АПАРТАМЕНТЫ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ Уникальная система управления климатом в эксклюзивной квартире Санкт-Петербург, 2012

TM
АПАРТАМЕНТЫ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ
Уникальная система управления климатом
в эксклюзивной квартире
в партнерстве с Beckhoff
Санкт-Петербург, 2012
Общая информация
Многоуровневая квартира в СанктПетербурге представляет собой эксклюзивный объект недвижимости.
Уникальные апартаменты общей
площадью чуть менее 600 кв. м располагаются в центре города, а из окон
открываются виды на главные достопримечательности Петербурга. Проект
интерьера для квартиры разрабатывался архитектурным бюро nps tchoban
voss GmbH и был реализован немецкой
компанией Sinnex, специализирующейся на отделке яхт.
Вид из окна
Монтаж интерьеров
Проектная документация на систему
автоматизации
Готовый интерьер
Компанией INTELVISION для пентхауса была
разработана единая система интеллектуального управления, в которую объединены все
инженерные системы объекта, системы электроосвещения и электроснабжения, мультимедийные системы и системы безопасности.
Основная работа пришлась на систему управления микроклиматом.
В единой системе автоматизированного управления насчитывается порядка 1 727 физических и более 2 500 логических точек мониторинга, контроля и управления. При этом только
на инженерные системы (вентиляция, кондиционирование, отопление) приходится свыше 800
физических сигналов.
Общая информация
Система автоматизации выстроена на базе
контроллеров немецкой компании Beckhoff и программного комплекса SmartUnity
BMS разработки INTELVISION, включающего
в себя ПО для конфигурования логики,
SCADA-систему, а также интерфейсы
конечного пользователя для устройств на
базе платформ Windows, iOS и Android. В
проекте использовались различные протоколы
автоматизации, такие как LonWorks, KNX, MODBUS, M-BUS, EnOcean.
Общая структура комплексной системы
автоматизированного управления
представлена на схеме:
Адрес: Санкт-Петербург
Площадь: 580 кв.м
Время реализации: 2008—2012
Выделенная электрическая мощность: 156 кВт
Протяженность кабельной продукции: ок. 19 км
Единиц климатического оборудования: 18 зон климат-контроля, 24 зоны тёпло/холодного
пола, 46 эжекционных доводчиков Swegon
Primo, 2 приточно-вытяжные вентиляционные
машины Swegon GOLD, ИТП, чиллер
Количество физических сигналов в системе
автоматизации: 1 727
Принципиальная схема взаимодействия систем
Общая информация
Пользователям доступно не только дистанционное управление (например, регулировка
температуры пола или воздуха, открытие/закрытие штор, воспроизведение мультимедиа и
пр.), но и настройка сценариев автоматизированного управления системой.
Например, в системе имеется предустановленный сценарий «утро»: в 7:30 в определенных комнатах открываются шторы, а в помещениях достигается требуемая температура.
Пользователь может вручную отрегулировать
температуру, до которой должно быть нагрето/охлаждено помещение, и изменить время
запуска сценария.
Управлять оборудованием в ручном режиме
можно с сенсорных панелей, вмонтированных
в стены и мебель, а также из любой точки
мира с помощью приложений для мобильных
устройств.
В удаленном режиме конечные пользователи системы или обслуживающий персонал
могут получать необходимую информацию о
функционировании всех систем квартиры.
Это может быть температура по помещениям,
текущее энергопотребление, видео с камер
наблюдения в режиме реального времени,
статистическая информация (история изменения климатических параметров, расхода
электроэнергии и пр.) и другие данные.
Панели управления климатом, освещением и жалюзи, встроенные в мебель
Общая информация
Система также может автоматически формировать уведомления об авариях и несанкционированном доступе или напоминания о регламентных
работах, которые в виде SMS поступают владельцу квартиры или сервисным службам.
В настоящее время готовность объекта составляет 90%: завершается монтаж оборудования,
ведутся пуско-наладочные работы. Ввод объекта в
эксплуатацию намечен на декабрь 2012 года.
