Вентиляция

За окном зима, еще не закончилась пандемия коронавируса. Некоторые компании даже не думали переводить сотрудников обратно в офис, а кто-то и так всегда работал из дома. Изолировавшись в своих квартирах, многие стали замечать, что работать там, порой, сложнее чем в офисе. Одолевает усталость, апатия, сонливость. Думается не так хорошо, как в родном опенспейсе.

Некоторые склонны искать причину этого состояния в психологии, но часто всё тривиальнее. Всё дело в воздухе, а если точнее, в вентиляции. Под катом немного о последствиях и симптомах плохо вентилируемых помещений, о причинах, по которым большинство существующих систем вентиляции малоэффективны, обзор некоторых решений и мой личный план по разработке эффективной вентиляции для городской квартиры.

Немного медицины и цифр

Я убежден, что в большинстве случаев апатии и ускоренной утомляемости на удаленке виноват углекислый газ. Известно, что мы все являемся его источниками, так как он образуется в результате наших обменных процессов и выделяется с каждым нашим выдохом. В крови углекислый газ, как и кислород переносится гемоглобином. Чем выше концентрация CO2в воздухе, тем больше его присоединит гемоглобин и тем меньше присоединит кислорода, а соответственно, тем выше будет кислотность крови (гиперкапния и респираторный ацидоз).

Развитие респираторного ацидоза (снижение концентрации pH крови <7,35) приводит к невменяемой работе органов и систем, что в легких случаях проявляется апатией, депрессивным настроением, головной болью, мгновенной утомляемостью и желания дать храпака, уютно устроившись на клавиатуре, вместо того, чтобы настрочить терабайты кода на три спринта вперёд. При этом количество кислорода в окружающем воздухе может значительно не меняться. Некоторые даже называют такое состояние отравлением углекислым газом, по аналогии с угарным, т.к. явления, характерные для гипоксии, возникают при почти нормальном уровне кислорода в окружающем воздухе.

Человек хорошо себя чувствует при уровнях CO2 700ppm и ниже. В настоящий момент в среднем на планете воздух содержит 400ppm (ppm = part per million, 0.03%). При уровне 1000ppm в помещении становится душно и возникают первые симптомы кислородного голодания, ощущение удушья.

Если количество углекислого газа превысит 2000ppm, душно станет даже тренированным и невосприимчивым (при этом концентрация кислорода изменяется совсем незначительно, упав с 20% до 19.75%). Дальнейший рост концентрации приводит к отягощению состояния и даже развитию симптомов, характерных для дыхательной недостаточности.

По моим наблюдениям, в более 80% современных квартир в мегаполисах вентиляция оставляет желать лучшего. При этом каждый человек на протяжении одного часа выделяет 35 граммов углекислого газа. Для среднестатистической комнаты с площадью 20 квадратных метров высотой потолков 2.5 метра это означает ежечасный прирост количества углекислого газа на 584ppm. Т.е. 4-х часов с использованием стандартной вентиляции достаточно, чтобы концентрация достигла значений не только вызывающих снижение работоспособности, но пагубно влияющих на здоровье человека.

СО2 анализатор

Сколько нужно воздуха и что такое качественный воздух в квартире?

Оценить качество воздуха без аппаратных измерений сложно, субъективные ощущения не точны и сильно зависят от восприятия и способности адаптироваться. Как я уже упомянул, для оценки качества воздуха обычно используют концентрацию уровня газа СО2, а также концентрацию летучих органических веществ VOC, в Китае также применяют уровень мелкой пыли: PM2.5 и PM10.

В состав воздуха входит множество составляющих, которые требуют контроля: группа газов летучих органических веществ, формальдегиды от мебели и даже радиоактивный радон (который образуется на цокольных этажах) и еще много чего, что может быть продуктом нашей жизнедеятельности. Между тем, самое пагубное ощутимое влияние в большинстве случаев оказывает углекислый газ.

В Европе и России качество воздуха оценивают по концентрации СО2 и VOC. Так в ГОСТ 30494-2011 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях регламентируют эталонные показатели качества воздуха и концентрацию уровня углекислого газа. ГОСТ делит воздух на высокий и низкий класс, так для высокого класса предельная концентрация СО2 в помещении составляет 800 ppm, а для низкого - 1400 ppm.

Как я уже отмечал выше, даже при концентрации углекислого газа 1000 ppm происходит значительное ухудшение самочувствия, потеря реакции, рост усталости, может появляться головная боль. Поэтому норма низкого класса по ГОСТ не очень пригодна для нормальной жизни и тем более работы. С учетом значения в 35 г CO2, выделяемого одним человеком, можно рассчитать минимальный приток воздуха на одного человека, позволяющий не испытывать дискомфорт и симптомы отравления углекислым газом, по современным российским нормативным документам СП 54.13330.2016, для многоквартирных жилых домов он должен быть не менее 30 м3/ч на человека.

Из личного опыта и замеров у себя дома, могу сказать, что большинство людей явно чувствует порог концентрации СО2 более 1200 ppm, субъективное ощущение при этом - воздух становится затхлым. Также при таком пороге СО2 в воздухе становится выше концентрация формальдегида, летучих органических частиц, домашней пыли, что еще больше ухудшает микроклимат.

Почему не работают существующие системы вентиляции?

В 90% в наших многоквартирных домов система вентиляции построена на открывании окна и удалении затхлого воздуха через вытяжные каналы в санузлах и кухнях. Схематичный рисунок ниже показывает такого плана системы наглядно.

Принцип работы вентиляции

Для адекватной работы вентиляции, обеспечивающей описанную выше норму, необходимо постоянно держать окно открытым или периодически проветривать по 10-15 мин/в час, даже ночью, т.е. 24 раза в сутки. Это также отражено в документах, т.к. СП 54.13330.2016 Здания жилые многоквартирные предписан постоянный воздухообмен. Несмотря на это, большинство игнорирует эти нормы, особенно в зимний период.

Окна у большинства почти постоянно закрыты, а соответственно, нормального вентилирования в достаточном объеме не происходит. Особенно это характерно для москвичей, у которых привычка открывать окна как можно реже укрепилась во время смога 2010-го года. Это закономерно приводит к росту концентрации углекислого газа, а также прочих вредных составляющих квартирного воздуха.

Сегодня существуют альтернативные решения, которые позволяют существенно изменить ситуацию.

Краткий обзор вентиляционных решений

Возможно, часть статьи, убранная под спойлерами, будет не очень интересна тем, кто хорошо осведомлен о существующих типах вентиляции.

2.1 Вентиляция окном. Как она работает 2.2. Использование приточных клапанов для вентиляции 2.3 Бризеры - компактные приточные установки 2.4 Рекуператоры 2.5 Электрические приводы для окон

Подводя итог, решения делятся на простые и экономные окно и приточный клапан, либо на высокотехнологичные и дорогие - бризер или рекуператор. Второе решение дороже, так как ставить нужно в каждую комнату с заказом алмазного бурения стен. А в случае с рекуператором еще и сделать разводку вентиляционных каналов.

Также необходимо учесть, что вентилятор на притоке создает дополнительный дискомфорт в виде шума. Устанавливая вентилятор в жилой комнате, в случае с бризером, очень трудно добиться тихой работы. На низких оборотах вентилятор всегда дает кратно меньше приток воздуха, что недопустимо.

