На автомате

Строящиеся бизнес- и жилые комплексы многофункциональны: помимо жилых и офисных помещений в них предусмотрены торговые, спортивные, развлекательные площади, гаражи-автостоянки и др. Покупатели квартир в таких комплексах и арендаторы офисов совершенно обоснованно хотят находиться в более комфортных условиях. Поэтому обеспечить надежную и безотказную работу систем вентиляции, отопления, кондиционирования воздуха, а также систем освещения, противопожарных систем, систем безопасности и охранного телевидения призваны средства автоматизации и диспетчеризации.

Не просто дань моде

Понятия «умный дом», «интеллектуальное здание» – не просто современное модное направление. Внутренняя «начинка» в виде различных систем обеспечивает высокие потребительские качества здания – хороший микроклимат внутри при низких расходах на эксплуатацию за счет снижения энергопотребления и повышения надежности работы оборудования. В инженерных системах многофункциональных высотных комплексов выделяют тепловой узел ввода (поставщик тепла в здание, ЦТП) и несколько контуров потребителей тепла (контуры вентиляции и кондиционирования, радиаторного отопления, горячего водоснабжения на хозяйственно-бытовые нужды, контур теплых полов).

Контролировать работу и поддерживать нужные параметры всего оборудования можно с помощью систем автоматизации и диспетчеризации. В конечном итоге заказчик получает достаточно значительную экономию тепловой энергии за счет эффективного использования ее самой и установок (если не нужно эксплуатировать некоторый контур, то насосы, бойлеры и др. оборудование отключается). Такая экономия тепловой и электрической энергии снижает себестоимость эксплуатации здания, поскольку расчет с поставщиком тепла и электрической энергии ведется по факту ее использования. Заказчик сам эксплуатирует объект, потребляющий большое количество тепловой энергии, и снижение расхода тепла на 10–20% за счет использования системы автоматического управления инженерным оборудованием дает значительную экономию.

Обычно автоматизируют приточные и вытяжные установки, индивидуальный тепловой пункт, поддержание и контроль температуры во вторичных контурах систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, холодильные машины. Автоматизация освещения внутренних помещений также позволяет снижать затраты энергии. Фасадное освещение, фонтаны и подобные декоративные элементы тоже значительно расходуют электроэнергию: используя системы автоматизации, можно существенно экономить.

На троих

Любая система автоматизации состоит из трех функциональных частей. Это периферийное оборудование, контроллеры и силовая часть.

1. Периферийное оборудование. Набор датчиков температуры воздуха, давления воды, температуры воды – т. е. любых возмущающих воздействий и исполнительные механизмы (клапаны), приводы и другая запорно-регулирующая арматура.

2. Контроллеры, представляющие собой миникомпьютеры. Могут иметь модульную структуру, а могут быть реализованы в виде «все в одном». Такие контроллеры обычно используются для малых зданий или индивидуальных систем – они позволяют подключить все необходимые датчики, приводы, исполнительные механизмы, но при этом имеют ограничения по информационной емкости. Информационная емкость контроллера определяется количеством входов и выходов. Всего существует четыре типа сигналов – аналоговые входы/выходы и цифровые входы/выходы. Любая система автоматизации представляет собой комбинацию этих четырех типов сигналов. При создании математической модели управления системой также вводятся промежуточные переменные.

3. Силовая часть системы автоматизации. Помимо слаботочных периферийных механизмов, необходимо управлять оборудованием, потребляющим много энергии и требующим внешнего источника питания – двигателями вентиляторов, циркуляционными насосами и т. д. Управление силовыми нагрузками ведется с помощью электрических шкафов. Есть два типа компоновки систем, выбор зависит от структуры службы эксплуатации заказчика. Если на объекте две службы эксплуатации (в ведении одной находятся системы автоматизации, а другой – системы электроснабжения), то возможна раздельная компоновка шкафов автоматики и силовых электрических шкафов.

Можно комбинировать щиты автоматики: современное оборудование позволяет устанавливать контроллеры в шкафы управления. В этом случае контроллеры должны отличаться хорошим уровнем защиты от воздействия сильных электрических полей. Преимущество – в сокращении кабельной продукции и промежуточных клеммных соединений (в случае отдельных силовых шкафов и шкафов автоматики надо соединять их между собой кабельными трассами), что в конечном итоге повышает надежность системы при снижении стоимости монтажа.

Выбор протокола

Для управления и контроля инженерного оборудования создают диспетчерские пункты (персональный компьютер серверного класса либо рабочая станция с определенным набором программного обеспечения). При этом вопрос выбора протокола обмена информацией становится очень актуальным.

Примерно до середины 1990-х годов производители оборудования автоматизации использовали свои внутренние закрытые протоколы. Установив однажды в тепловом пункте определенное оборудование, заказчик и дальше для автоматизации других систем должен был применять оборудование того же производителя. Но ни один производитель не в состоянии выпускать всю гамму оборудования, подлежащего автоматизации. Так началось решение вопроса обмена информацией между оборудованием различных производителей. Для решения этой задачи возможно использование ряда протоколов – ModBas, RS485, BАСnet. Протокол LON, разработанный для унификации оборудования различных производителей, сегодня используют многие компании. При создании диспетчерской службы системы должны интегрироваться и действовать в едином информационном поле.

Ассоциация LonMark International последние десять лет разрабатывает и публикует правила совместимости в целях содействия независимой разработке продуктов, которые могут быть легко подключены друг к другу. Совместимость – это способность различных аппаратных и программных платформ, изготовленных разными производителями, работать в одной системе, без применения конверторов протокола и интерфейсов. Функциональность совместимого оборудования уже проявила себя в тысячах установленных систем. Это касается не только автоматизации зданий, но и областей промышленности, логистики, жилья и др. LonMark проверяет приборы на соответствие требованиям совместимости в целом ряде тестов. Разработанные ассоциацией LonMark «Инструменты сертификации LonMark» (LCT – LONMARK Certification Tool) значительно облегчают процесс сертификации продукции. Эти инструменты, основанные на технологии Интернет, позволяют разработчикам тестировать и сертифицировать продукцию непосредственно на своем предприятии. Сертификат получают лишь те продукты, которые прошли тест на соответствие этим требованиям.

Открытые LonMark-системы предлагают свободный выбор продукции, лучшие продукты из имеющихся на рынке, функциональность типа «подключи и работай», а также низкие производственные издержки и затраты на инсталляцию. Полномасштабные интегрированные системы используют во многих странах мира, на больших, средних и малых объектах, не допускающих перебоев и объединяющие в единую сеть управления различные подсистемы здания. В Москве – это башня «Федерация».

Интеллект – хорошо, а два – лучше

Парадокс, но среди специалистов до сих пор нет единого мнения, какие здания можно считать «интеллектуальными», а какие – нет, и в чем отличие «интеллектуального здания» от высокоавтоматизированного с развитой системой автоматизации и диспетчеризации. В результате в настоящее время в нашей стране реализовано лишь несколько объектов, которые можно отнести к «интеллектуальным».

С точки зрения автоматизации можно выделить три сегмента: автоматика для малоэтажных жилых домов (home solution), автоматика для жилых и общественных зданий и сооружений, автоматика для промышленных зданий. Если говорят об «умном доме», то имеют в виду коттедж «элитного» класса. Но объединять в единое информационне поле системы таких объектов нет необходимости. Для этого сегмента есть готовые решения, не требующие дорогостоящего инжиниринга. Коттедж – это отдельный тепловой пункт, с несколькими контурами (контур теплого пола, контуры отопления первого и второго этажей и т. д.), управляемый контроллером. Такие контроллеры подразумевают фиксированную комбинацию подключаемого периферийного оборудования и требуют простейшую пусконаладку.Упрощение системы автоматизации сокращает ее стоимость – за небольшие деньги можно автоматизировать коттедж площадью свыше 300 м2.

Часто к «интеллектуальным зданиям» приравнивают современные постройки класса «А» и «А+» (как правило, коммерческая недвижимость), то есть энергоэффективные объекты. К сожалению, только недавно стали разрабатывать стандарты для подобной категории зданий, поэтому далеко не все из них на деле соответствуют высокой категории. В процессе эксплуатации таких зданий необходим постоянный мониторинг и сбор данных о работе всех систем, контроль за потреблением энергии. Хотя установка систем мониторинга достаточно затратна и составляет около пяти процентов от стоимости всего строительства, но в дальнейшем себя окупает, позволяя вовремя обнаруживать сбои и перерасход в системах водоснабжения, теплоснабжения, электроснабжения.

Компания Colliers International, одна из ведущих международных консалтинговых компаний в области коммерческой недвижимости, имеет большой опыт наблюдения за развитием и работой систем диспетчеризации и автоматизации офисных зданий класса «А». Интересен тот факт, что еще не столь давно класс «А» присваивали всем новым постройкам в центре Москвы, но в 2006 году объединения риэлтеров разработали свою программу классификации и соответствий. Инженерные системы вышли наконец на первый план, и стало понятно, что именно инженерия определяет комфорт. В 2009 году Некоммерческое Партнерство (НП) «Гильдия управляющих и девелоперов» (ГУД) разработала свою классификацию. Согласно ей основные системы объектов недвижимости можно свести к трем группам: системы жизнеобеспечения (отопление, вентиляция, водоснабжение, холодоснабжение, электроснабжение), системы безопасности и информационные системы. Системы первой группы – это основные потребители коммунальных ресурсов. Их работой надо управлять, для чего существуют системы автоматического управления и диспетчеризации. Главная цель создания автоматики – соблюдение специалистом технологических режимов, например, поддержание заданной температуры в системах приточной вентиляции, при этом потребляемая системой тепловая мощность будет именно такой, какая необходима ей для выполнения задания. Но система не даст ответа на вопрос, насколько это потребление обоснованно и есть ли возможность сэкономить тепловую энергию. Поэтому объем данных требует серьезной аналитики не только внутренних параметров микроклимата, но и наружных условий, а также реального состояния инженерных систем и строительных конструкций. Такая «умная» система мониторинга должна определить причины затрат, найти избыточность и выработать методы корректировки. Практический опыт показывает, что аналитика сейчас ложится на плечи службы эксплуатации. Но у службы эксплуатации изначально другая, не менее важная работа, а штатных ученых в составе нет и не предвидится.

Объект недвижимости – достаточно сложная система, не сравнимая с электроприбором (утюгом или чайником), отслуживший свой срок такой прибор утилизируют. Срок службы инженерных систем до их замены составляет 10-15 лет. С учетом возрастающих нормативных требований к энергоэффективности будущее надо заклдадывать уже сегодня, используя те решения, которые будут действовать как нормативная база в следующем десятилетии.

Что есть у нас

Если совсем недавно эталоном «интеллектуального здания» был дом Билла Гейтса, то сейчас современные постройки во многом его превзошли, и даже у нас в столице. Наилучшим образом концепция «интеллектуального здания» реализуется сейчас в офисных центрах Москвы. В них действуют системы управления и диспетчеризации инженерного оборудования и офисного освещения. Оборудование автоматизации различных производителей: системы управления освещением, автоматику теплового пункта, автоматику прочего инженерного оборудования разных фирм – интегрируют посредством протокола LON в единую систему. В рабочее время системы климатизации и освещение включены постоянно. В нерабочее время или в выходные дни, когда людей внутри нет, оборудование климатизации работает в дежурном режиме, а освещение отключается. Если в помещении в эти часы находятся люди, их присутствие фиксируют датчики движения, и по сигналам от этих датчиков включается освещение и соответствующее оборудование в данной зоне в автоматическом режиме. В то же время на диспетчерский пульт выдается соответствующий сигнал, и оператор может внести коррективы в режимы работы оборудования (например, если проводятся какие-либо работы в большом помещении, то, несмотря на присутствие нескольких рабочих, систему кондиционирования в нем можно отключить).

Воздушное пространство

Помимо офисных помещений, по уровню исполнения инженерных систем к «интеллектуальному зданию» можно отнести аэропорт Домодедово. Построение системы автоматизации и диспетчеризации подразумевало использование оборудования различных производителей, объединенное между собой шиной связи. За счет соответствующего программного обеспечения была создана единая база данных, подключенная к системе управления расписанием полетов: так было выработано единое информационное поле. Высокие требования к системе общеобменной вентиляции было сложно выполнить, поскольку очень большие площади приводят к значительным расходам воздуха. В связи с этим была разработана «концепция оптимизации» – проект оптимизации работы системы. В зависимости от расписания полетов рассчитывается условный коэффициент загрузки здания по количеству пассажиров в час (принимается одно из трех состояний этого коэффициента, соответствующих низкой, средней и высокой загрузке), но не всего здания в целом, а отдельных его зон. Пять основных зон: вылета, прилета, ожидания, две отдельные зоны для международных и внутренних рейсов – были разбиты на 27 более мелких подзон, микроклимат которых обеспечивали отдельные установки (зонирование инженерного оборудования). Эта «концепция оптимизации» была предусмотрена еще на стадии проектирования инженерных систем. В аэропорту теперь можно управлять инженерными системами в зависимости от нагрузки: в зимнее время уменьшать температуру и отключать вентиляцию помещений, где нет людей. В результате затраты энергии на климатизацию объекта снизились, по предварительным оценкам, на 7–10 %.