Один из шкафов автоматизации,
вписанный в интерьер
Процесс сборки шкафов автоматики
Примеры расположения оборудования системы управления
Устройства управления системой “Умный дом” могут находиться по всему дому,
чтобы быть всегда под рукой. Только сенсорные панели встроены в стену и поэтому
не переносимы, а устройства iPhone и iPad можно переносить и управлять системой
из любой точки квартиры.
Английская версия интерфейса
Интерфейс предоставляется также на английском языке
Особенности проекта
Статусом объекта были продиктованы бескомпромиссные требования к
уровню комфорта будущих жильцов,
в результате чего при разработке
системы управления системой ОВК
INTELVISION пришлось столкнуться с
рядом нетривиальных задач.
Ограничение по энергопотреблению
Одной из главных проблем, возникших в процессе реализации проекта, стала необходимость вписаться в выделенные 156 кВт при
установленной мощности 286 кВт. Требования
по уровню комфорта исключали возможность
решения этой задачи путем простого отказа
от каких-либо частей комплекса.
Чтобы уложиться в предоставленные мощности, не понижая уровня комфорта проживающих, INTELVISION было разработано
комплексное решение по автоматизации и
управлению всеми инженерными системами,
на особом положении были все нюансы, связанные с системой ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование).
На объекте проложено более 19 км кабеля
Особенности проекта
С помощью интеллектуальных сценариев работа оборудования плавно регулируется таким
образом, что потребление энергомощностей
оборудования равномерно распределяется в
течение суток. Так, для каждой подсистемы,
работа которой требует значительных энергоресурсов (чиллер, обогрев стёкол, электроосвещение и пр.) установлен приоритет по
энергопотреблению, в соответствии с которым
система управления разрешает или запрещает
переход оборудования в рабочий режим. Это
позволяет избежать пиковых нагрузок и выхода
за пределы выделенных мощностей.
Большая площадь остекления
Так как большая часть ограждающих конструкций квартиры выполнена из стекла, поэтому
микроклимат помещений нестабилен и сильно
зависит от внешних погодных условий.
Особенную трудность стеклянные ограждающие конструкции представляли в помещениях
с повышенной влажностью. Чтобы в холодное
время года предотвратить образование конденсата на стеклянных стенах, в этих помещениях
были установлены стеклопакеты с электрообогревом, длительность и интенсивность работы
которого регулируется автоматикой.
Купол квартиры
Панорамное остекление также потребовало
защиты от перегрева помещений солнечной
радиацией. Для этого алгоритмом управления
моторизованными шторами предусмотрено автоматическое закрытие штор при условии, что
уровень естественного освещения превышает
максимально допустимое значение, а температура в помещении поднимается выше уставки.
Обилие солнечного света также представляло
угрозу для напольного покрытия, в качестве
которого были использованы декоративный
камень и натуральная кожа. Для защиты дорогостоящих материалов от перегрева была
оборудована система тёпло/холодных полов,
температура теплоносителя в которых регулируется автоматически в зависимости от потребности. Помимо этого, подобное решение позволяет несколько снизить нагрузку на систему
кондиционирования.
Большая площадь остекления вкупе со значительным метражом квартиры также повлекла
за собой необходимость автоматизированного
управления приводами оконной фурнитуры
Schueco. Автоматика закрывает открытые окна
при увеличивающейся ветровой нагрузке и/или
во время дождя. Кроме того, управление приводами оконной фурнитуры используется для
закрытия/открытия окон в режиме проветривания с целью снижения нагрузки на систему
вентиляции и кондиционирования.
Особенности проекта
Зонирование климата в монообъемных
помещениях
Одна из особенностей планировки квартиры
— множество открытых пространств, в которых
функциональное назначение помещений обозначено не с помощью строительных конструкций, а лишь за счет дизайнерских решений. В
помещениях, не разделенных перегородками,
поддержание раздельных климатических параметров представляет особую трудность.
