Преимущества внедрения на объекте
диспетчеризации инженерных систем

«Интеллектуальное» здание — это качественно новый уровень управления системами жизнеобеспечения здания. Основное его назначение состоит в своевременном автоматическом оповещении службы эксплуатации о ситуации на объекте, автоматизированном сборе и документировании информации и в обеспечении оперативного, четкого взаимодействия всех служб, если возникнет «внештатная» ситуация. Инженерное оборудование здания представляет собой совокупность отдельных автономных, зачастую не взаимодействующих между собой, систем. Их объединение в интегрированный комплекс под управлением системы диспетчеризации дает нам право называть такое здание «интеллектуальным».

Сегодня основными заказчиками на строительство «интеллектуальных» объектов (бизнес-центры, торговые центры, административные здания) можно назвать инвестиционные, финансово-строительные и крупные производственные компании, а также фирмы, профессионально занимающиеся управлением и эксплуатацией бизнес-недвижимости. Они первыми просчитали свои выгоды: сокращение расходов на строительство, минимизация затрат на ежемесячную эксплуатацию объектов недвижимости и т. д. В итоге, они уже сейчас окупают инвестиции и являются конкурентоспособными на рынке аренды высококлассной бизнес-недвижимости.

Расчеты экономической эффективности внедрения проектов комплексной автоматизации показали, что заказчики экономят 30—35% на стадии проектирования (по сравнению с вариантом, когда все подсистемы разрабатываются отдельно, а затем объединяются). Огромная экономия может достигаться и за счет внедрения системы управления потреблением электроэнергии. В рамках концепции «интеллектуального» здания принцип применения ресурсосберегающих технологий распространяется и на другие сферы — в частности, на потребление газа, воды и т. п.

По оценкам независимых экспертов, после внедрения «интеллекта» экономия предприятия на постоянных расходах может достигать 30%, а средний период окупаемости капитальных вложений в инфраструктуру «интеллектуального» здания составляет 2,5 года. По оценкам американских и европейских экспертов, срок окупаемости «интеллектуальной» системы здания составляет от 3 до 5 лет. Она позволяет снижать ежегодные расходы на эксплуатацию одного квадратного метра здания на $3—10. Затраты на строительство в этом случае, конечно, выше, чем при использовании традиционного инженерного оборудования. Однако не следует забывать, что совокупная стоимость здания представляет собой сумму затрат на строительство и эксплуатацию в течение всей «жизни» объекта. По некоторым оценкам, стоимость эксплуатации здания в странах СНГ превышает стоимость строительства в несколько раз! То есть эксплуатационная составляющая доминирует. В Европе все наоборот: изначальная капитализация в строительство достаточно велика и учитывает возможные «отклонения от нормы» — запас прочности закладывается уже на стадии проекта. Отсюда существенная экономия в период эксплуатации здания. Существенное повышение ликвидности здания достигается за счет организации инженерной инфраструктуры с применением «интеллектуальной» технологии. Это эффективное инвестиционное решение, позволяющее существенно снизить расходы на обслуживание и развитие. Такой объект соответствует современным международным требованиям и является привлекательным рыночным товаром. А самое главное то, что он энергоэффективен.

Поскольку средний жизненный цикл офисного здания (от проектирования до утилизации) составляет порядка 40 лет, значительная доля затрат придется на техобслуживание и плату за электроэнергию. Стоимость проектирования и строительства здания составляет не более 11% от всех затрат на проект. Оставшиеся 89% — расходы на эксплуатацию: плата за пользование энергоресурсами (в среднем 14%), затраты на ремонт и модернизацию (25%), оплата труда специалистов (порядка 50%). Зарубежная статистика, где «интеллектуальное» здание уже давно стало повседневной реальностью, свидетельствует о выгоде инвестиций и их быстром возвращении.

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%.

Отдельная тема для описания и обсуждения — льготы по страхованию рисков. «Интеллектуальные» технологии позволяют их снижать до 60%.

Инвестиционная привлекательность "интеллектуальных" зданий

Однако проблем в этой отрасли тоже хватает. Одной из них является медленная, по мнению заказчиков, отдача от проектов. Дело даже не в планируемых (в пределах трех лет) сроках окупаемости инвестиций (любой здравомыслящий человек понимает, что по сравнению со сроками службы здания это очень немного), а в том, что окупаться инвестиции начинают не сразу. Объясняется это довольно просто: на адаптацию здания к «поселенцам» и наоборот требуется некоторое время. Каждый, кто имел опыт переезда как с квартиры на квартиру, так и из офиса в офис, представляет себе, что на то, чтобы полностью обжиться на новом месте, требуется несколько месяцев. Готовый проект «интеллектуального» здания потребует приблизительно столько же времени, чтобы все «устоялось». Срок же внесения корректив в его конфигурацию составит целый год. При этом в первый год эксплуатации происходит максимальная адаптация инженерных систем по отношению друг к другу, к климатическим факторам окружающей среды и к присутствию/поведению людей. Поэтому основная задача, которую необходимо решать в течение первого года существования здания после внедрения «интеллекта», — сбор статистики по потреблению и расходам энергоресурсов.

Снижение расходов на эксплуатацию начнется практически сразу после внедрения «интеллектуальных» технологий, поскольку многие системы дают результаты еще до окончательной оптимизации всех процессов. Впрочем, заказчики могут быть готовы подождать возврата инвестиций, но в этом случае они все равно захотят увидеть и оценить повышение комфортности или реакцию их жилища на определенные события. Приблизить сроки приведения системы к окончательному варианту можно за счет грамотного планирования конфигурации здания заранее, еще до того, как оно будет окончательно построено. Во многом эта задача ложится на плечи заказчика, так как именно ему придется здесь обживаться.

Цели заказчика при строительстве энергоэффективного здания можно условно разбить на три группы.

Экономия средств при эксплуатации здания — первая задача. Она достигается двумя путями: сокращением расходов в отношении персонала и сокращением затрат на потребляемые зданием ресурсы — в первую очередь, энергетические. Аргументы об экономии средств за счет оптимального использования человеческих ресурсов при эксплуатации здания мало кого убеждают, ведь труд в нашей стране до сих пор считается самым дешевым ресурсом после воды и воздуха. Сокращение расходов на персонал может, кроме того, не порадовать руководителей подразделений, которые мыслят категориями бюджетов отдела и лимитами штатных расписаний. Даже если в результате построения «интеллектуального здания подразделению действительно будет удобнее работать и лично у руководителя убавится головной боли, он может все равно принять идею в штыки, поскольку любые подобные сокращения воспринимаются им как штрафная санкция.

Вторая задача — обеспечение комфортного выполнения протекающих в здании бизнес-процессов, в первую очередь, поддержание в помещениях оптимальных параметров окружающей среды.

Третья, но далеко не последняя по значению задача, с технической точки зрения связана с первыми двумя — способность служб эксплуатации и подсистем здания предотвращать возникновение экстремальных (нештатных) ситуаций, а при их наступлении — предотвращать или сокращать до минимума материальные и человеческие потери.

Налицо тесная связь между всеми тремя задачами. В то же время, с организационной точки зрения, они могут, в определенной степени, вступать в противоречие друг с другом. Например, обеспечение режима безопасности в здании может вступать в конфликт с требованием простоты перемещений сотрудников внутри него. Таким образом, заказчику необходимо взвесить все «за» и «против» для нахождения разумного баланса между требованиями к зданию.

Говорить об экономии средств без их учета бессмысленно. Разумеется, любая организация знает, сколько она тратит в месяц на электричество или отопление, но знание это основывается на приходящих от коммунальных служб счетах. Как правило, финансовые структуры заказчика, оплачивающие счета за энергоресурсы, не всегда уверены в том, что они платят именно за то, что получают,— как в смысле количества, так и в смысле качества. Близок к этому и вопрос, на чем, собственно, экономить. Как определить, где именно можно сократить расходы (помимо очевидной оптимизации ночного режима, сокращения за ненадобностью потребления тепла и электроэнергии в здании)?

«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.

В определении «интеллектуального» здания мы упомянули о его способности реагировать на события и их комбинации. Эта способность будет тем выше, чем более полно мы сможем описать и смоделировать дерево ситуаций, а затем отразить в программах соответствующих подсистем. Безусловно, на этапе строительства «интеллектуального» здания затратная статья будет выше. По приблизительным подсчетам экспертов, система автоматизации обходится в 10% от стоимости всех инженерных коммуникаций, срок окупаемости составляет 3—5 лет. Затратив дополнительные средства на установку системы, в течение жизненного цикла здания расходы его собственника существенно ниже, чем расходы по зданию без такой системы.

Доля первоначальных издержек в общей стоимости владения зависит, в первую очередь, от периода владения, который берется индивидуально для каждого объекта недвижимости. По различным расчетам, при периоде владения 40—50 лет доля первоначальных издержек на систему не превышает 5%. При этом оптимального решения еще никто в мире не нашел. Ключевым критерием при выборе технических решений по оснащению здания системой управления, безусловно, является экономический эффект.

Эффективность использования «интеллектуального» здания

Работа над любым сложным проектом подразумевает активное участие в нем всех заинтересованных сторон. Построение «интеллектуального» здания требует определенных решений и от его будущего владельца. Прежде всего, он должен понять, зачем именно оно нужно. Заметим, кстати, что при одинаковой функциональности затраты на централизованную систему управления зданием будут приблизительно одинаковы для зданий различных масштабов. Таким образом, удельная стоимость квадратного метра «интеллекта» находится в обратной зависимости от размеров проекта, в то время как стоимость управления им «вручную» — в прямой. Соответственно, строить «интеллектуальные» здания имеет смысл в том случае, когда ожидаемая разница этих совокупных расходов вас устраивает. Кроме того, уровень "интеллекта" здания должен соответствовать ценности содержимого. Если происходящие в здании процессы приносят хороший доход, а время сотрудников и информация являются ценным капиталом, то затраты, например на развитую систему контроля за перемещениями и доступом в помещения оказываются вполне оправданными. Если же жесткая трудовая дисциплина не имеет особого значения, а большинство данных открыто для всех служащих, то вкладывать большие средства именно в это направление нерационально. Функциональность должна окупать затраты на построение, иначе в ней нет никакого смысла.

Службе эксплуатации «интеллектуального» здания надо еще на стадии запуска проекта произвести определенную реорганизацию служб объекта. «Интеллектуализация» предполагает наличие выделенной службы эксплуатации здания, поэтому подготовку ее сотрудников надо начинать сразу. Тогда они смогут (опять-таки заранее) познакомиться со всеми службами здания, узнать их запросы и требования и подготовиться к работе с ними.

Высокий уровень интеграции служб подразумевает и наличие механизмов взаимодействия между эксплуатационными подразделениями. Соответственно, владельцу здания потребуется разработать ряд положений и инструкций для регулирования таких процессов. Это подразумевает также определенную работу с персоналом, включая обучение. Инструктаж, впрочем, потребуется провести для всех сотрудников организации. Работа в «интеллектуальном» здании предполагает некоторое (возможно, даже значительное) изменение в стиле работы и больший контроль над процессом работы (например, за трудовой дисциплиной).

Опыт экономии в цифрах

Перейдем от обсуждения «высоких материй» к реальным показателям. Приведем цифровые показатели экономического эффекта построения «интеллектуального» здания на примере расчета технико-экономической эффективности применения функций системы диспетчеризации инженерных систем здания на одном из киевских объектов.

