Высоким зданиям – высокие технологии

В XX в. «высотки» Москвы можно было пересчитать по пальцам: 7 «сталинских», здания Нового Арбата, Дом Туриста, гостиница «Националь». В наши дни небоскребы – уже почти повседневность: в 2003 г. построены комплексы «Эдельвейс» (43 этажа, 176 м) и «Алые Паруса» (48 этажей, 179 м), в 2004 г. – «Воробьевы Горы» (49 этажей, 188 м) и «Триумф Палас» (59 этажей, 225 м, со шпилем – 264 м) – самое высокое жилое здание в Европе. Похоже, это лишь начало: в рамках программы «Новое кольцо Москвы» намечено строительство 60 «высоток» (30-50 этажей) между Садовым и Третьим транспортным кольцом, а в Международном деловом центре «Москва-Сити» планируется возвести около 20 небоскребов (более 300 м), самым высоким из которых будет башня «Россия» (118 этажей, 612 м) по проекту английского архитектора Нормана Фостера.

Высокий дом должен быть «умным»

Такое масштабное зодчество обязано стремительному развитию технологий, и не только строительных. Для нормальной эксплуатации высотных зданий нужно задействовать до 50 инженерных систем (тепло- и водоснабжения, вентиляции, пожаробезопасности и т.д.), большая часть которых подлежит автоматизации и управлению.

Эксперты рекомендуют выполнять единую систему автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования для всего здания. Лучше всего, если она строится по модульному принципу, т.е. поддерживает возможность подключения новых областей контроля. И, конечно, такая система должна обладать высокой надежностью, имея в основе децентрализованную локальную сеть.

Практика показывает, что интеллектуальные компоненты систем жизнеобеспечения (контроллеры и процессоры, блоки интеграции, комплекс управления и ПО) составляют до 15% общей стоимости всех систем. При этом они дают ежегодную экономию до 20% расходов на энерго- и водоснабжение здания и окупаются уже через 3-5 лет эксплуатации.

«Мозг» дома

Для взаимодействия отдельных подсистем инженерного оборудования и автоматизированного оперативного контроля и управления нужна диспетчерская структура. В 1970-е гг. американские инженеры разработали стандарт и протокол передачи сигналов Building Management System (BMS). На его основе была создана первая централизованная система интеллектуального управления зданием. Позже были разработаны и другие стандарты и системы, образовавшие класс SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) или, в отечественной практике, АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами).

Принципиально в составе АСУ ТП можно выделить три функциональные части:

·периферийное оборудование – датчики (температуры, давления и пр.) и исполнительные механизмы (клапаны, приводы и т.д.);

·контроллеры, или мини-компьютеры, в комплексных системах обычно имеющие модульную структуру;

·терминалы управления – АРМ диспетчеров, оборудованные мониторами, куда поступают данные от оборудования и контроллеров одной или нескольких инженерных систем, и консолями, которые позволяют регулировать параметры этих систем.

При этом, если раньше шкафы автоматики и электрики устанавливали отдельно, то сейчас их все чаще комбинируют. Это снижает число кабельных соединений и повышает общую надежность системы.

Точка сборки

До середины 1990-х гг. производители компонентов автоматизации применяли «закрытые» протоколы. Это обязывало заказчиков использовать оборудование однажды выбранного поставщика для автоматизации всех систем. Но спектр инженерных систем настолько широк, что полный ассортимент инструментов автоматизации не может предложить ни одна фирма. Поэтому возникает задача обмена информацией между оборудованием различных марок. Решить ее можно с помощью протоколов унификации, наиболее распространенными среди которых сегодня являются LON и BАСnet. Первый используется в бизнес-центре «Багратион» и штаб-квартире РЖД (МПС); второй – в здании компании «Лукойл» на Большой Ордынке и в новом Ледовом дворце в Казани; в штаб-квартире компании ТНК-BP на Старом Арбате задействованы оба, что планируется сделать и в башне «Федерация». Также системы автоматизации часто строят на основе протоколов ModBus, RS-485 и промышленный Ethernet.

Другой вариант – использовать промышленную шину (Foundation Fieldbus  («FieldBus»)), аппаратно-программный посредник для цифровых устройств, умеющий преобразовывать разные протоколы. Признанным стандартом стала шина PROFIBUS. Разработанная компанией Siemens (Германия), она быстро распространилась в Европе, а теперь используется и в Китае. Для шины создано множество ведущих и ведомых устройств, и спектр ее применения очень широк – от производства до офисных и жилых зданий. Постепенно этот стандарт «обживается» и в России: PROFIBUS включена в системы автоматизации на ряде станций газопроводов «Уренгой-Петровск» и «Ямал-Европа». Также из промышленных шин можно назвать CAN, AS-Interface, и InterBus.

