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ビルオートメーション( BAS ) は、ビル管理システム( BMS ) またはビルエネルギー管理システム( BEMS )とも呼ばれ、建物のHVAC (暖房、換気、空調)、電気、照明、遮光、アクセス制御、セキュリティシステム、およびその他の相互関連システムの自動集中制御です。ビルオートメーションの目的には、居住者の快適性の向上、建物システムの効率的な運用、エネルギー消費の削減、運用および保守コストの削減、セキュリティの強化などがあります。
BAS 機能により、建物の気候を指定範囲内に維持したり、占有状況に基づいて部屋に照明を提供したり、パフォーマンスやデバイスの故障を監視したり、建物のメンテナンス スタッフに故障アラームを提供したりできます。BAS は、制御されていない建物と比較して、建物のエネルギーとメンテナンスのコストを削減します。2000 年以降に建設されたほとんどの商業、公共、産業用建物には BAS が組み込まれていますが、古い建物には新しい BAS を後付けすることもできます。
BASによって制御される建物は、インテリジェントビル[1]、「スマートビル」、または（住宅の場合は）「スマートホーム」と呼ばれることがよくあります。商業ビルや工業ビルは歴史的に、堅牢で実績のあるプロトコル（BACnetなど）に依存してきましたが、住宅では独自のプロトコル（ X-10など）が使用されていました。
無線センサーネットワークとモノのインターネットの登場により、Zigbee、Bluetooth Low Energy、LoRaなどの低電力無線通信技術を使用してローカルセンサー、アクチュエータ、処理デバイスを相互接続するスマートビルディングが増えています。[2]
ほぼすべての多階建てグリーン ビルは、エネルギー、空気、水の保全特性のために BAS を収容するように設計されています。電気機器の需要応答は BAS の典型的な機能であり、気密断熱ビルに必要なより高度な換気と湿度の監視も同様です。ほとんどのグリーン ビルでは、可能な限り多くの低電力 DC 機器も使用されています。正味エネルギーをまったく消費しないことを目的としたパッシブハウス設計でも、通常は熱の捕捉、遮光と換気、機器の使用スケジュールを管理する BAS が必要です。
特徴
ビル管理システムは、大規模な機械、空調、電気システムを備えたプロジェクトで最も一般的に導入されています。BMS にリンクされたシステムは、通常、建物のエネルギー使用量の 40% を占め、照明を含めると、この数字は 70% に近づきます。BMS システムは、エネルギー需要を管理する上で重要なコンポーネントです。不適切に構成された BMS システムは、建物のエネルギー使用量の 20%、または米国全体のエネルギー使用量の約 8% を占めていると考えられています。[3] [4]
BMS システムは、建物の内部環境を制御するだけでなく、アクセス制御 (建物への出入りを許可する人物を制御する回転式改札口やアクセス ドア) や、閉回路テレビ(CCTV) や動作検知器などの他のセキュリティ システムとリンクされることもあります。火災警報システムやエレベーターも、監視のために BMS にリンクされることがあります。火災が検知された場合、火災警報パネルだけが換気システムのダンパーを閉じて煙の拡散を止め、空調装置を停止し、排煙ファンを起動し、すべてのエレベーターを 1 階に送って人が使用できないように停止させることができます。
建物管理システムには、地震から建物を守るための災害対応メカニズム（基礎免震など）も組み込まれています。最近では、企業や政府が洪水地域や海面上昇の危険がある沿岸地域向けに同様の解決策を模索しています。自己調整型浮体環境は、ワシントンのSR520や日本のメガフロートなど、コンクリート橋や滑走路を浮かべる既存の技術から引き継がれています。[5]
入力と出力の種類
センサー
アナログ入力は、変数の測定値を読み取るために使用されます。例としては、サーミスタ、4～20 mA、0～10ボルトまたは白金抵抗温度計（抵抗温度検出器）などの温度、湿度、圧力センサー、またはワイヤレスセンサーがあります。
デジタル入力は、デバイスのオン/オフを示します。デジタル入力の例としては、ドア接点スイッチ、電流スイッチ、エアフロースイッチ、無電圧リレー接点 (ドライ接点) などがあります。デジタル入力は、一定期間のパルスをカウントするパルス入力である場合もあります。例としては、入力にパルスの周波数としてフローデータを送信するタービン流量計があります。
