Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Měření a regulace v nové budově Českého rozhlasu

Automa 12/2001

Jiří Hrouda, vedoucí projektu, Siemens Building Technologies s. r. o., divize Landis & Staefa

Měření a regulace v nové budově Českého rozhlasu

Historie budovy Českého rozhlasu ve Vinohradské ulici

Obrovský rozmach rozhlasového vysílání a rostoucí počet koncesionářů ve 30. letech vedly k rozhodnutí postavit pro tehdejší Československý rozhlas novou budovu. Hlavním investorem bylo Ministerstvo pošt a telegrafů, neboť uživatelem budovy mělo být kromě Radiojournalu i poštovní a telegrafní ředitelství. Stavba na rohu Vinohradské a Balbínovy ulice začala sloužit svému účelu 10. prosince 1933. Budova byla postavena podle funkcionalistického návrhu jeho autora architekta Bohuslava Slámy.

Obr. 1.

Objekt leží v centru města a je zapsán v seznamu kulturních nemovitých památek.

Nová budova v Římské ulici

Postupem času však začala být budova ve Vinohradské ulici Československému rozhlasu těsná, a tak byly před čtyřmi lety zbourány nejstarší části budov v Římské ulici (zadní trakt rozhlasové budovy) a na jejich místě byl postaven tzv. studiový dům.

Autorem architektonického řešení a generálním projektantem stavby Studiového domu byla společnost A.D.N.S. architekti, s. r. o.

Dlouhé hodiny se hledala řešení a kompromisy, aby na nesnadné stavební parcele, s podzemím protkaným mnoha tunely, mohla vyrůst nová budova. Tunel metra a jeho vlaky řítící se několik metrů od paty domu byly příčinou hledání, jak co nejdokonaleji zabezpečit perfektní nahrávací a vysílací podmínky. Řešení, u nás naprosto ojedinělé, se stalo i výrazným architektonickým prvkem domu. Místo dekorativních hlavic jsou konstrukce sloupů v patře stavby završeny silovými pružinami, na kterých dům „plave“. Vnitřní prostory charakterizuje odlitý beton, masivní dřevo, sklo a kámen.

Ve výběrovém řízení na novostavbu zvítězila firma Konstruktiva Branko, a. s., která zrealizovala architektonicky nevšední dílo, jež svým řešením náleží již do třetího tisíciletí, a to kvalitou technologie odpovídající jak jeho významu, tak i požadavkům objednatele.

Od počáteční spoluúčasti na koordinaci projektu, přes postupné zadávání stavby systémem výběrových řízení až k technickému dozoru a účtování se na stavbě podílela investorsko-inženýrská organizace Glöckner Praha, s. r. o.

Dodavatelem měření a regulace, včetně silových rozváděčů pro regulovaná zařízení, byla firma Landis & Gyr, s. r. o., divize Landis & Staefa (nyní firma Siemens Building Technologies, s. r. o., divize Landis & Staefa). V článku je popsána technologie budovy a řídicí systém s ukázkami grafické nadstavby, včetně popisu integrací dalších systémů v budově.

Projektovaná technologie

Topení
Zdrojem tepla je stávající kotelna ve staré budově ve Vinohradské ulici, která dodává do nové budovy vodu s konstantní teplotou +80 °C. V nové budově zabezpečuje rozvod tepla pro jednotlivé technologie rozdělovač, ze kterého jsou regulovány ekvitermní větve pro radiátory, ventilátorové konvektory (tzv. fancoily) a podlahové vytápění, teplou užitkovou vodu (TUV) a přímé rozvody k vzduchotechnickým jednotkám. Ekvitermní větve jsou řízeny venkovní teplotou, ze které se programovou funkcí vypočítává teplota topná. Samozřejmostí jsou noční poklesy, kdy uživatel může nastavovat dobu poklesu a samotný pokles v kelvinech. Bojler TUV je ohříván na +55 °C pomocí nabíjecího čerpadla, které je řízeno teploměrem v nádobě a blokováno termostatem, instalovaným na cirkulačním okruhu. Časovým kanálem je bojler jednou týdně ohříván na 65 °C, aby se zamezilo růstu bakterií rodu Legionella . Ve strojovně tepla se ještě hlídá tlak topného systému a zaplavení strojovny. Všechna zařízení mohou být ovládána časovým kanálem.

