Концепция переустройства управления энергоэффективностью интеллектуального здания

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Концепция переустройства управления энергоэффективностью интеллектуального здания

Комаров Николай Михайлович, Жаров Василий Геннадьевич

В статье приведены наиболее распространённые инженерные системы и продукты, используемые в интеллектуальных зданиях. Показано, что большинство инженерных систем в интеллектуальных зданиях используют интеллектуальные и энергоэффективные технологии. Дано обоснование концепции интеллектуального здания как сложного высокотехнологичного объекта, состоящего из систем и подсистем, взаимодействие между которыми подчиняется системотехническому и комплексотехническому подходу. Представлена модель управления формированием сети поддержки ядра инженерных систем интеллектуальных зданий и сооружений.

Ключевые слова: интеллектуальное здание, альтернативная энергия, инженерные системы, оптимизация энергопотребления, ресурсосбережение, переустройство, энергоэффективность, системотехника, комплексотехника.

THE CONCEPT OF RECONSTRUCTION OF INTELLIGENT BUILDING ENERGY EFFICIENCY MANAGEMENT. Komarov Nikolay, Zharov Vasily, Ph.D. The article lists the most common engineering systems and products used in intelligent buildings. It is shown that the majority of engineering systems in intelligent buildings uses intelligent and energy-efficient technologies. The substantiation of the concept of intelligent building as a complex of high-tech facility is given consisting of systems and sub-systems, the interaction between which is subject to system technical and complex technical approach. The model of the control of support network of core of engineering systems of intelligent buildings.

Keywords: intelligent building, alternative energy, engineering systems, the optimization of energy consumption, resource conservation, reconstruction, energy efficiency, system engineering, complex engineering

Подход к обустройству целого здания или отдельного помещения как к интеллектуальному объекту в последние годы набирает всё большую популярность. Прежде всего, это связано с необходимостью оптимизации потребления энергоресурсов, в частности на объектах туризма и сервиса. Это становится возможным в связи с развитием информационных технологий и инженерных систем объектов, позволяющих контролировать работу систем с использованием единого управляющего центра.

Актуальность применения данного подхода состоит ещё и в том, что наиболее доступные и распространённые способы получения электрической энергии альтернативными способами - солнечная энергия и энергия ветра - являются не достаточно развитыми, ввиду отсутствия эффективных методов и технологий её преобразования и накопления [13].

Ветроэнергетические установки имеют наибольшее распространение в прибрежной морской зоне, поскольку суточные и сезонные разности температур создают постоянные перемещения воздушных масс. В глубине материка установка эффективного ветрогенератора возможна только на высоте более 100 метров от поверхности земли [13].

Поэтому экономное расходование энергоресурсов является первостепенной задачей для всех отраслей экономики.

Учёт потребления газа, электроэнергии, водных ресурсов, тепла ведётся при помощи специальных приборов - счётчиков, однако они не дают объективную картину по способам и методам экономии ресурсов. Наиболее продуктивным способом контроля расходования энергоресурсов является подключение всех потребителей к одному управляющему устройству, которое способно контролировать расходование газа, электроэнергии, водных ресурсов, тепла и др. Для этого необходимо оснастить все контролируемые приборы и оборудование датчиками контроля и учёта, а также приводами для управления механическими частями этих устройств, при этом они должны быть совместимы с головным устройством управления интеллектуальным объектом.

Согласно данным [1], за счет автоматизации процессов ресурсораспределения и оптимизации управления работой инженерных систем зданий и сооружений, а также за счет снижения числа поломок оборудования можно добиться экономии финансов на оплату служб эксплуатации объекта до 65%. В результате постоянного поддержания оптимальных условий работы устройств и систем инженерного оборудования в ряде случаев возможно добиться увеличения ресурса его бесперебойной работы до 50%.

Объекты недвижимости, в которых используются системы автоматизации процессов ресурсораспределения и управления инженерными системами, получили название Интеллектуальные здания [1].