Для решения этой задачи в системе управления
климатические балки сгруппированы согласно
их расположению в функционально различных,
но не разделенных перегородками помещениях. Аналогичным образом расположены и
датчики температуры. Соответственно, регулирование климатических параметров производится независимо для каждого функционального помещения.
Объемно-планировочные решения одного из этажей
Структура системы ОВК
В квартире реализована система воздушного эжекционного отопления и
охлаждения на базе оборудования
шведской компании Swegon.
Система разрабатывалась с широким применением программного обеспечения математического моделирования. Для создания 3D модели квартиры использовался пакет Autodesk
REVIT – система информационного моделирования зданий (BIM - Building Information
Modelling).
С помощью САПР были рассчитаны максимальные и минимальные значения теплопоступлений и теплопотерь с учетом перемещения
солнца относительно квартиры на протяжении
всего года. Наличие этих данных позволило
упростить разработку оптимальных с точки
зрения энергопотребления сценариев управления климатическим оборудованием.
Помимо этого, с помощью инструментов REVIT
были рассчитаны все необходимые параметры
системы вентиляции. Наличие этих данных
позволило оптимизировать процесс пусконаладки оборудования и отладки сценариев
автоматизированного управления. Помимо
этого, наличие подобной информации упростило подбор оборудования, максимально отвечающего требуемым параметрам.
Математическое моделирование системы отопления
Структура системы ОВК
В состав системы ОВК входят инженерные системы (тепло- и холодоснабжение и вентиляция), а также система климат-контроля (климатические эжекционные балки, электрообогрев
окон, террас и водостоков, тёпло/холодные
полы, оконные системы с электроприводом,
моторизованные шторы, уличная погодная
станция, а также датчики температуры и влажности в помещениях, датчики присутствия).
Система воздушного отопления на базе эжекционных
доводчиков Swegon Primo
Информационная модель пентхауса, выполненная в Autodesk REVIT
Управление ОВК: Инженерные системы
Система теплоснабжения
В квартире оборудован автоматизированный индивидуальный тепловой пункт (ИТП) с
собственным нагревателем. ИТП обеспечивает подготовку и циркуляцию теплоносителя в
контурах эжекционных климатических балок,
тёплых полов и контуре подготовки воздуха в
вентиляционной установке.
Система управления и диспетчеризации
(СУД) осуществляет запуск и остановку ИТП,
передаёт уставку температуры теплоносителя,
а также управляет скоростью циркуляционного насоса. От ИТП в систему управления
поступают данные о температуре теплоносителя, авариях, текущем энергопотреблении и
состоянии автомата электропитания.
Система вентиляции направляет ИТП запрос
на подачу теплоносителя необходимой температуры в контур подготовки воздуха вентиляционной установки.
Автоматическое включение и выключение
ИТП происходит в заданное время в начале и
конце отопительного сезона. При отсутствии
теплоносителя от общедомовой сети или его
недостаточной температуре собственный нагреватель включается автоматически.
ИТП переходит в режим «Авария» по сигналу
от дифференциального датчика давления,
свидетельствующего о неисправности насоса
или о протечке в контуре. В режиме «Авария»
происходит перекрытие клапанов и корректировка расхода теплоносителя соответствующего контура, а также остановка работы
вентиляционной установки. ИТП прекращает
работу при наличии критических неисправностей.
ИТП также может функционировать в режиме
поддержания температуры или расхода теплоносителя, чтобы обеспечить оптимальный
расход электроэнергии.
Система холодоснабжения
Основой системы является чиллер, обеспечивающий подготовку и циркуляцию хладоносителя в контурах эжекционных климатических
балок, тёпло/холодных полов и в контуре подготовки воздуха в вентиляционной установке.
Система управления и диспетчеризации
осуществляет запуск и остановку чиллера,
передаёт уставку температуры холодоносителя, а также управляет скоростью циркуляционного насоса. Чиллер передаёт в систему
Индивидуальный тепловой пункт
Управление ОВК: Инженерные системы
управления данные о температуре холодоносителя, авариях, текущем энергопотреблении
и состоянии автомата электропитания. Вентиляционная установка направляет чиллеру запрос на подачу холодоносителя определенной
температуры.
