Строим и автоматизируем вентиляцию — Спас-на-Крови

    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)
    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
    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

    Средняя зарплата в IT

    120 000 ₽/мес.
    Средняя зарплата по всем IT-специализациям на основании 9 012 анкет, за 1-ое пол. 2021 года Узнать свою зарплату
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 43

      +2

      Интерфейс скады прям из 80-х.

        +4
        Да, когда я пришёл из системного интегратора в нынешнюю организацию, которая работает также в направлении автоматизации/диспетчеризации, я был сильно озадачен отставанием визуальной части мира автоматизации инженерных систем от мира ИТ… И ещё целой пачкой различий :)
        Но оно работает, выполняет поставленный технические и бизнес-задачи.
        PS. Боюсь, если сделать слишком модно и красиво (ага, чистый, не перегруженный интерфейс с одной кнопкой «Всё работает нормально»/«Что-то сломалось») — эксплуатирующий персонал будет сильно озадачен :)
          0

          А почему влажность красным цветом? 40% это плохо?

            +4
            Коллеги подсказывают, что пытались сделать коричневым… :)
            Дабы контрастно отличались от плашки температуры.
            Видимо, пока скриншоты пересохраняли взад-вперёд в прооцессе обдумывания статьи — цвета поплыли…
            Ну или у кого-то из программистов-автоматчиков свои представлении о коричневом :)))
            0

            Нужно просто делать эстетично, а не это вот всё :)

              +3

              Слегка доколупался.

                +2

                меня смущает ещё С°, общепринято наоборот же, в юникоде даже специальный символ есть

                  0

                  Согласен. Не заметил)

                  +1
                  Во-первых — спасибо за конструктивную критику :).
                  Во-вторых, если по итогам долго и сложного инженерном проекта замечания есть только к оформлению экрана, к значкам градусов — значит проект получился не так уж и плохо.;)
                    +2

                    Это скорее закон «обложка должна быть идеальной». И если он не выполняется, вглубь лезть уже не так хочется.

                      +1
                      Ваше утверждение замечательно для систем и программных продуктов, ориентированных на конечного пользователя. Неподготовленного.

                      А здесь системой будут пользоваться специально обученные люди. Которые до этого несколько десятков лет бегали по подвалу и смотрели лампочки/крутили краники в процессе эксплуатации системы отопления/вентиляции, созданной при реконструкции 1980 годы.
                      Для них представленный интерфейс (рабочий интерфейс, не парадный!) — это большой шаг вперёд. И «лезть вглубь» — это их работа. Которую мы сильно облегчили. Хотя, разумеется, можно сделать и ещё лучше ;)

                      Кроме того, в данном проекте основная масса вопросов прорабатывалась в проектных решениях и потом реализовывалась в алгоритмах, которые крутятся в контроллерах и не визуализируются.
                      А также — в трубах/воздуховодах/вентмашинах и т.п… Просто фотографии пачки этих труб/воздуховодов, тем более идущих сугубо по не-историческим интерьерам подвала — нам показались не особенно интересными для публикации. В следующей публикации — наверно постараемся больше показать инжерную часть проекта.
                        0
                        приведу пример. на большинство дачных участков неприятно смотреть. ответом на это всегда — «в 80е/90е материалов не было, делали как могли». говоришь: «ну сейчас всего полно, почему не сделать сейчас? даже не снося капитальные постройки можно изменить дизайн и сделать конфетку». какой ответ? правильно! «вот у себя и будешь делать».
                        нисколько не умаляя достоинств инженерии внутри (уверен, там всё шикарно), лучше подтягивать и «обложку» в соответствие со временем.
                          +2
                          Тут ещё есть экономическая целесообразность. «Сделать конфетку» — это вложить лям. В домике на советском садоводческом участке, который сам стоит сопоставимых денег — это оочень неоднозначное решение. Бывает проще купить новый участок (хотя бы — с 15 КВт электричества, а лучше — с магистральным газом) и начать с нуля.
                          В B2B проектах финансовые ограничения ещё явственнее ощущаются.

