"Интеллектуальные здания". Тенденции и решения. Структурная схема и размещение оборудования

"Интеллектуальный дом" за счет унификации и построения единой среды обмена данными позволяет сократить эксплуатационные расходы, повысить надежность функционирования инженерных систем здания, снизить количество применяемого оборудования...

Основная сложность при проектировании "интеллектуального здания" состоит в объединении отдельных подсистем различных производителей в управляемый комплекс. Путем интеграции информации от эксплуатируемых подсистем – климат-контроля, охранно-пожарной сигнализации, видеонаблюдения и контроля доступа, систем водоснабжения, электроснабжения, освещения и пр. – появляется возможность оперативно принимать верные решения и выполнять необходимые действия, связанные с эксплуатацией здания.

Комплекс автоматизации, диспетчеризации и безопасности объекта нежилого назначения "башня" (далее "комплекс") предназначен для управления и контроля за работой оборудования основных инженерных систем, организации автоматизированного учета энергоресурсов, ведения архива технологических процессов инженерных систем и действий обслуживающего персонала. Комплекс позволяет путем непрерывного мониторинга параметров оборудования и обеспечения оперативного взаимодействия всех служб эксплуатации сократить эксплуатационные затраты, повысить надежность и безопасность функционирования основных инженерных систем, снизить количество применяемого оборудования за счет унификации и построения единой среды обмена данными систем контроля и управления.

Структурная схема системы

Ее составляют на основе технического задания. Схема содержит информацию о составе оборудования (контроллеры, датчики и исполнительные устройства) и способах его соединения (номер последовательного порта, адрес и пр.), применяемых на объекте.

Для каждого устройства следует задать уникальный (в пределах одного типа устройства) индекс. Этот индекс в дальнейшем будет представлять устройство в общей конфигурации оборудования. Для исполнительных устройств номер индекса должен быть согласован (идентичен) с именем на схеме размещения исполнительного оборудования.

Рассмотрим в качестве примера структурную схему комплекса (рис. 1). Выделено три основные системы: интегрированная система автоматизации, интегрированная система диспетчеризации, интегрированная система безопасности. Они объединены единым управлением (рис. 2).

Основное оборудование системы управления располагается в 19-дюймовом шкафу RACK и включает в себя: сервер управления с монитором и источником бесперебойного питания (ИБП), сетевой коммутатор (СК) и мультиплексор-расширитель RS232RS485 (МПР).

Рис. 2. Структурная схема центрального оборудования системы управления зданием*

Рис. 3. Структурная схема интегрированной системы автоматизации*

Автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера представляет собой рабочую станцию со специализированным программным обеспечением управления и мониторинга инженерных систем жизнеобеспечения. АРМ располагается в специальном помещении - пультовой и оборудуется двумя мониторами. Связи между АРМ и сервером управления осуществляется через сеть с протоколом TCP/IP.

Интегрированная система автоматизации (рис. 3) обеспечивает: автоматизированное управление освещением, системой водоснабжения и другими управляемыми электронагрузками, в том числе системой электроснабжения. Команды на включение-отключение освещения, подачу-отключение воды и электроэнергии могут поступать согласно запланированного расписания (с использованием встроенной функции астрономических часов), по информации с контрольных датчиков, информации о наличии людей в помещениях (с использованием охранной сигнализации), при необходимости – с центрального поста. Сетью связи между системой управления и контроллерами системы автоматизации является RS485.

Интегрированная система диспетчеризации (рис. 4) обеспечивает мониторинг и управление системами вентиляции, кондиционирования, теплоснабжения, лифтовым хозяйством и другим инженерным оборудованием, имеющим собственные интерфейсы и протоколы управления.

В состав интегрированной системы безопасности (рис. 5) входят системы видеоконтроля, контроля и управления доступом и охранно-пожарной сигнализации. Система безопасности работает под управлением собственного сервера (сервер ИСБ). К серверу ИСБ подключены контроллеры охранно-пожарной сигнализации (КОПС) и контроллеры системы управления и контроля доступа (КСКД). Сетью связи между сервером ИСБ и контроллерами также является RS485. Непосредственно к контроллерам подключаются датчики и исполнительные устройства охранно-пожарной сигнализации, считыватели и замки системы контроля доступа.