В зависимости от того, в какой период жизненного цикла объекта внедряются интеллектуальные технологии управления инженерными системами здания, этот процесс можно охарактеризовать как инновационное проектирование (период проектирования объекта и согласования документации) и инновационное переустройство (период эксплуатации объекта). Наиболее проблемным для внедрения интеллектуальных систем управления инженерными системами здания является период эксплуатации объекта, поскольку в этом случае требуется проведение мероприятий по переустройству существующих инженерных систем и коммуникаций, что всегда сложнее и более трудоёмко по сравнению с процессами монтажа и ввода в эксплуатацию инженерных систем на этапе первоначального проектирования и строительства объекта.

Система управления инженерными системами интеллектуального здания предполагает использование возможностей единого диспетчерского пункта по контролю над всеми системами объекта. В современных условиях эксплуатации объектов туризма и сервиса для построения эффективной двухсторонней системы управления интеллектуальным зданием наиболее целесообразно использовать инфографическое моделирование [2, 8]. Данный подход позволяет разработать методики по переустройству существующих на объекте инженерных систем и интеграции в единый интеллектуальный комплекс с помощью специальных программных продуктов [4] с целью получения максимальной эффективности при управлении объектом.

Одним из условий совершенствования систем управления объектами туризма и сервиса является необходимость разработки экономического аппарата управления затратами на объекте для калькуляции стоимости услуг по факту расходования ресурсов, использованных клиентом за время пребывания.

Применительно к гостиничному комплексу такими могут быть следующие инженерные системы:

- отопления;

- водоснабжения, включая системы сбора и очистки дождевой воды и системы орошения зелёных насаждений инфраструктуры объекта собранной дождевой водой;

- электроснабжения, включая системы альтернативной генерации и аккумуляции электрической энергии;

- безопасности;

- создания микроклимата;

- мультимедиа;

- отвода продуктов жизнедеятельности;

- утилизации и переработки отходов.

Рассмотрим подробнее наиболее распространённые инженерные системы здания, управление которыми возможно осуществлять при использовании интеллектуальных технологий, в том числе инфографического моделирования с целью достижения максимальной энергетической и экономической эффективности при эксплуатации объекта.

В первую очередь это потребители электрической энергии - освещение, бытовые приборы и др. Технологии интеллектуального здания позволяют достичь оптимального расхода электрической энергии, расходуемой на освещение при помощи реализации различных алгоритмов работы светильников - диммирование, изменение и оптимизация времени работы светильников, использование светильников, работающих на светодиодных лампах, использование энергосберегающих ламп.

К системам интеллектуального здания можно отнести также применение современных звуко- и теплоизоляционных светопрозрачных конструкций, что позволяет значительно уменьшить затраты на отопление и освещение помещений. Кроме того, светопрозрачные конструкции, как правило, не требуют специального ухода, а цвет оконного профиля может быть подобран в соответствии с общей стилистикой фасада и интерьера. В случае применения средств механизации светопрозрачных конструкций и их интеграции в систему управления интеллектуальным зданием можно предусмотреть создание дополнительных возможностей для вентиляции помещений, а также обеспечения соблюдения необходимых требований по пожарной безопасности объекта. Использование специального остекления с эффектом поляризации позволяет превратить светопрозрачные конструкции в абсолютно не пропускающие свет, что может быть востребовано в ряде объектов сферы туризма и сервиса [3].

В качестве затемняющих приспособлений для светопрозрачных конструкций при необходимости могут служить элементы солнечной батареи, которые встраиваются или устанавливаются отдельно в ручном или автоматическом режиме в конструкцию светопрозрачной системы. В этом случае потребитель получает не только дополнительную возможность рационального использования остекления, но и при правильном расчёте и расположении солнечных батарей дополнительный источник получения электрической энергии экологически чистым способом [3].