Личный опыт в борьбе за свежий воздух

Пока вы читаете этот пост, я тружусь над следующим, с фотоотчетами о разработке и конкретными цифрами из опытов. Продолжение следует. Тем кто дочитал до конца буду признателен за советы и комменты на Хабре.

Большинство пользователей считают, что вентилятор в санузле нужен только для освежения самого помещения (при посещении туалета или после принятия душа или ванной). Но это в корне не верно. Ниже вы узнаете почему. Эта статья о том, как должна работать вентиляция в квартирах в соответствии с современными нормами, какое место в этой работе отведено вентиляторам в санузле, ванной и кухне. Также вы узнаете зачем делать вентилятор умным и как он поможет освежить всю квартиру. А еще как мы из DIY пытаемся сделать что-то большее.

Как должна работать вентиляция в 99% наших квартир? И в 1% оставшихся. Работа естественных систем вентиляции зависит от тяги. Что это такое и зачем.

Почему нужно использовать вентилятор для работы вентсистемы.

Нужно иметь возможность управлять своей системой вентиляции. Именно поэтому вытяжные вентиляторы решают проблему наличия вентиляционной тяги и позволяют проветривать всю квартиру.

В Европе это довольно частое явление, когда в квартире или доме ставится вытяжной вентилятор и он отвечает за работу вентиляции. Т.е. вентилятор работает постоянно, а не как мы привыкли только когда посетили санузел.

Практика в нашей стране говорит, что у нас ставят вентилятор в санузел для включения его (как правило по отдельной клавише выключателя или вместе со светом), когда пользовались туалетом или ванной, что в корне не верно, так как мы нуждаемся в притоке свежего и удалении загрязненного воздуха постоянно, а не только когда ходим в туалет.

В добавок к этому, выключенный вентилятор может создавать дополнительное сопротивление для движения воздуха, что еще и ухудшает работу вентиляции.

Обычно люди не знают, что этот вентилятор может улучшить климат во всей квартире, если его не выключать. Реальная производительность бытовых вентиляторов подключенных в сеть воздуховодов составляет от 30 до 50 м3/ч. Что ниже норм по вентиляции всей квартиры минимум 110 м3/ч. Поэтому и должен он трудится всегда, когда мы хотим, чтобы работала вентиляция.

Нужно отметить, что бытовой вентилятор не может перевернуть всю вентиляцию и загнать воздух к соседям по стояку. Бытовые осевые вентиляторы имеют довольно низкий напор в пределах 10-30 Па и этого давления едва хватает, чтобы протолкнуть воздух в шахту. Но если речь идет о центробежном вентиляторе, то давление может быть порядка 100-300 Па и в этом случае все соседи будут чувствовать, что происходит у Вас дома и, что Вы готовите. В системах, не предназначенных для таких мощных вентиляторов, их устанавливать не верно. Если речь идет об одноквартирных домах, то это может быть хорошим вариантом.

Вот обзор работы вентиляции в гостинице Германии по такой схеме известным в своих кругах блогером: https://www.youtube.com/watch?v=IEwSiI6gZ4M

Таким образом, для правильной работы системы вентиляции нужно:

• круглый год применять вытяжные вентиляторы для создания напора,

• дополнительно не забывать про приток воздуха.

Про современный приток воздуха будет в следующей статье. Представим интересное специальное приточное устройство нового типа.

Обычный или умный вентилятор, в чем разница.

Для постоянной работы вентиляции по потребности (по присутствию человека) можно применять обычные вентиляторы и включать их только когда Вы дома, когда нужно чтобы вентиляция работала например отдельной клавишей включения света. Или использовать автоматические вентиляторы, которые умеют сами определять необходимость вентиляции по датчикам воздуха.

Пример обычных вентиляторов (не забываем гугл или яндекс):

1. Пример Россия

2. Пример Европа

Автоматических вентиляторов пока что мало на рынке, пример:

1. Бытовой вентилятор РФ

2. Вентилятор Европа

3. Вентилятор для коттеджа

В случае применения автоматических вентиляторов с датчиками качества воздуха, вентилятор отслеживает удаляемый воздух и при его ухудшении начинает работать интенсивнее. А при улучшении качества воздуха понижает свою производительность. Разумно и экономично. Схематично это изображено на рисунке ниже.

Например, у Вас в квартире много людей и качество воздуха требует вентиляции, вентилятор на вытяжке это увидит и сможет интенсифицировать работу вентиляции.

А если Вы ушли из квартиры, воздух на вытяжке стал свежим и можно минимизировать работу вентиляции или выключить вовсе. Тяга уменьшится, и вы не будете гонять и обогревать лишний воздух.

Такое решение дает ряд преимуществ:

1. Автоматизация вентиляции не нужно следить за вентиляцией, она сама определяет, когда ей нужно работать.

2. Шум от вентилятора локализован в санузле или ванной, наличие двери всегда экранирует шум. Такое решение работает тише, чем бризер (при таком решении вентилятор располагается в комнате).

3. Энергоэффективно, так как на нагрев уличного воздуха в современных домах приходится до 40-50% затрат на отопление, рационально снижать объем вентиляции, когда она не востребована.

Как пришло в голову делать вентилятор для туалета умным.

История вентилятора, как делали и из чего состоит.

Первый прототип был суров, сделан из кулера и американской технологии Стелс (Папье-маше), см ниже.

Идея понравилась, но как сделать мелкую серию?

Из анализа работы первого прототипа было решено применить следующие датчики для определения режимов работы:

• датчик света,

• датчик температуры/влажности SHT30 или HTU21,

• датчик качества воздуха типа ccs-811 или sgp40,

Датчик качества воздуха решили ставить MOX, так как более продвинутые NDIR имеют больший габарит и цену. Выбранный датчик MOX измеряет VOC и эквивалент концентрации СО2, мы решили, что это лучший вариант. Так как в грязных зонах много органики и также нужно понимать уровень СО2.

Хотя мы понимаем, что лучшим решением будет датчик NDIR и VOC, но пока это дорого и, наверное, рано.

Работу устройства нужно настраивать от смартфона, так как по-другому уже несовременно, значит добавляем разработку ПО для смартфона и какой-то интерфейс для взаимодействия. На данный момент программа на телефон сделана на Xamarin, у этой платформы есть почитатели и критики. Мне пока не очень понравилась сама платформа Хамарин, но возможно все дело в тонкостях программирования, а не в самой Платформе.

Советуют дальнейшие шаги делать на Flutter, так как современная, динамично развивается и так же мульти-платформенная, как и Xamarin среда разработки. Так что переделку текущего приложения и разработку новых для остальных устройств хотим делать на Flutter. Но специалистов, работающих на Flutter по ощущениям, еще меньше и найти сложнее. Поделитесь в комментариях так ли это?

Для управления скоростью работы вентилятора на разных режимах работы было решено сделать симисторное управление, оно отличается от обычного димера наличием датчика перехода через ноль. С этой мелочью мы не долго мучились, настраивали скорости по анемометру.

