BAS・BEMS(中央監視設備)とは?
BEMS/BAS
【超解説】とても簡単に言うと何か?
ビルの中の「空調」「照明」「電気」「水道」「防犯カメラ」などの膨大な設備を、管理室の
パソコン(モニター)から一元的に監視・操作し、自動でオン・オフしてくれる巨大な頭脳です。
1. 基本概要
そもそも何か
BAS(BuildingAutomationSystem:ビルディング・オートメーション・システム)は、建物の
あらゆる設備(受変電、照明、空調機、給排水ポンプ、昇降機など)をネットワークで結び、
運転状況の監視や故障警報の収集、遠隔操作を統合的に行うシステムです。
日本では「中央監視設備(中監)」とよく呼ばれます。
これに「エネルギー使用量の分析や省エネ制御機能」を特化・高度化させたものが「BEMS
(BuildingEnergyManagementSystem:ベムス)」です。
なぜ必要なのか
高層ビルや大型病院などでは、モーターや電灯の数が数千〜数万個に及びます。
これを人間が一箇所ずつ見回ってスイッチを入れたり故障を探すことは物理的に不可能です。
BASがあることで、「朝8時になったらオフィス階の空調と照明を全てONにする」「火災が起きたら
防排煙設備を起動しエレベーターを止める」といった高度な自動制御と省力化が実現します。
2. 構造や原理
内部構造(DDCとネットワーク)
システムはピラミッド構造になっています。
1.【頂点】:管理室にあるサーバーPC群(マルチモニターで館内図面や温度グラフを表示)2.【中
間】:各フロアのEPS(電気室)に置かれた「DDC(直接デジタル制御器)」や
「リモートステーション(盤)」3.【末端】:現場のセンサー(温度計・Co2センサー)、
バルブ開閉器、照明のスイッチ、ブレーカー等これらが「CPEV線(通信用ケーブル)」や
光ファイバーケーブルで数珠つなぎに接続されています。
作動原理(フィードバック制御)
例えば空調の場合、「部屋に設置された温度センサーが室温を28度と検知」→「DDCへ信号を
送る」→「DDC内のプログラムが『目標(25度)より高い』と判断」→「冷水の通る配管の
電動バルブを開き、冷風の量を増やすよう指示を出す」というループ(PID制御など)を一秒間に
何度も繰り返し、快適な環境を維持します。
3. 素材・形状・規格
外観形状と素材
メインとなる設備は普通の「デスクトップパソコン・サーバー・液晶モニター」の姿を
していますが、中に入っている監視用ソフトウェア(SCADA)は何百・何千万もする
特注プログラムです。
DDC盤等の箱は、鉄製の筐体に分厚い電子基板と無数の通信端子台が並んだ精密機器の塊です。
通信規格の統一(BACnet・LonWorks)
昔はメーカー(アズビル、ジョンソンコントロールズ、パナソニック等)が独自の通信言語を
使っており、「日立の空調機と三菱の照明は繋がらない」という囲い込みが起きていました。
現在はこれを解消するため、「BACnet(バックネット)」というビル専用の世界共通の
オープン通信規格が大流行し、メーカーを超えた異機種間の連携が当たり前になっています。
4. 主に使用されている場所
使用される施設
延床面積が数千〜数万平方メートルを超える中規模以上の建物(オフィスビル、ホテル、
総合病院、ショッピングモール、大型工場、空港ターミナルなど)のほぼ100%に
導入されています。
具体的な設置位置
・**中央監視室(防災センター)**:建物の1階や地下の奥深くにある、警備員や設備管理員が
24時間常駐する要塞のような部屋にズラリとモニターが並びます。
・**各階のEPS室・機械室**:中継器であるDDCやローカル操作盤が壁面に設置され、ここから
上階や横への無数の通信線(制御線)がクモの巣のように伸びていきます。
5. メリット・デメリット
メリット(長所)
「人件費の劇的な削減」と「無駄なエネルギー(電気・ガス)の排除」に尽きます。