Для видеоконтроля прилегающей к жилому дому территории используются 24 видеокамеры уличной установки. Видеокамеры подключаются к видеосерверу, на котором ведется обработка и архивация видеоизображения. Для управления и контроля за безопасностью используется автоматизированное рабочее место интегрированной системы безопасности (АРМ ИСБ), представляющее собой рабочую станцию со специальным программным обеспечением. АРМ ИСБ оборудуется двумя мониторами. Связь между системой управления, АРМ ИСБ, сервером ИСБ, видеосервером осуществляется по протоколу TCP/IP.

Комплекс может быть спроектирован, смонтирован и введен в эксплуатацию поэтапно, начиная с минимально необходимого набора средств, обеспечивающего эксплуатацию здания в современных условиях с дальнейшим усложнением задач.

Рис. 4. Структурная схема интегрированной системы диспетчеризации*

Планы объекта

Как правило, план объекта – это строительные поэтажные планы на бумажном или электронном носителе. Бумажные планы необходимо перевести в электронный вид. Планы в электронном виде адаптируются для создания схем размещения оборудования. Для работы с электронными планами пусконаладчик должен быть снабжен соответствующим программным обеспечением (ПО). На практике рекомендуется использовать в качестве ПО Microsoft Visio или AutoCAD.

Размещения исполнительного оборудования

На основе поэтажных планов создаются схемы размещения исполнительного оборудования по подсистемам. На них должно быть указано местоположение исполнительного оборудования (зоны расположения датчиков, освещения, кондиционирования, видеонаблюдения). Именование оборудования происходит по следующему правилу: <аббревиатура типа оборудования><номер экземпляра устройства>. Например, ТК1 - телевизионная камера № 1, ЗС2 – Зона света № 2, СЧ1 – считыватель № 1.

Подключение оборудования

Имея структурную схему и схему размещения оборудования, а также руководство по эксплуатации оборудования, составляется схема подключения оборудования. В нее заключают информацию о конкретных способах подключения оборудования, необходимую на этапе монтажа.

При использовании стандартного кабеля следует указывать его тип (прямой или нуль.модемный для RS232/RS485) и типы разъемов. Если используется нестандартная распайка, то следует указать номера используемых контактов и их назначение. Названия устройств обязательно должны соответствовать заданным на структурной схеме.

Пример: для пожарного датчика, подключаемого к контроллеру, должен указываться номер шлейфа контроллера. Целесообразно именовать клеммы, к которым подключается исполнительное оборудование, в виде, принятом в документации к контроллерам. Так, для плат видеозахвата нумерация входов ведется с нуля.

Экономическая целесообразность внедрения систем комплексного управления зданиями

Инвестор, рассматривая предложение по оснащению возводимого здания инженерными системами "сверх необходимого", задается вопросом: зачем это нужно?

Вопрос применения систем автоматизации упирается в способность компании-интегратора сделать грамотное, учитывающее специфику конкретного объекта, технико-экономическое обоснование. Исключение составляют случаи, когда инвестор хочет, чтобы было просто "на уровне". Но таких уже трудно найти.

Наоборот, вследствие значительного снижения выручки от продаж многие крупные участники рынка жилой недвижимости всеми способами минимизируют издержки, поэтому объяснить, зачем нужно зданию "добавить немного ума", действительно непросто.

На рынке коммерческой недвижимости ситуация иная. Спрос на офисные помещения не уменьшается. Уровень устанавливаемых в таких зданиях систем жизнеобеспечения, автоматизации и безопасности, медленно, но неуклонно растет.

Отдельно можно выделить объекты недвижимости, инвесторами, застройщиками или заказчиками строительства которых являются зарубежные компании или компании с долей иностранного капитала. Для таких объектов на уровне эскизного проектирования производятся расчеты для всех подсистем и выбираются приемлемые технические решения. Благодаря комплексному подходу на начальном этапе к проектированию интегрированной системы управления зданием (Building Management System - BMS) удается избежать многих проблем в согласовании работы оборудования различных производителей.

Основные критерии, применяемые для оценки решений по оснащению здания системой управления:

·   продуманность решения, его комплексность, гибкость и масштабируемость;

·   общая стоимость владения (Total Cost of Ownership - TCO), включающая в себя первоначальные издержки на проектирование, приобретение и инсталляцию системы, также стоимость обслуживания системы управления зданием;

·   экономический эффект применения системы управления зданием.

