Введение
SustainableBuilding (жизнеудерживающее здание), Energy-efficiencyBuilding (энергоэффективное здание), IntelligentBuilding (интеллектуальное здание), BioclimaticArchitecture (биоклиматическая архитектура), HealthyBuilding (здоровое здание) - это направления в архитектуре и инженерии зданий, которые до настоящего времени не имеют строгих определений, научные основы только создаются, но сами направления реализованы в большом числе строительных объектов, в застройках районов городов и сельских мест. Реализованы в развитых странах, но не в России. Однако, даже в развитых странах строительство таких зданий все еще остается занятием элитным. Объяснением этому может быть следующее:
низкая стоимость традиционных источников энергии без учета интересов последующих поколений и заботе об окружающей природной среде способствует расточительности ее использования;
потребители не готовы к значительному повышению оплаты за качество комфорта среды обитания, включая в это понятие комплекс современных технических средств управления, контроля и связей (системы жизнеобеспечения и управления зданием);
не сформировалась наука о микроклимате помещений и ее содержание "не овладело широкими массами" потребителей, а остается заботой группы специалистов.
Отдельные элементы интеллектуального здания уже сейчас пользуются большим спросом и присутствуют практически во всех зданиях: есть видеокамеры, контроль доступа, управление вентиляцией и кондиционированием, информационные системы, просто все они спроектированы независимо друг от друга. Интеллектуальные технологии уже нашли масштабное применение в единых системах диспетчеризации, автоматизации и безопасности крупных объектов: рентабельность и удобство эксплуатации зданий неоднократно были отмечены инвесторами и девелоперами. Потребитель получает: снижение эксплуатационных расходов — 30 %, снижение платежей за электроэнергию — 30 %, снижение платежей за воду — 41 %, снижение платежей за тепло — 50 %,уменьшение выбросов СО2 — 30 %.
1. Понятие умного (интеллектуального) здания
В настоящее время наметился постепенный переход к возведению так называемых «умных», или интеллектуальных, зданий для повышения качества среды, экономии материалов и энергии. Элементы «умных» систем зданий известны уже давно, но системы обеспечения комфортных условий для жителей и быстрого реагирования на изменение потребностей с помощью встроенных управляющих устройств появились недавно. "Понятие "интеллектуальное здание" ("умный дом") появилось в США в 1970- 80х годах. Пока специалисты ломали головы над его концепцией, строители и инвесторы спешили объявить таковым любую постройку, где установлена система контроля доступа или пожарная сигнализация. Конечно, элементы интеллектуальности сегодня присущи почти любому строению. Но все-таки интеллектуальное здание - понятие совсем иного масштаба. Создание оптимальной среды, обеспечение комфортных условий деятельности, снижение расходов на эксплуатацию - это основные критерии концепции интеллектуального здания.
«Умное» здание через систему датчиков контролирует состояние внешней и внутренней среды и при отклонении показателей от нормы включает устройства, очищающие, например, среду от загрязнений или улучшающие другие показатели.
Интеллектуальным, «умным» следует называть здание, оснащенное средствами автоматического контроля над всеми системами жизнеобеспечения.
Одним из основных компонентов интеллектуального здания является система автоматизированного управления эксплуатацией здания- это комплекс программно-аппаратных средств, основной задачей которого является обеспечение надежного и гарантированного управления всеми системами, находящимися в эксплуатации здания, и исполнительными устройствами. Система способна за счет полной неразобщенной информации от всех эксплуатируемых подсистем, будь то пожарно-охранная, система теленаблюдения, телефония, водоснабжение, электропитание, кондиционирование и т. д., принять правильное решение и выполнить соответствующее действие, проинформировать соответствующую службу о событии.
Система должна уметь распознавать определенные ситуации и каким-либо образом на них реагировать таким образом, чтобы наиболее эффективным способом обеспечить безопасное и комфортабельное пребывание в здании, сведя до минимума потребление энергии и энергоресурсов.
Стоит разделять понятия «умный дом» и «системы жизнеобеспечения». Отдельные системы обладают лишь необходимыми интерфейсами управления и контроля. Концепция «Системы интеллектуального управления зданием» предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всех систем эксплуатации и исполнительных устройств здания.
Здание проектируют таким образом, чтобы все системы его управления могли интегрироваться друг с другом с минимальными затратами, а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом.
Со временем здания обретут «искусственный интеллект». Тогда с полным основанием можно будет называть их интеллектуальными. Системы смогут отслеживать работу и состояние всей «начинки» здания, включая ограждающие конструкции, и самостоятельно принимать решения в изменяющихся обстоятельствах.
«Умными» могут быть любые здания — жилые дома, учреждения, производственные объекты и др.
Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:
систем электроснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования;
служб безопасности (противопожарной, антисейсмической, охраны дома, охранно-пожарную сигнализацию, систему контроля доступа в помещения, контроль протечек воды, утечек газа и т.д.);
различных телекоммуникационных сетей (сети связи, в том числе спутниковой, оптико-волоконные кабельные сети и т.д.);
автоматизации внутреннего транспорта (например, лифтов);
централизованного сбора и утилизации отходов;
автоматизации системы контроля качества внутренней среды здания и некоторого объема внешнего пространства;
механизацию здания (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов, электроподогрев ступеней и т. п.);
телеметрия — удалённое слежение за системами;
IP-мониторинг объекта — удалённое управление системами по сети;
GSM-мониторинг — удалённое информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома;
В некоторых проектах предлагается также использовать машины церебральной релаксации, посылающие через наушники и очкизвуковые и световые сигналы с комбинацией различных частот соответствии со специальными программами против бессонницы, стресса, невроза и др.
Умный дом как домашняя автоматизация развивается не только в России. Все технологии и системы, которые используются в России, разработаны и производятся в Европе, США и Китае. Основное различие видится скорее в предназначении и в подходе инсталяторов.
В Европе:
Предназначение: прежде всего энергосбережение и только потом комфорт.
Подход: максимальная унификация.
В России:
Предназначение: комфорт и имидж (для высокобюджетных проектов); простейшая ОПС, иногда с функцией GSM-оповещения (для минимальных бюджетов); различные варианты между этими крайностями.
Подход: строго индивидуальный.
Функции «умных» зданий могут быть очень широкими — от контроля среды и состояния жителей до контроля состояния самого здания. В сейсмических районах могут использоваться «умные» здания с автоматическим реагированием на землетрясение. Они снабжены системой зеркал на грунте на некотором расстоянии от здания и оптических датчиков, которые фиксируют отклонение светового луча от исходного положения при начале колебаний грунта. Микропроцессор анализирует параметры колебаний грунта при землетрясении с помощью заложенной в него экспертной системы и подает своевременные команды на эффекторы- линейные двигатели, перемещающие, например, большую массу на верхнем этаже здания в противофазе с колебаниями здания. Такое мероприятие позволяет в самом начале колебаний верха здания относительно фундамента снизить их амплитуду и тем самым предотвратить недопустимые деформации.
Новым типом «умного» здания широкого назначения может стать здание с автоматическим слежением за состоянием своих конструкций, а также за качеством внутренней и, частично, окружающей сред. Такое здание с помощью систем датчиков (рецепторов) следит за деформациями и состоянием конструкций, основания и фундаментов, гидроизоляции, теплозащитными свойствами стен. Оно анализирует внутреннюю среду помещений и состав воздуха снаружи здания.
В нем могут быть следующие системы контроля:
напряженно-деформированного состояния конструкций;
степени изношенности (коррозии) конструкций;
качества воздуха внутри здания и питьевой воды;
вибрации и других физических параметров;
качества воздуха и физических полей вблизи здания;
состояния и деформаций грунта в основании здания;
вибрационных и сейсмических воздействий.
Если параметры среды отличаются от допустимых, включаются соответствующие экспертная система и система реагирования (изменяющая, например, напряжения в напряженной арматуре, оказывающая сейсмоизолирующие воздействия и т.д.).
«Умное» биопозитивное здание должно создавать наиболее благоприятные условия для находящихся в нем людей. К известным устройствам для кондиционирования воздуха, автоматического включения и выключения света, автоматического затенения окон, слежения здания (его поворота) за солнцем в будущем могут быть добавлены автоматические устройства для поддержания нормального физического и психофизиологического состояния людей. «Умное» здание более широкого назначения будет содержать устройства (датчики, преобразователи), расположенные в местах наилучшего отбора информации о показателях физического и психофизиологического состояния людей (определяющие кровяное давление, частоту дыхания и работу сердца, тембр и громкость голоса, состояние и цвет радужной оболочки глаз, вес и рост человека и т.д.) и передающие эти показатели в компьютер. С помощью медицинских экспертных систем компьютер будет анализировать нормальные и текущие (периодически замеряемые) показатели и при отклонении каких-либо из них от нормы, сигнализировать о начале заболевания. На основании заложенных в память данных компьютер будет выдавать сигналы на исполнительные механизмы, подающие лечебные аэрозоли и соответствующие добавки для запахов в помещения, лекарственные добавки — в питьевую воду, воду для душа или ванны, создающие необходимые температуру и влажность внутри помещения, выдающие на мониторе рекомендации по питанию, включающие соответствующую музыку, голографические картины на стенах. Все это позволит поддерживать здоровье человека, снимать психологическое напряжение.