службы осветительных приборов. Недостатками светорегуляторов являются: узкая специализация; они предназначены лишь для определенного типа ламп (накаливания, галогенных); имеют различную мощность, причем наибольшая не превышает 1000 Вт (использование особых усилителей позволяет повысить мощность до 3 КВт, но не более того). Использование в качестве источников освещения люминесцентных ламп осложняет управление ими при помощи светорегулятора, т. к. в их конструкции присутствует индивидуальный трансформатор. Лишь наиболее крупные производители электроустановочных изделий производят диммеры для таких ламп [11-14].
По принципу управления диммеры подразделяются на клавишные, поворотные, поворотно-нажимные и сенсорные. Клавишные светорегуляторы работают так - короткое касание клавиши включает освещение, повторное касание его выключает, удер-
живание пальцев на клавише меняет яркость освещения. Поворотные диммеры управляются вращением выпуклой кнопки, поворотно-нажимные - включение и выключение освещения управляется нажатием кнопки, интенсивность - ее вращением. Сенсорный светорегулятор активирует освещение при касании пальцем его поверхности, удержание пальца меняет степень яркости, повторное касание выключает свет.
Полностью отказаться от выключателей позволят датчики движения, принцип действия которых основан на инфракрасном излучении. Обычно их устанавливают в переходах, лестничных пролетах и коридорах, следовать по которым в темноте чревато падением, а обнаружить выключатели освещения не так просто. Стоит человеку оказаться в зоне действия датчика движения, как мгновенно включается свет, как только он покидает территорию, доступную инфракрасному лучу - освещение отключается.
Однако такие датчики не будут эффективны при условии неподвижности человека - отсутствие движение для них означает необходимость отключения освещения. В этом случае подойдут специальные устройства - датчики присутствия, активирующие осветительные приборы в течение всего времени, пока кто-то из домочадцев находится в комнате, и отключающие свет, когда в зоне действия их датчиков людей не будет. Датчики присутствия значительно более чувствительны, чем датчики движения, они включают освещение при любом, даже самом слабом движении в зоне их действия.
В зависимости от модели и назначения управляющие освещением датчики имеют различный угол обзора. Уличные модели, угол обзора которых обычно равен 200-270°, а дистанция действия 3-14 м, выставляются на углах зданий, высота их размещения - 2 м. Домашние датчики выставляются на высоте от 0,8 до 1,1 м, их угол обзора обычно равен 180о, расстояние, на котором действуют инфракрасные лучи, - до 12 м. Наиболее простые модели датчиков движения и присутствия обладают небольшой зоной действия ик-лучей, они активируют освещение только при появлении человека, игнорируя домашних животных, что является несомненным плюсом [15-20].
Датчики движения и присутствия допускают настройку на период времени, в течение которого освещение сохраняется, несмотря на прекращение движения в зоне действия ик-лучей. Кроме того, необходимо задать им уровень освещенности помещения, при котором не требуется включать светильники, что позволит исключить активацию освещения в дневное время суток.
Помимо описанных средств управления освещением существуют электроустановочные изделия с таймерами и автоматическими выключателями. Первый тип предназначен для подачи электроэнергии в течение заданного периода времени, что удобно, к примеру, при управлении осветительными приборами на лестничных клетках. Изделия второго типа -розетки, автоматически прекращающие подачу электропитания при перегрузке сети, коротком замыкании и утечке тока за пределы электросети (в землю).
Современные энергосберегающие технологии, основанные на данных изделиях, позволяют не только экономить электроэнергию, но и создавать действительно комфортную обстановку в доме.
Эксперты подсчитали: инсталляция полноценной системы «умный дом» для трехкомнатной квартиры (до 150 кв. м), включающая управление освещением, теплым полом, вентиляцией, охранной и пожарной сигнализацией, контроль утечки воды и газа, а также GSM-связь с хозяином, обойдется приблизительно в 20 тысяч долларов
Для коттеджа площадью до 250-300 кв. м, где помимо перечисленных выше функций обеспечивается управление системами отопления и водоснабжения, а также электрическими воротами, бюджет составит порядка 30 тысяч долларов. С учетом дополнительных работ по монтажу и замене домашней техники на более продвинутые модели бюджет может увеличиться как минимум вдвое. Но продавцы утверждают, что результат того стоит. Средний срок окупаемости «умного дома», по их подсчетам, составляет пять-восемь лет. Вернуть вложенное владелец жилища может за счет экономии на коммунальных платежах. Так, за счет рационального управления освещением расходы на свет реально сократить на 30 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сопер М. Э. Практические советы и решения по созданию « Умного дома ». М. : НТ Пресс, 2007. 432 с.