Чиллер автоматически включается и выключается при изменении потребности в холоде со
сменой сезона. При обнаружении некритической неисправности (неисправность насоса
или протечка в контуре, фиксируемые дифференциальными датчиками давления) чиллер
переходит в режим «Авария»: происходит
перекрытие клапанов и корректировка расхода теплоносителя в соответствующем контуре,
а вентиляционная установка останавливается.
При критической неисправности чиллер автоматически выключается.
При изменяющейся потребляемой мощности
чиллер может регулировать расход и температуру холодоносителя, чтобы способствовать
снижению потребляемой мощности.
Система вентиляции
Система вентиляции выстроена на базе двух
центральных приточно-вытяжных установок
с рекуперацией GOLD20 и GOLD80 производства шведской компании Swegon. Данные
установки обладают лучшим в своем классе
КПД роторного утилизатора тепла, достигающем 85%. Оконечными устройствами системы
выступают эжекционные доводчики Swegon
Primo, оборудованные заслонкой с пропорциональным управлением для регулирования
притока воздуха.
Система управления и диспетчеризации запускает и останавливает вентиляционную установку, а также в зависимости от показаний
датчиков передаёт управляющие воздействия
в виде уставок и параметров работы. Вентиляционная установка направляет в систему
энергоснабжения данные об электропотреблении и о состоянии автомата электропитания, а также запрашивает у ИТП или чиллера
необходимое количество тепло/холодоносителя требуемой температуры.
Система управления и диспетчеризации переводит чиллер в рабочий режим только при
наличии разрешения по приоритету (наличия
резерва энергопотребления).
Монтаж системы вентиляции
Управление ОВК: Инженерные системы
Система вентиляции автоматически выключается при длительном отсутствии жильцов в
квартире, при авариях определенного типа, а
также на время профилактики.
Вентмашины также могут работать в режиме
повышенной мощности обогрева или охлаждения во время подготовки (после длительного отсутствия жильцов) или при значительном
увеличении тепловой нагрузки.
В состоянии «Регулирование по объёму —
обогрев/охлаждение» установка находится
тогда, когда в квартире есть люди, а тепловая
нагрузка не превышает установленное значение.
При неполадках в работе вентиляторов или
заслонок, засорении фильтров, невозможности обеспечения подготовки приточного
воздуха и прочих неисправностях установка
переходит в состояние «Авария». В случае
критических неисправностей установка выключается с автоматическим формированием
SMS сообщения.
Приточно-вытяжные установки Swegon GOLD
Управление ОВК: Климат-контроль
Климатические балки
Система управления и диспетчеризации осуществляет управление воздушной заслонкой,
открытие / закрытие клапанов прямой и
обратной холодной / горячей воды, а также
управление смесительным трёхходовым клапаном и циркуляционным насосом. В систему
управления и диспетчеризации от климатических балок поступают данные о влажности
воздуха, температуре приточного воздуха,
температуре теплоносителя. От системы
энергоснабжения в СУД поступает информация о текущем энергопотреблении и о состоянии автоматов электропитания климатических
балок.
При увеличении тепловой нагрузки в помещении трёхходовым клапаном уменьшается
подмешивание обратной воды, повышением
производительности насоса увеличивается
скорость воды в контуре, воздушная заслонка
открывается на большую величину и цикл повторяется.
Система климатических балок запускается
только при наличии разрешения по режиму и
приоритету.
По сигналам от датчика температуры теплоносителя, датчика разности давления и датчика
протечки фиксируется авария в водяном контуре и циркуляция теплоносителя в водяном
контуре прекращается. Система климатических балок также отключается при открытии
окна при условии, что система находилась в
режиме отопления.
Сопла эжекционных доводчиков
Управление ОВК: Климат-контроль
Электрообогрев окон
Электрообогрев террас и водостоков
Основной задачей подсистемы обогрева окон
является предотвращение появления конденсата в помещениях с повышенной влажностью — одной из ванных комнат и помещения
для фитнеса. Принудительное управление
системой призвано снизить потребление
электроэнергии.
