Интеллектуальное будущее зданий

Разумовский О. Мироненко Е. Интеллектуальное будущее зданий. // Ватерпас. 2000. №5-6. C.128-131


Сегодня мы становимся свидетелями изменения отношения человека к зданию. Постепенно приходит понимание, что здание ? это сложный организм, который должен развиваться по определенным законам, чтобы удовлетворять растущие требования человека к комфорту, безопасности и экономически обоснованной функциональности.

Это не есть что-то принципиально новое, это давно забытые старые идеи, спроецированные на современные рыночные условия и - достижения строительных, энергетических, микроэлектронных и информационных технологий. В прошлые, досоциалистические, времена был дворник (хозяин постялого двора /ссылка на словарь Даля/). Он подметал дорожки, следил за порядком и состоянием здания, ремонтировал и был источником различной информации для обитателей. Сейчас, пройдя через социалистический реализм, мы снова возвращаемся к необходимости ?дворника?. Вот только его черты уже другие.

Для человека здание является неотъемлемой частью его производственной, культурной и бытовой деятельности. В рыночных условиях здание вовлекается в товарно-денежные потоки и, соответственно, имеет некоторую стоимость, требует затрат на эксплуатацию и на энергоресурсы. И поэтому в современных условиях функции сопровождения жизненного цикла здания берут на себя Автоматизированные Системы Технического и Экономического Управления Зданием (сокращенно ? АСУЗ). Они-то и будут предметом нашего внимания в данной статье.

Решаемые АСУЗ задачи можно условно разбить на следующие уровни:

? Мониторинг и учет:

? параметров потребления энергетических ресурсов (в основном это вода, тепло, газ, электроэнергия);

? параметров инженерных систем (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, водоснабжения, освещения, электроснабжения и др.);

? параметров, определяющих состояние строительных конструкций и окружающей среды с целью предупреждения аварийных ситуаций.

? Управление параметрами и режимами работы инженерных систем (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, водоснабжения, освещения, электроснабжения и др.) с целью удовлетворения требований строительных и санитарных норм.

? Человеко- и бизнес-ориентированное (интеллектуальное) управление инженерными и коммуникационными системами с целью создания условий пребывания в сооружении в соответствии с заданными критериями: уровень комфорта, эффективность использования ресурсов и т.п.

Первые два уровня в той или иной степени всегда представлены в любых зданиях. Они образуют тот технологический фундамент, который является необходимым условием функционирования любого здания.

Третий уровень ? ?интеллектуальный? ? практически отсутствует в проектируемых и существующих АСУЗ в Украине. И тому есть несколько причин. Во-первых, на этом уровне осуществляется тесная интеграция всех инженерных и коммуникационных систем, а это требует определенных технических решений, к которым не всегда готовы наши проектанты. Во-вторых, протекающие в здании бизнес-процессы (не говоря уже о поведении человека в своем доме) не всегда поддаются формализации, которая необходима для настройки поведения АСУЗ. И, в-третьх, критерии эффективности интеллектуальных решений не всегда очевидны на этапе проектирования из-за сложности самой задачи.

Но не стоит расстраиваться по поводу этих трудностей, ведь опыт внедрения интеллектуальных систем у наших соседей слева и справа свидетельствует о том, что это направление жизнеспособно и дает заказчику определенные выгоды.

Давайте перенесемся в недалекое будущее и представим себе ?интеллектуальное? здание. Для начала следует определиться со смыслом термина ?интеллектуальное? здание (ИЗ). Сегодня не существует точного определения этого термина. Каждый поставщик подобных решений вкладывает в него свой смысл. В результате некоторого обобщения мы находим, что под ИЗ понимается автоматизированная комплексная (охватывает инженерные и коммуникационные системы, финансово-экономические и социальные аспекты функционирования здания) система, которая:

? ?чувствует?, что происходит внутри и снаружи здания;

? ?реагирует? таким образом, чтобы наиболее эффективным способом обеспечить эффективные с точки зрения бизнес-процессов, безопасные и комфортные условия пребывания в нем людей, сведя при этом до минимума потребление энергии и энергоресурсов;

? ?объединяет? все технические, экономические и социальные подсистемы в единый организм;

? ?взаимодействует? с людьми посредством применения простых и легко доступных средств общения в локальном и дистанционном режимах.

ИЗ и его владелец. ИЗ гармонизирует взаимодействие человека со зданием во всех его фазах, обеспечивая при этом оптимальную работу всех технических систем и эффективное использование всех ресурсов. На этапе проектирования владельцу и его менеджерам необходимо будет найти общий язык с архитектором и сформировать свои требования к ИЗ и критерии его эффективности.

ИЗ и архитектор. ИЗ дает возможность архитектору максимально реализовать свои идеи не только при создании формы здания, но и ввести в форму и интерьер элементы динамизма, выраженные, например, различными сценариями работы системы освещения, изменениями внутренней и внешней геометрии здания. В то же время перед архитектором стоит сложная задача по формированию перечня реализуемых ИЗ функций, которые бы гармонировали с представлениями и пожеланиями владельца будущего здания.

ИЗ и инженер-проектировщик. ИЗ требует от инженеров-проектировщиков дополнительных знаний о современных датчиках, сенсорах, исполнительных механизмах, свойствах различных материалов, системах передачи информации и принятии решений.

ИЗ и поставщик решения. Поставщик решения лучше всех осведомлен о возможностях технических средств, которые он закладывает в свои предложения. В то же время он меньше всех знает о потребностях владельца и замыслах архитектора.

Поэтому удачный проект ИЗ получается только в результате творческой работы перечисленных выше участников. Другой составляющей успеха проекта является технология построения ИЗ с точки зрения технических средств. В жизненном цикле ИЗ после ввода его в эксплуатацию начинается фаза ?сближения? проектных решений с реальным поведением занимающих здание людей. Технические средства в этой фазе должны обеспечить максимальные возможности переопределения алгоритмов работы при минимальных затратах на монтажные и строительные работы.

Не стоит думать, что проект ИЗ подходит только для крупного сооружения. Со всеми своими атрибутами только с различным наполнением он применим к квартире, дому, гостинице, кафе, ресторану, офису, детским, учебным, медицинским и культовым зданиям, цехам, складам, административным зданиям, гаражам, стоянкам, местам торговли и т.п.

Технология проектирования

Одним из факторов успешного проекта ИЗ является создание команды специалистов ? представителей владельца, архитекторы, инженеры-проектировщики и поставщик решения (назовем их разработчики ИЗ). Хотим сразу же отметить, что технологии и критерии проектирования АСУЗ на ?интеллектуальном? уровне для зданий производственного назначения и жилья принципиально отличаются по своему внутреннему наполнению. Если для зданий первой категории можно изначально сформулировать некоторые общие критерии эффективности и цели, то для зданий, предназначенных для жизни людей, требуется искать некий баланс между экономической эффективностью, уровнем безопасности и комфорта, и, что самое сложное, ? следует учитывать психологические и социальные особенности жильцов ввиду того, что отношение человека к автоматической системе, ?живущей параллельно? с ним на работе и дома, может быть совершенно противоположным.

Последовательность этапов работы по проектированию ИЗ выглядит следующим образом (речь идет о проектировании третьего ?интеллектуального? уровня АСУЗ):

? определение функционального назначения помещений, зон прилегающей территории, схем перемещения людей и ресурсов (например, материальных ценностей, автотранспорта);

? определение состояний, в которых могут находиться помещения и зоны (табл. 1);

? определение инженерных и коммуникационных систем, возможностей по управлению режимами их работы в составе комплексной АСУЗ;

? для каждого состояния помещения или зоны назначаются режимы работы инженерных и коммуникационных систем (табл. 2);

? определяются факторы, инициирующие смену состояний помещений и зон (такими факторами могут быть: команды пользователя, время суток и сезон, события, фиксируемые различными датчиками и др.);

? определяются действующие лица и их полномочия при взаимодействии с АСУЗ (табл. 3);

? формируются сценарии поведения здания в зависимости от последовательности возникающих событий и команд пользователей;

? с учетом требований по оформлению интерьера и особенностей строительных конструкций формируются технические спецификации на датчики и сенсоры (табл. 4), исполнительные механизмы (табл. 5) и интерфейсы с пользователем;

? далее их состав оптимизируется с учетом одновременного использования в различных задачах;

? формируются спецификации на функциональные модули мониторинга, данные которого используются впоследствии для анализа функционирования АСУЗ;

? проектируются коммуникации и способы соединения с инженерными системами.

Технические решения

Мы не ставили перед собой задачи в рамках этой статьи описывать существующие на сегодняшний день технические решения, а хотим остановиться на технологии European Installation Bus (EIB) ? европейской инсталляционной шине, которая обеспечивает:

? снижение затрат на энергию до 30%;

? легкое подключение ранее установленного оборудования;

? гибкое и быстрое расширение системы и ее адаптацию под требования клиента в любое время без серьезных затрат на переделку уже существующих коммуникаций;

? минимизацию расходов на сопровождение и развитие АСУЗ;

? богатство технических решений (на рынке существует более 4000 устройств, сертифицированных на совместимость с технологией EIB).

В предыдущих номерах (№ 1(26)/2000, №3(28)/2000) уже эта технология уже была кратко описана. На сегодняшний день эта технология является международным стандартом, который поддерживается в рамках одно

именной ассоциации EIBA (www.eiba.com) более чем 120 производителями различного оборудования по всему миру. Ассоциация отметила в этом году 10-летний юбилей своего существования.

С точки зрения технологии EIB АСУЗ представляет собой децентрализованную структуру, состоящую из:

? устройств фиксации событий (датчика, сенсора, приемника и передатчика команд и т.д.) (см. табл.4.);

? исполнительных механизмов (вентилей, задвижек, выключателей, пр.) (см. табл.5.).

? интерфейсов для взаимодействия между собой и с другими подсистемами:

? по проводным каналам связи;

? по силовым проводам сети 220 В;

? телефонным и радиоканалам;

? посредством инфракрасного излучения, голоса;

? по локальным и глобальным компьютерным сетям;

Одной из особенностей этой технологии является то, что переменное напряжение 220 В подводится только к потребителям электроэнергии. За счет этого повышается электробезопасность, упрощается схема электроснабжения, экономится кабель.

Такой подход делает систему управления более надежной, гибкой к изменениям состава и параметров решаемых задач, экономически эффективной в процессе эксплуатации и развития. Практически неограниченный спектр датчиков и исполнительных механизмов позволяет реализовывать всевозможные замыслы владельцев и дизайнеров.

Таблица 1 Примеры состояния помещений.

Наименование

Описание

Выключено

Инженерные подсистемы выключены (обесточены) - ничто не работает, кроме охранно-пожарной сигнализации. Вывод из этого режима осуществляется вручную

Пассивное

Инженерные подсистемы в ждущем режиме. Вводятся в действие по сценарию/команде. Например, напряжение на определенных группах розеток отключено, освещение отключено, вентиляция выключена, отопление на минимально допустимом уровне, двери заблокированы.

Дежурное

Инженерные системы находятся в ?приторможенном? режиме ? например, работают на 50% своей мощности.

Рабочие

Рабочие режимы, когда отрабатываются различные сценарии и команды пользователя

Индивидуальные

Разновидность ?рабочего? режима, когда отрабатываются индивидуальные сценарии или команды, ориентированные на определенного пользователя или группу пользователей

Обслуживание

Режим, когда на объекте производится уборка или техническое обслуживание: подается напряжение на определенные розетки, яркое основное освещение, дополнительное освещение в определенных местах, вентиляция работает интенсивнее и прочее.

Обработка

Санитарная