Интеллектуальное здание

Интеллектуальное здание подразумевает интеграцию различных инженерных систем «под эгидой» единой автоматизированной системы управления зданием (АСУЗ; англоязычный эквивалент – BMS, building management system).
 

Интеллектуальное здание – это «здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства». Такое определение в 1970-х гг. дал тогда еще новому подходу к проектированию и управлению инженерными системами Институт интеллектуального здания в Вашингтоне.

Основной критерий «интеллектуальности»

Чтобы называться «интеллектуальным», здание должно не только управляться АСУЗ, но и включать определенное количество информационных точек – другими словами, датчиков и сенсоров, с которых поступают данные о состоянии оборудования и окружающей среды. По американским нормам, информационных точек должно быть не менее 15 тысяч, а согласно российским реалиям – не менее 2-3 тысяч. Поскольку площади интеллектуальных зданий сильно разнятся, разумнее было бы говорить не об абсолютном, а об «удельном» количестве информационных точек – из расчета на единицу площади.

Управление инженерией

Под управлением АСУЗ в разных проектах интеллектуальных зданий объединяется от 20 до 50 различных инженерных систем. Некоторые из них приведены на нижеприведенной схеме.

Интелектуальное здание

АСУЗ – это программно-аппаратный комплекс, который осуществляет централизованный мониторинг и управление всеми инженерными системами. Как правило, все действия по управлению ведутся из единого диспетчерского центра, где развернуто несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ) диспетчеров функциональных систем, на мониторы которых может быть выведена любая информация о работе оборудования и состоянии здания, включая оперативное оповещение о внештатных ситуациях.

Интеллектуальное здание представляет собой иерархическую структуру, в которой посредством сетей LonWork и BacNet объединено интеллектуальное оборудование: процессоры, интеграторы и полевые контроллеры, управляющие работой отдельных систем и устройств. С них информация о работе систем поступает на центральный процессор системы управления зданием. Фрагмент системы, отвечающий за управление электронагрузками и водоснабжением, представлен на Рис. 2.

Фрагмент системы управления


Принципы проектирования систем Интеллектуального здания

Использование открытых протоколов (например, LonWork или BacNet), обеспечивает «бесшовную» интеграцию инженерного оборудования различных производителей.

Избыточность, заложенная на этапе проектирования, дает возможность при необходимости расширять систему управления зданием, подключать к ней новое оборудование и системы с минимальными временными и финансовыми затратами.

Принцип распределенного интеллекта, реализованный в контроллерах АСУЗ, обеспечивает надежность работы системы: даже при выходе из строя одного из элементов управления его функции передаются другому узлу.

Пример работы

Благодаря применению алгоритмов взаимодействия систем, которые отрабатываются еще на этапе проектирования и моделирования интеллектуального здания, весь этот комплекс работает как единый слаженный организм.  

Например, «ночной» и «дневной» режимы работы систем жизнеобеспечения дают значительную экономию электроэнергии. В «ночном» режиме, когда в офисных помещениях никого нет, автоматически выключается освещение, перестает работать кондиционер, лифты переходят в режим ожидания. Переход в «ночной» режим может осуществляться по таймеру, по датчикам охранной сигнализации или по сигналу системы контроля доступом.

Утром, за некоторое время до начала рабочего дня, оборудование системы кондиционирования доводит воздух в офисных помещениях до заданных параметров, а по датчикам движения или срабатыванию системы контроля доступа, фиксирующей прибытие первых сотрудников, включается освещение. По мере того, как становится светлее на улице, автоматически открываются жалюзи, а свет гаснет. С помощью настенных пультов управления каждый сотрудник может выставить желаемую температуру воздуха и яркость освещения. АСУЗ автоматически контролирует работу системы электроснабжения, при необходимости переключая потребителей на питание от автономной электростанции или инвертора.

Преимущества от внедрения Интеллектуального здания

Согласно существующей статистике, стоимость инженерных систем интеллектуального здания составляет от 30 до 50% от общей стоимости объекта; 5-7% из них приходится на интеллектуальные элементы – контроллеры, автоматизированные рабочие места диспетчеров, ПО АСУЗ. Однако неизбежные затраты на этапе проектирования и внедрения дают в дальнейшем, при эксплуатации здания, неоспоримые преимущества и владельцу здания, и арендаторам, и сотрудникам компаний-арендаторов.   

Наличие в офисном здании АСУЗ и работа инженерных систем по принципам интеллектуального здания является обязательным критерием принадлежности офиса к категории А, А+, А-.  Это увеличивает стоимость аренды офисных помещений и дает владельцу здания дополнительный доход. К тому же, внедрение интеллектуального здания на этапе проектирования офиса или промышленного предприятия в дальнейшем предоставляет владельцу и арендаторам следующие преимущества.

  1. Комфорт людей, находящихся в здании, достигается за счет того, что постоянно поддерживаются оптимальные значения параметров окружающей среды. При этом учитываются климатические показатели: температура воздуха на улице, направление и скорость ветра, облачность. Есть возможность индивидуальной настройки, например, температуры и освещенности, с учетом личных предпочтений. Согласно некоторым исследованиям, производительность труда за счет комфортных условий может повышаться на 20%.
  2. Экономия ресурсов (электричества, воды, отопления) до 30%. За счет реализации алгоритмов работы систем, направленных на экономное расходование ресурсов, а также за счет учета текущих погодных условий, достигается значительная экономия электроэнергии и воды. Только благодаря ресурсосбережению интеллектуальное здание полностью окупается за 3-5 лет.
  3. Независимость от качества муниципального электро- и водоснабжения. Интеллектуальное здание подразумевает наличие собственной системы очистки питьевой воды и резерва на случай сбоя в системе общего водоснабжения. Система электроснабжения интеллектуального здания строится так, чтобы максимально защитить оборудование от перепадов и отключения напряжения в общей сети, и включает в себя как электростанции для резервного электроснабжения, так и источники бесперебойного питания. К тому же, наличие собственных электростанций позволяет не зависеть от выделенной электрической мощности общей сети.  
  4. Экономия оплаты служб эксплуатации до 65% достигается за счет автоматизации ресурсораспределения и управления работой инженерных систем, а также за счет снижения числа поломок оборудования.
  5. Увеличение ресурса бесперебойной работы оборудования до 50% – результат постоянного поддержания оптимальных условий работы устройств и систем.
  6. Безопасность работы всех систем здания является результатом оперативной реакции на внештатную ситуацию как со стороны автоматики, так и со стороны диспетчеров, получивших немедленное уведомление об аварии.

Размещение оборудования АСУЗ в здании

Аппаратно система управления зданием представляет собой множество контроллеров, интеграторов и сетевых процессоров, объединенных в сеть определенной топологии.

Для вертикальной прокладки кабеля между этажами используются кабельные стояки. Горизонтальная разводка чаще всего осуществляется с использованием металлических лотков. В целом кабельная система интеллектуального здания представляет собой структурированную кабельную систему и строится по соответствующим правилам.

Интеллектуальное оборудование АСУЗ группируется в щиты, которые размещаются в специально выделенных помещениях здания (или на технических этажах). Из соображений удобства настройки системы и экономии кабеля в большинстве случаев соблюдается принцип географической привязки щита управления к управляемой системе: щит располагается на том же этаже, что и основная часть принципиально важных элементов системы. Пример размещения щитового оборудования представлен на Рис. 3.

Щитовое оборудование