Obr. 2.

Chlazení
Kaskádová regulace chladicích jednotek Clivet zabezpečuje trvalou dodávku chladicího média pro vzduchotechnické jednotky (regulace vlhkosti v archivech ČRo) a ventilátorové konvektory. Chladicí agregáty mají naprogramované střídání (kvůli stejnoměrnému opotřebovávání) a záskok při poruše, stejně jako dvojitá čerpadla. Agregáty jsou řízeny teplotou chladící vody a větev pro ventilátorové konvektory je opět řízena ekvitermně. Ve strojovně chlazení se hlídá tlak chladicího systému a pomocí solenoidů se systém dopouští nebo odpouští.

U této technologie byla použita obousměrná datová integrace z agregátů chlazení do řídicího systému MaR – viz kapitola Řídicí systém Desigo Insight.

Vzduchotechnika
Ve všech 96 kancelářích jsou ventilátorové konvektory, které dochlazují nebo dohřívají vzduch podle konkrétních požadavků uživatelů, včetně útlumových energeticky úsporných režimů (např. při otevření okna – signál otevření je vyslán z okenního kontaktu – nebo při nočním poklesu teploty). V každé takto řízené místnosti je ovládač se snímacím a nastavovacím prvkem a regulátorem PRFB-V.

Vzduchotechnická zařízení jsou určena pro klimatizaci studií, archivních prostor a respiria a pro větrání kanceláří, hlavního vstupu (pomocí vratové clony), instalačních a sanitárních prostor apod. Pro klimatizaci jsou použity vzduchotechnické jednotky s rekuperací nebo se směšováním. Tyto jednotky jsou určeny nejen k regulaci teploty, ale i k regulaci vlhkosti. U vzduchotechnik určených pro klimatizaci archivů jsou kladeny vysoké nároky na přesnost regulace teploty (±0,5 °C) a vlhkosti (±5 % rH), aby archiválie měly konstantní mikroklimatické podmínky. Stejné nároky se kladou na regulaci jednotlivých studií, kde je nutné udržovat tepelnou pohodu jak pro režii, tak i pro samotné moderátory.

Ve vzduchotechnických kanálech je několik set protipožárních klapek. Při uzavření požární klapky nebo při vyhlášení požáru z elektronického požárního systému se příslušná zařízení odpínají. Zároveň se při požárním poplachu příslušné klapky elektronicky prostřednictvím řídicího systému uzavírají.

Zvlhčovače jsou řízeny spojitě a navíc monitorují chod a poruchu.

Bezpečnostní protizámrazové funkce (zámraz: uzavření přívodních a odtahových klapek, vypnutí ventilátorů, spuštění vzduchotechnického čerpadla ohřevu s otevřením ventilu na 100 % a zapnutí podávacího čerpadla ve strojovně topení) jsou samozřejmostí, stejně jako hlídání diferenčního tlaku na ventilátorech a filtrech.

U některých vzduchotechnických zařízení jsou ventilátory řízeny měniči frekvence. Při návrhu a montáži byl velký důraz kladen na odfiltrování vyšších harmonických složek kvůli možnému rušení vysílání.

Rozvodna
Rozvodna má tyto části:

  • Hlídání čtvrthodinového maxima. Tato část je odpovědná za sledování odběru elektrické energie a odpínání jednotlivých energeticky náročných technologií podle průběžně vypočítávané prognózy. Priority odpínání si stanoví uživatel v šesti úrovních.
  • Dieselagregát. Datová integrace záložního zdroje elektrické energie firmy Phoenix Zeppelin – Caterpillar.
  • Silnoproudé rozváděče – rozvodna. Signalizace poloh přepínačů, jističů deon apod., snímání stavů jednotlivých větví a možnost jejich odpínání.