При грамотном использовании современных технологий, используемых в интеллектуальных зданиях, можно добиться оптимального расходования электроэнергии от таких бытовых приборов, как кондиционер, пылесос, теле-, аудио-, видеотехника, приборы для охлаждения продуктов и др. Рассмотрим способы управления вышеперечисленными приборами с использованием технологий интеллектуального здания подробнее.

Гостиничный номер современного отеля невозможно представить без климатической установки, создающей комфортные условия проживания в номере, особенно в летний период. В ряде регионов и курортных областей поддержание оптимальной температуры при помощи индивидуальной климатической установки в помещениях пребывания возможно и в зимний период.

При использовании современной климатической установки с инверторным управлением происходит плавное постепенное регулирование мощности самого основного потребителя электроэнергии - компрессора, что приводит к снижению пусковых токов, исключению времени работы компрессора в режиме пуск-остановка. Программирование времени работы устройства и требуемой температуры в заданном помещении позволяет добиться оптимальной продолжительности работы климатической установки, т.е. исключить время работы кондиционера, когда людей в помещении нет. Кроме того, создание комфортной температуры в помещении начинается заблаговременно перед тем, как туда прейдут люди, что приводит к сокращению времени создания оптимальной температуры за счёт меньшего поступления теплопритоков и, соответственно, сокращению расхода электроэнергии.

Традиционное оборудование для уборки помещений имеет следующие недостатки: повышенный шум, интенсификация перемещения и перемешивания воздушных масс потоком исходящего воздуха из системы пылеудаления. Помимо этого, отработанный воздух, исходящий из пылесоса традиционной конструкции, содержит мельчайшие частицы пыли, которые невозможно задержать фильтром ввиду мельчайшего размера. Это отрицательно сказывается на качестве уборки помещения и на состоянии здоровья людей, особенно страдающих аллергическими заболеваниями. Для устранения вышеуказанных недостатков в современных домах, проектируемых с использованием идей и технологий интеллектуального здания, применяют централизованные системы пылеудаления, которые выбрасывают отработанный воздух в атмосферу и имеют практически бесшумный режим работы, поскольку сам агрегат-пылеуловитель находится вне жилого помещения. Такая система может быть установлена для клининга не только одного помещения, но и в зависимости от мощности агрегата и развитости системы пылеотводов способна обслужить квартиру, дом, коттедж, гостиницу.

Чтобы во время пребывания в отеле гости чувствовали себя максимально комфортно, в номерах предусмотрены средства для просмотра телевизионных программ, фото- и видеоинформации.

Теле-, аудио- и видеотехника за последние несколько десятилетий сделала революционный шаг от аналоговой до цифровой системы передачи изображения и звука. Кроме обретения новых возможностей и функций, улучшению эргономических показателей, это также привело и к снижению потребляемой мощности, что стало возможным прежде всего вследствие перехода от использования радиоламп к микропроцессорному управлению изображением и звуком, а применение программируемых устройств в составе теле-, аудио- и видеоаппаратуры расширяет возможности по использованию данных приборов в качестве мультимедийных центров управления информацией. В качестве примера можно рассмотреть возможность использования современного жидкокристаллического телевизора со светодиодной энергосберегающей подсветкой экрана как мультимедийного устройства для просмотра информации в сети Internet, средства развлечения (видеоигры, симуляции и т.д.), средства вывода информации с камер наружного наблюдения системы безопасности. Кроме того, совместное использование аудио- и видеоаппаратуры позволяет создавать реалистичные звуковые эффекты и видеоизображения, в том числе и в формате 3D.

Интеграция устройств вывода звуковой и визуальной информации в систему интеллектуального дома предоставляет возможность по созданию единой системы управления освещением, звуком, специальными эффектами в зависимости от характера воспроизводимого на экране изображения и реализуемого сценария.

Современное холодильное оборудование, предназначенное для охлаждения продуктов питания, как правило, использует систему «No frost», которая позволяет максимально эффективно и быстро охлаждать продукты и сохранять их качество при оптимальной температуре. Это достигается за счёт применения интеллектуального управления процессами охлаждения и распределения воздуха с низкой температурой по всему объёму холодильной и морозильной камеры. Известные производители холодильников имеют модели, снабжённые устройствами для приготовления холодной воды и льда, поэтому необходимо обеспечивать подачу холода и к этим агрегатам. Современные холодильники используют экологически безопасные хладагенты, не разрушающие озоновый слой Земли, с высокими термодинамическими характеристиками, что позволяет в большинстве случаев задействовать только один компрессор в составе даже двухкамерных холодильников, при этом снижаются показатели материалоёмкости, массы и потребляемой мощности. Наиболее существенным для экономии энергии является использование холодильных компрессоров с инверторным управлением, что позволяет уменьшить энергопотребление холодильного оборудования по сравнению с обычными холодильниками до 40% и добиться понижения шума до 38,5 дБ, что на 10% ниже по сравнению с обычными компрессорами [9]. Это также приводит к снижению пиковых нагрузок на сеть, связанных с пусковыми токами в момент запуска компрессора.

Некоторые известные фирмы (LG) производят холодильники с возможностью подключения к сети Internet, что придаёт дополнительные возможности для пользователя с точки зрения оптимизации энергоэффективности и функциональности [5, 6]. Интернет-холодильник не только замораживает и хранит продукты, но и даёт возможность пользоваться сетью Интернет, через которую можно получить доступ к сотням разнообразных кулинарных рецептов для приготовления блюд и даже заказывать продукты в интернет-магазинах с доставкой на дом. Помимо этого, с помощью интернет-холодильника можно общаться, используя электронную и видеопочту.

Интернет-холодильник может предоставлять целый ряд сервисов: доступ в Интернет; видеотелефон; e-mail; TV; MP3-музыку; базу данных по кулинарным рецептам и правилам питания; электронное перо, чтобы оставить сообщение; голосовые послания.

Ряд моделей интернет-холодильников оборудован телевизионным и радиоприёмником. Кроме того, при использовании интернет-холодильника появляется возможность вывести на экран картинку от веб-камеры внешнего видеонаблюдения. Это позволяет видеть происходящее во дворе частного дома, даже не покидая кухни, присматривать за своим малышом, находящимся в детской комнате и т.д. [5, 6].

Некоторые устройства данного типа также могут следить за содержимым холодильника, выбирая оптимальные условия хранения и заморозки продуктов и отслеживая продукты с истекающим сроком годности. Информация обо всем этом поступает на смартфон пользователя и последний, находясь в магазине, может оценить свои реальные потребности в продуктах [5, 6].

Интеллектуальные технологии нашли широкое применение и в современном оборудовании для стирки белья. Наибольших успехов при разработке инновационных стиральных машин добилась компания LG, когда разработала паровые стиральные машины [10].

Система генерации пара позволяет удалять загрязнения из волокон ткани, не разрушая их структуры, при этом паровая стиральная машина может как тщательно отчистить вещи, так и просто освежить их, избавив от неприятного запаха и придав свежесть.

Инновационные стиральные машины LG - это ощутимая экономия воды, электроэнергии и моющих средств. Кроме того, паровые стиральные машины уничтожают практически все известные бактерии и избавляют вещи от статического электричества, а благодаря полному растворению остатков моющих средств рекомендованы для аллергиков и людей с чувствительной кожей.

«Интеллектуальные» стиральные машины снабжены также инновационными устройствами привода барабана - прямым приводом, когда двигатель крепится непосредственно на баке и привод осуществляется без шкива, и инверторным приводом, когда используется специальный инверторный двигатель, управление которым производится с помощью микропроцессорной электроники.

Такие стиральные машины позволяют добиться высокого качества стирки любого белья, минимизации уровня шума и вибрации, экономии потребления электроэнергии, увеличения срока эксплуатации [10].