Автоматизация «сверху»

Один из самых показательных примеров интеллектуального высотного здания – башня «Запад» (242 м) в комплексе «Москва-Сити». В башне автоматизировано 45 инженерных систем, включающих порядка 7500 единиц оборудования, 1500 из которых объединены современной BMS-системой Metasys М5 компании Johnson Controls.

Нижний уровень управления составляют сетевые процессоры NCM300/NCM350 (работают по протоколу ARCnet или Ethernet) и N30 (протокол BACnet). Они обеспечивают мониторинг аварийных сигналов, сбор и запись статистических данных (время работы оборудования, энергопотребление и т.д.) подключенных систем. Оператор может контролировать эти устройства как с рабочей станции, так и с терминала VT100.

Локальные контроллеры управления DX-912х поддерживают сеть LonWorks и подключаются к системе Metasys через шину N2E. Они имеют аналоговые и цифровые входы/выходы и обеспечивают обмен информацией между исполнительными устройствами и АРМ диспетчера.

Верхний уровень управления представляет рабочая станция диспетчера M5 Workstation. Это набор программ, работающих в среде Microsoft Windows, поэтому их можно установить на обычный ПК. Возможно как локальное подключение, так и удаленное (по выделенной линии или через модем) – в этом случае используется решение Metasys Web Access. Контроль и разграничение прав доступа к АРМ диспетчера обеспечивает подсистема M-Password. Приложения M5 Workstation имеют удобный интерфейс, гибкие настройки (включая программирование), разные виды отображения и анализа информации. В одной локальной сети может работать несколько АРМ диспетчера, каждое из которых контролирует одновременно до 25 подсетей управления.

Благодаря многоуровневой распределенной архитектуре комплекс управления Metasys объединяет системы жизнеобеспечения здания в целостную отказоустойчивую инфраструктуру. Модульный принцип организации и широкие возможности масштабирования позволяют подключать к системе до 32 тысяч точек контроля. Для интеграции в систему управления устройств сторонних производителей используется модуль Metasys Integrator.

Автоматизация «снизу»

Современные производители оснащают инженерное оборудование элементами автоматики разного уровня – от датчиков до шкафов управления и терминалов. Если взять для примера инженерные сети, можно выделить компанию GRUNDFOS, выпускающую широкий спектр насосов. Так, для мониторинга и контроля работы канализационных насосов была разработана система Modular Controls (сегодня шкафы управления на базе этой разработки выпускаются на российском заводе концерна в подмосковной Истре). Она включает различные компоненты и программы, которые можно комбинировать в соответствии с размером и уровнем сложности управляемого объекта.

«Мозг» Modular Controls – устройство CU 401 с цифровыми и аналоговыми входами/выходами, контролирующее до 6 насосов. Программы управления насосами загружаются с помощью карт памяти CompactFlash, а GSM-модуль обеспечивает беспроводное удаленное управление через ПК или с мобильного телефона (SMS-сервис).

В качестве интерфейса между системой и оператором можно использовать ПК или присоединяемую панель OD 401. Она реализует логичное, интуитивно понятное управление, позволяя выполнять настройки параметров системы. Состояние системы отображается в графическом и текстовом виде (надписи и сообщения на русском или английском языках). Журнал аварий гарантирует быстрое и точное обнаружение неполадок, а кодовая защита – санкционированный доступ к системе управления.

Подобные системы для других видов сетей жизнеобеспечения и безопасности были использованы при возведении одного из самых крупных небоскребов «Москва-Сити» - «Северной Башни». Система пожаротушения этого здания состоит из спринклерных систем и пожарных кранов, где установлены различные комбинации насосов GRUNDFOS серий ТР и CR. Все эти агрегаты через шины PROFIBUS сведены в единую сеть и управляются из единой диспетчерской «Северной Башни». Таким образом обеспечивается безопасность всех уровней «высотки» - от многоуровневого подземного гаража и стилобата до 27 этажа центрального атриума.

Энергосберегающие технологии и встроенные системы автоматизации делают подобное оборудование привлекательным для использования в том числе и на различных бытовых и промышленных объектах. Оно работает в Большом театре и храме Христа Спасителя в Москве, в Мариинском театре и Эрмитаже в Санкт-Петербурге, а также в муниципальных зданиях и водоканалах многих городов России – от Нижнего Новгорода до Хабаровска.

Реализуя инновации в области строительства и архитектуры, проектировщики высотных зданий используют  передовые технологии и в системах жизнеобеспечения. Учитывая, что доля этих систем составляет от 30 до 50% общей стоимости объекта, следует задуматься о критериях выбора уже на этапе проектирования. Установка надежного оборудования является хорошей инвестицией, которая обеспечит удобство и долговечность эксплуатации небоскреба.

Cтатья предоставлена Пресс-службой компании ООО «ГРУНДФОС»