При расчетах были использованы следующие данные (проектные величины потребления):

• тепловая нагрузка 4,884 Гкалл/год (5,679 МВт);
• отопление 2,484 Гкалл/год (2,888 МВт);
• вентиляция 1,827 Гкалл/год (2,124 МВт);
• горячая вода (максимум) 1,345 Гкалл/год (1,564 МВт);
• горячая вода (среднее) 0,573 Гкалл/год (0,666 МВт);
• давление в теплосети 1,6 МПа;
• давление на отоплении и вентиляции 0,6 МПа;
• давление на подогреве 0,8 МПа;
• давление на вводе ГВС 7,5 МПа;
• давление на обратке ГВС 2,5МПа;
• отопительный сезон — 186 дней;
• температура зимняя: -22^оС
• ГВС отопления и вентиляции: зимой 150—70^oС, летом 70—30^oС
• среднесезонная солнечная радиация: 85 Вт/м²
• Полезная отапливаемая площадь: 1374,5 м²

После проведения всех расчетов, методика которых приведена в Приложении (стр. 22), можно сделать вывод о том, что внедрение на объекте системы диспетчеризации инженерных систем здания дало следующие преимущества:

1. управление температурой горячей воды позволило контролировать допустимую температуру подачи потребителям - строго до 55°С (большая температура приводит к ожогам);
2. за счет точности измерения экономится 2% теплоносителя в год (31,3 кВт);
3. точность измерения обратки (возврата теплоносителя на ТЭЦ) уберегает от штрафных санкций за неэффективное использование заявленного для потребления тепла;
4. применяя циркуляционный внутриконтурный насос с частотным преобразователем, экономим 4/5 теплоносителя в год (1,25 мВт);
5. применение контролируемых диспетчеризацией частотных преобразователей стоимостью 3744 грн. (для двигателя 18,5 кВт, работающего в год 8760 часов) в течение года позволило сэкономить 17 980,28 грн;
6. применение функции плавного старта/стопа при общем потреблении 91,4 кВт/час экономит в год 5337,76 грн.;
7. применение режима день/ночь для инженерного оборудования экономит (для вентиляции с общим потреблением 15 000 м³ в час) 14,58 мВт в год.

Таким образом, система диспетчеризации окупила свою стоимость на объекте с полезной площадью 1400 м² за 31 месяц.

Вместо заключения

Экономить можно и нужно. Но делать это стоит там, где это действительно актуально. Экономия на проектном решении, где закладывается запас прочности и возможность масштабирования будущего объекта, приводит к изменениям (доделкам и переделкам) в период эксплуатации «по-живому», что, в свою очередь, увеличивает расходную часть форс-мажора в десятки раз. А ведь до этого можно и не доводить…

Приложение

Энергетические показатели рассчитывались на весь отопительный период и сезонную полезную энергетическую потребность в непрерывном процессе, согласно требованиям украинского регламента, по уравнению:

Qh=Qi-ђu*(Qi+Qs) (мДж),

где:

Qi — энергия, рассеянная за счет теплопередачи и вентиляции через строительную коробку;
ђu — индекс использования, учитывающий поведение здания в динамике;
Qi — доля энергии, генерируемой внутренними источниками;
Qs — доля энергии, генерируемой солнечным излучением через прозрачные и непрозрачные конструкции.

Для определения энергетической потребности на отопление в отношении полезной отапливаемой площади мы применяли формулу:

qh=Qh/A (кВт*ч/м² в год),

где:

Qh — сезонная полезная энергетическая потребность в непрерывном режиме;
A — полезная отапливаемая площадь.

Так, для данного здания:

Qh = 560208 мДж = 155733,6 кВт*час;
qh = 113,302 кВт*ч/м² в год.

Применение полной автоматизации инженерных систем и внедрения системы диспетчеризации должно было уменьшить последнюю цифру на 30—35%.

Расходы на электроэнергию без использования привода переменной частоты вращения (работа на 100% скорости) рассчитывалась по формуле:

Рд*Т100%*Сквт*час.

Применение приводов

Расходы на электроэнергию при использовании привода переменной частоты вращения (изменение скорости по заданному графику) рассчитывалась по формуле:

Рд*(%Vi)3*T%Vi*Сквт*час,

где:

Рд — мощность двигателя;
Т100% — время работы на оборотах 100%;
Сквт*час — стоимость кВт/час (в расчетах бралась 0,16 грн);
T%Vi — время работы на скорости %Vi.