Samočinné hasicí zařízení
Měření a regulace monitoruje strojovnu samočinného hasicího zařízení (SHZ) s návazností na odvětrávací klapky a vypínání vzduchotechniky při hašení a signalizuje stav tlakových lahví s hasicím plynem CO2.

Výtahy
Operátorovi je k dispozici grafické znázornění aktuální polohy výtahů se signalizací výstražných hlášení od řídicích rozváděčů výtahů.

Elektronický protipožární systém
Byla realizována integrace dat elektronického protipožárního systému (EPS) do grafického znázornění, včetně návaznosti na vzduchotechniku: v grafickém schématu jsou znázorněny stavy jednotlivých čidel.

Elektronický zabezpečovací systém
Také data elektronického zabezpečovacího systému (EZS) jsou integrována do grafického znázornění a tak k dispozici operátorovi budovy.

Signalizace stavů dalších okruhů
V grafickém znázornění je integrováno hlášení alarmových stavů nezávislých zařízení (patři k nim kalová čerpadla apod.)

Osvětlení
Osvětlení vstupní haly a hlavní chodby je řízeno dvoustupňově prostřednictvím centrálního počítače MaR.

Obr. 3.

Na všech zařízeních jsou ještě monitorovány veškeré parametry a požadované hodnoty, při stanovené odchylce od projektovaných hodnot je vyhlášen alarm.

Všechna hlášení o alarmech jsou uchovávána stejně jako historická data, aby bylo možné i zpětně vysledovat události na zařízeních.

Na čerpadlech a ventilátorech se sleduje počet provozních hodin a při jejich překročení je obsluha alarmem upozorněna na nutnost údržby (napnutí klínových řemenů apod.).

Systém měření regulace byl v této budově oživen včetně grafického systému, komplexních zkoušek, testů protipožárních klapek, monitorování mikroklimatických podmínek atd. během čtyř měsíců. Na realizaci, stavbě, programování regulátorů a grafických znázornění se v nejkritičtějším období podílelo až deset pracovníků firmy Landis & Gyr, s. r. o., divize Landis & Staefa.

Řídicí systém DESIGO™ INSIGHT
Řídicí systém Desigo Insight představuje páteř integrované tzv. inteligentní budovy Českého rozhlasu. Inteligentní budovou se rozumí objekt, jehož jednotlivá technická zařízení jsou řízena autonomními, avšak vzájemně komunikačně propojenými systémy tak, aby byla umožněna centralizace plnohodnotného sledování, ovládání a plánování všech funkcí těchto zařízení.

Systém Desigo Insight je topologicky koncipován ve čtyřech úrovních:

1. Úroveň periferií
Úroveň periferií obsahuje všechna potřebná čidla, včetně např. čidel vlhkosti vzduchu, akční členy a návaznosti na související technologie, především silnoproudé (ovládání ventilátorů, čerpadel atd.).

2. Úroveň zpracování procesů
Úroveň zpracování procesů je představována jednotlivými podstanicemi navzájem propojenými sběrnicí. Na této úrovni jsou uskutečňovány všechny regulační procesy.

Koncepce decentralizovaného řízení má několik zásadních výhod:

  • jednotlivé regulační okruhy mají rychlou odezvu (není nutná komunikace s řídicí stanicí),
  • funkční celky nejsou na sobě vzájemně závislé, při výpadku napětí v jedné části budovy nebo v řídicí centrále zbytek podstanic pracuje dál,
  • je zaručena snazší orientace v systému, což je výhodné při oživování a pozdějších úpravách.

Významným rysem podstanic je jejich komunikativnost. Sběrnice jsou určeny ke vzájemné výměně dat mezi podstanicemi a k jejich dalšímu přenosu do vyšších úrovní. Pro výměnu dat jsou vhodné všechny signály, které nejsou časově kritické, např. vícenásobně použité signály čidel, jmenovité hodnoty, funkce posuvů atd. Jednotlivé podstanice jsou volně programovatelné a v paměti obsahují základní funkce (včetně funkcí optimalizace, řízení rekuperace atd.), které jsou základními stavebními prvky programového vybavení.

