Александр Лифанов, технический специалист представительства Advantech в России

— Разговор о принципах автоматизации работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования, на мой взгляд, имеет смысл начинать с определения необходимого функционала системы управления ОВиК. Прежде всего это интеллектуальное управление климатом в помещениях. При этом под «интеллектуальностью» понимается количество внешних факторов, на которые реагирует система, — это погода, время дня и года, инсоляция конкретного помещения, характеристики теплоносителей, количество людей в помещении и т.п. Во-вторых, это анализ и учёт потребляемой энергии различных видов согласно ISA 50000. В-третьих, это возможность обмена данными с другими системами в целях перекрёстной аналитики и прогнозирования дальнейшего поведения. Исходя из этого, максимально развёрнутые решения состоят из:

  • сети датчиков;
  • контроллера или сети контроллеров, реализующих функции непосредственного управления объектами;
  • сервера, ведущего регистрацию параметров и выполняющего контроль отработки событий и сценариев;
  • поста контроля и управления, который может быть выполнен как в виде выделенного помещения, так и в виде одного или нескольких носимых устройств;
  • сети, объединяющей указанные компоненты в единое целое.

При этом возможности систем автоматизации позволяют наиболее оптимальным образом достичь двух целей систем ОВиК: обеспечить комфорт пользователя и экономность функционирования. Отсюда вытекают два критерия оценки работы: точность поддержания заданного режима при изменяющихся внешних условиях и затраты на единицу точности. Для каждой категории пользователей нужна своя точность — для коттеджа достаточно разброса температур ± 2,0 °C, а для зоны хранения биоматериалов необходимо уже ± 0,2 °C. Как следствие, поддержание заданной точности определяет необходимый и достаточный уровень применяемых устройств и алгоритмов.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 1

В качестве примера того, какой экономии можно достичь путём внедрения системы автоматизации, предлагаю ознакомиться с оценкой изменения операционных расходов на потребляемые энергоресурсы по мере внедрения различных подсистем в здании штаб-квартиры компании Advantech в Линкоу, пригороде Тайбэя, столицы Тайваня (рис. 1 и табл. 1).

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 2

Приведённые цифры указывают долю соответствующей подсистемы в затратах, изменение в процентах при внедрении определённого функционала и в целом. Абсолютные цифры в денежном исчислении недоступны.

Помимо экономии энергоресурсов системы автоматизации позволяют повысить комфорт пользователей здания через повышение точности поддержания характеристик воздуха (не только температуры, но и влажности, запылённости, доли СО2 и т.п.) при меняющихся условиях (изменения уличной температуры, количества людей в помещениях и т.п.).

Во-вторых, реализуется возможность использования датчиков в интересах различных систем: например, датчик наличия людей в помещении может взаимодействовать с системой СКУД и охранной сигнализацией, отключать розетки и снижать температуру в помещении после ухода последнего человека, отображать занятость переговорных комнат, контролировать освобождение помещений при возникновении пожара и т.п.

В-третьих, автоматизация увеличивает общую осведомлённость управленческого и эксплуатирующего персонала о состоянии имеющегося оборудования, изменении рабочих характеристик, позволяет прогнозировать отказы. В-четвёртых, это взаимообмен данными со смежными системами с целью перекрёстной аналитики. Например, возможна оценка текущей себестоимости продукции с учётом затрат на поддержание климатики на складе пищевого производства или поиск неочевидного влияния включения компонентов технологического производственного оборудования на температуру в помещении, допустим, в офисе за стеной.

Говоря о положительном эффекте внедрения рассматриваемых систем, нужно учитывать и те негативные моменты, которые сопровождают автоматизацию ОВиК. Прежде всего следует разделить влияние человеческого фактора на этапе проектирования и на этапе эксплуатации климатических систем.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 3

На этапе проектирования человеческий фактор является определяющим. Ошибка в выборе архитектуры или подборе оборудования может стать критической. Один из секретов состоит в том, что систему ОВиК нельзя рассматривать в отрыве от остальных систем здания. Интеграция систем управления климатикой, освещением, электроснабжением, безопасностью и т.п. позволит сэкономить на повторном использовании инфраструктуры в интересах разных систем.

Что касается этапа эксплуатации — правильно выполненное проектирование позволит максимально его исключить. Ремонтные функции, безусловно, всё равно останутся за человеком, но мониторинг и анализ работы оборудования позволит максимально сократить время простоев.

В заключение немного о трендах цифровизации окружающего нас мира. Какие основные тренды в промышленности мы можем наблюдать за последние 30 лет? Первое — стоимость единицы производительности процессора упала в 60 раз. Например, производительность суперкомпьютера Cray-2 1985 года (1,9 Гфлопс) сейчас содержится в планшете типа iPad. Второе — в 40 раз упала стоимость передачи байта информации. Высокоскоростные мобильные сети позволяют обмениваться данными практически где угодно. Третье — стоимость датчиков уменьшилась примерно в десять раз, их стали встраивать во многие объекты.

Как следствие, появилась идеология «интернета вещей» (Internet of Things, IoT), когда практически каждый объект может стать источником информации, а зачастую и её обработчиком. Данная тенденция не обошла и системы автоматизации зданий. Котлы, чиллеры, фанкойлы стали интеллектуальными устройствами, умеющими работать по сети. Перемещения людей по помещениям стало возможным отслеживать не датчиками, а по перемещению BLE-меток или мобильных телефонов. Как следствие, вырос поток данных, обрабатываемых системами управления, и объём информации, которую можно из этих данных извлечь.

Также рост вычислительных мощностей привёл к доступности систем аналитики и прогнозирования. Например, сейчас аналитика видеопотока доступна даже домашним пользователям.

И последняя тенденция, о которой стоит упомянуть, — повсеместный переход с проприетарных шин на протоколы поверх Ethernet. Это позволяет использовать единую цифровую магистраль здания в интересах всех подсистем.

 

Владимир Максименко, эксперт сектора обучения и информационной поддержки НВП «Болид»

— Общие принципы автоматизации подробно изложены в серии стандартов по системам автоматизации ГОСТ 34.*, а основные принципы автоматизации инженерных систем зданий, включая ОВиК, — в ISO 16484-2 Building Automation and Control Systems и его российской версии АВОК Стандарт 5-2004 «Системы автоматизации и управления зданиями. Часть 2. Основные положения. Аппаратные средства». В частности, в этом документе приведена классическая трёхуровневая структура системы автоматизации, изображённая на рис. 1.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 4

На нижнем, «полевом» уровне представлены датчики и исполнительные устройства. Они связаны с расположенными на среднем уровне (автоматизации и управления) контроллерами, обрабатывающими сигналы от датчиков и подающие управляющие воздействия на исполнительные устройства.

На верхнем уровне — уровне менеджмента — находятся станции операторов и интерфейсы с третьими системами, например, с ERP и EAM. Эта структура практически покрывает всё многообразие автоматизированных систем управления зданиями (АСУЗ).

К сожалению, появившиеся в 2011 году документы СТО НОСТРОЙ 2.15.8–2011 и 2.15.9–2011 в части терминологии и структуры автоматизированных систем управления зданиями демонстрируют игнорирование разработчиками приведённых выше международных и российских стандартов, что ставит под сомнение возможность применения данных СТО.

Говоря об элементах решений АСУЗ, необходимо сформулировать задачу, которая ставится при её создании. Традиционные составляющие такой задачи — комфорт, безопасность и экономия. Соотношение этих составляющих и определяет итоговое решение.

Упомянутая экономия обеспечивается влиянием систем автоматизации на энергоэффективность зданий. Это влияние определяется стандартом ГОСТ Р 54862– 2011 «Энергоэффективность зданий. Методы определения влияния автоматизации, управления и эксплуатации здания».

В соответствии с этим документом для зданий жилых и общественного назначения определены следующие классы эффективности системы автоматизации управления зданием:

  • класс D — здания, в которых отсутствует необходимость использования системы автоматизации и управления зданиями (BACS) для управления энергоэффективностью здания;
  • класс C — здания, в которых используются упрощённые BACS;
  • класс B — здания, в которых используются усовершенствованные BACS и некоторые определённые функции технического управления зданием (TBM);
  • класс A — здания, в которых используются энергетически высокоэффективные BACS и TBM.

В этом же документе приведены коэффициенты эффективности BAC для тепловой энергии и для электроэнергии. Коэффициенты эффективности BAC и TBM для тепловой энергии в нежилых зданиях приведены в табл. 1, для жилых — в табл. 2.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 5

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 6

Приведём пример показателей достигнутой экономии энергоресурсов при внедрении автоматизированной системы управления зданием.

Реализация управления зональным обогревом здания Министерства промышленности и торговли РФ. Использованное оборудование — НВП «Болид». Исполнитель — «Спецавтоматика М». Общая площадь — более 15 тыс. м². Этажность — шесть этажей. Количество помещений — более 800. По результатам отопительного сезона 2013–2014 годов данная система зонального обогрева здания показала экономический эффект в 9 % экономии тепловой энергии, по сравнению с аналогичной по площади секцией, но оборудованной стандартной системой отопления.