В целом, для управления производительностью работы вентилятора лучше использовать DC вентиляторы с PWM управлением, улучшается качество регулировки и энергоэффективность. Хотя управлять современными DC куллерами проще, но сделать законченное устройство сложнее из-за большего объема работы по корпусу и дополнительного блока питания.

Следующий прототип было решено делать на базе существующего вентилятора, такой нашли, но в результате не все понравилось, пример ниже.

Этот прототип пробовали делать на ESP32 и на BLE nrf52 от Nordic, блок питания пробовали использовать заводской импульсный и самодельный без гальванической развязки конденсаторный как в розетке Редмонд, см. статью на Хабре.

В результате остановились на микроконтроллере nrf52 Nordic, так как делать на ESP32 было сложнее из-за необходимости разработки серверной части, а веб-интерфейс не устроил. Второй причиной использования nrf52 стала разработка еще одного устройства на Nordic с батарейным питанием.

У кого есть опыт с ESP32 и серверной частью, просьба, напишите в комментах, сложно ли это все делать?

Эксперименты с конденсаторными блоками привели к взрыву и были прекращены). Теперь все только с гальванической развязкой!

В результате от прототипа в этом корпусе отказались, хотя он был красивый и закрывался эстетичной лицевой панелью. Отказались в первую очередь из-за высокой стоимости донора, также датчик света не видел света. А свет это тоже один из основных индикаторов использования темных комнат, окон в туалетах новостроек почти не делают, так как это очень укромное место.

Решили сделать все тоже самое в более бюджетном корпусе, пример прототипа 2 ниже.

Прототип 2 работал хорошо и стоимость донора устраивала. Было проведено апробирование работы у тестеров.

В целом все устроило, но некоторым не понравился уровень шума крыльчатки вентилятора, еще появились пожелания по дизайну устройства. Лично Я был удивлен замечаниям по дизайну и откровенно расстроен уровнем шума

Прототип 2 имеет следующие фичи:

• режим работы по датчикам как по отдельности, так и совместно: качество воздуха (VOC+eCO2), температура влажность, освещенность,

• ручные настройки работы по любому из датчиков, так и просто работа с постоянной скоростью,

• настройка режимов работы от смартфона через приложение.

Короткий обзор, прототипа 2.

Подведя итог работы и всех пожеланий по устранению ошибок сделали третий прототип, который уже имеет хорошую крыльчатку, тихою в работе, ниже представлены два прототипа и образец, к которому пришли, эволюция отражена слева на право.

Сейчас вентилятор состоит из 4х частей: базы с вентилятором, электронной платы управления с блютузом для подключения к смартфону (пока Андройд), крышки вентилятора, которую делаем индивидуально и лицевой панели. Лицевая панель крепится на магниты. Все датчики располагаются на плате с левой стороны, можно посмотреть на фото ниже.

Тестовую партию поставили через знакомых и старых клиентов, и сейчас тестируем рынок.

Узким местом прототипа 3 стал корпус, который приходится изготавливать по технологии мелкосерийного литья пластика. Пока решили изготавливать корпуса самостоятельно методом литья в силикон.

При этом пришлось набить много шишек и 60% крышек ушло в брак. Но теперь мы начали, что-то понимать в самой технологии литья в силикон, надеюсь, что это добавит к карме плюсиков.

Хорошо бы написать статью про литье в силикон. Так много рекламной информации, что поддавшись на красивые обещания, мы даже приобрели камеру дегазации, но для тестовых образцов вполне можно обойтись и без нее. Однако про такое обычно не пишут, боятся раскрывать секреты.

Следующие крышки хотим делать литьем на ТПА на алюминиевых прессформах, так как настоящие стальные это минимум 15 тыс. зеленых. На рынке не много фирм, которые работают с алюминиевыми прессформами и реальных отзывов не нашел. Если кто-то сталкивался с алюминиевыми пресс формами пишите в комментах, обсудим подробнее. В основном сталь и делают в Китае.

Итого на выходе мы имеем:

1. Вентилятор который умеет работать как по отдельности по каждому типу датчика: влажность, освещенность, качество воздуха, так и в режиме Смарт сразу по всем трем датчикам.

2. Удобный интерфейс для настройки режимов работы. Пока, что только для Андройда.

3. Красивый дизайн с панелями разного цвета (по запросу, можем и индивидуальную изготовить).

4. Тихою работу за счет качественной и хорошей крыльчатки.

Видеообзор с реальным устройством выглядит вот так

В текущей версии вентилятор имеет:

Ручные режимы работы для настройки работы по отдельным датчикам:

1. По скорости выбираем нужную скорость

2. По влажности работает по уставке влажности

3. По освещенности работает по включению света

4. По качеству воздуха выбираем в качестве уставки качество воздуха

Отдельно имеется режим Смарт (мы его так назвали).

Смарт работает по всем датчикам по специальному алгоритму и индивидуальные настройки. В этом режиме вентилятор самостоятельно отслеживает среднюю влажность и включится в работу только при ее превышении. При этом довольно хорошо происходит отслеживание присутствия и деятельности человека, так как влажность, свет и воздух о многом говорят.

Вот пример-скрин программы с режимами работы.

Что хотим добавить в вентилятор.

Команда

Вопрос команды очень важен, так как от этого зависит успех любого проекта. Аутсорс и привлечение разработчиков на фрилансе довольно опасен для стартапа, так как сжигает много ресурсов финансовых, временных (приходится все переделывать по несколько раз, в добавок всегда нужно четкое ТЗ). Но сделать хорошее ТЗ на ранней стадии - это тоже отдельная задача, так как если ты разрабатываешь продукт сам, а не копируешь, то это итерационный путь. И за каждый шаг приходится платить. Поэтому было наделано много ошибок.

Самым правильным пунктом про команду будет мысль, что нужно искать единомышленников, без них сделать что-нибудь стоящее сложно.

Кто знает, как искать единомышленников пишите. Мы ищем!

В итоге: для такого проекта понадобились скилы: схемотехника, программиста, разработчика ПО для смартфонов, конструктора и руководителя.

У нас запланирована серия устройств: автоматический вентилятор, приточное устройство, станция управления климатом, управление термостатами отопления от станции контроля климата.

Это большая работа и кому интересна тема климата и управления ими пишите в группу, всегда рады новым идеям.

Планы на будущее

Говорят, не нужно афишировать, а мы будем. Написав это здесь, мы будем стремится не опускать руки и двигаться по пунктам, не сбиваясь с ориентиров.

Итак:

1. Сделать вентилятор не только D100 мм, но и D120 мм.

2. Сделать вентилятор с WI-FI.

3. Довести до конца разработку приточного устройства для ограждающих конструкций, сейчас идут тесты. Устройство будет отвечать за приток воздуха, стоимость будет ниже чем у бризерорв и самое главное у него на много более простой монтаж.

После выполнения этих пунктов хотим запустить для умную станцию управления по датчику СО2. Эта станция должна управлять как вентиляцией, так и отоплением.

Следующая статья планируется про приточное устройство, которое представлено выше, сейчас идут его тесты и доработка. Так как суровая зима 2020/21 показала некоторые промахи в конструкции.

Кому интересна тема управления климатом пишите и присоединяйтесь к нам в группе в телеграмме GreenVent, мы рады и критике, и новым идеям.

Главное, что Вы не равнодушны!

На Хабре часто пишут о квартирной вентиляции и её автоматизации. Такие кейсы интересны необходимостью достигать результатов, используя достаточно простые и не затратные компоненты. А в данной статье хотелось бы рассказать о другом конце спектра климатики и автоматизации - построении системы отопления в сильно-историческом здании. Работе, которая начиналась даже не с проектирования, а с математического моделирования...

Собор "Спас на крови" имеет тяжелую судьбу. И хотя после окончания долгой реставрации, воспетой в песнях, его жизнь наладилась, но время шло. А так как собор - это не только стены, но и различные системы жизнеобеспечения, то смонтированные во время реставрации инженерные системы ветшали и постепенно заменялись на современные. Так пришло время замены и системы отопления.

Спас-на-Крови (Собор Воскресения Христова на Крови)

Существовавшая система отопления была сделана в советские годы хоть и основательно, но очень громоздко. Оборудование воздушного отопления занимало практически весь подвал. Было настолько тесно, что в некоторые помещения вообще можно было пройти только боком. В целом система отопления со своими задачами справлялась, но, как когда-то говорилось, были отдельные недостатки: сквозняки и холод у входных дверей (а ведь это постоянные рабочие места сотрудников собора-музея); низкая температура воздуха в алтаре; отсутствие организованной вентиляции в подвале. Охлаждение в существовавшей системе вентиляции предусмотрено не было. Как следствие, летом собор сильно прогревался, и температура воздуха внутри значительно превышала комфортную. Очевидно, что большой разброс температур также не способствовал сохранности мозаик, росписей и других культурных ценностей.

Разумеется, в историческом соборе никто бы не дал прокладывать воздуховоды "под потолком" :)
Поэтому проработка решения началась не со стандартного инженерного проектирования, а математического моделирования движения воздушных масс и распределения температур внутри собора. Расчёты показали и низкие температуры со сквозняком у входных дверей; и низкую температуру воздуха в алтаре; и эффект стекания холодного воздуха из алтаря. Таким образом, было объективно подтверждено то, что ранее ощущалось просто как недостаток комфорта. Для исправления ситуации было предложено установить более мощные воздушно-тепловые завесы на входе и рассчитано дополнительное количество тепла для алтаря. Моделирование охлаждения собора в летний период показало, что при подаче охлажденного воздуха, в нижней части основного объема собора образуется холодная воздушная подушка. Воздушная подушка оказалась склонна к вытеканию из собора через открытые двери, для предотвращения этого было рекомендовано использовать воздушно-тепловые завесы в режиме отсечки. Кроме того, была проработана технология использования "воздуховодов 19 века", проложенных внутри кирпичных стен во время строительства собора.

Для отопления основного объема собора заложено четыре приточно-рециркуляционные установки, при этом для полноценного отопления собора достаточно трех, поэтому любая из четырех машин является запасной. Подача воздуха организована через многочисленные внутристенные каналы, выходящие в подоконниках окон, забор воздуха на рециркуляцию происходит через каналы, выведенные под лавки.

Была поставлена задача обеспечить охлаждение воздуха в летнее время. При выборе холодильных машин возникла проблема с размещением конденсационных блоков ставить их оказалось просто некуда. Применить холодильные машины с воздушным охлаждением тоже не получалось они требовали большое количество наружного воздуха, которое не обеспечивал приточный воздуховод, да и требовали такое количество электроэнергии, которое не обеспечивал ГРЩ собора. Была мысль применить водяное охлаждение ведь сбор стоит на канале Грибоедова, но организация водозабора нарушила бы целостность гидроизоляции фундамента собора, а в то, чтобы надежно гидроизолировать фундамент были вложены огромные усилия как при строительстве собора, так и при его реставрации.

Проектировщики системы воздушного отопления и охлаждения предложили красивое решение установить холодильные машины с адиабатическим охлаждением, при этом достигается баланс доступного наружного воздуха (за счет использования испарительного охлаждения требуется меньше воздуха), водопроводной воды (ее оказалось достаточно в соборе) и электроэнергии (поскольку не надо прогонять лишний воздух). Выброс отработанного воздуха организован во внутристенные каналы, выходящие на кровлю.

При подсоединении к внутристенным каналам произошло несколько курьезов, связанных с тем, что каналы идут в стенах в два ряда, причем многие из них идут под наклоном. Соответственно, некоторые каналы, показанные на исторических чертежах на нулевой отметке, выходят в подвале совсем в другом месте, при этом вместо них выходят каналы из другого ряда. Полностью восстановить схему каналов в стенах нам так и не удалось, но со второго раза все же получилось подсоединить воздуховоды правильно.

Еще одно решение вызвано спецификой расположения собора. Дело в том, что наиболее холодный северо-восточный ветер дополнительно усиливается вдоль канала Грибоедова и с большим напором влетает во входную дверь. Для тепловой завесы на входе было предложено необычное решение - завеса на входе состоит из трех отдельных завес: двух вертикальных высотой 1,5м и одной горизонтальной, работающих одновременно. Вертикальные завесы создают двойную отсечку воздуха в нижней зоне, а мощная горизонтальная завеса в верхней.

Для контроля параметров воздушной среды в наиболее характерных местах установлены датчики температуры и влажности: четыре датчика по углам основного объема собора, два в алтаре, по одному у входов и еще два на самом верху, на барабане собора.

Четыре приточно-рециркуляционные установки и приточно-вытяжная установка подвальных помещений оборудованы щитами управления, каждая со своим контроллером автоматики, тепловые завесы и конвекторы в алтаре управляются еще двумя щитами, также установлен щит управления в ИТП. Контроллеры в щитах автоматики и контроллеры холодильных машин соединены сетью Bacnet/IP со SCADA системой на 5000 точек данных.

Один из экранов SCADA системы

Приточно-рециркуляционные вентмашины и конвекторы в алтаре запрограммированы на совместную работу по датчикам температуры и влажности с целью поддержания оптимальной температуры во всем объеме собора. Тепловые завесы работают автономно по датчикам движения и температуры в тамбурах.

Прошедшая зима показала правильность модели и выполненных на ее основе теплотехнических расчетов. В сложном историческом здании собора поддерживается желаемая температура воздуха. Причем это произошло без привлечения дополнительных энергоресурсов, потребляемая собором тепловая мощность даже несколько снизилась.

Авторы: Аржаников Ростислав, к.т.н.; Осовский Кирилл

В этой статье я хочу вернуться на несколько лет назад, пройти еще раз наш путь развития в разработке интерфейсов для систем управления и диспетчеризации, и поделиться своим опытом.

Я уже больше 10 лет занимаюсь автоматизацией и диспетчеризацией инженерных систем, у меня небольшая команда специалистов, и так сложилось, что мы уделяем большое внимание не только тому, как системы работают внутри, но и как с ними будет взаимодействовать персонал.

В том году я уже писал статью об интерфейсах систем диспетчеризации, она получилась большая, и в ней все рассказано в общих чертах, здесь же я хочу рассказать более конкретно о своих наработках и своем опыте. Буду придерживаться в первую очередь систем вентиляции, так как они чаще всего встречаются на объектах и по ним больше наработок. Так же, будут примеры с разных устройств: панелей 7 дюймов и широкоформатных мониторов.

В этой статье я не буду акцентировать внимание на производителях оборудования и софта, так как это имеет второстепенное значение. Интерфейс разрабатывается в графическом редакторе под нужное разрешение и размер экрана, и уже после интегрируется в нужный софт. Хотя по многим скриншотам можно узнать производителя, в этом плане мы довольно консервативны и привыкли работать с тем, что уже знаем вдоль и поперек.

Лонгрид!

2014

Главное окно с мнемосхемой на сенсорной панеле управления 7 дюймовОсновное меню с настройками на сенсорной панеле управления 7 дюймовОкно диспетчеризации, можно открыть на любом устройстве под управлением Windows

Это индивидуальный тепловой пункт одного из павильонов ВДНХ в Москве, первый самостоятельный объект, где можно было проявить творческий подход. В помещении ИТП на шкафу управления установлена 7 дюймовая сенсорная панель для локального управления и облачная система диспетчеризации. Несмотря на то, что в этом интерфейсе довольно все криво и сыро, здесь есть много элементов и правил, которым мы придерживаемся до сих пор.

С самого первого объекта я начал применять темный интерфейс. У специализированных программ (AutoCad, Photoshop), был темно-серый интерфейс, в нем было комфортно работать долгое время и я решил придерживаться их идеологии. К тому же, помещение ИТП было без освещения и очень темным, делать яркий светлый фон на панеле просто издевательство над эксплуатацией. Хотя сейчас у нас в портфолио есть кейсы со светлой темой, все равно, на сегодняшний день предпочтение отдается именно темной.

Иконки и анимация были сделаны с нуля под этот объект, их сделал дизайнер фрилансер, сразу пачкой под разные системы. Иконки трехмерные, чистые и аккуратные, с синим акцентом, применялись на многих объектах и вносили свой определенный стандарт и узнаваемость. Готовые библиотеки иконок и анимаций у всех производителей очень разные и, как правило, не очень высокого качества, и уже тогда не было желания ими пользоваться. Сейчас мы эти иконки не используем, так как полностью отказались от любых трехмерных изображений.

Наименьшим изменениям за все время подверглось меню панели управления. Сейчас мы точно так же размещаем в левой колонке пункты меню, а в правой содержимое вкладки.

Все элементы интерфейса: статика и переменные, собирались внутри программного обеспечения производителя панелей или диспетчеризация. В них крайне неудобно выравнивать объекты, не удобная сетка, от этого все гуляет и сами интерфейсы могут сильно отличаться друг от друга.

Тогда уже было понимание, что переменные должны быть крупнее и контрастнее на мнемосхеме и должны визуально отличаться от других объектов. Понимание было, а реализация хромала. На тот момент, лучше, чем синяя обводка значения переменной я не придумал. Синий цвет акцента пришел в интерфейс с сайта, сперва в иконки, а потом уже в обводку и некоторые другие элементы. На тот момент синий цвет не имел какой-то определенной задачи в интерфейсе и добавлялся по принципу "а почему бы и не синий". Но, тем не менее, он присутствует в наших интерфейсах и по сей день.

2015

Приточно-вытяжная установка с гликолевым рекуператором. Панель оператора 10 дюймов.

В этом году в плане дизайна ничего сильно не изменилось, те же цвета, так же много трехмерных картинок и так же все элементы гуляют кто куда. На этом этапе развития не уделяли внимания сокращениям и подписям. Все подписи сокращались, чтобы вписать в интерфейс. На этих примерах нет даже банального обозначения градусов и температуры у переменных. С точки зрения разработчиков систему управления это серьезный промах, и надо признать, что должное внимание этому стали уделять довольно поздно.

Синий цвет здесь по-прежнему использовался без назначения, от этого не понятно, с чем возможно взаимодействовать, а что просто статичный элемент.

В общем и целом интерфейс свою задачу выполняет и он не слишком плох. Самая большая его проблема это отступы и выравнивание. Особенно это видно по зеленым индикаторам, они разбежались кто куда. Если этот же интерфейс отрисовать в фотошопе и выровнять все объекты аккуратно по сетке и друг относительно друга, будет совсем другая картина.

2016

Станция ВЗУ коттеджного поселка. Панель оператора 10 дюймов.

В 2016 году я продолжил использовать трехмерные картинки, синий цвет и добавил еще больше обводок. В целом интерфейсы получались симпатичными и достаточно удобными для персонала. И он уже выглядит значительно лучше, чем предыдущий.

На объектах, где есть технология, возникают проблемы в отрисовке из-за использования трехмерной графики. Одно дело показать насосы, клапан, фильтры и заслонки, другое дело показать технологическое оборудование. Найти в интернете подходящие картинки ультрафиолетовых ламп и фильтров очистки крайне сложно, не говоря уже о более сложном оборудовании: флотаторы, жироловки, обезвоживатели и так далее. Это одна из причин, почему мы отказались от 3Д в дальнейшем.

Структура меню не изменилась, изменился немного дизайн. Добавились иконки в пунктах меню. Иконки декоративные, какой-то пользы они не несут, скорее просто иконки ради иконок. Здесь они крупные, выполнены в стиле Flat, занимают прилично место на экране. В дальнейшем от иконок мы не отказывались, они стали меньше и аккуратнее и лучше вписываются в общую стилистику. Стоит применять иконки или нет в пунктах меню ответить однозначно сложно. Думаю, что так же как и с 3Д картинками, не под все пункты меню можно подобрать подходящие по стилю и смыслу иконки. Если есть возможность добавить аккуратные иконки, не уменьшая полезную площадь подписей, то лучше их добавить, они разбавят табличную структуру меню.

Еще один довольно важный момент. В этих интерфейсах не было визуального отличия переменных чтения от переменных записи. Для того чтобы понять, уставка это или индикация значения, нужно было нажать на нее и посмотреть выскочит ли экранная клавиатура для ввода.

2017

Производственно-складской комплекс, МО, обзорная схема, 27 дюймовПроизводственно-складской комплекс, МО, под экран планшета и ноутбука

В начале года был довольно крупный объект, комплексная диспетчеризация производственно-складского комплекса. Этот клиент дал много опыта с точки зрения инженерных систем и алгоритмов управления, но сделать что-то принципиально новое в интерфейсе на тот год не вышло. В этом интерфейсе применяли все уже предыдущие наработки, немного дорабатывая и улучшая. Здесь уже есть какое-то выравнивание. Отступы гуляют по-прежнему, но, в целом, сетка объектов прослеживается, от этого интерфейс выглядит чище и строже. Переменные индикации отличаются визуально от уставок. Кнопки и тумблеры не наши, они стандартные от Scada и их изменить было нельзя.

2018

Это крупный логистический центр в Московской Области, оснащенный разными системами, за работой которых нужно следить, управлять и анализировать. Этот клиент дал мощный толчок в развитие, в том числе и с точки зрения пользовательского интерфейса, мы по сей день проводим здесь много работ, применяя новые алгоритмы управления и аналитики. К этому объекту я еще буду возвращаться в этой статье, но пока о том, как он повлиял на разработку интерфейса.

Основное отличие подхода к разработке этого интерфейса от предыдущих, это то, как рисуется вся статика. До этого интерфейс собирался по частям в среде разработки для панелей и в Scada системе, это очень усложняет процесс, особенно, выравнивание объектов. Здесь же вся статика делается в графическом редакторе и подгружается одной картинкой PNG на экран. Сверху накладываются только переменные и анимация. Это сразу убивает несколько зайцев: выравнивать и делать отступы можно с большой точностью, скорость загрузки страниц увеличивается, так как нужно меньше информации подгружать из памяти, уменьшается нагрузка на процессор.

С точки зрения дизайна, тут появилось много нового. Появился не стандартный шрифт GothamPro, цвета теперь не рандомные, а подобраны из палитр Material Design, появились кратные отступы и сетка. Объекты теперь выровнены все относительны друг друга. Поля индикации и ввода значения уже стали существенно различаться, к этому быстро привыкаешь и пользоваться становится удобно.

Что осталось от прежних интерфейсов? Структура меню, она не поменялась, иконки стали меньше и аккуратнее, теперь они гармонично вписались в общую стилистику. Иконки на главном окне с мнемосхемой остались прежние, но сама мнемосхема слегка упростилась и стала чуть более плоской. Это был последний год использования этих иконок и 3Д элементов в целом.

В целом, на подготовку этого интерфейса ушло много времени, и результат получился довольно неплохим. По-прежнему остались не доработаны подписи к переменным, например, не хватает градусов и герцев в обозначениях.

Первое видео было с панели оператора 7 дюймов, которая установлена на дверце шкафа управления, разработка дизайна интерфейса началась с нее, дальше будут экраны с мониторов системы диспетчеризации.

Приточно-вытяжная вентиляция, экран с диспетчерской, 25 дюймовПринципиальная схема котельной, монитор с диспетчерской 25 дюймовОбзорная схема инженерных систем логистического центра, 25 дюймов

Мнемосхемы с панели почти без изменений перешли на широкий экран монитора. Так как подложка вся рисуется в графическом редакторе, то переверстать ее с одного разрешения на другое без сильных изменений довольно просто. Кое-какие элементы использовались из готовых библиотек. Кстати, здесь с обозначениями намного все лучше и понятнее.

Что касается главного экрана, то здесь реализован "карточный" интерфейс. Смысл его в том, чтобы структурировать информацию по системам, на каждую сделать свою карточку и разместить ее на схеме здания. Если систем много, можно разделить их по нескольким экранам, если не много, то можно все показать на одном экране и отделить разные схемы цветами. На карточке нужно отображать только самые основные параметры, которые влияют на работоспособность установки и которые можно сравнивать между собой. Для вентиляции наиболее важными параметрами являются: статус работы, наличие аварий, режим зима/лето, температура канала, помещения и обратной воды. Дополнительно стараемся отображать обороты вентилятора, процент открытия клапана и задание уставки температуры. Эти значения позволяют быстро оценить стабильность работы вентсистем и теплоснабжения установок, не переходя к схемам каждой системы отдельно. Очень удобно на одном экране сравнивать параметры работы разных систем. Если, например, наблюдается недогрев по многим системам, значит есть проблемы с теплоснабжением из котельной.

У нас есть объекты, которые имеют один этаж и там удобно все карточки систем размещать на планировке здания, привязывая к их реальному местоположению на плане. Есть объекты в 4-5 этажей, и здесь становится сложнее структурировать карточки. Можно разделить экран на 4 равных части и на каждом отобразить свой этаж с системами. Можно сделать 4 экрана, на каждом свой этаж с нанесенным на нем системами, но здесь могут быть нюансы, как правило, большая часть систем располагается на -1 этаже и на последнем или кровле, что приводит к сильному дисбалансу. Мы пробовали разные варианты, расскажу об этом чуть дальше в статье.

2019

Приточно-вытяжная установка, панель оператора 7 дюймовМенюшка, панель 7 дюймов

В начале этого года был важный клиент, которому мы поставили шкафы управления климатом и они уехали работать в Румынию.

Здесь мы опять решили пересмотреть дизайн интерфейса и внести что-то новое. Наконец-то полностью ушли от 3Д, теперь у нас все плоское. Идея была уйти от 3Д, тем самым убрать лишние не информативные элементы со схемы, освободить ценное место и структурировать информацию не по графическим элементам, а по карточкам. Раньше, чтобы показать информацию о теплоснабжение установки (работа насоса, клапана, температура обратной воды) нужно было нарисовать целый узел с трубами, насосом, перемычками и прочим, это занимает много места и несет мало информации. Теперь вся эта информация находится в карточке "нагрев", точно так же структурированы и другие карточки систем. Такая структура дает унификацию интерфейса, если появится система, например, с дополнительным увлажнением или ступенью нагрева, то мы просто добавим новую карточку с нужной информацией, при этом интерфейс будет выглядеть одинаково преемственно на разных устройствах и разрешениях. Точно так же легко унифицируются и различные системы, вентиляция, отопление, освещение, энергетика, водоснабжение и так далее, все это легко приводится к одному стандарту и упрощает взаимодействие пользователя.

Менюшка не поменялась, переходит из года в год без изменений. Цвета стали более темными, вернулась обводка некоторых элементов, цвет акцента остался синим, поменяв немного оттенок. Переменные больше не обрамляются прямоугольником или обводкой, без рамок они стали просторнее.

В целом, этот интерфейс получился не очень удачным и гармоничным, но он заложил сразу несколько важных правил.

1. Освобождаем интерфейс от всего лишнего, уменьшаем количество статических элементов, убираем все 3Д. Структурируем содержание по карточкам или вкладкам, оставляем больше места для динамических значение.

2. Наводим порядок в цветах для удобства взаимодействия пользователя с интерфейсом. Оттенки темного цвета используются для фона, полей и заголовков, серым обозначаются подписи и весь текст в целом. Белый это переменные и все динамические значения. Яркий синий это цвет акцента, им обозначаются все элементы, с которыми пользователь может взаимодействовать, кнопки и уставки. И стандартные цвета: зеленый, желтый и красный, отвечают за состояние и индикацию.

Диспетчеризация торгово-развлекательного центра, окно вентустановки, монитор 32 дюймаСводное окно венткамеры, монитор 32 дюймаГлавный экран с обзорной схемой вентустановок, монитор 32 дюйма.

В этом же году реализовали одну из самых масштабных задач с точки зрения количества передаваемой информации. Это торгово-развлекательный центр в Московской Области, оснащенной большим количеством инженерных систем. Остановлюсь только на интерфейсе систем вентиляции.

В этот интерфейс перетекли почти все наработки из предыдущего примера, но при этом я считаю этот интерфейс один из самых гармоничных и удачных. Здесь опытным путем нащупал палитру оттенков темно-синего цвета, который наиболее комфортный для глаз, эту палитру используем по сей день, она не меняется. Цвета стали лучше, ушли полностью тени, обводка стала более аккуратной, за счет этого интерфейс стал выглядеть лучше.

Здесь очень удачно планировка ТЦ вписалась в разрешение Scada системы примерно 1920 х 980 рх., это позволило расположить максимум полезной информации с привязкой к физическому местоположению. Так как систем много (около 150 штук) то лучший вариант разбить их по венткамерам, где находятся щиты управления, отобразить системы как название и подкрашивать его в зависимости от состояния. Серый выведен из эксплуатации, белый стоянка, зеленая работает, желтая требует обслуживания, красный авария. Дальше архитектура строится так: при клике на венткамеру открывается табличный вид связанных систем с их основными параметрами. При клике на название системы уже откроется мнемосхема со всеми доступными параметрами и настройками.

