Особенности проектирования систем обеспечения микроклимата интеллектуального здания

Можно ли считать, что здание, оснащенное современными средствами обеспечения микроклимата, включая и системы кондиционирования воздуха, автоматизации и диспетчеризации с современным программным обеспечением, способными надежно поддерживать заданные оптимальные параметры внутреннего воздуха, является интеллектуальным зданием? Безусловно, наличие средств автоматизации, возможность дистанционного контроля и управления инженерных систем оператором является необходимым, но далеко недостаточным условием соответствия здания категории интеллектуального.

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, тепло- и холодоснабжения - отвечающие за создание комфортных условий, по своим структурным и функциональным возможностям так же должны соответствовать основным положениям интеллектуального здания. Системы должны оперативно реагировать на переменные наружные и внутренние нагрузки, обладать необходимым резервом, быть "гибкими в управлении", надежно обеспечивать заданные параметры микроклимата, эффективно перераспределять нагрузки, рационально использовать тепловую, холодильную, электрическую энергию. Системы должны не только "чувствовать", что происходит внутри и снаружи здания, но и "реагировать" таким образом, чтобы наиболее эффективным способом обеспечить безопасное и комфортабельное пребывание в нем, сведя до минимума потребление энергии и энергоресурсов.

Любое здание, независимо от назначения, уровня интеллектуальности и т.д. находится под воздействием переменных нагрузок: внешних и внутренних. Вследствие перепада давления на наружные ограждающие конструкции, дисбаланса механических систем вентиляции в здании возникают воздушные потоки по горизонтали и вертикали, которые влияют на внутренний микроклимат. Внутренние тепло- и влагопоступления так же не постоянны, зависят от числа присутствующих людей, потребляемой мощности оборудования. Уровень колебания нагрузок может быть значителен. Предельные величины кратности воздухообменов могут достигать для офисных и административных помещения - восемь, для конференц залов, залов экспозиции, где определяющими являются влагопоступления - двенадцать крат. В целом здание следует рассматривать как единую технологическую систему.

При проектировании инженерных систем, а в дальнейшем при управлении микроклиматом в режиме "реального времени" необходимо учитывать особенности каждого здания, его реакцию на внешние и внутренние воздействия. Как следствие, при построении процессов на I-d диаграмме недостаточно нанести расчетные точки, необходимо построить зоны как наружных возможных значений, так и внутренних изменяемых параметров воздуха.

Известны принципы качественного регулирования: без изменения количества подаваемого (удаляемого ) воздуха, горячей воды в системе теплоснабжения изменяются температурные параметры. Однако в последнее время с развитием техники, появлением регулирующих клапанов нового поколения появились системы VAV, VRF, в системе отопления индивидуальные термостаты и наконец пришло время систем с переменным расходом холодоносителя.

При рассмотрении зданий разной категории офисы, жилье, тем более многофункциональные комплексы, всегда можно выделить отдельные зоны по признаку - имеющий отличный временной диапазон работы и пиковых нагрузок, отличные по требованиям обеспеченности в параметрах при отклонении наружных условий от нормируемых и т.п.

При назначении установленной мощности оборудования, например холодильных машин, часто пользуются понятием коэффициента не одновременности в достижении максимальных (расчетных) нагрузок, тем более, что для ряда таких зданий, как гостиницы, жилые комплексы, он может достигать 0,45 - 0,5, для офисных и административных зданий - 0,65 - 0,85. Концевые устройства подбирают по номинальной (расчетной) мощности. Ошибка проектировщика - выбор установленной холодильной мощности с понижающим коэффициентом одновременности без увязки с расходом холодоносителя в системе холодоснабжения. Если насосы, арматура, трубопроводы так же подобраны с учетом коэффициента одновременности - как следствие будет пропорциональный недобор мощности и соответственно будут наблюдаться отклонения фактических параметров в помещении от расчетных.

В системах всегда должен присутствовать необходимый резерв мощности. Причин несколько. Перевод системы из одного состояния в другой (например из режима дежурного отопления в номинальный)тем быстрее, чем больше запас. При отсутствии резерва при номинальных расчетных нагрузках мы просто не выйдем на расчетный режим. Внешние сети ( например - тепловые)могут временно недодавать необходимые мощности. Наружные параметры микроклимата могут так же отклонятся от расчетных в худшую сторону: в мае в Москве несколько дней фиксировались температуры наружного воздуха выше +30 градусов, при + 26,3 для июля по новой климатологии. Выход из положения может быть двоякий - прямое увеличение мощности, или возможность перераспределения мощности в рамках общей системы, что безусловно более эффективно как с ценовой, так и энергетической точек зрения.
Проблема резервирования оборудования (насосов, вентиляторов, приточных установок и т.п.) так же может быть решена двояко: прямым резервированием или включением оборудования в общий контур с возможностью перераспределения мощностей. Так для системы кондиционирования культурно-зрелищного комплекса Форум-холл, с расчетной численностью посетителей 2500 человек, включая и ресторанное обслуживание, пять центральных кондиционеров по 40 тыс. куб/час были сблокированы в единую гидравлическую систему воздуховодов. При этом обеспечивался как индивидуальное поддержание параметров внутреннего воздуха в различных по назначению помещениях (зрительных залах, VIP залах, гостинице, офисах и т.п.), так и переменный расход подаваемого приточного воздуха в зависимости от числа присутствующих (Рис.1).

Используя системы с переменным расходом следует помнить об аэродинамической и гидравлической устойчивости как систем, так и здания в целом.

