Интеллектуализация зданий. Основные направления и проблемы
В настоящее время концепция «интеллектуального» здания переходит от самой идеи создания на новом технологическом уровне оптимальной (здоровой) среды обитания к реальному, в том числе поэлементному воплощению.
Отсутствие «узаконенной» формулировки концепции на фоне повышенного интереса к сооружениям подобного типа приводит к определенной вульгаризации рассматриваемого направления [1].«Интеллектуальным» порой называют здания, просто оснащенные автоматикой, сигнализацией, диспетчерской системой, компьютерной сетью и др. Поэтому следует согласиться с В. А. Заренковым, называющим такие объекты «интеллектуализированными» [2].
В соответствии с анализом классификаций и определений Ю. А. Табунщикова [3], обобщающе можно попытаться дать понятие «интеллектуального» здания (ИЗ) как взаимосвязанного автоматизированного комплекса технических средств, оборудования и здания в целом, позволяющих создавать комфортные (оптимальные) условия жизнедеятельности при одновременном эффективном технологическом процессе (для производственных объектов), рациональном расходовании топливно-энергетических ресурсов, а также минимальных для этого психоэмоциональных усилиях и трудовых затратах самих пользователей. Относительность вышеперечисленных характеристик определяет необходимость их более подробного рассмотрения.
Комфортность для ИЗ предполагает осуществление, с учетом условий жизнедеятельности, регулирования в широком диапазоне и мониторинга, следующих основных показателей среды обитания:
- внутренней температуры воздуха в помещениях в летний и зимний периоды, в том числе локально, на рабочих местах;
- радиационной температуры помещений в летний и зимний периоды;
- относительной влажности, подвижности и аэроионного состава воздуха.
Характеристиками среды обитания также являются:
- состав и значения концентраций химически и биологически агрессивных загрязняющих веществ в окружающем воздухе и водопроводной воде;
- качество представляемых энергоресурсов (электроэнергии, газа, горячей воды и др.);
- уровень потенциально возможных шумов и вибраций (звуковой комфорт) в обслуживаемых помещениях (жизнедеятельность в соседних комнатах и этажах, функционирование трубопроводов, оборудования, уличные шумы и др.);
- зрительный комфорт и инсоляция помещений [4].
Качество окружающей среды по вышеперечисленным показателям имеет большое значение для человека. От этого зависят его работоспособность и здоровье. Поэтому одной из задач является категорирование комфортности в ИЗ как основы для проектирования подобного типа сооружений, определяющее в значительной мере и степень интеллектуализации техсистем. Такой подход будет способствовать коммерческой привлекательности ИЗ.
Обычно пользователи не имеют возможности самостоятельно (программно или с помощью регуляторов), в соответствии с условиями жизнедеятельности и своими ощущениями, локально управлять рассматриваемым выше комплексом параметров. Выполненные исследования свидетельствуют [5], что показатели комфорта занимают первое место по значимости как для пользователей, так и владельцев зданий, а отрасль систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) не в полной мере отвечает возросшим требованиям пользователей к уровню комфорта индивидуальной среды обитания и возможностям ее регулирования.
Помимо характеристик воздушной среды, комфортность жизнедеятельности в «интеллектуальном» здании [3, 4, 6, 7] определяется следующим комплексом составляющих: благоприятной планировкой и архитектурой, безопасностью (экологической, энергетической, пожарной, антитеррористической и др.), функциональной комфортностью, телекоммуникационным и другим сервисным обслуживанием (Интернет, мультимедийные услуги и пр.), регулируемостью параметров среды обитания (интерьер, освещение, вода, санитарно-технические приборы и др.), визуализацией показателей и минимизацией трудозатрат пользователя на необходимое регулирование. Для оценки степени интеллектуализации здания здесь также необходимо категорирование по рассматриваемым показателям.
Качество и экономичность функционирования технических систем офисов, квартир и здания как альтернатива возрастающим затратам на интеллектуализацию формируются:
- взаимосвязью технических систем, программируемостью режимов их взаимного функционирования;
- мониторингом состояния оборудования и систем, визуализацией необходимых параметров (в том числе технологических для производственных и общественных зданий);
- распределенностью управления техсистемами (городской, квартальный, домовой, квартирный и локальный уровни);
- безбумажными технологиями расчетов с поставщиками ТЭР и эксплуатационными организациями;
- использованием энергии буферных зон (энергии солнца, ветра, грунтового массива);
- утилизацией вторичных энергетических ресурсов;
- применением энергоресурсосберегающей техники, оборудования (в том числе для технологических процессов) и теплосберегающих ограждающих конструкций.
Выбор и оптимизация конструктивных элементов ограждений и систем обеспечения микроклимата помещений производится с учетом классификационных признаков здания (энергоэкономичное, энергоактивное или энергоэффективное здание) [8].
Как известно, энергоэкономичным считается здание, энергопотребление которого ниже нормативного (или среднестатистических данных для существующего жилого фонда) [9]. В соответствии с этим, энерго-экономичный дом может включать большой объем энергосберегающих мероприятий, в том числе и экономически не рациональных при современных тарифах на отпускаемую энергию. При высоких теплоизоляционных свойствах наружных ограждающих конструкций здания и реализации других энергосберегающих технологий теплопотери могут полностью компенсироваться внутренними тепловыделениями и потенциалом утилизационныхустановок. Положительный мировой опыт строительства таких демонстрационных зданий подтверждает техническую возможность подобного рода решений.
Энергоактивное здание имеет в своем составе конструктивные элементы, позволяющие более эффективно использовать естественный температурный и энергетический потенциал окружающего пространства (гелио-, геотермосистемы, аккумуляторы тепла, пофасадные системы отопления и др.).
Существует большое многообразие схемных решений, способствующих значительному сокращению энергопотребления за счет использования тепла окружающего пространства. Основные подходы к оптимизации и выбору энергоактивного оборудования изложены в специальной литературе [10].
Энергоэффективное здание включает в себя признаки энергоэкономичного и энергоактивного домов и имеет при адекватных технико-экономических показателях пониженное, по сравнению с нормативным (традиционным), энергопотребление.
Ю. А. Матросов дает в СНиП 23-02-03 классификацию зданий по энергетической эффективности и по степени отклонения значений удельной потребности в тепловой энергии на отопление от нормируемого (см. табл.).
|
Наименование класса энергетической эффективности
|
Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания от нормативного, %
|
|
Очень высокий
|
Менее -51
|
|
Высокий
|
От -10 до -50
|
|
Нормальный
|
От +5 до -9
|
|
Низкий
|
От +6 до +75
|
|
Очень низкий
|
Более 76
|
Реализация приведенного выше перечня мероприятий для ИЗ способствует сокращению потребления ТЭР по сравнению с нормативными показателями на 15ч40%, что позволяет строить в треугольнике «комфорт — безопасность — энергосбережение» бизнес-модели окупаемости [1, 3, 11]. Как показывает анализ строительства в районе VIIKI (Хельсинки, Финляндия) [12], «энергосберегающие» площади нелегко продать клиенту, так как они требуют дополнительных затрат, которые окупятся не скоро. Поэтому к новому экспериментальному строительству подошли, в первую очередь, не как к энергосберегающему, а как к жизнеудерживающему (sustainable) долговременному строительству», т. е. к «интеллектуальному» зданию.
«Стоимость владения зданием» — термин пока еще не очень привычный [11] для строителей и инвесторов, но именно эту характеристику следует считать предпочтительной, а не стоимость инвестиций на начальном этапе строительства, как это делается сейчас.
Постепенно во всем мире меняется отношение к «интеллектуальным» («умным») зданиям. Например, по данным компании Betide, более половины (54%) жителей Барселоны и Мадрида хотели бы жить в таких домах [6]. Это желание аргументируется повышением качества жилья (78%) и жизни его обитателей (70%). По мнению аналитиков, быстрый рост «интереса и спросавызван снижением себестоимости таких домов, а также стремлением современного человека, уставшего от напряжения, к уюту и даже сибаритству — хотя бы в собственном доме» [6].
Кроме отмеченных выше положительных факторов, к причинам, стимулирующим развитие интеллектуализации зданий, можно отнести следующее.
1. «Интеллектуальное» здание — это качественно новый вид строительного объекта. Осознание данного факта ведет к необходимости [13] коренной перестройки всего процесса проектирования инженерных систем здания:
- в основе ТЗ на создание подобного рода сооружений должны быть разрабатываемые стандарты ИЗ и определенные заказчиком, в соответствии с ними, характеристики комфортности, интеллектуализации комплекса инженерных систем и здания в целом;
- проектирование ИЗ (на первой стадии) следует проводить «сверху вниз», т.е. от информационной системы к локальным инженерным системам, учитывая особенности их взаимодействия; такой подход приводит к снижению стоимости и повышению качества управления;
- для информационной системы здания предпочтительнее использовать открытые протоколы.
2. Технологии «интеллектуальных» зданий позитивно влияют на спрос недвижимости. Это обусловлено тем, что риски, связанные с пожарами, авариями конструкций и инженерного оборудования, в таких домах на порядок ниже. Кроме того, за счет бульших контрольных функций их последствия также уменьшаются. Подобная ситуация выгодна строителям, так как при этом снижаются страховые отчисления, в то время как для арендаторов улучшаются показатели производительности труда за счет комфорта, повышаются безопасность и стабильность; такие здания более престижны.
3. Потребление «интеллектуального» здания («умного дома») [14] — это «осмысленный тип потребления, возможный в среде дисциплинированных потребителей». «Как возникает цивилизованный, дисциплинированный потребитель? Конечно, усилиями производителя, который предлагает ему продукт и воспитывает его с помощью маркетинга, рекламы». Основой здесь является «интеллектуальное проектирование, результатом которого станет строительство интеллектуальных объектов как единственно устойчивых во времени и не страдающих «иммунодефицитом перемен». В этом случае у архитекторов, строителей, смежников, финансистов должна быть уверенность, что объект не потеряет привлекательности и через 10, и через 15 лет, что такой дом будет готов к любым сравнительно предсказуемым колебаниям моды, тарифов и цен на недвижимость» [14].
На сегодняшнем этапе необходимы создание многочисленных прецедентов подобного строительства и их реклама, так же, как в свое время строительство энергоэффективных зданий активизировало работы в этом направлении и выявило приоритеты и недостатки [12, 15].
4. С позиции системного подхода при рассмотрении энергоэффективности здания на основе теплоэнергетического баланса [16], снижение потребления энергоресурсов с одновременным обеспечением комфортных условий жизнедеятельности достигается оптимизацией состава и технико-экономических показателей ресурсосберегающих мероприятий, технологий и систем, в общем случае зависящих от характеристик строящегося объекта. Перечень и описание наиболее характерных энергосберегающих мероприятий и технологий приведены в специальной литературе [8, 10].
Составляющими теплоэнергетического баланса являются:
- показатели внешнего снабжения топливно-энергетическими ресурсами (электро-, тепло-, газо-, водоснабжение и др.);
- потенциал энергии буферной зоны (солнца, ветра, грунтового массива, атриумов, зимних садов и др.);
- объем внутренних тепловыделений и ВЭР;
- градостроительные, объемно-планировочные решения, конструктивные особенности здания и связанные с этим аккумуляционные свойства и теплопотери через стены, светопрозрачные ограждения, вентиляция и др.;
- характеристики комплексной модели функционирования технических систем здания, обеспечивающей стратифицированное последовательное использование энергетических ресурсов (из условия минимизации их потребления).
Рассмотренный подход был использован при обосновании схемных решений энергоэффективного дома, построенного в микрорайоне Никулино-2 в Москве [15], а также ряда других объектов нового строительства.
5. Нормативная база. Функционирование «интеллектуального» здания напрямую зависит от интегрированного комплекса систем жизнеобеспечения, управления оборудованием и передачи информации. На международном уровне процесс стандартизации систем ведется [11] организацией ИСО в рамках создаваемого стандарта ИСО 16484. В России подобную деятельность осуществляет комитет НП «АВОК» (Ассоциация инженеров по вентиляции, отоплению и кондиционированию воздуха), объединивший ведущие компании, работающие на этом рынке. Подготовлен словарь терминов и альбом типовых решений [11], который поможет проектировщикам, интеграторам и заказчикам лучше ориентироваться в существующих системах и оценивать их возможности.
6. Современное строительство невозможно без новых технологий и инженерных инноваций. Однако специфика строительного рынка такова, что как у нас в стране, так и за рубежом инновации не поощряются [5]. Это происходит из-за того, что в системах ОВК используется большое число компонентов. Любое нестандартное решение приводит к сложностям расчета, проектирования и особенно эксплуатации [15]. Другой причиной может быть стремление снижать себестоимость строительства, и при оценке не по «стоимости владения зданием», а по стоимости инвестиций, такой подход (при отсутствии интеграции проектировщиков различных систем, заказчика и эксплуатационных организаций) остается на нашем рынке пока доминирующим.
Предвестниками прогресса в рассматриваемом вопросе могут служить следующие обстоятельства:
- существующая объективная необходимость повышения качества комфорта в зданиях и более точного соблюдения технологических режимов в промышленности неминуемо приводит к внедрению новых схемных решений с реализацией энергосберегающих мероприятий;
- интеллектуализация здания с созданием информационной системы и АСУ ТП позволяют снять проблему комплексного управления более сложными и «нестандартными» техническими системами;
- развитие индустрии комфорта, «основанной на сетевом принципе и больше похожей на отрасль персональных компьютеров и периферийных устройств для них, позволит открыть мощный новый рынок и уйти от эволюционного изменения способов проектирования и строительства зданий» [5];
- создание систем персонального комфорта в общественных зданиях [5] приводит к переносу функций, связанных с приобретением и монтажом оборудования для конечного распределения и доводки параметров воздушной и других сред, на арендатора: общая информационная система регулирования и структурно запроектированный комплекс инженерных систем позволяют подключать такие устройства к сети управления ОВК здания.
Выводы.
1. Недостаток внимания сообщества строителей к развивающейся интеллектуализации зданий не привел к категорированию проектируемых ИЗ (на основании комплекса рассмотренных выше показателей). В настоящее время подобные подходы в определенной мере реализованы для гостиниц, бизнес-центров и в общей постановке для удельного теплопотребления (СНиП 23-02-03). Гласность и целенаправленная реклама на основе категорирования могли бы способствовать повышению комфорта и интеллектуализации строящихся зданий, а также коммерческой привлекательности ИЗ.
2. Учитывая тенденцию к повышению тарифов на ресурсы, созданию современной нормативной базы, важным является развитие всесторонних обсуждений на конференциях и семинарах концепции «интеллектуальных» зданий различного назначения, а также опыта (отечественного и зарубежного) строительства подобного рода объектов.
3. Из условий качественного функционирования систем ОВК «интеллектуальных» зданий следует необходимость дальнейшего развития программного обес-печения для создаваемых в этих случаях разнообразных интегрированных расчетно-аналитических и информационных комплексов.
4. Строительство «интеллектуальных» зданий за счет большей физической и моральной долговечности, меньших финансовых рисков и привлекательности в ближайшем времени будет иметь тенденцию к расширению.
Литература:
1. В. А. Максименко «Интеллектуальное здание: идеология долголетия». // «Стройпрофиль», 2003, № 2.
2. В. А. Заренков «Интеллектуализированный дом — это безопасность и комфорт». // «Мир стройиндустрии», 2003, № 20.
3. Ю. А. Табунщиков «Интеллектуальные здания». // АВОК, 2000, № 6.
4. Н. В. Маслов «Градостроительная экология». М.: Высшая школа, 2003.
5. Hartman Thomas. «Индустрия комфорта: возможности XXI века». // АВОК, 2000, № 6.
6. О. Горелов «INTEL: взгляд на дом». // ART Electronics, 2003, № 3.
7. В. Е. Гершензон, Е. В. Смирнова, В. В. Элиас«Информационные технологии в управлении качеством среды обитания». — М.: Издат. центр «Академия», 2003.
8. В. К. Аверьянов, А. И. Тютюнников, О. А. Миткевич «Эффективность энергосбережения в жилых зданиях». // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ, 2000, № 1.
9. Энергоэффективный дом. Подходы к проектированию // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ, 1999, № 1.
10. Энергосберегающие системы теплоснабжения зданий на основе современных технологий и материалов / Под ред. С. А. Чистовича: Альбом // Госстрой России. — СПб., 2003.
11. О. Е. Павлов «Рынок систем «интеллектуальных зданий» в России». // «Стройресурс», 2003, № 6.
12. Ю. А. Табунщиков «Энергоэффективное здание: синтез архитектуры и технологии». // АиСМ, 2003, № 2–3.
13 С. П. Смирнов «Информационная система интеллектуального здания. Новые задачи — новые решения». // «Строительство и городское хозяйство», 2003, № 66.
14. Ю. Королев «А есть ли рынок?». // ART Electronics, 2004, № 4 (13).
15. В. К. Аверьянов, Р. Ю. Зарецкий, Л. А. Подолян, А. И. Тютюнников «Энергоэффективный дом. Первые результаты и предложения по совершенствованию инженерных систем». // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ, 2002, № 3.
16. В. К. Аверьянов, А. И. Тютюнников «Поливалентные системы энергоснабжения зданий. Энергетический баланс и оценка эффективности использования топлива». // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ, 2002, № 1.
| Автор: В. К. Аверьянов, О. А. Миткевич Дата: 25.10.2004 Журнал Стройпрофиль 7-04 Рубрика: интеллектуальное здание Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |