Cyber sigurnost i konekcijski protokoli u pametnim HVAC sistemima

U usporedbi s tradicionalnim, pametni HVAC sistem nudi određene prednosti, uključujući manju potrošnju energije, održavanje samo u slučaju potrebe, predviđanje problema u radu te automatsko i daljinsko podešavanje sistema.
Izvor: a&s International
E-mail: redakcija@asadria.com

Nekoliko pitanja treba imati u vidu prije nego što se pametni sistem za grijanje, ventilaciju i klimatizaciju (HVAC) instalira: je li objekat star ili nov, koji bežični protokoli bi se trebali koristiti za pametni sistem, ima li sistem dovoljnu cyber zaštitu itd. Tržište pametnih HVAC sistema obećava. Potrebe su odnedavno proširene sa stambenih objekata i na komercijalne, što znači da takvi sistemi sada omogućavaju udoban rad i za ljude u uredima.

Pametni HVAC sistem pomaže u uštedama
Pametni sistem za grijanje, ventilaciju i klimatizaciju na centralnom je mjestu u objektu, odgovoran je za osiguravanje ugodne temperature i protoka zraka za ljude, bez obzira na to je li napolju toplo ljetno poslijepodne ili snježni zimski dan. Kako se objektima dodaju pametni elementi kao što su predviđanje i daljinska kontrola, i ti sistemi postaju “pametni”. Oni imaju nekoliko prednosti za objekte i njihove stanare, a prvenstveno je riječ o omogućavanju energijske efikasnosti, održavanju zgrada, predviđanju performansi i automatskom podešavanju. Generalno su u stanju smanjiti operativne troškove i omogućiti bolje iskustvo življenja. U nastavku objašnjavamo neke od njihovih prednosti.

Ušteda energije se, naprimjer, postiže tako što pametni HVAC sistemi stalno zahtijevaju praćenje performansi i optimalne uslove. Kao rezultat toga, sistem mora provoditi dijagnozu i predviđanje potrošnje energije, dijagnozu modela predviđanja kvarova te koristiti modele prediktivnih kontrola s ciljem uštede energije.

Održavanje zasnovano na stanju sistema omogućava im da automatski identifikuju probleme u radu, omogućavajući time njihovu vidljivost u svim upravljačkim centrima i sistemima. Umjesto zakazivanja redovnog održavanja, to se sada može raditi isključivo po potrebi.

Predviđanje problema u radu se provodi zahvaljujući inteligenciji i mašinskom učenju ugrađenom u pametne HVAC sisteme. Nekoliko senzora je instalirano u različitim dijelovima sistema, tako da on može predvidjeti kada će doći do problema tako što će analizirati sve podatke prikupljene pomoću senzora, uključujući datume instalacije i promjene u performansama.

Prilagodba promjenama
Automatski i daljinski implementirane promjene u sistemu provode se pomoću vanjskih alata za podršku, kao i sistema povezanih s pametnim HVAC sistemom. Ukoliko bilo koji senzor detektuje promjene u objektu, sistem će se automatski prilagoditi tim promjenama, održavajući ugodne uslove za boravak. “Istinski pametan sistem trebao bi biti u stanju predvidjeti kako treba optimalno raditi te prilagoditi svoj rad kako bi ispunio te ciljeve”, kaže Sudhi Sinha, potpredsjednik i direktor u oblasti digitalnih rješenja u Johnson Controlsu. HVAC rješenja s IoT podrškom nude korisnicima izvještaje o podacima koji obuhvataju ne samo informacije o temperaturi već i vlažnosti zraka i nivou njegove zagađenosti. Osim toga, pametni interfejsi, informativne ploče i aplikacije omogućavaju upraviteljima objekata i stanarima da nadgledaju stanje opreme i daljinski je podešavaju. “Riječ je o kreiranju personaliziranog korisničkog iskustva. S internetom stvari stanari i vlasnici objekata sada imaju bolji osjećaj kontrole nad svojim okruženjem”, dodaje Sinha.