Доля первоначальных издержек в общей стоимости владения зависит в первую очередь от периода владения, который берется индивидуально для каждого объекта недвижимости. По различным расчетам, при периоде владения 50 лет, доля первоначальных издержек на систему не превышает 5%. При этом оптимального решения еще никто в мире не нашел.

Рис. 5. Структурная схема интегрированной системы безопасности*

Ключевым критерием при выборе технических решений по оснащению здания системой управления, безусловно, является экономический эффект.

Подсистема жизнеобеспечения и расчет сбережения ресурсов (экономия электроэнергии в системе освещения)

В подсистему жизнеобеспечения входит самое большое подмножество функций:

·   управление освещением, ролл-ставнями, шторами, жалюзями, электромагнитными клапанами и другими релейными нагрузками;

·   управление изменяемыми нагрузками: сервоприводами, заслонками, клапанами с регулируемым относительным отверстием, балластами люминесцентного освещения и другими, принимающими аналоговые сигналы управления, такие как 0-10 В, 4-20 mA;

·   контроль сухих контактов, кнопок, датчиков и других устройств, сигнализирующих состояния включено/выключено;

·   контроль аналоговых датчиков и устройств:

o  температуры;

o  влажности;

o  давления;

o  уровня;

o  освещенности;

o  силы и направления ветра;

o  газа и его концентрации;

o  протечки.

·   частотные вводы/выводы для контроля скоростей вращения вентиляторов, датчиков ветра или им подобных.

Такая функциональность формирует состав систем жизнеобеспечения:

·   контроллеры ввода/вывода всевозможных сигналов;

·   диммеры и реле;

·   контроллеры программируемой логики;

·   датчики;

·   исполнительные устройства.

Системы жизнеобеспечения обязаны иметь режимы автономной работы, критичные для таких задач, как управление котлами, вентиляцией, освещением. При этом должны быть интерфейсы интеграции с другими системами.

Управление освещением

Определимся с терминологией. Диммеры – устройства, плавно регулирующие уровень освещенности в зонах освещения. Зона освещения – отдельно взятая световая нагрузка либо группа светильников. Силовые реле – устройства, изменяющие уровень освещенности в зонах освещения в режиме включено/выключено.

Подсистема позволяет создавать сценарии освещения, экономить на ресурсе и потреблении световых приборов. При интеграции с общей системой может участвовать в сценариях или непосредственно принимать команды управления с интерфейса системы, других систем или от клавишных слаботочных выключателей системы жизнеобеспечения.

Расчет экономии электричества в системе освещения

1. Допустим, для освещения общей зоны типового этажа здания требуется 5 кВт/ч (сеть 220 В). 2. Имеются закрытые технические зоны, в которых освещение необходимо только во время работы персонала в этих зонах. Для их освещения требуется 1 кВт/ч; время работы персонала в сутки – 1 час; вероятность оставления включенного освещения после работы 10% (то есть 9 дней свет будет включен 1 час, 1 день свет будет включен 24 часа).

В таком случае экономия происходит благодаря:

1. диммированию света (днем [8 часов] уровень освещенности требуется 50% от полного номинала, благодаря естественному освещению, утром/вечером [8 часов] – 75%, ночью – 100% [8 часов] соответственно). В первую очередь используется годовой календарь восхода/захода солнца, по месту возможна установка датчиков освещенности;

2. временному увеличению яркости освещения по датчикам движения (из охранно-пожарной сигнализации) или детектору движения цифровой системы видеоконтроля в случае появления в заданной зоне человека.

Произведем вычисления:

1. Расход электроэнергии без энергосбережения: 5 кВт х 24 ч = 120 кВт/сут.; с энергосбережением: 5 кВт х 8 ч х 0,5 + 5 кВт х 8 ч х 0,75 + 5 кВт х 8ч х 1 = 20 + 30 + 40 = 90 кВт/сут.

2. Без энергосбережения: (1 кВт * 1 ч * 9 + 1 кВт *24 ч * 1) / 10 = 3,3 кВт /сут.; с энергосбережением: 1 кВт/сут.