                          PS. «вот у себя и будешь делать»
                          И как? У себя на дачном участке Вы конфетку сделали? ;)
                            0
                            так вот и уперлись в дилемму: или езди смотри на желтенький сайдинг-и-так-нормально, или не езди вообще выслушивая от родителей «а что вы к нам не ездите?» :)
                              +1
                              А потом лет через -дцать — вопрос заиграет новыми красками.
                              И уже Вам придётся решать вопрос с сайдингом, домиком и детьми/внуками:)
                              /Offtopic
                            0
                            ps. почему я вообще написал вам: у вас есть реальный шанс изменить ситуацию, как у крупной организации с такими интересными проектами. чтобы и инженерия была в топе, и дизайн делал не «сын маминой подруги», а человек, к кому будет в коллективе равное по важности отношение. и это отношение вы можете вывести в стандарт, и на вас будут смотреть остальные и что-то у себя подтягивать.
                              0
                              То, что есть над чем поработать (в частности — над дизайном) и что улучшить — это полностью согласен.
                                0
                                круто. еще раз: мне очень понравилось, не каждый день храмы апдейтишь. и очень жду усиления роли дизайнера интерфейсов, это правда важно.
                  +8
                  Интерфейсы промышленных и медицинских CAD-ов специально решены с помощью максимально стандартизованных UI элементов. Оператор не должен отвлекаться на решение даже мельчайших UIX проблем. Скрывающиеся панельки, градиенты, кнопки с непонятным числом состояний, крутилки — это все может сбить оператора с толку. Конечно, всегда есть нюансы, и какие-то части специализированного софта, особенно презентационные, делаются визуально красивыми, но в рабочей части — простота а-ля Motiff или old-WinAPI наше всё.
                    +2

                    И верно и неверно. Элементы всяких скад тянутся из 80-х, когда их рисовали просто чтобы хоть что-то отобразить. Нет никакой стандартизации. У каждого производителя свои элементы и варианты их отображения.

                    У нас в своё время была создана собственная библиотека всех элементов, используемых в экранных формах. Было утилитарно, ровно, красиво, эстетично, без свистоперделок.

                    На скриншоте же статьи какая-то поделка с пережатыми шрифтами, разными отступами, отсутствующей стандартизацией элементов и никакой эстетикой.

                      +2
                      Интерфейсы промышленных и медицинских CAD-ов специально решены с помощью максимально стандартизованных UI элементов.
                      По молодости видел в некоей ВЧ ПО для МО РФ. Видимо движимы они были озвученными вами принципами стандартизации UX, но ТЗ писали опытные люди. Окошки были с фоном цвета хаки, кнопки и переключатели нарисованы в пейнте картинками, повторяющими визуал хардварных кнопок аля пульт трамвая, и железных тумблеров, подписи в интерфейсе выполнены трафаретным шрифтом, текстовые указания оператору — как железные таблички на заклепках, а числовые значения были представлены стрелочными (!) индикаторами. И это был не какой-то там тренажер-симулятор, а вполне себе автономный АРМ. Начальник части был очень доволен новыми технологиями.
                    +4
                    А каналы в стенах с самого начала предназначались для отопления и вентиляции?
                    Как работало историческое отопление/вентиляция в доэлектрическую эпоху?
                      +13
                      Сравнительно небольшие размеры здания и вместе с тем большая его теплоотдача предъявляли повышенные требования к отоплению храма. В 1899 — 1907 годах на Спасе была установлена оригинальная система воздушного отопления, разработанная в бюро инженера С.Я.Тимоховича. В подвале установили два паровых котла, в отдельных отсеках — восемь калориферов. По каналам, проложенным в стенах храма, подогретый воздух подавался в главный зал, в купола и к иконам 1-го яруса на южной и северной стенах и выходил через квадратные отверстия, прикрытые декоративными решетками. Главный купол обогревали чугунные батареи, пар к которым подавался по медному паропроводу через чердак большой апсиды. Вытяжные каналы располагались в нижней части стен, под каменными скамьями. Дым от котлов по подземным каналам выводился через одноэтажное здание в Михайловском саду. Здесь же размещался резервуар для хранения нефти, сообщающийся при помощи трубопровода с подвалом собора.

                      PS. В Спасе, строившемся в конце 19 века — ещё хоть нефтяные котлы.
                      В Исакиевском соборе, который строился на пол-века раньше — печное отопление из подвала. И душники в стенах, в которых горячий воздух от печей шёл. И всегда холодновато было. Там при реконструкции отопления — ещё больше голову ломать пришлось…
                        0
                        Спасибо за подробный и интересный комментарий!
                          +1
                          Здание в здание в Михайловском саду ныне не существует?
                          Выброс отработанного воздуха организован во внутристенные каналы, выходящие на кровлю.