Чтобы продолжить обсуждение положительных эффектов от внедрения АСУЗ, вернёмся к формулировке, данной выше. Мы отметили, что традиционные составляющие задачи автоматизации — комфорт, безопасность и экономия. Соответственно, комфорт и безопасность могут быть привлекательными сторонами объекта заказчика. Кроме того, по данным ряда агентств, работающих на рынке недвижимости, использование АСУЗ существенно снижает эксплуатационные расходы. Так, по данным американского агентства Frost & Sullivan, применение современной АСУЗ, стоимостью около 4 % от строительной стоимости здания, на жизненном цикле здания позволяет сэкономить сумму, сравнимую со строительной стоимостью здания.

Казалось бы, внедрение автоматизированной системы — чёткая и понятная задача, строго закономерно приводящая к положительным, выгодным для заказчика результатом. Но не всё так радужно. Дело в том, что в АСУЗ есть ненадёжное звено — человек. Поэтому человеческий фактор в управлении оборудованием необходимо сводить к минимуму. Этому способствует в том числе использование программного обеспечения с «защитой от дурака», когда у пользователя практически исключена возможность совершить действия, способные нанести ущерб системе.

Проявляет себя человеческий фактор и иным образом — со стороны конечных пользователей, в процессе управления климатом в конкретных офисных помещениях. В одном помещении кому-то жарко, кому-то дует и т.п. Наиболее эффективное решение при этом — организационное: права регулировки — только у начальника. Из технических решений представляет интерес привязка прав управления клиента к зоне его нахождения в данный момент. Это может быть реализовано с помощью различных идентификаторов, в том числе мобильных средств связи. В нашей практике — это привязка к СКУД (системе контроля и управления доступом).

Так или иначе, разработчики совершенствуют АСУЗ и делают данную систему всё более приемлемой, как для организаций в целом, так и для человека на рабочем месте или в квартире. Появляются новые технологии. Например, прорывной можно назвать технологию когнитивных (самообучающихся) зданий. По сути, это очередная ступень развития интеллектуальных зданий с использованием технологий «интернета вещей» (IoT). Она обеспечивает развитую аналитику и обработку «больших данных», поступающих от объекта, на основании которых обеспечивается опережающее управление инженерным оборудованием.

Технологической поддержкой таких решений в части управления инженерным оборудованием и сбора данных может выступать, например, наш новый контроллер М3000-Т и его обвязка. Такие технологии уже начинают использоваться и позволяют решать новые задачи.

При этом существующие системы автоматизации объекта продолжают использоваться для управления инженерным оборудованием и сбора данных, а использование облачных технологий, IoT и «больших данных» позволяет обеспечить оптимизацию процессов и более высокий уровень сервисов.

Александр Невровский, ведущий менеджер по работе с ключевыми региональными клиентами ООО «Сименс»

— Сегодня мы говорим о современных решениях в области автоматизации инженерных систем. Для того чтобы сформировать для себя чёткое понимание, что же это такое, для начала выделим две основные группы — аппаратная часть и программная часть. Под аппаратной частью понимаются контроллеры, модули входов-выходов, периферийное оборудование (клапаны, приводы, датчики, пульты управления). Это, назовём их так, рабочие машинки — органы управления энергоресурсами.

За счёт них регулируется поток теплоносителя в системах отопления и вентиляции. Вторая часть — программная. Она представляет собой алгоритмы работы всего оборудования, а также визуализацию инженерной системы здания. Именно благодаря ей служба эксплуатации может удалённо мониторить состояние систем, изменять установки, просматривать отчёты о потреблении электричества, тепла и воды.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 7

Важным элементом автоматизации инженерных систем является наличие коммуникационной связи между локальной автоматикой и центральной станцией. Контроллеры, управляющие микроклиматом в отдельных помещениях, сообщают контроллерам в тепловом пункте и в холодильном центре о совокупной потребности в выработке тепла или холода, а также получают от центральной станции информацию о графике работы (рабочее / нерабочее время, выходные / праздники). Коммуникация позволяет извлечь дополнительный потенциал экономии энергии в инженерных системах.

Использование автоматизированной системы управления зданием сулит как застройщику, так и эксплуатанту здания вполне определённые выгоды. Здесь стоит ещё раз сказать о том, что автоматизация инженерных систем направлена на увеличение энергоэффективности без потери комфорта для посетителей / жильцов зданий. Если речь идёт о застройщиках, то нужно исходить из того, что в жилой недвижимости, например, сейчас застройщики часто передают комплексы на обслуживание дочерним службам эксплуатации. Поэтому важным параметром становится не только цена оборудования при возведении объекта, но и полная его стоимость в течение всего жизненного цикла. Здесь следует учитывать как прямые затраты на замену вышедшего из строя оборудования, так и косвенные.

Например, размер службы эксплуатации. Ведь если комплекс автоматизирован, как говорится, по-минимуму, то всю работу, например, по сбору данных будут делать люди. Также необходимо учесть, что правильная автоматизация позволяет сократить расходы тепловых ресурсов до 30 %, а электрических (затрачиваемых в системах ОВиК) — до 13 %.

Если в жилом комплексе есть большие общественные зоны, например, входные группы, внутренняя инфраструктура, крытые переходы между зданиями, то минимизация энергозатрат в них (при условии сохранения комфорта для их пользователей) будет являться важным пунктом в экономической модели управляющей компании.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 8

Стоит также отметить и тренд удалённого обслуживания объектов, когда центральный офис эксплуатирующей компании находится вне рассматриваемых зданий, и весь мониторинг ведётся из него. При этом на самих объектах численность персонала сокращена до минимума, и в случае возникновения внештатной ситуации ремонтная служба отправляется из центрального офиса.

С другой стороны, перед застройщиком стоят и маркетинговые задачи, направленные на привлечение покупателей за счёт выгодного отличия жилого комплекса от других предложений на рынке. Здесь появляются различные инфраструктурные и ландшафтные проекты на застраиваемой территории, специальные архитектурные решения. Но можно также активно использовать в коммуникациях с покупателями и преимущества, которые дают инженерные системы и их автоматизация. Например, центральная вентиляция, удобное регулирование температурных режимов, минимальные платежи за использованные энергоресурсы. Каждое из этих преимуществ можно переложить на язык, понятный будущим жильцам, но это уже тема для отдельной статьи.

Юрий Тарасенко, руководитель направления «Энергоэффективность зданий» ООО «Сименс»

— Продолжая описание АСУЗ, начатое моим коллегой Александром Невровским, приведу классификацию систем автоматизации по признаку эффективности (рис. 1). В соответствии с европейской нормой EN 15232 и российским стандартом ГОСТ Р 54862–2011, системы автоматизации зданий и методы управления инженерными системами условно разделены на четыре класса энергоэффективности: А, В, С и D.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 9

Класс D включает в себя неэнергоэффективные системы автоматизации зданий и методы управления инженерными системами, которые не должны закладываться в проектные решения.

Класс С называется стандартным или сравнительным. Энергопотребление в инженерных системах, автоматизированных и управляемых по классу С, условно принимается за единицу для сравнения.

Класс В включает в себя системы с повышенной энергоэффективностью.

Класс А включает в себя системы с высокой энергоэффективностью.

Если, например, в офисном здании системы автоматизации и методы управления инженерными системами класса С модернизировать и довести до класса А, то можно начать экономить до 30 % тепловой энергии и до 13 % электрической.

Решения, соответствующие тем или иным классам, отличаются уровнем автоматизации. Чем выше уровень автоматизации, тем больше возможностей для извлечения потенциала экономии в инженерных системах. Пример управления системой отопления по классам А, В, С и D представлен в табл. 1.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 10

Если автоматическое регулирование температуры отопления ограничивается всего лишь центральным тепловым пунктом (ЦТП), то система соответствует неэффективному классу D, поскольку теплоноситель одинаковой температуры подаётся в разные здания с разными тепловыми характеристиками и разной потребностью в отоплении.

Когда автоматическое регулирование температуры отопления ограничивается индивидуальным тепловым пунктом (ИТП), то система также соответствует неэффективному классу D, поскольку теплоноситель одинаковой температуры подаётся в разные помещения здания с разной потребностью в отоплении.

Для того чтобы привести здание в соответствие хотя бы стандартному классу С, необходимо обеспечить покомнатное регулирование температуры радиаторными вентилями, термостатами, комнатными контроллерами и т.д.

Соответствие классу В уже подразумевает необходимость обеспечить покомнатное регулирование температуры с коммуникацией между контроллерами и центральной станцией.

И, наконец, чтобы соответствовать классу А, необходимо обеспечить покомнатное регулирование температуры с коммуникацией между контроллерами и центральной станцией плюс контроль присутствия человека в помещении.

Для оценки того, какую же экономию даёт АСУЗ, существует метод определения относительных показателей достигаемой экономии энергоресурсов. Он основан на коэффициентах и оправдал себя на протяжении многих лет эксплуатации систем ОВиК зданий в различных странах. В табл. 2 представлены коэффициенты энергоэффективности для тепловой и электрической энергии в разных типах зданий.

Автоматизация инженерных систем. Опрос экспертов. 12/2018. Фото 11

Коэффициенты расписаны как для тепловой, так и для электрической энергии. Если, например, в офисном здании системы автоматизации соответствуют неэффективному классу D, то энергопотребление в инженерных системах примерно в полтора раза выше по сравнению с системами класса С.

Если они соответствуют классу В, то энергопотребление на 20 % ниже по сравнению с системами класса С. Если же они соответствуют классу А, то энергопотребление на 30 % ниже по сравнению с системами класса С. 

Таким образом, даже на этапе проектирования или подбора оборудования можно предварительно оценить возможности экономии.