2. Тесля Е. А. «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире. Санкт Петербург, 2008. 224 с.
3. Харке В. Н. «Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве». М. : Техносфера, 2006. 292 с.
4. Элсенпитер Т. Р. Умный дом строим сами. КУДИЦ-ОБРАЗ, 2009. 384 с.
5. Гололобов В. Н. «Умный дом» своими руками. М. : НТ Пресс, 2009. 416 с.
6. Химические технологии. [Электронный ресурс]. URL:http://www.engineer-oht.ru (дата обращения 02.12.2014).
7. Федоров И. Сколько этажей у интеллектуального здания? Бизнес: Организация, Стратегия, Системы. № 10. 2009 г.
8. Архипов В. Системы для «интеллектуального» здания // Строй Маркет, 2009. № 45 .
9. Авдуевский А. Крыша для интеллекта // Журнал сетевых решений LAN, 2008. № 12.
11. Информация сайта [Электронный ресурс] URL: http://www.fieldbus.narod.ru/ (дата обращения 02.12.2014).
12. Смирнов И. Г. Должны ли кабельные системы быть структурированными? // Вестник связи, 2008. № 8.
13. Королев Ю. «Умный дом: приятная неизбежность» [Электронный ресурс] URL: http: // www.sf.perm.ru /kd_dop _house.html (дата обращения 02.12.2014).
14. Гололобов В. Н. «Умный дом» своими
руками. М. : НТ Пресс, 2007. 416 с.
15. Тесля Е. В. «Умный дом» своими руками. Своим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире (+CD), 2008.
15. Марк Э. С. Практические советы и решения по созданию «Умного дома», НТ Пресс, 2007.
16. Харке В. Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и системы коммуникаций в жилищном строительстве. Техносфера, 2006 г.
17. Кашкаров А. П. Электронные схемы для «умного дома»
18. Elite-systems [Электронный ресурс] URL http://www.elite-systems.ru/ (дата обращения 04.12.2014).
19. Housecontrol [Электронный ресурс] URL: http://www.housecontrol.ru/ (дата обращения 04.12.2014).
20. Master-dom [Электронный ресурс] URL: http://master-dom.ru/ sub/mcs /struktura. html (дата обращения 05.12.2014).
AUTOMATION OF A RESIDENTIAL COMPLEX
© 2015
S. S. Valiev, student of the fourth course «Informational systems and technologies»
S. V. Krivonogov, teacher of the chair «Informational systems and technologies»
Nizhniy Novgorod state engineering-economic university, Knyaginino (Russia)
Annotation. The article is devoted to modern energy-saving technologies, which are used for a comfortable stay. Describes the methods of implementation and indicate the main directions of development of modern energy-saving technologies. Learn about the management system of «smart house». Described simultaneously comfortable and economical lighting with dimmers. The basic types of modern circuit breakers. Describes remote control of electrical installation and what is the difference between sockets and switches from different manufacturers. Given the ways of the wiring connection with the mechanism of switches and sockets in the system «smart house». Shows the design of modern switches and sockets. Handpainted management principles dimmers. Given the basic technologies aimed at more efficient and rational use of energy and fuel resources. The principles of operation of a touch dimmer, motion sensor, cross switches, as well as the advantages and disadvantages of intelligent control of all the designs of the dwelling. Describes the principles of energy-efficient control of lighting, water consumption, microclimate. Described KNX technology, state its advantages, disadvantages, methods of application. Given the principles of the management system of «smart house» with the help of the KNX technology. The principles of ensuring the adjustment of the parameters of the system using various sensors which detect the current levels of the microclimate in the premises of the house, as well as tools for management in the form of switches and panels. Given the concept of «intelligent building», given opportunities, technologies, principles of communication systems, automation equipment. The findings on the current state of development of energy-saving technologies on the basis of control, «smart house». Described in an approximate economic justification for the implementation of the system.
Keywords: automation of a residential complex, intelligent systems, communication channels, system management, technical rationale, smart home, energy saving technologies, energy efficiency measures