                          А нет ли опасности для здания от такого использования каналов, которые не предназначены для этого? (Например слишком влажный, слишком горячий воздух)
                            +1
                            Про здание с трубой — самому интересно стало. Оно было рядом с часовней-ризницей, территория вокруг которой тогда входила в состав Михайловского сада.

                            К сожалению, утилитарные строения, особенно находящиеся рядом с памятниками архитектуры, редко специально фотографируют… Да и на тогдашних планах они условно изображались. На «Плане города Санкт-Петербурга с показанием урегулирования улиц» 1908 года виднеется что-то, обозначенное желтым.

                            Скорее всего — здание было снесено либо в 1920 годах, когда через угол Михайловского сада был организовался проезд для трамваев, ныне именуемый Царицинским проездом и отсекающий ризницу с прилегающими строениями от самого собора.

                            Хотя на citywalls в обсуждение жилого флигеля (https://www.citywalls.ru/house20349.html) приводится рисованный набросок, датируемый автором 1963 годом, на котором изображено нечто похожее на одноэтажное здание с трубой. Если это правда — значит его снесли уже при реконструкции Спаса в 1970 годы…
                              +2
                              PS. На pastvu нашёл таки подходящую фотографию 1960 года, где на заднем плане виден домик с трубой.
                              pastvu.com/p/503276
                              0
                              от такого использования каналов, которые не предназначены для этого
                              Был целый пласт задач по подготовке каналов «для современного использования». Нанимались трубочисты (!), которые по утвержденному проекту этим занимались.
                              0

                              ИМХО этого всего очень не хватает в исходной статье

                              0
                              Пишут, что с 19 века печка и каналы-воздуховоды в стенах (про них в статье пишут), выходящие на уровне примерно головы (видны во многих храмах)
                              А вот до этого периода не нашел достоверных статей. Самому интересно
                                +5
                                с 19 века… до этого периода
                                А более старые церкви, что видел в поездках по России — разделяются на летние (торжественные, большие, НЕОТАПЛИВАЕМЫЕ) и зимние (маленькие, с печкой).
                                На майские был в Георгиевском соборе (Юрьев монастырь под В.Новгородом).
                                XII века постройки, реконструирован в XIX веке. Большой, каменный, летний собор. без отопления. В начале мая там — дубачина! (Ибо промёрз за зиму). Послушали экскурсию и пошли на улицу под дождик греться :)
                                0
                                Летом было попрохладнее (в т.ч. — и из-за меньшего количества бетона вокруг, а зимой… жгли еретиков ) А вообще, храм построен в 1881 году, а воздушное отопление было известно еще с очень давних времен (описанные в статье каналы в стенах — это оно и есть).
                                  +1
                                  а зимой… жгли еретиков
                                  Ну не знаю — не напасёшься столько еретиков :)

                                  PS.
                                  воздушное отопление было известно еще с очень давних времен
                                  С чем сталкивался — это XIX век. Может, в Италии есть существенно более ранние примеры, но на ум не приходят…
                                    +3
                                    Вики говорит, что еще в Древнем Риме так грели здания (подавали горячий воздух по специальным каналам)
                                      +1
                                      То Рим, там тепло. Страшно представить сколько дров уходило на подобные сооружения у нас. Хотя не факт, что их натапливали до 24х градусов. Судя по воспоминаниям жили в достаточно холодных помещениях
                                        0
                                        Развалины римских терм, с подогреваемыми полами, раскиданы по всему Средиземноморью, бывшем владением Римской империи. Наверное несколько десятков наберется. А они еще и в частных домах были.
                                  0
                                  А с воздухом в башенках и в куполах как? Туда внутристенные воздуховоды приходят?
                                  Тоже купол
                                  Это здание мало посещается людьми, но конденсат порой приходится выветривать через форточки.
                                  image
                                    +1
                                    Основная задача была — создать микроклимат для сотрудников и посетителей собора. Поэтому — выводы воздуховодов на высоте 2… 3 метра. Как и было изначально построено. (Угу, кто бы дал в ГИОП'овском здании — памятнике культуры тащить новые воздуховоды в исторических об'ёмах :) Плюс воздушные завесы. Плюс калоририферы вдоль пола.
                                    Что в итоге даёт воздушную подушку и требуемый климат внизу.
                                    В башенках — только диспетчеризируем микроклимат, но не управляем им.

                                    Если интересно подробнее — уточню на буднях у коллег, которые за воздушную часть отвечали.
                                    0
                                    ммм… а бывают менее именитые решения, но настолько же хорошие насколько и дешевые.
                                    Ну т.е. от компании болид комплект измерения температуры и влажности на 20 датчиков температуры и влажности, включая скада систему и отображение — уже в комплекте 50к рублей ( и всё настроено, только включить в розетку, на провод повесить отмаркированный датчик, воткнуть в ethernet). Со скада системой, opc_ua на выходе… И исходниками, которые каждый переделывает под себя.
                                      0
                                      Дык если надо измерять температуру/влажность (т.е. нужна система диспетчеризации) — то да, замечательно решается задача готовым комплектом. В том числе — и на Болиде.
                                      Если надо управлять большим количеством разнородных инженерных систем и тем паче — нести ответственность за конечный результат (микроклимат), то задача несколько сложнее. Буду рад увидеть примеры решения задачи комплексной автоматизации климатики на Болиде.
                                        0
                                        День бодрый)
                                        «Если надо управлять большим количеством разнородных инженерных систем и тем паче — нести ответственность за конечный результат (микроклимат), то задача несколько сложнее. Буду рад увидеть примеры решения задачи комплексной автоматизации климатики на Болиде.
                                        »

                                        Тут согласен, задача всегда сложная. Просто так поставить кучу терморегуляторов и даже обвязать их — это одно, а обеспечить Технологический Процесс, чтобы он Корректно выходил на Уставку — это совсем другое.

                                        А по примерам решений — можно конечно пойти в демагогию и расписать, что

                                        Комплексной автоматизации на Болиде Без климатики — достаточно много. Опять же это 60..70% всех систем пожарной сигнализации 24/7/365. а это Очень много. Комплексно в части управления к ним Очень часто ставят клапана дымоудаления — а это Огромные количества клапанов. Ну то-есть обычная 25-и этажка это в каждом подъезде 70 клапанов и 700 датчиков. на трёхподъездный дом это 1500 датчиков и 210 клапанов. — это я описываю типовые решения которых Очень много. плюс насосная. таким новостроек каждый день вводится в стране Очень много.
                                        Это я описал не для того, чтобы сказать что пожарной автоматики много и прочее (хотя так может выглядеть, но на самом деле пишу про другое!!!!!). А к тому, что если бы требовалось вместо клапанов дымоудаления требовалось регулировать температуру/влажность приточного воздуха к примеру — это бы решалось абсолютно теми же средствами и тем же оборудованием. Ну минимум потому что такое оборудование у нас есть, и на малом количестве объектов оно работает (единичном). Потому что запросы такие единичны.

                                        По комплексной автоматизации климатитки существенно меньше реализованных Проектов.
                                        Да, здание минпромторга вспоминается на 2000 точек управления — каждая батарея отдельно регулировалась. (сейчас, уже после 5-и лет эксплуатации здание на реконструкции и делают уже на следующем поколении наших контроллеров)

                                        … но Больших проектов автоматизации климатики в нашей стране достаточно мало. или я их вижу так. Чтобы было о чем поговорить — можно поделиться ссылкой, по которой некоторые инженеры делятся реализованными проектами.
                                        bolid.ru/projects/projectsview/?tagsID=1418%2C1419 — всего то 22 из тех, что выложили с начала года.

                                        да, выглядит рекламой бренда… агрессивной наверно и нельзя так писать — Вы поправьте если что, но в целом такие задачи — связи разносторонних систем — Мне интересны. Интеграция это Интересно.
                                          0
                                          Выглядит не рекламой, а как Вы сами правильно сказали — демогогией. Пожарная сигнализация с клапанами дымоудаления — это одно.
                                          И диспетчеризация, когда надо только получать информацию — сюда же…
                                          А автоматизация климатических систем, когда нало управлять много чем — это другое…
                                          Разумеется, крупных проектов автоматизации меньше, чем строительства, например, типового жилья. Но они есть. А то, что Вы их не видите — наверное, вполне логично. Никто в таких проектах Болид всерьёз не рассматривает.
                                            0
                                            ну раз не не дочитали по функционалу, и параметрам тогда да, это демогогия, не буду больше докучать.
                                            Опять же каждый привык к какому то своему пулу инструментов)

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое