Функционирование современных зданий невозможно без надежной и эффективной системы управления, которая должна обеспечивать комфорт и безопасность людей, работающих или проживающих в здании, надежную и эффективную его эксплуатацию, а также оптимизировать энергозатраты. Система автоматизации и управления зданием (САиУЗ, или BMS (Building Management Systems), как ее принято называть на Западе), гарантирует высокие стандарты его жизнедеятельности.
Для решения перечисленных выше задач необходимо не только использовать самое надежное оборудование (это, безусловно, необходимая основа), но и создавать качественные структурные решения, т.е. выстраивать систему с четкой архитектурой от верхнего до нижнего (полевого) уровня.
Данная статья посвящена техническим решениям, которые предлагает предприятие “Белпромтехнологии” для сложных систем управления зданиями с повышенными требованиями к надежности системы. Особо важными компания, как и все передовое человечество, считает вопросы защиты и сохранения окружающей среды. Именно поэтому во главу угла сейчас ставятся задачи создания таких систем управления и поиска таких технических, прежде всего энергетически эффективных, решений, которые обеспечивают максимум комфорта с минимальным ущербом для окружающей среды. Они способствуют созданию гармоничной среды обитания человека как внутри здания, так и вне его.
За почти 10-летний период деятельности компания “Белпромтехнологии” стала одним из лидеров в области автоматизации инженерного оборудования зданий в Республике Беларусь. Благодаря тому что в течение всего этого времени проводилась активная работа в данном направлении, коллективу удалось достичь высшей степени профессионализма. Накоплен огромный опыт, отточены технические решения как для отдельных видов оборудования, так и для построения системы в целом, инженеры постоянно совершенствуют технологические решения для создания качественного продукта. В соответствии с требованиями современного рынка компания активно работает над вопросами интеграции систем и оборудования разных производителей с использованием стандартных протоколов, таких как BACnet, MODBUS, LON, EIB, M-bus и т.п. Это позволяет строить единую, открытую систему управления зданием вплоть до полной интеграции всех подсистем.
Мы берем на себя ответственность за бесперебойное управление зданием. Высокие технологии и сервис обеспечивают выполнение всего комплекса требований по достижению индивидуального энергосберегающего решения в целом и многоуровневой функциональности системы. При необходимости способны сопровождать проект на всем пути – от идеи, создания концепции организации работы в автоматическом режиме всех инженерных систем на объекте, выполнения проектных, наладочных и монтажных работ до повседневного управления инженерным оборудованием.
Разработку “интеллекта” нельзя поставить на поток. Хотя программное обеспечение, образующее ядро интеллектуальных систем, и инженерное обеспечение чаще всего стандартны, системы диспетчеризации в каждом конкретном случае индивидуальны. Они должны учитывать специфику здания, задачи, которые в нем будут выполняться, факторы окружающей среды и многое другое, быть технически грамотными и экономически обоснованными.
Проектирование систем автоматизации для различных зданий зависит от их назначения и имеет свои особенности. К примеру, в медицинских учреждениях большое внимание уделяется надежности работы оборудования в первую очередь систем жизнеобеспечения. Их автоматизация выполняется с резервированием, и к оперативности обслуживания предъявляются очень высокие требования, чтобы предотвратить риски выхода оборудования из строя. В объектах здравоохранения наряду с обычными системами и подсистемами управления зданием должны быть еще и подсистемы для управления в чистых помещениях. Причем для некоторых из них недопустимо попадание воздуха извне, а для других – выхода воздуха изнутри. Так, в здании специализированного диспансера в Гомеле объединено более 140 вентсистем, 3 теплоузла, котельная, центральная щитовая, трансформаторная подстанция, более 300 противопожарных клапанов, 50 этажных электрораспредщитов, очистные сооружения и более 5000 точек подключения, через которые поступает информация с контролируемых инженерных систем. Подобным образом автоматизированы системы жизнеобеспечения ряда городских больниц в Минске, а также в Бресте, Гомеле, Витебске, Могилеве, Брагине.
Для спортивных сооружений, как правило, характерен стандартный набор подсистем: автоматика ОВК и системы безопасности. Отличительной чертой здесь является задача управления климатом в больших объемах, есть особенности в создании климата ледовых полей и бассейнов. Актуален также вопрос изменения функционирования помещений, их трансформации под концертные площадки, выставочные экспозиции и т.п. В целом особенность эксплуатации спортивных объектов заключается в том, что они используются очень неравномерно. Системы автоматизации оптимизируют затраты на эксплуатацию с учетом работы в цикличном режиме, заполненности залов. Интересные технические решения реализованы нами в физкультурно-оздоровительном центре в Жлобине (ледовый дворец, аквазона, бассейн, гостиница), легкоатлетическом манеже, универсальном спортивном комплексе игровых видов спорта “Виктория” и стадионе “Динамо” в Бресте, ледовых дворцах в Витебске, Бресте, Гродно, Могилеве, Минске, Пружанах, Бобруйске.
Не “начинка”, а “содержание”
Даже самое красивое здание, созданное усилиями архитекторов и строителей, останется просто “коробкой”, если его не превратить в удобную среду для жизнедеятельности людей, наполнив содержанием – набором инженерных систем. Интеграция их в единый механизм предоставляет качественно новые возможности использования, обеспечивает не только комфорт, высокий уровень безопасности, но эффективность и экономичность эксплуатации как самого сооружения, так и всего комплекса оборудования.
Система управления зданиями обычно имеет традиционную трехуровневую структуру:
- верхний уровень управления (Management Level);
- уровень станций автоматизации (Automation Stations Level);
- уровень полевого оборудования (Field Level).
Верхний уровень – это компьютер или сеть компьютеров с установленным программным обеспечением (СКАДА-системой), позволяющим организовать обмен данными с объектами диспетчеризации, предоставлять данные в табличном, графическом, мнемоническом видах, обеспечивать удобную структуру ссылок на сопровождающую документацию.
Уровень станций автоматизации – это свободно программируемые контроллеры, представляющие собой вычислительную машину, имеющую некоторое множество входов и выходов. Контроллеры отслеживают изменение входов и вырабатывают программно определенное воздействие на выходах, объединяются в сеть и обмениваются информацией между собой и верхним уровнем по протоколу обмена.
Уровень полевого оборудования содержит устройства, связанные с контроллерами уровня автоматизации, такие как датчики температуры, влажности, уровня давления и всевозможные переключатели, а также элементы управления – клапаны, задвижки, исполнительные устройства, реле управления и др.
Система управления современным интеллектуальным зданием включает в себя подсистемы управления различными его узлами: коммерческого учета расхода тепла; автоматикой ЦТП, котельных и систем теплоснабжения, холодильных станций и систем холодоснабжения, водоснабжения и канализации, освещения, электроснабжения и гарантированного электропитания, подпора и дымоудаления, водяного пожаротушения и др.; системами пожарной сигнализации и оповещения о пожаре и других чрезвычайных ситуациях, охранно-тревожной сигнализации, контроля и управления доступом, охранного, эфирного и спутникового телевидения, структурированной кабельной сети (СКС), телефонной и дистанционной связи, парковкой, а также другими слаботочными системами.
Какие требования выдвигает рынок к системам автоматизации и управления инженерным оборудованием здания (САиУИОЗ)? В первую очередь централизовать информацию о потреблении энергии, иметь возможность сравнить его со стандартами или с потреблением в других зданиях одинакового типа, знать, на какие цели она идет, предотвращая потери, использовать альтернативные источники энергии, уменьшить эмиссии/загрязнение окружающей среды. САиУИОЗ должна гарантировать высокий уровень качества регулирования, связь с поставщиком первичных источников энергии, рассматривать здание, его конструкцию, оболочку и интегрированную технологию как единое целое, обучать пользователя экономить энергию, уменьшать расходы обслуживания.