非侵入型負荷監視[6]は、デジタルセンサーとアルゴリズムを利用して、回路の電気的または磁気的特性から機器やその他の負荷を検出するソフトウェアです。ただし、イベントの検出はアナログ手段で行われます。これらは非常にコスト効率が高く、識別だけでなく、起動時の過渡現象、回線または機器の障害などを検出するのにも役立ちます。[7] [8]
コントロール
アナログ出力は、可変周波数ドライブ、IP (電流-空気圧)トランスデューサー、バルブまたはダンパーアクチュエータなどのデバイスの速度または位置を制御します。例としては、設定値を維持するために 25% 開く温水バルブがあります。別の例としては、急な始動を避けるためにモーターをゆっくりと加速する可変周波数ドライブがあります。
デジタル出力は、リレーやスイッチを開閉したり、コマンドに応じて負荷を駆動したりするために使用されます。例としては、光電セルが外が暗いことを示したときに駐車場のライトをオンにすることが挙げられます。別の例としては、24VDC/AC を出力に通してバルブに電力を供給し、バルブを開くことが挙げられます。アナログ出力は、一定期間にわたってパルス周波数を発するパルス型出力である場合もあります。例としては、kWh を計算し、それに応じてパルス周波数を発するエネルギー メーターがあります。
インフラストラクチャー
コントローラ
コントローラは、基本的に、入出力機能を備えた小型の専用コンピュータです。これらのコントローラは、建物内によく見られるデバイスを制御したり、コントローラのサブネットワークを制御したりするために、さまざまなサイズと機能を備えています。
入力により、コントローラは温度、湿度、圧力、電流、空気の流れ、その他の重要な要素を読み取ることができます。出力により、コントローラはコマンドと制御信号をスレーブ デバイスやシステムの他の部分に送信することができます。入力と出力は、デジタルまたはアナログのいずれかです。デジタル出力は、メーカーによってはディスクリートと呼ばれることもあります。
ビルオートメーションに使用されるコントローラは、プログラマブル ロジック コントローラ (PLC)、システム/ネットワーク コントローラ、および端末ユニット コントローラの 3 つのカテゴリに分類できます。ただし、サードパーティ システム (スタンドアロン AC システムなど) を中央のビルオートメーション システムに統合するために、追加のデバイスが存在する場合もあります。
端末ユニット コントローラは通常、照明や、パッケージ屋上ユニット、ヒート ポンプ、VAV ボックス、ファン コイルなどのより単純なデバイスの制御に適しています。インストーラーは通常、制御するデバイスに最適な、利用可能な事前プログラム済みのパーソナリティの 1 つを選択するため、新しい制御ロジックを作成する必要はありません。
占有率
占有モードは、ビル自動化システムの 2 つ以上の動作モードの 1 つです。その他の一般的なモードには、非占有モード、朝のウォームアップ モード、夜間のセットバック モードがあります。
占有状況は通常、時間帯スケジュールに基づいています。占有モードでは、BAS は快適な気候と適切な照明を提供することを目的とし、多くの場合、ゾーンベースの制御を使用して、建物の片側のユーザーには反対側のユーザーとは異なるサーモスタット (または異なるシステム、またはサブシステム) が使用されるようにします。
ゾーン内の温度センサーはコントローラーにフィードバックを提供し、必要に応じて暖房や冷房を提供できます。
有効にすると、朝のウォームアップ (MWU) モードが占有前に実行されます。朝のウォームアップ中、BAS は占有開始に間に合うように建物を設定温度にしようとします。BAS は多くの場合、屋外の状況と過去の経験を考慮して MWU を最適化します。これは最適化された開始とも呼ばれます。
一部の建物では、照明や空調の作動に人感センサーを利用しています。空間が十分に涼しくなったり暖かくなったりするまでに長い時間がかかる可能性があるため、空調は人感センサーによって直接開始されることはほとんどありません。
点灯
照明は、ビルオートメーションや照明制御システムを使用して、時刻、占有センサー、光センサー、タイマーに基づいてオン、オフ、または調光できます。[9]典型的な例の1つは、最後の動きが感知されてから30分間、空間の照明をオンにすることです。建物の外に設置された光電セルは、暗さや時刻を感知し、外部のオフィスや駐車場の照明を調整できます。
照明も需要応答の優れた候補であり、多くの制御システムは、DR インセンティブと節約を活用するために照明を暗くする (または消す) 機能を提供します。
新しい建物では、照明制御はフィールド バスの Digital Addressable Lighting Interface (DALI) に基づいて行うことができます。DALI バラスト付きのランプは完全に調光可能です。DALI は、DALI 照明器具のランプとバラストの故障や信号の故障も検出できます。