3. Úroveň koordinace procesů je představována systémovými řadiči
Systémové řadiče nezasahují přímo do procesů, ale spravují tok dat směrem nahoru k řídicí úrovni a k jiným systémovým řadičům na stejné úrovni. Řadiče komunikují po zdvojené lince, čímž je zaručena stoprocentní redundance.

Hlavním úkolem řadičů je neustále aktualizovat obraz procesu ve své paměti, aby při dotazu řídicí stanice na stav konkrétních datových bodů byla tato informace poskytnuta aktuálně a co nejrychleji.

4. Úroveň řízení budov
Úroveň řízení (managementu) budov je zajišťována podle typu a rozsahu budovy jednou řídicí stanicí, popř. řadou řídicích stanic. Vlastní management budovy se většinou člení do dvou rozdílných typů obsluhy.

První typ obsluhy (provozní operátor) je určen pro management událostí, který je především určován předpisy a omezeními, vyžadovanými v bezpečnostní oblasti. Obsluha tak může efektivně reagovat na všechny varovné signály. Hlavní úlohou obsluhy je rozpoznávat nebezpečí, abnormální stavy a chyby, posoudit jejich význam a rozhodnout, jaká opatření je třeba zavést a které informace je třeba předat dále.

Druhý typ obsluhy se týká managementu údržby budovy a hospodaření s energiemi. Obsahuje sledování a, kde je to nutné, zasahování do regulačních parametrů. Této oblasti jsou přiřazeny diagnostika, dálkové ovládání a optimalizace všech funkcí techniky budov:

  • grafická vizualizace procesu s detailním a rychlým dynamickým grafickým zobrazováním,
  • dynamické grafické symboly (blikající nebo se změnami barev nebo tvarů podle stavu datového bodu),
  • funkce řízení přístupu (je možné zařadit až 256 různých informačních kategorií a selektivně je zpřístupnit jednotlivým uživatelům přiřazením privilegií s pomocí příslušných hesel),
  • přímá obsluha pomocí myši,
  • okna pop-up přímo vedle zvolených grafických symbolů,
  • krátká doba obnovy zobrazení,
  • grafická analýza časových průběhů v reálném čase a vyhodnocování historických dat,
  • pomocné prostředky pro sestavování protokolů, manuální nebo automatické vyvolání a zobrazení,
  • archivace a editování historických dat pro účely obsluhy a údržby,
  • různé úrovně přístupu chráněné heslem.

Regulace jednotlivých místností
Prostřednictvím systémových řadičů je do systému též integrována regulace jednotlivých místností (u méně rozsáhlých systémů lze tuto integraci realizovat na úrovni zpracování procesů). Důvodem pro použití regulace jednotlivých místností (Pronto) je dosažení maximálního komfortu ve všech prostorách při co možná nejnižší spotřebě energie. Pro energeticky efektivní provoz musí být splňovány mimo jiné tyto podmínky:

  • Regulace prostoru musí být schopna rozeznávat obsazený a neobsazený prostor. V neobsazených prostorech není dodržování podmínek komfortu smysluplné. Pro provozní stav „pokles (stand-by)“ stačí teploty, které leží o několik stupňů pod jmenovitými hodnotami komfortu (v případě vytápění), popř. nad nimi (chlazení).
  • Mimo dobu obsazení místnosti je přívod energie k prostorám omezen, popř. redukován na nutnou míru bezpečnosti proti zamrznutí. Totéž platí u provozu při otevřených oknech.
  • Energie v centrále se připravuje v závislosti na potřebě. Smí být připravováno jen tolik energie, kolik je skutečně vyžadováno od regulátorů jednotlivých místností.
  • Volná energie, jako např. chlad za letních nocí, je využívána v plném rozsahu. Pro tuto a jiné funkce šetření energiemi je předpokladem účinná komunikace mezi sekundárními a primárními regulátory. Teprve integrace regulace jednotlivých místností do celkového regulačního systému tvoří bázi pro hospodárné a životnímu prostředí nezávadné použití vytápěcích, větracích a klimatizačních (VVK) zařízení.