Обогрев террас и водостоков позволяет
предотвратить образование наледи и накапливание снега. Алгоритм автоматизированного управления подсистемой подразумевает
попеременное включение и выключение групп
обогревателей водостоков и террас. При
одновременной работе всех групп расчетная
пиковая потребляемая мощность подсистемы
составила бы 35 кВт, однако за счет принудительного управления она была снижена в два
раза.
Для плавного регулирования интенсивности
обогрева установлены тиристорные регуляторы мощности, которые также позволяют
значительно снизить потребление электроэнергии без полного отключения обогрева.
Включение обогрева происходит только тогда,
когда параметры влажности и температуры
воздуха в помещении превышают установленные для точки росы значения. Отключение
обогрева происходит по таймеру (заранее
определённый интервал времени, в течение
которого система поднимет температуру
стёкол на величину, превышающую температуру точки росы).
Включение и выключение контуров обогрева
окон происходит последовательно, чтобы снизить энергопотребление подсистемы. Запуск
подсистемы происходит только при наличии
разрешения по приоритету.
Система определяет интервалы включения/
выключения обогрева и его интенсивность
с учетом данных о наружной температуре,
поступающих от погодной станции, а также
текущего уровня энергопотребления, данные
о котором передаются из системы энергоснабжения.
Переход подсистемы электрообогрева террас
и водостоков в рабочее состояние возможен
только при наличии разрешения приоритета
по энергопотреблению.
Терраса с обогревом
Управление ОВК: Климат-контроль
Тёпло/холодные полы
Автоматизированное управление подсистемой
водяных тёпло-холодных полов решает три
задачи:
снижение энергопотребления чиллера;
предотвращение перегревания пола под
прямыми лучами солнца. Слишком высокая
температура пола дискомфортна для человека и вредит дорогостоящему напольному
покрытию;
предотвращение образования конденсата.
Для создания системы тёпло-холодных полов
в квартире был выполнен узел перехода с 4-х
трубной системы на 2-х трубную. При переключении входящих линий с тепла на холод и
наоборот узел перехода с 4-х трубной системы на 2-х трубную продолжает работать без
перерегулирования или перепадов давления
и температуры, так как в основных контурах
тепло/холодоносителя посредством автоматики поддерживается постоянное равенство
давлений (на каждый контур тёпло-холодных
полов установлено по два накладных датчика
температуры, контролирующих «прямую» и
«обратную» воду).
Сервопривод клапана тёпло-холодных полов,
регулирующего подачу теплоносителя, мо-
жет получать команды от датчиков в контурах
теплоносителя, подсистемы окон, системы
энергоснабжения, СУД и от конечного пользователя системы.
По сигналу о большой разнице давления на
входе и выходе из контура, поступающего
от дифференциального датчика давления,
подсистема переходит в аварийный режим и
закрывает клапан подачи теплоносителя. При
этом возможность открытия клапана блокируется до снятия режима аварии.
Подсистема также переходит в аварийный
режим по сигналу от связанных подсистем.
Это может быть сигнал об открытии окон в
помещении, где в данный момент подсистема
работает в режиме обогрева, отключение автоматических выключателей, а также переход
в аварийный режим подсистем водоснабжения, ИТП или чиллера.
В нормальном режиме поддерживается температура пола, которая задается активным на
данный момент сценарием или вручную пользователем. Регулирование температуры пола
осуществляется с помощью ПИД-регулятора,
который на основе текущего значения температуры и температуры уставки управляет
сервоприводом запорного клапана.
Подсистема тёпло-холодных полов переходит
в рабочее состояние только при наличии разрешения по приоритету энергопотребления.
Монтаж тёпло/холодного пола и системы
вентиляции
Управление ОВК: Климат-контроль
Оконные системы с электроприводом
Оконные системы и системы балконных дверей, а также мансардные окна купола обсерватории оборудованы фурнитурой Schueco с
электрическим приводом.
Управление оконной фурнитурой может производиться в ручном или автоматическом
режимах.
В автоматическом режиме подсистема окон
взаимодействует с подсистемой климатических балок, теплых полов и с уличной погодной станцией.
При поступлении сигнала об открытии окна
система управления и диспетчеризации переводит климатические балки в режим ожидания
при условии, что до этого они находились в
режиме обогрева. Аналогичным образом по
сигналу об открытии окна прекращается обогрев полов.
Если уличная погодная станция фиксирует состояние «дождь» и/или «ветер», в подсистему
поступает сигнал на закрытие окон.
Одно из окон с электроприводом
Управление ОВК: Климат-контроль
Моторизованные шторы
Все шторы в квартире оборудованы моторизованными приводами. Изменение положения штор происходит по команде от СУД на
основе сигналов, поступающих от датчиков
температуры и освещенности, а также по сигналам от связанных подсистем (подсистемы
управления электроснабжением и подсистемы управления и диспетчеризации).
чей. Аналогичным образом в солнечный летний день шторы будут автоматически закрываться, чтобы избежать перегрева помещения и увеличения нагрузки на холодильную установку.
Для предотвращения реакции подсистемы на слишком частые перепады интенсивности солнечного света в режиме «АВТО» введён таймер.
Шторы могут быть закрыты, открыты или полуоткрыты.
При нахождении человека в комнате система
может автоматически переходить в ручной
режим и возвращаться в режим АВТО, если
помещение пустует.
В автоматическом режиме положение штор
координируется с учетом естественного освещения таким образом, чтобы заданные климатические параметры в помещении поддерживались с минимальными энергозатратами.
Так, если в солнечный зимний день температура в помещении падает ниже уставки, система откроет шторы и снова закроет их, когда
температура повысится до заданной или же
когда прекратится поступление солнечных луКаждое стекло оборудовано шторой с электрическим приводом
Управление ОВК: Климат-контроль
Датчики и погодная станция
Контроль температуры воздуха в помещениях
производится за счет датчиков Thermokon,
вмонтированных в оконные профили, а также встроенных датчиков EIB-выключателей
Berker. Всего в каждом помещении установлено от 2-х до 6-и датчиков, что позволяет
объективно оценивать температуру воздуха в
помещении.
Датчики протечки устанавливаются в санузлах, ванных комнатах, в кухне, а также у
коллекторов водоснабжения. В некоторых помещениях также имеются датчики влажности.
Погодные условия контролируются посредством наружной метеостанции Jung WS 10 KS,
установленной на террасе 20-го этажа, а также двух датчиков температуры уличного воздуха Jung WS 10 T. Метеостанция фиксирует
такие параметры как скорость ветра, наличие
осадков и освещенность.
На основе полученных данных метеостанция
формирует состояния, которые характеризуются диапазонами значений соответствующих
параметров: лето-зима-осень-весна, суховлажно-дождь, тихо-ветер и пасмурно-солнце. Информация о состояниях направляется
метеостанцией в СУД.
Исходя из комбинации состояний происходит
управление прочими подсистемами. Например, при комбинации «лето-дождь-ветер»
запрещено открытие окон в отсутствие жильцов. Аналогичным образом подсистема погодной станции подает сигнал на закрытие окон,
если зафиксировано состояние «дождь» или
«ветер».
О компании / контакты
INTELVISION — ведущая проектно-строительная компания Санкт-Петербурга, работающая
на рынке высокотехнологичных энергоэффективных решений.
Компания предлагает свои услуги в области
комплексного проектирования и строительства инженерных и информационных систем,
«зелёного» строительства и девелопмента.
INTELVISION является партнером ведущих европейских и российских компаний (Beckhoff,
Schneider Electric, Autodesk, Microsoft и др.) и
дважды подряд победителем конкурса HITECH Building Awards в 2010 и 2011 годах.
www.intelvision.ru
https://www.facebook.com/intelvisiongroup