Интегрированные технологии комфорта и безопасности в современных зданиях
Одной из важных современных тенденций в строительстве является формирование более комфортной среды обитания. Возросшее внимание общества к качеству недвижимости, экологии, энергоресурсосбережению, безопасности жизнедеятельности при одновременном научно-техническом прогрессе в этих областях приводят к созданию принципиально новой внешней и внутренней интеллектуально развитой инфраструктуры зданий.
Многообразие создаваемых в этом случае технических систем и устройств с возлагаемыми на них новыми, взаимо-связанными, поэтапно развиваемыми задачами определяет комплексный подход к их проектированию, созданию общей концепции разработки и эксплуатации так называемых умных, цифровых или «интеллектуальных» домов [1, 8, 11, 12, 13].
В соответствии с анализом известных классификаций и определений понятие «интеллектуального здания» (ИЗ) как качественно нового вида строительного объекта представляется в следующем виде [1]: это взаимосвязанный автоматизированный комплекс технических средств, систем, оборудования, здания в целом и окружающего пространства, позволяющий создавать комфортные (оптимальные) условия жизнедеятельности (с одновременно эффективным технологическим процессом для производственных объектов), при рациональном расходовании различного рода ресурсов, а также, минимальных для жизнедеятельности психоэмоциональных усилиях и трудовых затратах самих пользователей (жителей).
Гармония архитектуры, дизайна и технических решений для удобства, комфорта и безопасности при умеренных эксплуатационных затратах — таковы основные принципы построения современного дома. Комфортность предполагает осуществление, с учетом условий жизнедеятельности и желаний индивидуума, автоматизированного управления, в широком диапазоне значений параметров, качеством: воздушной среды, освещения, воды, окружающих поверхностей, звукоизоляции и др.
Показатели оптимальности отмеченных сред индивидуальны для людей, переменны во времени [5] и имеют определенную зависимость «цена — качество — количество» [2, 3, 5, 14]. В соответствии с этим важным свойством программного обеспечения, помимо взаимосвязанных оптимизационных задач, является наличие мониторинга, визуализации характеристик, их анализа, а также самообучения управлением биотехнической системы «человек — ИЗ».
Технологии ИЗ становятся востребованными при создании современных объектов недвижимости по следующим причинам:
• комфортность, простота управления, высокое качество функционирования систем, безопасность жизнедеятельности и доступность к информационным ресурсам разного уровня формируют определенную престижность ИЗ;
• несмотря на более высокую первоначальную стоимость, оптимальные режимы функционирования технических систем ИЗ позволяют сократить эксплуатационные затраты, достичь экономии 30–40% энергетических ресурсов, снизить установленную мощность практически в 1,5 раза;
• инфраструктура ИЗ способствует увеличению безремонтного периода и сокращению в несколько раз числа аварийных ситуаций;
• за счет уменьшения финансовых рисков страховые ставки здесь значительно меньше;
• качественное управление ИЗ замедляет его моральное старение и продлевает тем самым коммерческую привлекательность здания.
Качественное обеспечение описанных выше технологий возможно при реализации следующих характеристик автоматизированных систем [12]:
• функциональность — способность обработать достаточно большую в этом случае информацию и сформировать управляющие воздействия согласно необходимым алгоритмам и правилам, обеспечивая необходимые интерфейсы для работы с системой;
• совместимость — возможность взаимодействия со всеми необходимыми элементами инженерных систем здания, локальными, порой разнородными подсистемами АСУ ТП;
• масштабируемость — возможность в случае необходимости поэтапного наращивания системы в соответствии с увеличением контролируемого оборудования, расширением объекта, финансовыми и организационными возможностями заказчика и пр.;
• надежность — сохранение полной или минимально необходимой работоспособности в случае выхода из строя того или иного оборудования, подсистем;
• простота в проектировании, установке, наладке, обслуживании и эксплуатации системы.
Наиболее перспективными и доказавшими свою качественную работоспособность являются децентрализованные (Fieldbus) открытые системы автоматизации. Вычислительная мощность в таких системах распределена между элементами системы (контроллерами, панелями управления и т. д.). Каждая из этих систем имеет свой алгоритм работы, при этом управляющие контроллеры связаны между собой и обмениваются необходимой информацией, что позволяет реализовать необходимые для этого алгоритмы взаимодействия. Открытость системы дает возможность применять оборудование различных производителей. Такие АСУ являются многофункциональными и обладают возможностью использования единой системы для решения большинства задач управления в ИЗ. Сравнительный анализ и опыт применения показывают, что для создания распределенных систем автоматизации и диспетчеризации инженерных систем ИЗ в большей мере подходит технология LonWorks, разработанная компанией Echelon (США).
Описание процессов сетевого взаимодействия в вычислительных системах обычно предусматривают в соответствии с моделью Международной ассоциации по стандартизации ISO по взаимодействию открытых сетей OSI (Open System Interconnec-tion). Здесь все необходимые коммуникационные функции описываются в рамках семиуровневой иерархической модели.
Данная модель полностью описывает систему — способы связей между элементами, физические способы передачи информации, язык взаимодействия, топологию построения системы, направление и сегментирование информационных потоков, способы управления системой и взаимодействия с внешними сетями (табл. 1).
|
Уровень
|
Обозначение
|
Функция
|
|
7
|
Прикладной уровень
|
Пользовательские коммуникационные службы
|
|
6
|
Уровень представления данных
|
Приведение в соответствие языка и набора символов
|
|
5
|
Сеансовый уровень
|
Организация сессий, идентификация участников
|
|
4
|
Транспортный уровень
|
Построение связи «точка — точка», управление потоком данных
|
|
3
|
Сетевой уровень
|
Маршрутизация
|
|
2
|
Уровень связи данных
|
Формирование пакетов данных, защита данных, управление доступом к среде
|
|
1
|
Физический уровень
|
Определение всех физических и механических параметров передачи
|
Все физические параметры системы определяются на нижнем уровне, который является базовым. На более высоких уровнях определяется способ доступа к шине, описывается составление пакетов передаваемых данных и осуществление их защиты при передаче. Уровень 7 описывает интерфейс для связи с другими системами. В реальной информационно-вычислительной системе не обязательно наличие всех семи уровней модели OSI. Функции нереализованных уровней можно перенести на другие. Почти все системы, применяемые для автоматизации процессов, используют только три уровня данной модели.
В системе автоматизации здания требуется довольно большое количество узлов, необходимых для полноценного контроля всех инженерных сетей — датчиков температуры, давления, влажности, освещения, автоматических задвижек, охранных извещателей и пр. Кроме того, разные сегменты общей АСУ автоматизации здания, охватывающие различные инженерные системы (отопление, вентиляция, кондиционирование, безопасность, электроснабжение и пр.), должны взаимодействовать между собой. Таким образом, оказываются востребованными уровни 3 и 4 модели OSI, определяющие возможность оптимального распределения информационных потоков в АСУ. Распределенные системы автоматизации зданий имеют, как правило, пять уровней модели OSI. LonWorks — одна из немногих технологий, в которой в наличии все семь уровней представленной модели, что делает ее очень функциональной, универсальной и гибкой.
По данным [13], в здании Торгового центра «Сенная» (Санкт-Петербург) реализована подобная АСУ с 512 системами, объединяющими более пяти тысяч датчиков и исполнительных устройств. К настоящему времени при эксплуатации ТЦ не выявлено ни одного сбоя в системе, ни один контроллер не вышел из строя.
Одним из существенных преимуществ системы автоматизации, построенной с использование технологии LonWorks, является возможность организации различных топологических структур для линий связи (например, кабелей) — кольцо, звезда, линия, дерево и т. д. Это позволяет оптимальным образом адаптировать кабельную разводку системы к особенностям объекта. Кроме того, в одной системе может находиться несколько разных каналов, отделенных друг от друга маршрутизаторами, которые могут использовать как одинаковые, так и различные среды передачи данных. Отдельный канал может состоять из группы сегментов, разделенных мостами или репитерами.
Для обеспечения взаимодействия распределенной автоматизированной системы необходим четкий протокол передачи данных, обеспечивающий высокую надежность и приемлемую скорость передачи, а кроме того, имеющий возможность оптимизации сетевой нагрузки. Протокол также должен поддерживать различные среды передачи данных.