В стиральных машинах AEG, кроме инверторного управления приводом барабана, реализованы функции, обеспечивающие сокращение времени стирки и расхода воды за счёт взвешивания белья в автоматическом режиме. Пользователю необходимо только задать тип ткани, далее машина сама выдаст рекомендации по количеству моющего средства и покажет время выполнения программы. Показатель энергопотребления в таких машинах достиг уровня А+++ -20%, что является одним из выдающихся показателей среди аналогичной продукции [11].

Кроме вышеперечисленного оборудования и систем, существуют инженерные системы, обеспечивающие функционирование объектов туризма и сервиса, которые требуют дополнительного рассмотрения.

Ни один объект туризма и сервиса не обойдётся без инженерных систем, обеспечивающих комфорт и безопасность пребывания гостей, это системы водоснабжения, канализации, отопления, кондиционирования и вентиляции. Использование новейших материалов при проектировании, эксплуатации и реконструкции инженерных коммуникаций для объектов туризма и сервиса позволяет получить дополнительные конкурентные преимущества по сравнению с объектами, где используются менее эффективные системы [3].

Вода, используемая на предприятиях туризма и сервиса, должна отвечать самым серьёзным требованиям, поскольку она применяется для приготовления пищи, санитарной обработки помещений и в технологическом оборудовании. Присутствие в воде различных растворенных и взвешенных примесей приводит к снижению качества пищи, ухудшению санитарно-эпидемиологических показателей предприятия, а также уменьшается надёжность и эффективность работы технологического оборудования, что приводит к большим финансовым затратам в результате простоев и ремонта [14].

Современные инженерные системы по подготовке воды для различных нужд предприятий туризма и сервиса можно отнести к категории интеллектуальных, поскольку, кроме фильтрующих элементов, они снабжены электронными управляющими модулями, обеспечивающими поддержание качества исходящей воды [14].

Системы канализации и водоотведения являются неотъемлемой составляющей частью инженерных систем любого объекта, в том числе и объектов туризма и сервиса. Скрытое расположение таких коммуникаций и систем является актуальной задачей при проектировании и реконструкции зданий. Однако не во всех случаях представляется возможным прокладка необходимых коммуникаций с учётом максимальной комфортности и скрытности системы, что создаёт некоторые неудобства для клиентов отелей и других объектов туризма и сервиса.

Одним из путей решения данного вопроса является использование современных материалов для изготовления канализационных труб, что позволяет достичь показателя по звукоизоляции, превышая требуемые нормы на 60%. Таких успехов добились в компании REHAU при производстве скрытых инженерных коммуникаций RAUPIANO Plus, предназначенных не только для прокладки канализационных коммуникаций, но и для строительства сетей воздуховодов при монтаже централизованной системы пылеуборки [3].

Создание комфортной температуры в помещениях объектов туризма и сервиса в последнее время достигается за счёт использования скрытых систем обогрева поверхностей. Используя поверхности стен и пола, равномерно распределяется трубопровод из сшитого полиэтилена в определённом порядке расчётной длины и сечения. В местах присоединения имеются смесительные узлы, оснащённые электромеханическими органами контроля и управления, которые позволяют осуществлять регулировку температуры теплоносителя. При помощи таких систем обогрева поверхностей, интегрированных в единый управляющий комплекс интеллектуального дома, создаются условия для оптимального расходования энергоресурсов и, что первостепенно, обеспечивают комфортные условия для пребывания гостей в объектах сферы туризма и сервиса. Использование технологий обогрева поверхностей исключает возникновение сквозняков в помещениях, зон с большой разностью температур, что особенно будет приятно для маленьких гостей отелей, гостиниц и других объектов туризма и сервиса [3].

Стоит учесть, что вышеперечисленные инженерные системы являются весьма сложными как с технической стороны, так и с точки зрения управления и имеют как внутренние связи по взаимодействию между составными частями - подсистемами, так и связи по взаимодействию друг с другом.