Obr. 4.

Integrace cizích systémů
Jak z předcházejícího textu vyplývá, kromě řízení VVK je systém Desigo (IMS2000) ideální pro integraci ostatních technických zařízení budov. Flexibilní komunikační technologie a inteligentní rozhraní umožňují efektivně a úsporně integrovat ostatní systémy. Jde především o systémy osvětlení, chlazení, EZS, EPS, systémy silnoproudé elektrotechniky včetně řízení odběru elektrické energie, systémy náhradních zdrojů, výtahy atd. S mnoha významnými firmami spolupracuje Landis & Staefa na vývoji vzájemně kompatibilních komunikačních protokolů. Integrovatelná zařízení těchto firem bývají označována symbolem Desigo easylink a zaručují hardwarovou a softwarovou slučitelnost se systémy Landis & Staefa.

V zásadě není technický problém vyvinout a dodat interface pro komunikaci s kterýmkoliv cizím systémem, je jen důležité pečlivě zvážit, zda se tento vývoj vyplatí, zda výrobce cizího systému je ochoten při realizaci spolupracovat a zda někdy není ekonomičtější realizovat propojení v podobě hardwarové vazby, např. jako opticky oddělené vstupy a výstupy nebo bezpotenciálové kontakty.

V následujícím výčtu je uveden stručný přehled jednotlivých profesních oblastí vhodných pro komunikaci:

  • Vytápění, větrání a klimatizace. V oblasti VVK se nejčastěji vyskytuje požadavek na komunikaci s chladicími systémy.
  • Bezpečnostní systémy – EPS, EZS, přístupové a kamerové systémy. Zde je třeba především jmenovat přední firmu v této oblasti, naši sesterskou firmu Cerberus, s níž naše firma vyvinula rozsáhlý komunikační systém.
  • Osvětlení. Integrace s osvětlovacími systémy je realizována na dvou úrovních – na úrovni periferií v podobě společných čidel prezence, jejichž výstup se používá jak pro regulaci VVK, tak pro ovládání osvětlení, dále v podobě dálkových ovládačů, které sdružují možnost ovládat v daném prostoru z libovolného místa teplotu (bez ohledu na to, zda jde o systém ÚT nebo VZT), osvětlení a v případě potřeby i žaluzie. Na úrovni řízení procesu se integruje řídicí systém osvětlení, který zabezpečuje centrální ovládání v libovolné místnosti ze společné řídicí stanice (např. řízení pomocí časových kanálů podle pravidelného plánu provozu atd.).
  • Elektrotechnická zařízení, především řízení rozvodu elektrické energie, měření odběrů, řízení náhradních agregátů a různých průmyslových automatů.
  • Dále lze jmenovat různé speciální systémy, např. systém managementu hotelu, systém pro řízení vodního hospodářství atd.

Závěr
V samém závěru je však namístě upozornit na skutečnost, že o úspěšnosti realizace velké akce a následném dlouhodobém bezchybném provozu vždy rozhoduje množství faktorů. Technicky dokonalý, flexibilní, volně rozšiřitelný a hlavně spolehlivý systém je základní podmínkou. Pro vlastní provoz je životně důležitá technická kompetence a motivace pracovníků obsluhy, bez které sebelepší systém postupně ztrácí mnoho ze svých kvalit a funkcí.

Neméně důležitou skutečnost však představuje přístup realizační firmy a její technické a organizační zázemí. Kromě certifikátu kvality podle ISO 9001 je dále rozhodující celková vývojová a výrobní koncepce firmy, která musí především sledovat jednoznačnou kompatibilitu svých výrobků. Při realizaci je důležitá nejen technická odbornost, ale též vstřícnost při řešení problémů, poskytované garance, pozáruční servis a další služby.