CC BY
70
ПЕРСПЕКТИВЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ PROSPECTS OF BUILDINGS MANAGEMENT SYSTEMS
А.А. Головин
A.A. Golovin
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
В статье рассмотрены этапы развития систем управления зданиями, а также приведен обзор характеристик используемых в настоящее время протоколов и технологий из этой области. На основании этого автор делает выводы о перспективах применения систем управления зданиями в России в ближайшем будущем.
The paper considers the stages of buildings management systems and reviews the characteristics of the protocols and technologies being used nowadays in this sphere. Based on that author makes some conclusions on the prospects in the implementation of buildings management systems in Russian in the near future.
Индустрия автоматизации зданий относительно молодая среди прочих инженерных дисциплин, но ей отводится одна из ведущих ролей при строительстве и эксплуатации современных зданий. Это обусловлено, в первую очередь, ростом цен на энергоносители и тем фактом, что проекты зданий становятся все более изощренными, контролировать которые только с помощью службы эксплуатации становится невозможно.
Прошлое. BMS, BAS, САиУЗ, АСУЗ - все эти аббревиатуры обозначают одно и тоже: автоматизированные системы управления инженерным оборудованием зданий. Индустрия автоматизации зданий получила основное развитие после бурного роста внедрения компьютеров и распространения операционной системы Windows 95. Компьютеры проникли всюду, в том числе и в диспетчерские помещения, в системы управления зданиями. До этого пункт управления зданием представлял из себя комнату, в которой находился диспетчер с амбарной книгой, в которой фиксировались неполадки и велся журнал. И, в лучшем случае, там находился щит с лампочками, которые загорались в случае какой-либо аварии.
Примерно в 1997 году большое количество людей во всем мире получили возможность пользоваться Интернетом. Данная возможность сразу была применена в системах управления зданиями. Соответственно, надежное управление территориально удаленными объектами с тех пор больше не является фантастикой. Составляющая IP присутствует сегодня у всех крупных производителей систем автоматизации зданий и оборудования для него. В системах домашней автоматизации Интернет также нашел применение - функции мониторинга состояния жилища, видео-контроль, дистанционное задание параметров работы систем климатизации.
Долгое время компании из мира промышленной автоматики (АСУТП) применяли свои решения в зданиях. Таким образом, на рынке присутствовала путаница и большое
6/2Q11 мвВЕСТНИК
количество разрозненных решений. Все-таки необходимо разделять промышленные технологии автоматизации и технологии автоматизации в зданиях. Можно ли применять технологии АСУТП в зданиях? Да, можно. Но лучше обратиться к специализированным системам управления, созданным непосредственно для контроля работы всей инженирии в зданиях.
Именно для того, чтобы прийти к единству и унификации на рынке автоматизации зданий в конце 90-х годов стали развиваться системы стандартов, продвигающие открытые протоколы автоматизации. Открытая технология или открытый протокол -это общедоступная система управления в здании, позволяющая объединить в себе оборудование и программное обеспечение от различных производителей. Любой желающий производитель может сделать свое оборудование или систему управления совместимой с открытым протолом. В тоже время пользователь получает независимость от одного конкретного вендора, открытость и масштабируемость его системы в будущем.
Система норм и стандартов в области автоматизации зданий имеет свои особенности. Например, в Германии - это локальные стандаты DIN. В тоже время, эти же самые стандарты могут стать общеевропейскими нормами EN. На международном уровне действуют стандаты ISO. В Америке ситуация со стандартами выглядит более обособленно от Европы. В США в основном при проектировании пользуются стандартами ассоциации ASHRAE. Российские СНИПы и ГОСТы давно морально устарели, а ничего нового из норм в области автоматизации зданий не выходит. Поэтому в нашей стране при составлении ТЗ, если необходимо сослаться на нормативный документ, упоминают в основном стандарты ISO, EN или ASHRAE.
Для крупных объектов автоматизации зданий среди экспертов принят принцип построения трехуровневой модели (ISO 16484), включающей в себя три уровня автоматизации здания:
1) Нижний или полевой уровень автоматизации.
Это устройства, которые находятся в помещениях здания (например, датчики температуры, термостаты или датчики присутствия), локальная автоматика и оконечные устройства.
2) Средний уровень или уровень автоматизации.
Здесь находятся контроллеры и другие сетевые устройства, принимающие сигналы от сенсоров и приводов, и обрабатывающие их.
3) Верхний уровень управления или уровень менеджмента.
Здесь обычно располагается компьютер, на котором установлено специальное программное обеспечение, позволяющее анализировать все происходящее в здании.
Обычно компьютер устанавливается в диспетчерской комнате, откуда диспетчер может мониторить и управлять всеми инженерными системами, подключенными к BMS здания. Диспетчерская может находиться за сотни километров от самого здания и управлять им через Интернет. Данная практика широко применима в США, где крупные корпорации владеют недвижимостью, разбросанной по разным штатам.
На сегодня можно выделить несколько технологий или протоколов, зарекомендовавших себя, как открытые. Это - BACnet, KNX, LonWorks, Modbus, M-bus. BACnet и Lon родились в США, a KNX - это представитель Европы. Хотя все три технологии широко применяются во всем мире. Тем не менее, между ними есть отличия, в первую очередь, касательно применения оборудования, поддерживающего их.
BACnet наиболее заметен на верхнем и среднем уровнях автоматизации, Lon и KNX чаще применяются на нижнем и среднем уровнях автоматизации. Это обуслов-
лено историей развития каждой из технологий автоматизации и сферами ее примене-
BACnet создавался специально для управления крупными зданиями, а точнее, наиболее энергоемкими инженерными системами зданий - отоплением, вентиляцией, холодоснабжением. Каждая из систем имела автоматику от своего производителя и увязать их вместе не представлялось возможным или было очень трудоемко. После внедрения протокола BACnet оборудование от разных производителей может «видеть» друг друга в сети, общаться и вести совместную работу.
Сильной стороной протокола KNX является огромный выбор конечных устройств по дизайну. Вы можете выбрать любое устройство для своего кабинета или комнаты, от более чем 200 компаний-членов Международной KNX ассоциации. Их совместимость гарантирована тестами, проведенными ассоциацией, и наличием логотипа KNX на устройстве. В основном сегодня KNX - это локальные децентралированные системы управления, хотя наметился тренд по их интеграции в более крупные системы управления зданиями.
Технология LonWorks берет свое начало с создания нейрон-чипа, технологии передачи сигналов по витой паре и линиям электропитания, маршрутизаторов, сетевого управляющего программного обеспечения. Сначала технология LonWorks применялась в военных разработках США, потом нашла применение и в инженерных системах зданий. Помимо зданий Lon-продукты еще применяются и для уличного освещения. Владеет технологией американская корпорация Echelon.
Нельзя сказать, что один протокол - хороший, а другой - плохой. Сегодня в секторе автоматизации зданий широко применяется понятие конвергенции - слияния различных систем воедино. Разные технологии и протоколы могут дополнять друг друга, объединяться в одну систему - все зависит от правильного выбора проектировщика.
Настоящее. Сегодня ни у одного из заказчиков, которые строят здания для себя, не возникает вопрос: «А нужна ли мне система автоматизации в здании?». Все понимают, что без нее не обойтись. Вопрос в другом - что выбрать из всего многообразия имеющегося на рынке оборудования? Что подойдет для конкретного заказчика? Собирается ли он расширять и модернизировать систему в будущем?
К сожалению, сегодня отечественные проектировщики редко владеют достаточными знаниями по системам автоматизации и диспетчеризации, либо эти знания ограничиваются оборудованием одной компании, с кем они уже когда-то работали. Но чаще всего, на стадии «П» раздел по автоматике отдается на аутсорсинг какой-нибудь коммерческой организации. И не редко это происходит, когда время уже ушло и приходится строить систему автоматизации от имеющегося. Представители западных проектных организаций, работающих в России, опережают своих российских коллег. Но, к сожалению, даже если проект делается западными специалистами, это не означает 100% шансы на успех.
На западе строительство здания сегодня начинается с создания виртуальной модели здания, в первую очередь, для определения максимально эффективных энергетических характеристик. Специализированное программное обеспечение (например, Energy+, DOE-2) помогает будущему владельцу здания увидеть, какие инженерные системы, или принципиальные подходы к их построению, будут ему выгодны с точки зрения последующей эксплуатации объекта. В России вместо этого главную роль для заказчика занимает приобретение участка земли и прохождение согласований с чиновниками.
6/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Распределение энергопотребления в зданиях - очень важный момент для собственника объекта, о котором он, к сожалению, не часто задумывается на этапе проектирования. На самом деле, будущие расходы на эксплуатацию здания значительно превышают первоначальные инвестиции в систему автоматизации. Рассмотрим ситуацию с распределением основных источников потребления энергии в зданиях различного назначения (рис. 1, 2, 3).
Рис.1. Среднее по США распределение энергопотребления в офисных зданиях.
Рис. 2. Среднее по США распределение энергопотребления в клиниках и медучреждениях
Рис. 3. Среднее по США распределение энергопотребления в зданиях с высокой степенью занятости площадей
Нетрудно заметить, что в основном энергия тратится на системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, водоснабжения и освещения. Именно здесь и скрываются основные преимущества от использования системы автоматизации. Современная система управления зданием позволяет ее собственнику снизить совокупное потребление энергии (по сравнению с аналогичным зданием без системы автоматизации) на 25-40%, в зависимости от различных условий (тип и назначение здания, его географическое расположение, особенности эксплуатации и др.).
Потенциал по экономии энергии в здании зависит, в первую очередь, от грамотности проектировщиков и тех решений, которые были заложены еще в ТЗ, до стадии «П». Техническое задание на систему автоматизации задает тон всем остальным инженерным системам здания, так как в нем описывается как должны функционировать все основные энергоемкие инженерные системы здания.
Если рассмотреть совокупную стоимость владения зданием в течение всего жизненного цикла объекта (около 40-50 лет), то наличие в нем современной системы автоматизации позволяет примерно в 2 раза снизить расходы собственника по содержанию объекта. Помимо экономии энергии, уже нет необходимости содержать большой штат службы эксплуатации - всю основную работу можно доверить компьютерной системе управления. Нет людей в штате - не нужно платить зарплату и налоги.
Современная система управления зданием повышает надежность и долговечность работы инженерных систем. Ни один высококлассный специалист не сможет выполнить работу по отслеживанию функционирования современной инженерии в здании так, как это делает компьютерная система управления. Сбои, неполадки, выход из строя дорогостоящего оборудования - всего этого можно избежать (или существенно снизить риск появления) при наличии в здании системы диспетчеризации.
Последний по важности в России и, наверное, первый по важности пункт на Западе - это особенности страхования объекта недвижимости. Любое здание - это объект, страхование которого будет стоить недешево. Есть преценденты, когда наличие современной системы управления зданием (совместно с системой пожарной безопасности), позволяет получить от страховой компании скидку в 50%.
Будущее. Построить здание с правильной инженерной инфраструктурой и оптимальной системой автоматизации, управляющей этой инженирией, - это только полдела. Здание можно назвать «живым» организмом с постоянно меняющимися условиями работы. В офисный комплекс, например, могут въехать арендаторы и параметры работы здания поменяются, так как находящиеся в нем люди будут выделять тепло и влагу. Торгово-развлекательный комплекс может быть частично переоборудован под другое функциональное применение. Любые изменения в здании скажутся на работу его инженерных систем.
Continuous commissioning - это термин, появившийся на Западе и означающий постоянное доведение работы инженерных систем здания до оптимального уровня, до совершенства. По сути дела, эта работа должна выполняться специализированными компаниями, предлагающими услуги по оптимизации энергопотребления. На этапе проектирования или монтажа инженерноо оборудования могут быть допущены ошибки, которые сведут на нет всю идею по экономии энергии в здании. Услуги по continuous commissioning позволят оптимизировать потребление энергии в течение всего срока эксплуатации.
Наиболее привлекательным сегодня выглядит американская система continuous commissioning «Infometrics». В действующую систему автоматизации здания устанавливается своеобразный «черный ящик», который фиксирует все параметры работы
6/2Q11 мвВЕСТНИК
инженерного оборудования и с интервалом в несколько минут передает эти данные на сервер, чтобы потом видеть все данные в динамике. На сервере информация собирается, обрабатывается с помощью специального программного обеспечения и работы инженеров. А раз в месяц главному инженеру службы эксплуатации здания на стол кладется отчет, в котором указано, какие элементы инженерных систем здания функционируют неправильно, где энергия расходуется впустую и собственник здания несет неоправданные расходы. В России данные системы пока что не применяются. Можно предположить, что нас это ждет через 2-5 лет.
Ключевые слова: строительство, автоматизация, система менеджмента качества, принципы автоматизации
Keywords: construction, building management system, building automation system
129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26; тел. +7 (499) 183-49-06; e-mail: istac@mgsu.ru
Рецензент: Вайнштейн М.С., д.т.н., проф., ОАО «Моспроект»