Ključne komponente pametnih HVAC sistema
Nasuprot tradicionalnim, u pametnim HVAC sistemima podešava se nekoliko komponenti kako bi se ostvarila ušteda električne energije. To je prije svega kompresor – električna pumpa koja kompresuje sredstvo za hlađenje – i ventilator, koji ispuhuje zrak preko elemenata za zagrijavanje i hlađenje. Oni moraju biti optimizirani budući da troše mnogo energije. Ako ova dva komada opreme rade samo kada je potrebno, može se uštedjeti velika količina struje. Drugo, tu je ventilacijski sistem koji kontroliše protok zraka u objektu, kao i kada i gdje je u objektu potrebno uštediti električnu energiju. Naprimjer, jak protok zraka nije potreban u praznoj sobi za sastanke ili u hodniku nakon radnog vremena. Zahvaljujući ovoj pametnoj tehnologiji, ventilacijski sistem radi samo kada je to potrebno.

I na kraju, pametni termostati koji mogu detektovati temperaturu, vlažnost zraka, broj ljudi u objektu i druge varijable također su bitni. “Na osnovnom nivou, ključne komponente pametnog HVAC sistema su hardver i softver senzora, koji omogućava prikupljanje podataka, te interfejs, koji korisniku omogućava da vidi informacije, prima obavještenja i obavlja odgovarajuće akcije”, kaže George Tsintzouras, direktor Alert Labsa.

Nadogradnja starih objekata
U novim objektima nije teško ugraditi pametne HVAC sisteme. Neki ih već imaju od početka. Međutim, kada su u pitanju stari objekti, primjena ovih sistema je problematičan zadatak. “U starijim objektima bežična i baterijska senzorska platforma mogla bi biti od ključne važnosti, budući da bi moglo biti teško ili zabranjeno postavljati vanjske kablove u zidovima”, kaže Peter Lindkvist, direktor prodaje u Lumen Radiju. U starim objektima nije neophodno ukloniti sve postojeće komponente HVAC sistema kako bi se implementirala pametna HVAC tehnologija. Oni mogu zadržati postojeću opremu te instalirati bežične i baterijski napajane senzore kako bi se omogućilo iskustvo korištenja pametnog sistema.

Pametni senzori od starih objekata prave nove
Alert Labs ima četiri vrste senzora za pametne objekte: senzor protoka vode, protivpoplavni senzor, senzor za pumpu te senzor i sistem za nadgledanje klimatizacije. Potonji po imenu Sentree dizajniran je tako da može biti instaliran u stambene klimatizacijske sisteme, gdje u stvarnom vremenu detektuje temperaturu, pritisak tekućine, isparenja i napon. Ovaj uređaj se povezuje s mobilnim mrežama i omogućava stalno daljinsko nadgledanje. U slučaju detektovanja problema, odmah će obavijestiti upravitelje objekata. Senzor za protok vode detektuje curenje vode, poplave, vlagu, temperaturu i nestanke struje. Zahvaljujući instantnim obavijestima o svim promjenama, može pomoći u smanjenju računa za vodu te spriječiti nastanak štete. Senzor za detektovanje poplava se, naravno, fokusira na curenje vode, dok senzor na pumpi za odvod detektuje rastući nivo vode, kvarove na pumpi i poplave, čime se štedi novac na osiguranju.

Podaci prikupljeni sa svih senzora mogu se prikazati na informativnoj ploči Alert Labsa. Naprimjer, informativna ploča za vlasnike stanova nudi informacije o performansama i statusu klimatizacijskog sistema, a za upravitelje koji se brinu o više objekata kompanija ima i komandni centar, koji im omogućava da ih nadgledaju na jednom mjestu, kao i da dodjeljuju servisne timove pojedinačnim objektima, primaju obavještenja i analitičke podatke o klimatizacijskom sistemu.

Postizanje efikasnijeg servisiranja
“Pametni HVAC sistem izvođačima radova omogućava da šalju tehničara s odgovarajućim dijelovima da popravi kvar tokom prve posjete, što smanjuje izlaske na teren te povećava zadovoljstvo korisnika”, kaže Tsintzouras. Zahvaljujući senzorima, izvođači radova mogu omogućiti efikasniji rad opreme tako što će znati unaprijed kada će doći do problema. Servisiranje se stoga može zakazati prije nego što dođe do kvara, a zahvaljujući unificiranom portalu za stanare i tehničare, servisiranje se može zakazati u skladu sa željama korisnika. “Vlasnici imovine imaju uvide u stanje svojih objekata te mogu daljinski podesiti sistem u skladu s brojem korisnika i dobom dana kako bi uštedjeli električnu energiju. Oni također mogu promijeniti svoje ponašanje kada vide kako funkcioniše njihova imovina ili ako troši previše energije zato što time mogu uštedjeti novac na računima (za struju i vodu)”, kaže Tsintzouras.

Protokoli u pametnim objektima
Postoji mnogo mrežnih protokola za pametne objekte, kao što su Wi-Fi, LoRa, Zigbee i Bluetooth i svaki ima neke prednosti. Bežično povezivanje i energijska efikasnost trebale bi biti najbitnije karakteristike uz odabir protokola. Bluetooth 5 i LoRa djeluju poprilično obećavajuće u ovoj oblasti zahvaljujući većoj uštedi energije i širokoj povezivosti za IoT uređaje u domovima i objektima. Međutim, u oblasti bežičnih protokola za povezivanje vlada prilična gužva. IoT i M2M uveliko napreduju na svjetskom tržištu te mnoge kompanije ulažu milijarde u bežično povezivanje senzora. Prema Gartnerovom izvještaju, predviđa se da će do 2020. godine biti umreženo oko 20 milijardi uređaja. Osim toga, bežični protokoli koriste isti frekvencijski kanal, pa bi ta gužva nekada mogla izazvati zastoj u komunikaciji te pad kvaliteta servisa. “Mnogi od standardnih protokola, kao što su BLE ili Zigbee, nemaju sposobnost prilagođavanja hiljadama mrežnih tačaka u jednoj mreži. Oni se ne mogu nositi s količinom smetnji u komercijalnim objektima niti su dovoljno energijski efikasni da omoguće rad čitavog senzorskog rješenja na baterije”, kaže Lindkvist.

Usmjeravanje mreža ka odgovarajućoj frekvenciji
“MiraOS iz LumenRadia je vrhunska bežična mreža za automatizaciju objekata i HVAC-a”, kaže Lindkvist. Riječ je o bežičnoj mesh mrežnoj tehnologiji, a kreirala ju je i patentirala kompanija LumenRadio. Omogućava izuzetno nisku potrošnju energije, mrežne nadogradnje fabričkog softvera, laku implementaciju i kreiranje velikih mreža. Ovaj sistem je prvenstveno zasnovan na kompanijinoj patentiranoj Cognitive Coexistence tehnologiji – algoritmu koji omogućava efikasnije iskorištavanje frekvencijskih opsega. “Ovim algoritmom gradimo predviđajući model frekvencijskog spektra, pri čemu svaki pojedinačni uređaj ima ulogu u odlučivanju o optimalnom kanalu za korištenje”, kaže Lindkvist. Baš poput vremenske prognoze, Cognitive Coexistence tehnologija predviđa kako će frekvencijski spektar biti iskorišten i prebacit će vezu na najbolje dostupne i najmanje zagušene frekvencije.

Primjena mesh frekvencijskih opsega
Produal Proxima bežično rješenje, koje je razvila kompanija Produal, koja se bavi mjerenjem i kontrolom automatizacije objekata, kreirano je na osnovu LumenRadiovog MiraOS-a i u-box NINA modula. Ovo rješenje, koje uključuje nekoliko uređaja, u stanju je preusmjeravati podatke do automatiziranih objekata sa do 100 bežičnih odašiljača. Swegon, dobavljač energijski efikasnih ventilacijskih sistema koji rade samo kada je to potrebno (DCV), kao i klimatizacijskih sistema, radi s LumenRadiom na WISE bežičnom sistemu za kontrolu klime. On navodno omogućava stotinama senzora, aktuatora i prigušivača da komuniciraju i kreiraju klimatizacijsko rješenje kakvo do sada nismo vidjeli, pomažući u uštedi energije i novca u objektima te poboljšanju zdravlja ljudi. Kako sve više uređaja postaje povezano, nelicencirane frekvencije postaju rijedak resurs, a frekvencijski opsezi iz dana u dan sve zagušeniji, pa se komercijalni objekti pretvaraju u elektromagnetni haos. “Kako bi ostali pouzdani te omogućili industrijsku primjenu, OEM proizvođači moraju odabrati agilne tehnologije, uključujući i strategije za smanjivanje smetnji”, kaže Lindkvist.

Sistemi osjetljivi na cyber napade
Svi umreženi uređaji su pod rizikom od cyber napada, pa ni pametni HVAC sistemi nisu izuzetak. Iako IoT uređaji poput pametnih mjerača i HVAC senzora nisu dizajnirani za pregledanje interneta, oni se ipak moraju povezati s internetom radi prikupljanja podataka, daljinske kontrole i analitike. Direktan pristup ih čini velikom potencijalnom metom za hakere, što predstavlja ozbiljnu sigurnosnu prijetnju za pametne objekte. Cyber sigurnosna firma ForeScout Technologies otkrila je da su hiljade IoT uređaja u HVAC sistemima podložne cyber napadima. Istraživanje je pokazalo da gotovo 8.000 umreženih uređaja, uglavnom u bolnicama i školama, omogućava cyber kriminalcima neovlašten pristup. Hakeri manipulacijom HVAC sistema možda mogu pristupiti privatnim finansijskim informacijama te ukrasti podatke velikih kompanija. Ovaj scenario napada čak ima i svoj poseban naziv – HVACker.

Kako bi izveli napade, hakeri bi prvo trebali identifikovati HVAC sistem povezan s internetom ili internom mrežom. Kada identifikuju takve sisteme, pokušat će ih hakirati i preuzeti kontrolu nad njima. Nakon toga će instalirati svoj malver u hakirani sistem kako bi zarazili i druge uređaje i računare na istoj mreži. Malver se u međuvremenu uglavnom koristi za slanje komandi, a ne krađu podataka. Teoretski, hakeri bi mogli hakirati i uključiti sve klima-uređaje u pametnom gradu te izazvati preopterećenje električne mreže.

Potrebno primijeniti princip ugrađene sigurnosti
“Cyber sigurnost je problem s kojim se svako danas mora pokušati izboriti”, kaže Sinha. On napominje da je prvi korak za postizanje cyber sigurnosti u HVAC sistemu robustan sigurnosni program kod dobavljača, što se odnosi na faze osmišljanja proizvoda, njegovog razvoja i upravljanja podacima. Nakon toga kupci moraju osigurati svoje mreže i portove, tako da nisu izloženi sigurnosnim propustima. Izgradnja cyber sigurnog HVAC ekosistema zahtijeva aktivnu ulogu svih partnera u projektu. Zaštita od cyber napada treba se koristiti od samog početka, pri čemu je krajnji proizvod softver za upravljanje i analizu podataka. Naprimjer, Johnson Controls prati princip ugrađene sigurnosti u svojim razvojnim procesima te lansiranjima proizvoda. Firma također nudi cyber rješenja prilagođena jedinstvenim potrebama svakog objekta, čime se omogućava dnevno praćenje potencijalnih prijetnji i brzo reagovanje na incidente. “Kada je u pitanju cyber sigurnost, ljudi moraju biti proaktivni i oprezni. Bolje je ako kompanije usvoje standarne sigurnosne okvire”, kaže Sinha.

