Реферат: Умные здания
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.
Тепловое поле человека будет определяться термовизионной установкой; высокочастотное поле — по методике Кирлиан; масса — датчиками различной конструкции; рост — фоторезисторами в паре с источниками света в дверных проемах; частота дыхания- высокочувствительным остроориентированным микрофоном типа течеискателя, направленным на лицо; частота сокращений сердца, кровяное давление — электродами и датчиками, постоянно прикрепленными к ручкам кресла; спектральная характеристика голоса — микрофоном; состояние и цвет радужной оболочки глаз- передающей камерой в ванной комнате; параметры выдыхаемого воздуха — датчиком, находящимся в спинке кровати; данные о белке и сахаре — датчиками в туалете; качество походки (соотношение между нормальной и касательной составляющими давления ноги на пол) — тензорезисторами на одной из ступенек лестницы или половицы пола.
«Умное» здание не должно быть перенасыщено новыми сетями, создающими электромагнитные поля, которые воздействуют на жильцов. Интеллектуальные системы избавляют человека от заполнения многих функций, но человек обязан физически трудиться, чтобы поддерживать нормальное состояние, поэтому всегда будут существовать экологически обоснованные пределы использования таких систем. Они должны рассматриваться с учетом углубленного экологического анализа, который должен быть направлен на экологичное ограничение степени интеллектуальности зданий.
2. Примеры интеллектуальных систем здания
«Интеллектуальные» системы используются для создания оптимальных условий внутренней среды (световой, звуковой, климатической) и для экономии ресурсов, в первую очередь энергии. Например, в главном офисном здании корпорации «Такенака» (Токио) использованы «интеллектуальные» системы для экономии энергии, создания благоприятной световой среды (световые колодцы, через которые во внутреннюю часть здания поступает регулируемый солнечный свет, в том числе аккумулированный); «дышащие» наружные стены использованы для управляемой естественной вентиляции; регулируется температурная и акустическая среда. С помощью «интеллектуальных» систем в здании эффективно используется естественный свет (для улучшения освещения), ветер (для естественной вентиляции и создания постоянных потоков свежего воздуха) и высокая температура (для ввода ее в интерьер здания). Использована «дышащая» внешняя стена, от которой к внутренней части здания и к рабочим местам идет постоянный поток воздуха. Утилизируется теплота, произведенная людьми и механизмами внутри здания. В вечернее время функции «интеллектуальных» систем переходят к использованию кристаллического льда (бак хранения льда) и к воде в баке хранения горячей воды.
Кондиционирование и системы отопления сохраняют энергию и уменьшают текущие затраты. Горячая вода хранится в баках и используется в течение пиковых часов. Абсорбционные газовые нагревающие (охлаждающие) генераторы производят охлажденную и нагретую воду (затем — лед). На 30 % площади стандартных этажей, вместо охлажденной воды, установки СН5 используют скрытое преобразование высокой температуры. Используются естественная вентиляция, естественное освещение, и солнечная энергия. Свежий воздух в системе естественной вентиляции поступает из специальных решеток в десяти местах на каждом этаже, с хорошим увлажнением, четырьмя способами, которые изменяются автоматически: естественная вентиляция, вентиляция и кондиционирование воздуха (гибридное кондиционирование воздуха), охлаждение свежего воздуха и кондиционирование воздуха. Каждый кондиционер использует один эксплуатационный способ, управляет увлажнителями и проветривающим объемом воздуха согласно погоде вне здания (температура, влажность, ливень, направление ветра и скорость) и внутренней среде (температура и влажность). Хотя отдан приоритет естественной вентиляции, ее не всегда достаточно, поэтому вентиляция выполнена с кондиционированием воздуха (гибридное кондиционирование воздуха).
Одна из особенностей этого здания — использование естественного верхнего освещения в световых колодцах и открытой лестнице. Чтобы более эффективно использовать солнечный свет в световых колодцах, специальные устройства для аккумулирования и распределения дневного света были установлены в верхней части колодцев. Датчики освещенности этажей по периметру световых колодцев позволяют экономить электроэнергию. Уровень освещенности регулируется также и во внутренних зонах. Кроме того, датчики света, реагирующие на появление человека, были установлены в туалетах и местах отдыха; и если там никого нет — освещение не включается.
Интересен проект интеллектуального здания будущего, выполненный фирмой Phillips.
Умная кожа небоскрёба "впитывает" окружающий мир.
Поклонники бионики любят проводить параллели между живыми существами и необычными машинами. И так же часто с живым организмом сравнивают целые здания. В этом случае такое сравнение не покажется преувеличением. Проект небоскрёба, живущего в полном согласии с природой, предлагают голландские дизайнеры.
Специалисты компании Philips решили помечтать, каким будет жилое здание в китайском мегалополисе в 2020 году. Это одна из самых быстроразвивающихся стран мира, урбанизация в которой идёт колоссальными темпами.
В проекте важнейшее значение отведено экологичности и энергоэффективности здания, будущее здание должно само обеспечивать себя электричеством, светом и водой.
В общих чертах такой подход не нов. Казалось бы, чего тут сложного? Добавить солнечные батареи и ветряки, системы сбора дождевой воды и «транспорта» естественных солнечных лучей вглубь строения.