Для управления такими сложными системами необходимо выстроить структуру взаимосвязи систем и подсистем в едином информационном поле интеллектуального здания. В работе [12] предлагается использовать подходы системотехники и комплексотехники при создании сложных технических систем, что, по мнению авторов [12], позволяет решать задачу видения системы управления в целом, определять цели её функционирования, структуру, ограничения, внешние и внутренние связи, а также агрегирование её частей. интеллектуальный здание экономический

Основываясь на вышеизложенном, можно заключить, что интеллектуальное здание - это сложный высокотехнологичный объект, состоящий из систем, подсистем, их связей и взаимодействий, который может быть представлен в виде следующей модели (рис. 1) [12].

Рисунок 1 демонстрирует необходимость и возможность переустройства управления сетями формирования поддержки ядра технологий интеллектуального здания. Он показывает, что существующая сеть поддержки технологий инженерных систем зданий и сооружений, созданная в прошлом веке, должна быть дополнена создаваемой сетью поддержки технологий инженерных систем, относящихся к интеллектуальному зданию, и требует переустройства как государственного, так и частного управления в решении данной задачи.

Согласно данным [12] такую модель можно отнести к системотехнической, т.к. она отображает задачи по стыковке и интеграции частей технических (инженерных) систем и частей управленческой системы, необходимых для формирования связей (отношений) и организации требуемого управления.

Рисунок 1 - Модель управления формированием сети поддержки ядра инженерных систем интеллектуальных зданий и сооружений

Модель соответствует также приведенному [12] определению комплексотехники, т.к. демонстрирует необходимую управленческую деятельность по стыковке и интеграции технических систем в единое целое, а также по формированию и управлению взаимодействием участников устройства сетей поддержки ядра рассматриваемых высоких технологий.

Литература

1. http://rusbim.com/. (Дата обращения: 15.02.2013).

2. Чулков В.О. Инфография - метод и средство формирования и исследования функциональных систем // Вестник международной академии наук (Русская секция). - 2008. - № 1. - С. 46 - 51.

3. http://www.rehau.com/RU_ru/. (Дата обращения: 16.02.2013).

4. http://www.ecodomus.com/. (Дата обращения: 16.02.2013).

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C8%ED%F2%E5%F0%ED%E5%F2%F5%EE%EB%EE%E4%E8%EB%FC%ED%E8%EA. (Дата обращения: 16.02.2013).

6. http://www.cybersecurity.ru/hard/120789.html. (Дата обращения: 16.02.2013).

7. Мохов А.И., Мохова Л.А., Комаров Н.М., Новожёнов С.Г. Прикладная сервисология: использование системотехнического и комплексотехнического моделирования // Науковедение. - 2012. №4 (13). Электронная версия] : URL: http://naukovedenie.ru/PDF/73evn412.pdf. (Дата обращения: 17.02.2013).

8. Латышев Г.В., Латышев К.В., Мохов А.И., Чулков В.О. Инфографическое моделирование систем автоматики на основе схемотехники их элементов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2012. - № 1 (т. 8). - С. 3-9.

9. http://www.samsung.com/ru/consumer/homeappliances/refrigerators/inverter/RSA1SHSL 1/BWT. (Дата обращения: 18.02.2013).

10. http://www.lg.com/ru/washing-machines. (Дата обращения: 18.02.2013).

11. http://www.aeg.ru/Products/%D0%A3%D1%85%D0%BE%D0%B4_%D0%B7%D0%B0_%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D0%BC/%D0%A1%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D1%8B/%D0%A1_%D1%84%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B7%D0%BA%D0%BE%D0%B9/L98699FL. (Дата обращения: 18.02.2013).

12. Комаров Н.М. Влияние феномена высокотехнологичности на развитие менеджмента // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2011. - № 4(1).

13. http://www.invertor.ru/solbat.html. (Дата обращения: 20.02.2013).

14. http://www.ekodar.ru/. (Дата обращения: 20.02.2013).

Размещено на Allbest.ru