人がいなくなる深夜のフロアの照明や空調を「スケジュール制御」で確実に取りこぼしなく
消したり、外気温度を予測して最適な熱源運転を行う(最適起動)など、建物の
運用コスト最適化の根幹を支えます。
デメリット(短所・弱点)
「ブラックボックス化」と「システムダウンの恐怖」です。
プログラムのロジックが複雑怪際を極めるため、作ったエンジニアしか中身が分からず、後からの
改造が困難になる場合があります。
また、中央のサーバーやネットワークの基幹ルーターがフリーズ・故障すると、パソコンから
ビル全体の設備に「一切手出しができない(照明のオン・オフすらできない)」という恐怖の
制御不能状態(ブラインド状態)に陥ります。
6. コスト・価格の目安
導入や更新にかかる費用
監視する機器の「接点(ポイント)数」によって価格が雪だるま式に跳ね上がります。
1つの照明の「ON・OFF状態」「エラー警報」「操作ボタン」これで3ポイント、といった具合で、
大型ビルでは数万ポイントのデータ処理になります。
おおよその相場(延床数万平米の中規模ビル更新の場合)
- 監視用サーバー・ソフトウェア・DDC盤製作:数千万円〜1億円超
- フロア内配線・各設備との結線・何万ヶ所の動作確認試験(コミッショニング)費:数千万円
合計目安:数千万円〜数億円(建物の規模による)※「システム一新」は、ビルで最も高額な
改修工事の一つと言われます。
7. 更新周期と注意点・絶対にやってはいけない悪い使用方法
更新周期(推奨交換時期)
制御用の「パソコンやサーバー(HDDやファンなどの物理駆動部品がある)」の寿命に合わせて、
「**約7年〜10年**」でハード全体の更新(リプレイス)が強制的に訪れます。
建物の寿命(50年)の中で何度も大規模な更新費用が掛かる金食い虫の側面があります。
絶対にやってはいけない悪い使用方法
外部からのUSBメモリ(音楽や映画など)を監視用パソコンに挿したり、外部インターネットに誤って繋ぐのは絶対厳禁です(通常は物理的に塞がれています)。過去にウイルスの混入によりサーバーがダウンし、病院等のインフラで空調や電力が制御不能になった深刻なサイバーテロ事例があります。
悪い使用方法をするとどうなるか(末路)
配線工事の際、強電の電源線(AC100Vや200V等の太い電線)と、ミリボルト単位の微弱な信号を
やり取りする「通信線」を、同じラックや配管の中で密着させて(並走させて)敷設すると、
巨大な「ノイズ(電磁誘導)」を拾い、画面上で「エラーで真っ赤に点滅したり消えたりする
ポルターガイスト現象」が永遠に直らなくなります。
8. 関連機器・材料の紹介
中央監視設備が「頭脳」だとしたら、これらは「手足」となる重要な現場設備たちです。
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リモコンリレー盤(ワンショットリレー):BASからの「デジタルの微弱な電気信号」を受け取り、
「ガシャン!」
と物理的な強い力で照明の電源(AC100V回路)を切り替える現場の最前線スイッチです。
▶詳細記事はこちら -
VAV(可変風量制御装置):空調の風の通り道にある「自動のフタ」。
BASが室温を監視し、DDCからの指令でこのフタの角度をモーターで細かく変えることで、部屋へ
送る冷風の量を絞って省エネを行います。▶詳細記事はこちら
9. 多角的なQ&A(20連発)
オフィスで残業していると、20時になった瞬間「バチッ」とフロアすべての明かりが
強制的に消えました。停電ですか?
停電ではなく、「BASのスケジュール制御」が働いた証拠です。
「20時に全館消灯する」というプログラムが組まれており、無駄な残業防止と
エネルギー削減のためにビルの頭脳が強制執行を行いました。
(壁のスイッチを押せば再度点灯エリアもあります)。
デパートのトイレの個室に入ってじっとしていたら、急に電気が消えて真っ暗に
なりましたが心霊現象ですか?
BAS(または単独のセンサー)による「人感検知」が働き、「部屋には誰もいない」と
判断されて照明が消された現象です。
手を大きく振ったり立ち上がったりしてセンサー(赤外線など)に動きをアピールすれば
再びカチッと点灯します。
ホテルで窓の「サッシ」を開けたら、空調から冷風がピタッと出てこなくなりました。
「窓の開閉センサー」がBASと連携している非常にエコな設計です。
窓を開けたまま冷房をかけるのは「地球を冷やしているのと同じ(大いなる
無駄)」であるため、窓が開いた瞬間にBASがその部屋の空調バルブを強制的に閉じる
インターロック(連動ブロック)が働いています。
新しいビルの会議室に入ったら、人数が増えるにつれて空調の「ゴォォッ」という音
(風量)が大きくなった気がします。
会議室に設置された「CO2(二酸化炭素)センサー」が働いています。
人の呼気で室内のCO2濃度が高くなってきたのをBASが検知し、「このままだと酸欠に
なって眠くなる!」
と判断して、自動的に新鮮な外気を送り込むダンパー(VAV)を開いて換気量を
増やしたのです。
監視用のパソコンを見ている警備員さんは、ずっと画面の数字と睨めっこしているのですか?
昔はそうでしたが、今は「通常時は全てパソコンが勝手に調整してくれる」ため、基本は
見ているだけです。
ただ、設備が故障したりポンプが止まったりすると、画面が真っ赤になって
アラーム音がけたたましく鳴り響き、「どこで異常が起きたか」を知らせてくれるため、
その時慌てて現場に駆けつけます。
DDC盤への通信線の配線で「より線(ツイストケーブル)」や「シールド線」が必須な
理由は?
計装(制御)に使う信号は「数ボルト」の微小な電圧なため、少しでも外部の電磁ノイズ
(インバーターノイズ等)を拾うと「1」が「0」に化けて制御が暴走します。
2本の線をよじってノイズを打ち消し、さらに銀紙(シールド)で包んでアースに
ノイズを逃がすという二重三重の防御壁が絶対なのです。
計装屋(BASシステム担当)と、強電屋(普通の電気工事屋)の境界線・責任分界点は
どこですか?
現場で最も揉める「永遠のテーマ」です。
「俺は線をここまで引いたから、あとの結線とプログラムはお前の仕事だ」「いや、
そこは強電端子だからお前の管轄だ」等、盤の端子台の「右半分と左半分」で明確に
図面上に責任分界点を引かないと、誰も結線せずに工期が間に合わなくなります。
無電電圧接点(ドライ接点)とはどういう意味ですか?現場で何度も聞かれます。
電気を一切流さない、「ただのスイッチのオン・オフ機能だけの接点(短絡か
開放か)」という意味です。「俺の機械にそっちの100Vの電気を流し込むなよ!
基板が燃えるだろ!ただのカチッというオンオフの信号だけよこせ!」
という計装屋の叫びの表現です。
数百台ある空調機すべてから来る配線の結線で、一番やりがちなミスは?
線の「繋ぎ間違い(取り違え)」です。
3階の空調機の線をDDCの「4階の端子端子」に繋いでしまうと、パソコンで「3階の冷房ON!」
と押したのに、突然4階の空調が氷点下になる大パニックが起きます。
配線の両側に「行き先札(マークチューブ)」を入れるのが死活問題です。
「結線完了しました!」
と言ったら、「じゃあ導通テストとメガ(絶縁)頼むわ」と言われました。どうやって?
通信線であっても、現場からDDC盤まで途中で線がネジに挟まって切れていないか、他の
線と漏電(ショート)していないかをテスターで測る地道な作業です。
数千本ある線を、盤側と現場側でトランシーバーを持ち「よし、赤白ショートさせて!」
「はい導通よし!」と延々と繰り返す地獄の儀式です。
「総合連動試験」という、竣工直前に行われるテストは何をするのですか?
建築中の各設備業者がバラバラに作ってきた設備が、「BASの指令で本当に一つの
生き物として動くか」を確かめる総決算です。「火災報知器の疑似作動→空調全停
止→排煙口開放→エレベーター1階着床→非常放送作動」という一連のドミノ倒しが、
図面通りに完璧に1秒の狂いもなく連動するかを徹夜でテストします。
空調屋が「BACnet対応の空調機を入れたから結線だけよろしく」と言っています。
安心ですか?
罠です。
同じBACnet規格でも、「どの情報まで通信で送れるか(仕様)」がメーカー間で微妙に
異なり、繋いでみたら「エラー信号は拾えるけど、温度設定の変更はできなかった」と
いった不適合が平気で起こるため、事前のプロトコル(通信仕様書)の詳細な
すり合わせ協議が必須です。
BEMS(ベムス)を入れると、施主(オーナー)にどう説明してメリットを訴求できますか?
「国の補助金が貰いやすくなる」ことと「どこで電気が無駄になっているか『可視化
(グラフ化)』できる」点です。
漠然と「電気代が高い」と言っていたのが、「深夜の3階の給湯室だけなぜか異常に
電気を食っている」等、犯人と問題箇所が一目瞭然になり、確実に投資分を数年で
光熱費削減から回収できると説明できます。
雷(落雷)で、最近「中のDDC基板だけ」が全滅する事件が増えていると聞きました。
「雷サージ(誘導雷)」の恐怖です。
ビルに直接雷が落ちなくても、近くに落ちた雷の電磁波がビルの無数の通信線を
アンテナ代わりにして走り、末端の弱い電子基板(DDC)に向かって数百ボルトの
スパイク電流を浴びせて一瞬で炭化させます。
通信線への「SPD(避雷器)」の挿入が今の常識です。
完成図書としてもらう「シーケンス図(計装フロー図)」とは何ですか?
どういう条件の時に、何が動くか(AND回路、OR回路、タイマー等)を論理記号で描いた
「システムのプログラムの設計図」です。
これがないと、数年後に「設定温度を26度から27度に変えたい」と思った時に、どこを
どうイジれば良いのかブラックボックス化して誰にも保守できなくなります。
「Windowsのサポートが切れるので、監視装置を数千万円で入れ直してください」と突然
言われました。なぜそんなお金が?
BASの監視画面の裏側は一般的なWindowsのOSで動いていることが多く、マイクロソフトの
サポートが終わるとセキュリティの脆弱性が放置され、ウイルスにやられ放題になる
ためです。「ハードウェア本体はピンピンしているのに、ソフトの寿命のせいで全交換を
余儀なくされる」という、ビル業界における最大の理不尽かつ避けられない宿命です。
監視パソコンの画面に「通信異常(リンクダウン)」と大量のエラーが出ました。
現場のDDC盤に電源が行っていないか、フロアのどこかで天井裏のネズミが通信用の
光ファイバーケーブルをかじり切った等で、パソコンと現場の機器の「連絡網が
切断された(通信ロスト)」状態です。
画面上では何も制御できなくなるため、急いで現場に走ってローカル盤から手動で
スイッチを操作する緊急措置が必要です。
BEMS(省エネシステム)を導入したのに、電気代が全然安くなりません。
「システムを入れただけで省エネになる」という大きな勘違いです。
体重計を買っただけで痩せないのと同じで、BEMSが叩き出したグラフや「無駄な
消費データ」を元に、人間が「このポンプの設定圧力を下げよう」「ここの照明の
点灯時間を1時間短くしよう」とチューニング(PDCAサイクル)を回さないと意味が
ありません。
パソコンで「ポンプ起動」を押しても画面上のランプが点灯せず、現場のポンプも
動いていません。
現場のポンプの横にある手元スイッチ(現場操作盤)が「自動」ではなく「手動(または
切)」にされたまま放置されている典型的なヒューマンエラーです。
清掃員や点検業者がいじったまま帰ってしまい、BASからの遠隔操作の信号を現場で
受け付けない(弾かれている)状態になっています。
デマンド制御(ピークカット)という機能を使ったら、真夏のエレベーターが突然何台か
止まりました。
BASの最大の節電の刃、「デマンドコントロール」が発動したためです。
「あらかじめ決めた目標の電気使用量(契約電力)を超えそうになったら、
罰金ペナルティを食らう前に強制的に設備を間引いて止める」という最終防衛ラインで、
空調が送風になったり、複数台あるインバーター設備が落とされた正常な節電制御の証です。
参考規格・出典
- 省エネルギー法
- BEMS関連告示(経済産業省)
- 建築物省エネ法