シェーディングとグレージング
シェーディングとグレージングは建物システムに不可欠な要素であり、居住者の視覚、音響、および熱的快適性に影響を与え、居住者に屋外の景色を提供します。[10]自動シェーディングおよびグレージングシステムは、太陽熱の増加とグレアを制御するためのソリューションです。[11]これは、外部または内部のシェーディングデバイス（ブラインド、シェードなど）またはグレージング自体を制御するためのテクノロジーの使用を指します。 このシステムは、さまざまな変化する屋外データ（太陽光、風など）と変化する内部環境（温度、照度、居住者の要求など）にアクティブかつ迅速に応答します。 建物のシェーディングおよびグレージングシステムは、省エネと快適性の両方の観点から、熱と照明の改善に貢献できます。
ダイナミックシェーディング
ダイナミックシェーディングデバイスは、屋外の状況、日光の需要、太陽の位置に応じて、建築環境に入る日光と太陽エネルギーを制御することを可能にします。[12]一般的な製品には、ベネチアンブラインド、ローラーシェード、ルーバー、シャッターなどがあります。[13]メンテナンスコストが低いため、これらは主にガラスシステムの内側に設置されますが、外側または両方を組み合わせて使用することもできます。[14]
空調設備
ほとんどの空調機は戻り空気と外気を混合するため、温度/湿度調整の必要性が少なくなります。これにより、冷水または温水の使用量が減り、コストを節約できます (すべての AHU が冷水または温水回路を使用するわけではありません)。建物の空気を健全に保つには、外気が必要です。エネルギー効率を最適化しながら健全な室内空気質(IAQ)を維持するには、需要制御 (または制御) 換気 (DCV)によって、測定された占有レベルに基づいて外気の量を調整します。
アナログまたはデジタルの温度センサーは、空間または部屋、還気ダクトと給気ダクト、場合によっては外気に設置されます。アクチュエータは、温水バルブと冷水バルブ、外気ダンパーと還気ダンパーに設置されます。給気ファン (および該当する場合は還気ファン) は、時刻、温度、建物の圧力、またはそれらの組み合わせに基づいて起動および停止されます。
警報とセキュリティ
現代のビルオートメーションシステムはすべて警報機能を備えています。潜在的に危険な[15]または費用のかかる状況を検出しても、問題を解決できる人に通知されなければほとんど意味がありません。通知はコンピューター（電子メールまたはテキストメッセージ）、ポケベル、携帯電話の音声通話、可聴アラーム、またはこれらすべてを介して行うことができます。保険および賠償責任の目的で、すべてのシステムは、誰に、いつ、どのように通知されたかのログを保持します。
アラームは、すぐに誰かに通知することも、アラームが深刻度または緊急度のしきい値に達したときにのみ通知することもできます。建物が複数あるサイトでは、瞬間的な停電により、シャットダウンした機器から数百または数千のアラームが発生する可能性があります。これらは抑制され、より大きな障害の症状として認識される必要があります。一部のサイトでは、重要なアラームがさまざまな間隔で自動的に再送信されるようにプログラムされています。たとえば、繰り返される重要なアラーム ( 「バイパス」状態の無停電電源装置) は、アラームが解決されるまで、10 分、30 分、およびその後 2 ～ 4 時間ごとに鳴り響く場合があります。
セキュリティシステムは、ビルオートメーションシステムと連動させることができます。[15]占有センサーがある場合は、それを盗難警報器としても使用できます。セキュリティシステムは故意に妨害されることが多いため、少なくとも一部の検出器またはカメラには、バッテリーバックアップとワイヤレス接続があり、切断されたときにアラームをトリガーする機能が必要です。現代のシステムでは通常、Power over Ethernet（パンチルトズームカメラや最大30〜90ワットのその他のデバイスを操作できます）が使用され、このようなバッテリーを充電でき、停電時のバックアップ通信などの純粋なワイヤレスアプリケーションのためにワイヤレスネットワークを空けておくことができます。
火災警報パネルとそれに関連する煙警報システムは、通常、建物の自動化を無効にするよう配線されています。たとえば、煙警報が作動すると、すべての外気ダンパーが閉じて建物への空気の流入を防ぎ、排気システムが炎を隔離します。同様に、電気故障検出システムは、トリガーされる警報の数や影響を受ける人の数に関係なく、回路全体をオフにすることができます。化石燃料燃焼装置にも、ゆっくりとした圧力低下が検出された場合 (漏れを示す) や建物の空気供給で 過剰なメタンが検出された場合、オフになる天然ガス供給ラインなど、独自のオーバーライドがある傾向があります。
バスとプロトコル
ほとんどのビルディング オートメーション ネットワークは、高レベルコントローラ(通常はビルディング オートメーションに特化していますが、汎用プログラマブル ロジック コントローラの場合もあります) を低レベル コントローラ、入出力デバイス、およびユーザー インターフェイス (ヒューマン インターフェイス デバイスとも呼ばれます) に接続するプライマリ バスとセカンダリバスで構成され ています。ASHRAEのオープン プロトコルBACnetまたはオープン プロトコルLonTalk は、このようなデバイスの相互運用方法を指定します。現代のシステムでは、コンピュータ ネットワークの世界における SNMP ベースのプロトコルの数十年にわたる歴史に基づいて、イベントを追跡するために SNMP を使用しています。
デバイス間の物理的な接続は、歴史的には専用の光ファイバー、イーサネット、ARCNET、RS-232、RS-485、または低帯域幅の専用無線ネットワークによって提供されていました。現代のシステムは、 IEEE 1905.1標準で指定され、nVoy 監査マークによって検証された標準ベースのマルチプロトコル異種ネットワークに依存しています。これらは通常、IP ベースのネットワークのみに対応していますが、既存の配線を活用でき、AC 回路上の電力線ネットワーク、 Power over Ethernet低電力 DC 回路、LTEやIEEE 802.11nおよびIEEE 802.11acなどの高帯域幅無線ネットワークも統合し、多くの場合、建物固有の無線メッシュ オープン標準Zigbee を使用してこれらを統合します。
コントローラ市場は、独自のハードウェアが主流です。各社には、特定のアプリケーション用のコントローラがあります。HVAC 用のシンプルなパッケージ化された屋上ユニットなど、一部のコントローラは、制御が制限され、相互運用性がありません。ソフトウェアは通常、他のベンダーのパッケージとうまく統合されません。連携は、Zigbee/BACnet/LonTalk レベルのみです。
現在のシステムは、アプリケーション レベルで相互運用性を提供し、ユーザーがさまざまなメーカーのデバイスを組み合わせて使用したり、互換性のある他のビル制御システムと統合したりできるようにしています。これらは通常、さまざまなコンピュータ ネットワーク デバイスを 1 つの一貫したネットワークに統合するために長年使用されてきた SNMPに依存しています。
プロトコルと業界標準
セキュリティ上の懸念
モノのインターネットの機能と接続の範囲が拡大するにつれ、ビルディングオートメーションシステムは脆弱性を抱え、ハッカーやサイバー犯罪者がそのコンポーネントを攻撃できるようになったと繰り返し報告されています。[16] [17]建物は、ハッカーが環境を測定したり変更したりするために悪用される可能性があります。[18]センサーは監視（従業員の動きや居住者の習慣の監視など）を可能にし、アクチュエータは建物内での動作（侵入者に対してドアや窓を開けるなど）を可能にします。いくつかのベンダーと委員会は、KNX、Zigbee、BACnet（最近の標準または標準草案を参照）を含む製品と標準のセキュリティ機能を改善し始めました。しかし、研究者はビルディングオートメーションのセキュリティにいくつかの未解決の問題を報告しています。[19] [20]
2019年11月11日、ジョコ・クルスティッチとシプケ・メレマによる「I Own Your Building (Management System)」と題された132ページのセキュリティ研究論文が発表され、さまざまなベンダーのさまざまなBMSおよびアクセス制御ソリューションに影響を与える100以上の脆弱性が取り上げられました。[21]
部屋の自動化
ルーム オートメーションは、ビルディング オートメーションのサブセットであり、同様の目的を持ちます。つまり、1 つ以上のシステムを集中管理下に統合することですが、この場合は 1 つの部屋で行われます。
ルームオートメーションの最も一般的な例は、企業の役員会議室、プレゼンテーション スイート、講堂です。これらの場所では、ルーム機能を定義する多数のデバイス (ビデオ会議機器、ビデオ プロジェクター、照明制御システム、拡声システムなど) の操作により、手動でのルーム操作が非常に複雑になります。ルームオートメーション システムでは、各操作を制御する主な方法として タッチスクリーンを使用するのが一般的です。
参照
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外部リンク
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