Хотя здесь есть некоторые не доработанные моменты: кнопки сброса, индикаторы аварии, зима/лето, все равно это один из самых удачных результатов работ за все время работы. На этом объекте мы провели много дней и ночей и все это время пользовались своей же работой, и по своим субъективным ощущениям, эксплуатировать технологические системы в этом интерфейсе максимально комфортно.

2020

Приточно-вытяжная установка с увлажнением, монитор 25 дюймовПриточно-вытяжная установка с увлажнением, монитор 25 дюймовОбзорная схема системы диспетчеризации, медицинский центр, монитор 23 дюймаОбзорная схема системы диспетчеризации ТРЦ Рассвет, Москва, монитор 23 дюймаМнемосхема приточно-вытяжной установки.

Так, ну в этом году продолжилось логическое развитие интерфейсов с некоторыми экспериментами. Расскажу по порядку.

Квадратные закругленные плашки на мнемосхеме превратились в круг. Если проследить за этими плашками, то можно увидеть, как они из квадрата медленно превращаются в круг. Круглый элемент выглядит на схеме лучше, он визуально освобождает больше пространства на самой схеме, делает ее лаконичнее, но при этом вылезает сразу несколько проблем. Рассмотрим водяной калорифер. У него есть несколько параметров, которые обязательно нужно показать на схеме: температура обратной воды, процент открытия клапана, статус работы насоса. Желательно еще показать статус термостата защиты от разморозки и разместить какую-то иконку, чтобы отличить узел нагрева от узла охлаждения. Как все это поместить в круг, чтобы при этом информация считывалась и не рушилась вся концепция придумать на этом этапе я не смог. Поэтому, на примерах сверху было два решения. Первое, убрать часть информации в нижнюю плашку меню или в другое место. Второе, просто сделать подложку под нагрев значительно больше, чем другие круглые элементы схемы и разместить все в ней. Оба варианта не самые лучшие, но иначе сделать не получалось. При этом все равно круглые элементы выглядят лучше и перспективнее прямоугольных.

На обзорной схеме применяется все тот же карточный интерфейс, более яркий и с новыми крупными иконками. Здесь тот случай, когда здание в несколько этажей и с раскиданными инженерными системами. После разных прикидок и вариантов, пришли к выводу, что удобнее сделать разрез здания с сохранением очертания фасада и разместить все карточки по этажам. На примерах вверху два разных объекта, на одном удалось разместить все системы на схеме, в другом их значительно больше, поэтому сделали несколько вкладок с разбивкой по назначению систем. Дополнительно решили сделать разные цвета и на бирках карточек, чтобы быстрее можно было найти нужную установку. Например, все технологические вентустановки имеют рыжую бирку.

Если вы дочитали до этого места, то скорее всего обратили внимание, что впервые появился светлый интерфейс =). Появилась очень интересная идея сделать универсальный интерфейс с темной и светлой темой и переключать его либо автоматически от времени суток, либо вручную. Реализовали эту идею так: подложки на 95 процентов прозрачные с небольшим оттенком серого, статические элементы имеют цвета не сильно контрастирующие на темном и светлом фоне, переменные имеют подобранный серый цвет, больше контрастирующий на темном и светлом фоне. По сути, мы только меняем цвет фона с белого на темно серый, а все элементы остаются без изменения. С точки зрения работы Scada системы процесс максимально простой, подмена одного фона на другой, без замены других элементов, это не перегружает процесс работы и отрисовки. У такого решения есть минус, сложно подобрать цвета одинаково правильно отображающиеся тут и там, от этого переменные немного теряются на общем фоне. Есть вариант вместе с фоном менять скриптами и цвета переменных и других элементов, но не понятно насколько это может загрузить процесс отрисовки.

Идея с изменяемой темой интерфейса кажется очень перспективной и полезной для эксплуатации, так как диспетчерские пункты круглосуточные, днем может светить солнце в окно, а ночью будет свет выключен вообще. Несмотря на то, что было потрачено много времени на эту концепцию и она была полностью готова, в релиз она не пошла, и насколько это полезная функция мы пока не узнали.

2021

Главное окно системы диспетчеризации, логистический центр, МОМнемосхема приточно-вытяжной установкиЭкран работы вентустановки воздушного отопленияОбзорная схема работы котельной

В этом году получилось сделать еще один шаг вперед и улучшить то, что было. Полностью переработанные плашки с элементами, теперь они содержат больше информации в себе, гармонично вписываются в общую концепцию, задают общую стилистику мнемосхемы, дают больше универсальности и могут быстро информировать о своем состоянии. Я думаю, это лучшее, что можно сделать с мнемосхемой. Рассмотрим пример водяного нагревателя и вентилятора.

В водяном нагревателе, как ранее уже писал нужно показать температуру обратной воды, процент открытия клапана, статус работы насоса и аварийный сигнал. Процент открытия клапан нагрева наиболее важное значение, поэтому я поместил его в центр и сделал большим шрифтом. Помимо самого значения, вокруг круглой плашки есть заполняющая его линия по кругу, она двигается по часовой стрелке и заполняет обводку круга пропорционально значению от 0 до 100. Температура обратной воды показан в круге, но уже меньшим шрифтом, и она поменяет свой цвет, если значение будет слишком низким. Если произойдет авария по термостату или по низкой температуре обратной воды, то вся обводка круга загорится красным цветом, инженеру будет понятно, что авария пришла именно с нагрева. Помимо этого добавил еще один режим "прогрев", в момент запуска вентиляции в зимнем режиме, перед пуском установки открывается клапан и прогревается до заданной температуры, в этот момент обводка плавно мерцает рыжим цветом. В стоянке в зимнем режиме обводка окрашена в белый цвет, означает, что насос работает, зимний режим включен, клапан поддерживает заданную температуру обратки. В летний период обводка становится серой и "выключается", тем самым мы понимаем, что водяной нагрев не активен.

С вентилятором ситуация аналогичная, внутри плашки мы можем показать текущую скорость в герцах или процентах, включен автоматический режим или ручной, можем показать состояние реле перепада давления, если оно есть. Обводка здесь состоит из двух секторов, они вращаются по часовой стрелке (против часовой на вытяжке), если вентилятор работает. Скорость вращения пропорциональная текущим герцам. Если с вентилятора приходит авария, то сектора окрасятся в красный цвет. В стоянке сектора имеют белый цвет.

С точки зрения Scada системы, мы имеем набор кадров (в нагревателе больше 100 кадров), которые меняются в зависимости от условий. Никаких GIF анимаций и наложенных слоев, отрисовка и реакция происходит мгновенно.

В остальном изменений мало и все они носят косметический характер. Изменился тумблер, доработаны иконки на обзорной схеме, изменились заголовки окошек меню, раньше у них была полоска контрастного цвета с надписью, теперь остался только текст за пределами подложки. Меню стали просторнее, отступы стали больше. Острых углов почти не осталось, все, что можно было скруглить - скруглили. Уделили внимание подписям и подсказкам, обозначения везде корректные и переменные уже не перепутать.

За все время работы я старался создать пользовательский интерфейс максимально удобный для клиента. Интерфейс должен быть не перегружен информацией, простой и удобный, современный и стильный. По итогу, на сегодняшний день, считаю, что с этой задачей мы справились.

2022

В следующий раз, я думаю, что создам новый проект и начну рисовать заново. Скорее всего, переработаю немного цветовую палитру, сетку и иконки. Обязательно придумаю универсальный переход с темной темы на светлую.

Надеюсь, вы нашли в статье что-то полезное для себя. Буду рад, если оставите свою критику и комментарии, напишите, какой интерфейс больше понравился вам и почему.

Внутренности, скрывающиеся под измочаленными за последние годы стараниями маркетологов словами "умный дом" могут быть очень сильно разные. Как, например, под словом печь может подразумеваться и печь-буржуйка, так и доменная печь.

И если в предыдущей статье мы писали о построении вентиляции в историческом здании (Храме Спас-на-Крови), то в этот раз хочется рассказать о особенностях умного дома в большом особняке, а также о проблемах, которые приходилось решать при создании и автоматизации климатики в этом современном здании. Площадью под 3000 квадратов, с бассейном и СПА зоной.

Какие задачи стояли

По итогам формализации пожеланий заказчика мы договорились, что нами, как инженерами, в данном проекте должны быть решены следующие задачи:

1. Поддерживать точный климат температуру и влажность во всех жилых помещениях.

2. Обеспечить единое управление всем и вся с графического интерфейса

3. Построить слаботочные и ИТ системы. В частности WiFi, который работает везде :)

Как решали климат и его автоматика

Поддерживать влажность - это достаточно сложно. Экспоненциально сложно, если сравнить с бытовым кондеем, висящим на стеночке. И требует много инженерки. Чтобы получить точную влажность и температуру в помещениях была запроектирована вентмашина о четырёх секциях. Первая секция умеющая нагревать воздух, вторая - увлажнять, третья - охлаждать, а четвертая - снова догревать...

Плюс чиллер дабы холодную воду готовить для секции охлаждения и для остальной климатики в доме, плюс газовая котельная с ИТП - горячую воду дающая. Изрядное количество датчиков, приводов... И единая автоматика с разрабатывавшимися под данный конкретный объект программами, которая всем этим управляет и позволяет держать влажность с температурой в заданных пределах. Учитывая наш сырой Питерский климат - удержать влажность в доме бывает непросто :)

Для доведения температуры до желаемой в отдельном помещении установлены радиаторы - для обогрева. И холодные потолки - для охлаждения без резких потоков воздуха. Плюс - тёплые полы - дабы было комфортно ходить босиком.

Система управления ("умный дом", или, если угодно - "умный особняк") в этом проекте была разделена на бэкенд (классическая система автоматизации/диспетчеризации на контроллерах Sauter) и фронт-енд (графический пользовательский интерфейс на базе ориентированных под это контроллеров Crestron; плюс сюда же задачи по управлению мультимедией). Общаются бэкенд и фроненд по сети по протоколу Bacnet/IP.

Более 600 датчиков (температуры, влажности, давления воздуха, движения); порядка 650 устройств, подключенных к выводам контроллеров (реле, приводов, клапанов, ...). Около 1600 переменных в SCADA системе. 53 контроллера автоматики и парочка контроллеров умного дома.

Немножко труб - тепловой пункт (БТП) живьём.

Для лучшего прочувствования масштабов бедствия приведу немного скучных технических подробностей про автоматику.

скучные технические подробности :) И БТП в SCADA системе.

Умный дом

Что же касается фронтенда, то визуально для пользователя он выглядит как iPad'ы, установленные в ключевых помещениях на беспроводных зарядных док-станциях, позволяющих одним движением снять планшет.

Управление всем набором запроектированных дизайнером светильников в гостиной

iPad'ы в режиме киоска с установленным ПО, обеспечивающим управление климатом, освещением и мультимедией комнаты с единого интерфейса. Также можно переключать сценарии освещения, димировать заданные группы освещения, управлять шторами, управлять аудио-видеооборудованием, наружной подсветкой дома, освещением сада и многое другое.

Также управление освещением продублировано с настенных выключателей. Особое внимание было уделено отказоустойчивости системы включение/выключение света будет возможно даже при выходе из строя контроллеров автоматики.

Дополнительной вишенкой на торте является система позиционирования, позволяющая в автоматическом режиме определять, в каком помещение находиться хозяин дома с главным, Master iPadом и выводить на экран планшета соответствующую страницу меню управления. С точки зрения техники, данный функционал реализован на Bluetooth BLE маячках (BLE PinPoint beacons), установленных по дому. При появления iPad в поле их действия, софт на iPadе сигнализирует о событии центральному контроллеру и получает команды на определенные действия. Никакие датчики в пользователя не встраиваются ;)

Изнутри это обеспечивают контроллеры Crestron. На них же возложено общение с мультимедиа устройствами.

ИТ системы

Для обеспечения доступа хозяев дома в интернет, а также для работы системы управления во всём комплексе зданий развёрнута единая сеть WiFi, позволяющая перемещаться по помещениям, сохраняя соединение. В том числе не прерывая разговора по голосовым мессенджерам. Учитывая сложную радиообстановку (толстые стены, крайне высокое затухание сигнала), сеть создана на базе аппаратного контроллера WiFi и нескольких десятков WiFi точек доступа. Штукатурная сетка, появившаяся после радиопланирования и радиообследования объекта - добавила сложностей. Но в итоге всё кончилось хорошо - нас не расстреляли :)

Также на объекте создана проводная сеть Ethernet, обеспечивающая подсоединение всего оборудования: контроллеров автоматики, точек доступа WiFi, аудио-видео оборудования, камер видеонаблюдения. Для увеличения надёжности система разбита на сегменты VLAN.

Система фонового озвучивания обеспечивает простое воспроизведение музыки как с устройств Apple (через беспроводное Wi-Fi подключение, с использованием технологии AirPlay), так и воспроизведение интернет радио, CD, MP3 в зонах бассейна, SPA и веранды.

Что можно было бы сделать лучше.

По итогам эксплуатации считаю, что надо было настоять на использовании специализированных тач-панелей от производителя системы управления. Используемые в качестве сенсорных пультов управления выделенные iPad'ы в долговременной перспективе требуют к себе больше внимания, чем хотелось бы. То, несмотря на все настройки, обновляться соберутся, то ещё что-нибудь придумают :)

И да, замечания к дизайну SCADA, полученные в комментариях к прошлой статье, мы приняли с благодарностью. Но этот проект был реализован немножко раньше предыдущей статьи и учесть в нём замечания не представлялось возможным ;)

Заключение

Несмотря на необходимость (в связи с требованием Заказчика резко сократить сроки сдачи объекта) проводить пуско-наладку в крайне сжатые сроки, мы, благодаря изначально заложенным правильным техническим решениям, смогли остаться в живых успешно завершить работы, достичь желаемых климатических параметров и получить требуемые эффекты работы системы умного особняка.

Автор Кирилл Осовский, komrus@yandex.ru