В состав программном обеспечении интеллектуального здания безусловно должна входить экспертная система, написанная конкретно с учетом его специфики как единой технологической системы. Данная система или блок программ являются результатом моделирования возможных процессов, происходящих в конкретном здании под воздействием как внешних нагрузок, так и изменяющихся внутренних условий. Здесь же должны быть прописаны алгоритмы последовательного действия систем при аварийных ситуациях, недоборе мощности, оптимизационные алгоритмы. При этом действия системы должны происходить не по признаку фактически наступивших отклонений (например, по датчикам температуры или влажности), а упреждающими. Такое дополнительное программное обеспечение является необходимым признаком интеллектуального здания и может появиться только как результат совместной работы проектировщика систем ОВК (технолога) и собственно автоматчика-программиста.

Впервые элементы проектирования систем ОВК для интеллектуального здания, разработка необходимого программного продукта, доводка систем при наладке и первичной экплуатации были реализованы специалистами компании ВАК-инжиниринг при решении задач обеспечения музейного микроклимата ( музей изобразительных искусств им. А.С. Пушкина, Музей современного искусства, Академия Художеств, Музей Космонавтики, музеи Московского Кремля и др.). Дальнейшее развитие концепция интеллектуального здания получила при проектировании архивов, хранилищ и библиотек ( Центральная библиотека им. В.И. Ленина, филиал "Дом Пашкова", библиотека, фонд "Русское зарубежье", хранилища ЦБ РФ), а так же системы ОВК для технологического кондиционирования промышленного производства (малярно-покрасочный ангар для тяжелых самолетов - самый крупный в Европе, с расходом воздуха два млн. куб м/ч, технологическое производство - "чистые комнаты" в Курчатовском институте РАН). В том числе мы решали задачу управления воздушно-тепловым режимом зданий. В дальнейшем опыт работы был использован при проектировании и реализации офисных комплексов, гостиниц, многофункциональных и элитных жилых зданий (Офисный комплекс МЭК "ИТЕРА", офисно-деловой и культурный центр им. Вс. Мейерхольда и др.). Подробную информацию по техническим решениям, (принципиальные схемы систем ОВК, алгоритмы, особенности проектирования и реализации), перечню объектов можно получить на сайте компании ВАК-инжиниринг.

В 2004 г. был выполнен комплекс проектных работ, монтаж и наладка всех инженерных систем для Международного посадочного терминала аэропорта Внуково. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха включают в свой состав классические управленческие функции, в т. ч. по энергосбережению ( управление режимами работы утилизаторов тепла приточно-вытяжных установок и оптимизация работы холодильного центра ). Система управления зданием реализует программы энергетической оптимизации для удаленных зон входов - выходов, посадочных галерей, включая управление температурой в летний и зимний периоды. Индивидуальные контроллеры позволяют оператору иметь точные данные по параметрам внутреннего воздуха и в зависимости от заполнения ( численности посетителей ) принимать оперативные решения , точно управлять уровнем комфорта и эффективным использованием энергии.

Сколько дополнительных финансовых средств необходимо привлечь заказчику-инвестору для получения интеллектуального здания, в какие дополнительные суммы обойдется дополнительный комфорт, надежность, гибкость систем ОВК?
Ответ может показаться первоначально парадоксальным - системы ОВК для интеллектуального здания, включая автоматику, программное обеспечение, проектирование, комплектация, монтаж и наладка (комплексная контрактная стоимость "под ключ") обойдется инвестору на 15 - 20 проц. дешевле, чем аналог - здание, так же оснащенное системами кондиционирования с обеспечением заданных оптимальных параметров внутреннего воздуха. Указанный диапазон снижения стоимости получен по результатам реализованных компанией ВАК-инжиниринг контрактов.

Главная причина снижения начальной стоимости - возможность установки менее мощных, а значит и более дешевых холодильных машин, насосов, арматуры, сокращение в ряде случаев числа единиц приточных установок, центральных кондиционеров, вентиляторов, а значит и воздуховодов и тепловой изоляции. Но отмеченная экономия возможна только в случае умения перераспределять установленные мощности, управлять системами - т.е. только при реализации требований Интеллектуального здания к системам ОВК.
При этом при сокращении стоимости основного оборудования возрастает удельная стоимость систем автоматизации при сохранении общей экономии начальных инвестиций. Следует так же иметь ввиду существенную экономию затрат на энергоносители на этапе эксплуатации систем.

Что дает возможность специалистам ВАК-инжиниринг успешно проектировать технически сложные объекты?
Во-первых, наличие квалифицированных проектировщиков систем ОВК и автоматчиком, долголетний практический опыт совместной работы, знание предмета проектирования.

Главные специалисты проектного отдела участвуют в разработке нормативных документов по проектированию.
Прямые контакты с поставщиками, специалистами по оборудованию, представителями компаний-производителей оборудования систем ОВК.

Знания и практический опыт в разработке программного обеспечения с учетом специфики конкретного здания, моделирования процессов.

Совместная работа проектировщиков, монтажников, наладчиков как технологов, так и автоматчиков как на этапе принятия принципиальных решений, проектирования, наладки и последующей эксплуатации систем. Нас объединяет с заказчиком успешный опыт совместной работы, нахождения оптимальных вариантов решений возникающих производственных проблем.

Эффективные, надежные инженерные системы являются результатом совместной работы заказчика, проектировщиков, монтажников и наладчиков, квалифицированных специалистов службы эксплуатации.

Автор статьи: Болотов Е.Н.