Решения для современных отелей
Наиболее полный комплекс решений по автоматизации реализован для недавно построенных в Минске гостиниц – пятизвездочной “Европа” и четырехзвездочной “Виктория” с бизнес-центром “Столица”. Он обеспечивает высокую надежность путем объединения различного оборудования в единую систему управления не только зданиями, но и разветвленным гостиничным хозяйством.
Автоматизация гостиницы – комплексная задача, в которую входят резервирование мест, бухгалтерский и складской учет, интерактивное телевидение и информационная сеть, управление ресторанами и другие процессы, согласованные с различными смежными программно-аппаратными комплексами. Именно интеграция всех систем в единый механизм позволяет выработать оптимальные алгоритмы их взаимодействия и координации. Проживая в гостинице, постоялец не обращает внимания (да и не должен видеть) на то, что за кажущейся простотой обслуживания скрываются сложные системы, координирующие и управляющие всеми производственными процессами в гостиничном бизнесе.
Одной из важнейших составляющих автоматизации гостиницы является комплекс управления и мониторинга инженерных систем здания и отдельных номеров, который строится по принципу интеллектуального здания.
На верхнем уровне расположены диспетчерские компьютеры (АРМ – автоматизированное рабочее место). Задача диспетчера – контроль доступа, управление энергопитанием, создание комфортного микроклимата, управление освещением, аварийная сигнализация при возникновении нештатных ситуаций (протечки воды, проникновение посторонних, некорректные действия персонала и гостей и т.д., вызов обслуживающего персонала, подача сигналов тревоги и др.). Все станции автоматизации связаны между собой по сети и вся информация передается на АРМ диспетчера. Связь между верхним уровнем и уровнем станций автоматизации осуществляется по протоколам NovaNet и BACnet IP. Современные системы автоматики для гостиниц строятся по принципу распределенного интеллекта. Станции автоматизации, размещенные в номерах и различных помещениях отеля, полностью обеспечивают их жизнедеятельность даже при потере связи с АРМ, что говорит о высокой надежности такой сегментированной системы.
АСУ гостиничного хозяйства Micros Fidelio интегрирована в единую систему управления зданием через OPC-функциональность. Объединение с системой доступа выполнено посредством “контакта присутствия” и передачи релейного сигнала на станцию автоматизации. Кроме того, в соответствии с нормативами и требованиями безопасности связь между системами управления ОВК и системами пожарной безопасности осуществляется на уровне станций автоматизации через “сухие контакты”. В систему инженерного обеспечения интегрированы также оборудование дымоудаления и огнезащитные клапаны.
В отелях высокого класса, где множество помещений должны отвечать самым разным специфическим требованиям комфортности и престижности, использование принципов интеллектуального здания обеспечивает максимально возможный набор функций инженерной инфраструктуры при экономичном режиме эксплуатации всего комплекса оборудования.
Областями высокого энергопотребления в гостинице являются приточная вентиляция, открытые окна в номерах, их освещение, кондиционирование бассейна, конференц-залов, ресторанов, вестибюлей (включая потери от дверей), вытяжная вентиляция кухни, горячее водоснабжение.
Система управления обладает различными возможностями повышения энергосбережения. Так, благодаря более эффективному управлению, регулированию качества воздуха, использованию таймеров и датчиков присутствия сокращается объемный расход приточной вентиляции. Регулируются энергопотребление вентиляторов и насосов, холодильных установок (эффективное управление, рекуперация тепла/холода), температура в определенных областях здания, продолжительность работы оборудования (эффективное управление, временные программы, привязка к другим системам автоматизации), планируются профилактика и техническое обслуживание, очистка теплообменников и фильтров, обеспечена возможность использования альтернативных источников энергии. “Экологическая программа” способствует привлечению постояльцев к проблеме охраны окружающей среды, экономии воды и электричества.
Высокую эффективность автоматизации можно рассмотреть на примере гостиничных номеров. Если помещение не занято (режим “номер не заселен”), в нем сохраняется минимальная температура, отключены вентиляция, электроэнергия, освещение и телевидение. Следовательно, зимой там может оказаться холодно и неуютно, а летом нестерпимо душно. Но в момент регистрации и получения клиентом пластиковой карточки (электронного ключа) климат в номере начинает активно готовиться, поддерживаются температура “горячего резерва”, минимальная вентиляция. Постояльцам обеспечиваются комфортные условия, изменять которые он может с помощью карты-ключа или датчика присутствия по своему желанию, управляя температурой и скоростью воздуха – “комфортный режим”. Информация о его присутствии в номере и действиях доступна диспетчеру. В случае если открыто окно, система переходит в “горячий резерв” с функцией защиты от замораживания. Если проживающий покидает номер, включается “горячий резерв”, отключаются электроснабжение, освещение, телевидение. После того как он оплачивает счет, система переходит в экономный режим “номер не заселен”. Дополнительно ведется контроль затопления по специальному датчику, что гарантирует оперативное реагирование на подобные ситуации и исключает необходимость дорогостоящего ремонта. Для согласования работы всех систем применяются контроллеры фирмы SAUTER, установленные в каждом номере.
Помимо контроля тарифов электроэнергии система управления постоянно отслеживает потребление электроэнергии, газа, тепловой энергии, воды (в бассейне, ресторане, кухне, жилых номерах, конференц-залах), а также горячей воды с целью выявления протеканий или открытого крана. Ведется учет теплопроизводительности каждого помещения, указывающий, в каком из них открыты двери или окна. Путем сравнения кривых потребления выявляются отклонения от норм. Текущий контроль дает возможность не только определить, где и в какое время непроизводительно расходуется энергия, но и принять меры для соответствующих улучшений.
Таким образом, современное оборудование автоматического регулирования вкупе с высокой квалификацией специалистов, выполнивших проектные и наладочные работы, вносит существенный вклад в повышение энергетической эффективности зданий. По сравнению с применением обычных вентилей в отопительных батареях, как показывают расчеты, простая программа выдержек времени для отопления помещения дает экономию до 40%, автоматика “горячего резерва”/присутствия – 5–10%. Объединение систем автоматики ОВК и АСУ гостиничного хозяйства сокращает затраты на обслуживание до нуля. Оперативно получаемая информация о состоянии и параметрах функционирования оборудования инженерной инфраструктуры не только повышает уровень безопасности, уменьшает риск чрезвычайных ситуаций, но исключает его непроизводительную работу, уменьшает износ. Следовательно, и стоимость ремонтов благодаря прогнозированию и заблаговременному предупреждению отказов подсистем, исключению “человеческого фактора”. Поскольку количество обслуживающего персонала сведено к минимуму за счет модульности всех систем, возможностей дистанционного подключения к системе диспетчеризации, затраты на сервисное обслуживание, наладку, техническую эксплуатацию резко снижаются. Окупаемость данной системы составляет 3–5 лет.
Большой спектр возможностей автоматизации гарантирует выбор технически и экономически обоснованных решений не только для отелей высокого класса. Для небольших гостиниц автоматика может стать “панацеей”, позволяющей организовать качественное обслуживание клиентов при минимуме денежных и организационных затрат. По данному пути, например, пошли управляющие гостевого дома “Westa” (319-й км автомагистрали Брест–Москва), грамотно использовавшие преимущества автоматизации инженерного оборудования.
Опыт и практика показывают, что только комплексный подход при построении системы автоматизации и диспетчеризации зданий поможет увеличить эффективность использования ресурсов, уменьшить затраты при проектировании, строительстве и эксплуатации здания, предоставить лучший сервис, что в свою очередь является гарантией окупаемости систем автоматизации и конкурентоспособности зданий.