Tržišne potrebe za pametnim HVAC sistemima
Osim u pametnim kućama i stambenim objektima, pametni HVAC sistemi se sve više koriste i u uredskim okruženjima i komercijalnim objektima. Stoga će njihovo daljinsko dijagnosticiranje i nadzor postati sve važniji u industriji. Pametni HVAC sistemi pomažu da pametni objekti štede električnu energiju i novac. Budući da sve više objekata postaje pametno, raste i potreba za pametnim HVAC sistemima. “Potražnja je bez sumnje prisutna i u porastu”, kaže Sinha. “U HVAC industriji trenutno postoji velika potražnja za kreiranjem inteligentnijih rješenja koja rade samo po potrebi – to je potaknuto potrebom za uštedom energije, ali i omogućavanjem novih poslovnih modela zasnovanih na podacima te kreiranjem novih načina zarade za velike OEM kompanije (što se odnosi na ventilaciju kao servis)”, kaže Lindkvist.

Pametni HVAC sistemi u uredima
Ljudi provedu značajan dio života na radnom mjestu. Pri tome se žele osjećati udobnije, što će im pomoći da se bolje fokusiraju te budu produktivniji. “Rješenja za pametne objekte u uredskom okruženju sve su popularnija”, kaže Sinha, “zato što zaposlenicima daju osjećaj kontrole svog okruženja i njegovog efikasnijeg korištenja na radnom mjestu. U pojedinim slučajevima primijetili smo rast produktivnosti za 20 posto, rast zadržavanja zaposlenika za 10 posto te višestruko povećanje inovativnosti. Primijetili smo da se ovo dešava u više industrija i područja”, objašnjava Sinha. Za sada, iako su primarno milenijalci pokazali interes za tehnologiju pametnih objekata, Sinha vjeruje da je i druge generacije podjednako cijene.

Daljinska dijagnostika pomaže HVAC tehničarima
Zapošljavanje radnika na održavanju HVAC sistema koji imaju odgovarajuće iskustvo je vremenski zahtjevno. Tehničari uvijek moraju držati korak sa zahtjevima servisa, poslovnim zahtjevima te za potrebom da se održi zadovoljstvo kupaca. Pametni HVAC sistem im može pomoći u tome. “Vlasnici HVAC kompanija traže načine da urade više stvari s manje resursa. Potrošači također traže način za proširivanje mogućnosti svojih pametnih objekata van termostata i rasvjete”, kaže Tsintzouras.

HVAC sistemi integrisani s pametnim senzorima u stanju su detektovati temperaturu u sobi, vlažnost zraka, curenje vode i poplave. U bliskoj budućnosti mašinsko učenje će dodatno proširiti mogućnosti ovih sistema koji su, zasnovani na mašinskom učenju, u stanju slati obavještenja o potencijalnim problemima ukoliko su očitanja senzora neuobičajena, a prije nego što sam korisnik iskusi problem. “Daljinska dijagnoza je prilično nova stvar na HVAC tržištu, ali postoje neka gotova rješenja koja izvođačima radova u Sjevernoj Americi već omogućavaju nove poslovne prilike i rast. Sistemi za daljinsku dijagnostiku i pametno nadgledanje uskoro će biti dostupni u kamionima svih tehničara”, kaže Tsintzouras.

Tržišni izazovi
“Postoji nekoliko problema koje treba riješiti – cyber sigurnost, interakciju s IT organizacijama, bežičnu i komunikacijsku pouzdanost u zonama smetnji tamo gdje postoje HVAC sistemi, nadogradnju i kompatibilnost sa starijim sistemima, državne politike vezane za obradu podataka u slučaju cloud sistema. I što je najbitnije, tu je i obuka operatera i tehničara vezana za nove digitalne i pametne HVAC mogućnosti”, kaže Sinha. Lindkvist, s druge strane, spominje druge izazove za pametne HVAC sisteme: “ko bi trebao ili mogao posjedovati podatke, za koje servise su operateri i vlasnici objekata spremni platiti te osmišljavanje novih platformi koje se mogu dovoljno dobro prilagoditi velikim lokacijama kako bi se omogućila potpuno integrisana rješenja”. Kako god, potražnja za umreženim objektima i pametnim HVAC sistemima je u porastu. Svi partneri bi se trebali udružiti, rješavati ove probleme te raditi na pametnim rješenjima za objekte naredne generacije.