Протокол LonTalk устанавливается в каждом Neuron-чипе при производстве и, соответственно, поддерживается на аппаратном уровне каждым узлом LON-сети. LonTalk предназначен для использования в сети и для передачи данных между узлами. Типичное сообщение содержит менее 20 байт информации. LonTalk основан на модели для взаимосвязи открытых систем OSI. В терминологии ISO протокол LonTalk обеспечивает услуги на всех семи уровнях исходной модели OSI.
Преимущества протокола LonTalk:
• скорость — система оптимизирована для передачи коротких сообщений (в зависимости от используемой среды свыше 1000 сообщений в секунду). В отличие, скажем, от компьютерной сети эффективность сети LON определяется не количеством переданной информации (например, в байтах), а количеством переданных информационных пакетов;
• поддержка различных типов коммуникационных сред, например: кабель «витая пара», линия сетевого электропитания, радиоволны, волоконно-оптические линии и мн. др.;
• возможность создания сети, формируемой с помощью нескольких типов коммуникационных сред и скоростей связи;
• поддержка нескольких методов адресации узлов;
• прозрачная трассировка и самообучающиеся маршрутизаторы;
• возможность создания очень большой сети при наличии ее тонкой настройки для повышения работоспособности;
• несколько приоритетов сообщений, предсказуемое время ответа;
• защита от несанкционированного доступа к сети, различные методы авторизации.
Существует несколько компромиссных вариантов передачи сообщений, которые выбираются исходя из оптимального соотношения между сетевой эффективностью, временем ответа, безопасностью и надежностью.
Продолжение в следующем номере журнала СтройПРОФИль.
Литература:
1. Аверьянов В. К., Миткевич О. А. Интеллектуализация зданий. Основные направления и проблемы // СтройПРОФИль. — 2004. — № 7.
2. Аверьянов В. К., Тютюнников А. И. Поливалентные системы энергоснабжения зданий. Энергетический баланс и оценка эффективности использования топлива // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ. — 2002. — № 1.
3. Аверьянов В. К., Тютюнников А. И., Миткевич О. А. Эффективность энергосбережения в жилых зданиях // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ. — 2000. — № 1.
4. Чистович С. А., Аверьянов В. К., Тем-пель Ю. Я., Быков С. И. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления. — Л.: Стройиздат, ЛО, 1987.
5. Банхиди Л. Тепловой микроклимат зданий. — М.: Стройиздат, 1981.
6. Бутузов В. А. Геотермальное теплоснабжение: состояние дел и перспективы развития // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ. —2001. — № 4.
7. Золотов А. Н. Структурно-параметрическая схема и задачи оптимизации теплоэнергетического баланса объектов // Сб. научных трудов докторантов и адъюнктов ВИТУ. —СПб., 2004.
8. Максименко В. А. Интеллектуальное здание: идеология долголетия // Стройпрофиль. —2003. — № 2.
9. Мамчиц Р. Классификация элитных квартир // Инвестиции и строительство. — 2004. —№ 14.
10. Проектирование гелиотехнических систем: Альбом / Аверьянов В. К., Тютюнников А. И.и др. — Тула, 1999.
11. Табунщиков Ю. А. Интеллектуальные здания // АВОК. — 2000. — № 6.
12. Терентьев С. В., Кабылкин С. И. Интеллектуальное здание: заметки практика // Мир строительства и недвижимости. — 2004. — № 3.
13. Федоренко Е. П., Поздняк В. И. Пионер интеллектуального здания. Годовой опыт работы «умного» здания // Строительство и городское хозяйство. — 2004. — № 74.
14. Аверьянов В. К., Зарецкий Р. Ю., Подолян Л. А., Тютюнников А. И. Энергоэффективный дом. Первые результаты эксплуатации и предложения по совершенствованию инженерных систем. // Теплоэнергоэффективные технологии: ИБ. — 2002. — № 1.
| Автор: В. К. Аверьянов, О. А. Миткевич, С. В. Терентьев Дата: 30.01.2005 Журнал Стройпрофиль 1-05 Рубрика: интеллектуальное здание Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |