Системы интеллектуального управления зданиями православных храмов
А. Н. Чебан
Аннотация
Здания православных храмов имеют сложную архитектурную и конструктивную структуру. Для организации благоприятного микроклимата в помещениях храма необходимо учитывать не только наружные, но и внутренние параметры воздуха. Система интеллектуального управления здания православного храма позволяет организовать жизнеобеспечение здания при его эксплуатации используя современные инновационные технологии, традиционные и альтернативные источники энергии. Целью внедрения систем интеллектуального управления в здание православного храма является повышение безопасности, создание оптимальных условий комфорта, обеспечение максимальной эффективности тепло– и энергопотребления, что достигается за счет повышения качества работы системы жизнеобеспечения среды обитания человека.
По мнению специалистов (архитекторов, конструкторов и инженеров), система интеллектуального управления жизнедеятельностью здания определяется как набор систем, интегрированных в него, т. е. это совокупность систем, которые объединены единой автоматизированной системой управления [1].
«Основным компонентом интеллектуального здания является система автоматизированного управления эксплуатацией здания. Автоматизированная система управления эксплуатацией здания – это комплекс программно-аппаратных средств, основной задачей которого является обеспечение надежного и гарантированного управления всеми системами, находящимися в эксплуатации в здании и исполнительными устройствами. Система способна за счет полной неразобщенной информации от всех эксплуатируемых подсистем, будь то пожарно-охранная, система теленаблюдения, водоснабжение, электропитание, кондиционирование и т. д., принять правильное решение и выполнить соответствующее действие, проинформировать соответствующую службу о событии» [1].
Отмечается, что «Проектирование и строительство православных храмов в современных условиях осуществляется параллельно с созданием различных типов общественных зданий» [2], а это значит, что при разработке проектов зданий православных храмов необходимо применять интеллектуальные системы жизнедеятельности.
Интеллектуальная система жизнедеятельности здания православного храма – это система, установленная в помещениях и обеспечивающая согласованную и автоматизированную работу всех инженерных систем, делая здания удобными, функциональными, эффективными и безопасными для прихожан и служащих. Система должна учитывать и реагировать на кратковременное пребывания большого количества людей в помещениях храма при проведении богослужения (рис. 1).
Рис. 1. Покровский собор, Марфо-Мариинская обитель. Архитектор В.А. Щусев. 1912 год. Москва
Автоматизированные системы управления инженерных систем используются для мониторинга и управления за состоянием здания внутри и снаружи, они показаны на рис. 2 в виде пиктограмм:
микроклимат здания (системы отопления, вентиляции, кондиционирования и очистки воздуха);
управление освещением;
управление системами безопасности;
мультимедийная система.
Рис. 2. Схема пентаграмм интеллектуального управления жизнедеятельностью здания православного храма (схема автора)
Система самостоятельно распознает изменения внутренних параметров в помещениях здания православного храма и регулирует их, создавая благоприятный микроклимат и безопасное присутствие людей.
Особенностью интеллектуального управления является объединение отдельных подсистем в едином узле управления при помощи автоматики. Работа такого узла основана на принципе выполнения команд, которые получает центральный контроллер от человека или датчиков, установленных в здании православного храма. Компьютер сообщает приборам команды в определенное время в соответствии с ранее заданным алгоритмом или по показаниям датчиков сам принимает решения в зависимости от изменения внутренних или внешних условий.
Система интеллектуального управления здания православного храма состоит из следующих элементов (рис. 3):
датчики наружного воздуха собирают информацию о наружных параметрах окружающей среды;
датчики внутреннего воздуха собирают информацию о внутренних параметрах воздуха в помещениях;
центральный компьютер обрабатывает информацию и принимает решение;
приборы и оборудование, обеспечивающие комфортный микроклимат внутри помещений.
Рис. 3. Схема управления работой системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха при помощи системы интеллектуального управления (схема автора). 1 – датчики наружного воздуха; 2 – датчики внутреннего воздуха; 3 – центральный компьютер; 4 – приборы, обеспечивающие комфортный микроклимат внутри помещения
Все элементы системы интеллектуального управления жизнедеятельности объединены между собой по кабельной или wi-fi (беспроводной) связи. Система объединяет информацию и средства управления, относящиеся к системам, работающим с использованием реальных программных приложений, и позволяет управлять ими через единый интерфейс. Использование единого интерфейса делает мониторинг и анализ более простым и позволяет информации из одной системы влиять на элементы управления другой системы. Управление возможно с общего пульта управления, смартфона или с помощью голосовых команд, что позволяет настраивать и контролировать систему, подключать и отключать модули с помощью отправки SMS– сообщений на специальный пульт. Система интеллектуального управления жизнедеятельностью здания православного храма управляет и контролирует:
Микроклимат здания. Система климат-контроля, интегрированная в систему интеллектуального управления, позволяет одновременно контролировать системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в здании православного храма. Система климат-контроля устанавливает для каждого помещения храма температуру, влажность, скорость движения воздуха и чистоту воздуха на заданном уровне. Также система регулирует работу теплого пола в крещальне (баптистерий) и других помещениях храма. Системы управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха выполняют следующие функции:
поддержание в помещениях храма комфортной температуры при помощи автоматического регулирования работы отопительных приборов и теплых полов;
экономия средств на отопление при помощи автоматического включения или снижения интенсивности обогрева помещений, которая зависит от времени суток, года и количества прихожан в храме;
автоматическое регулирование работы увлажнителей, осушителей, очистки воздуха от углекислого газа, избытков тепла и влажности, возникающих от свечей и прихожан;
автоматическая работа системы приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха.
Автономная работа систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха обеспечивается за счет подключения устройств к отдельному главному модулю. Для систем отопления применяется умный термостат для поддержания заданной температуры в помещении с настенной панелью управления, который регулирует температуру отопительных приборов по заранее установленному графику.
Управление освещением объединяет все осветительные приборы в здании православного храма и на прилегающей территории в единую сеть, контролируя их взаимосвязь и экономя энергопотребление. Мощность освещения зависит от условий облачности, времени суток и года, а также от характера проводящихся христианских обрядов. Управление освещением позволяет разбить здание православного храма на зоны для более экономного электроснабжения:
управление естественным освещением с помощью автоматической работы жалюзи, ставней, навесов;
автоматическая регулировка яркости искусственного освещения в зависимости от освещенности, времени суток и количества прихожан в храме;
включение/выключение света при появлении прихожан в храме;
световое оповещение о различных событиях;
дизайнерские возможности световых акцентов как в интерьере, так и в экстерьере, подсветка предметов;
возможность установки алгоритма работы освещения – включение света на полную яркость или мягкого света при проведении христианских обрядов;
удаленное управление работой освещения через голосовые команды, программу на смартфоне или пульте управления.
Управление системами безопасности позволяет защитить здание от проникновения в него посторонних лиц и от аварийных ситуаций (рис. 4). Пожарная безопасность и устройства по предотвращению аварий, связанных с утечкой газа, повреждением инженерных сетей (тепловые сети, водопровод, бытовая и дождевая канализация) и инженерного оборудования внутри здания защищают храм от несчастных случаев. Резервная система электроснабжения срабатывает при аварийном отключении электроэнергии. Система видеонаблюдения и охранной сигнализации предупреждает о проникновении посторонних лиц и фиксирует всё происходящее в храме и на территории.
Система безопасности оснащается камерами, сигнализацией и датчиками движения, присутствия людей, открывания/закрывание дверей (рис. 5).
Рис. 4. Камеры наружного видеонаблюдения в храме Священномученика Ермогена патриарха Московского и Всея Руси. ГУП «Моспроектр-3». 2015 год. Москва
Рис. 5. Камеры внутреннего видеонаблюдения в храме Рождества Христова в Черкизове. Архитектор неизвестен. 1789 год. Москва
Задачи инженерной безопасности связаны с отслеживанием перебоев:
работы инженерного оборудования (протечки в водопроводных сетях, системе отопления, в сетях бытовой и дождевой канализации);
работы системы автоматического пожаротушения;
перебоев в работе проводки и защита от коротких замыканий.
Система личной безопасности обеспечивает:
внешнее наблюдение посредством камер и устройств инфракрасного излучения;
удаление, отправка или сохранение данных;
контроль целостности ограждения участка, окон и дверей.
Система личной безопасности работает автономно и управляется с центрального компьютера. Дополнительно устанавливается центральная система сигнализации, которая самостоятельно взаимодействует с датчиками и камерами, чтобы подтвердить необходимость вызова охранных служб.
Мультимедийная система используется для распределения аудио и видеосигнала от источника в другие помещения храма (рис. 6) и на улицу. Зона действия акустической системы обеспечивает четкую и качественную передачу звука при проведении христианских обрядов.
Рис. 6. Устройство мультимедийной системы в храме Священномученика Ермогена патриарха Московского и Всея Руси
Показательным примером применения системы интеллектуального управления жизнедеятельности в здании православного храма может служить построенный и освещённый в 2017 году храм Новомучеников, и исповедников Церкви в Сретенском монастыре (рис. 7). При проектировании, строительстве и дальнейшей эксплуатации храма были задействованы не только новые строительные технологии, но и новые инженерные технологии. Уже на стадии проектирования была создана 3D-модель храма, которая позволила детально проработать архитектурно-художественный образ и разработать проект инженерных систем, объединив их с системой интеллектуального управления (рис. 8).
Для комфорта пребывания прихожан и служащих, в храме запроектированы: приточно– вытяжная система вентиляции, система отопления, подогрев пола рядом с купелью, система климат-контроля и т.д. Инженерное оборудование (воздуховоды системы отопления, электрические сети, водопровод, кабели связи и сигнализации и пр.) «убраны» в стены, чтобы не нарушать и сохранить гармонию художественных элементов внутри храма. Для службы эксплуатации были предусмотрены смотровые люки в стенах и потолке. Управление инженерными системами осуществляется как с пульта управления, который установлен в технической зоне храма, так и дистанционно, с планшета.
В храме внутри и снаружи установлены акустические системы, которые позволяют слышать службу не только внутри храма, но и на территории возле храма. У священников есть возможность управлять светом и звуком с планшета во время богослужения (рис. 9).
Рис. 7. Храм Новомучеников и исповедников Церкви Русской в Сретенском монастыре. Архитектор Д. Смирнов. 2017 год. Москва
Рис. 8. Узел управления системой интеллектуального управления храма Новомучеников и исповедников Церкви Русской в Сретенском монастыре
Рис. 9. Система интеллектуального управления храма Новомучеников и исповедников Церкви Русской в Сретенском монастыре
В 2013 году при проведении реставрационных и восстановительных работ Морского Собора во имя Святителя Николая Чудотворца в Кронштадте (рис. 10) были применены современные инженерные и строительные технологии. Проектные работы по реставрации и восстановительную собора проводились архитекторами, конструкторами и инженерами ОАО «Моспроект-2» им. М.В. Посохина.
Рис. 10. Морской Собор во имя Святителя Николая Чудотворца в Кронштадте. Архитектор В.А. Косяков. 1913 год. Кронштадт
Была проведена большая работа по восстановлению исторических фасадов и интерьеров храма. Сложность проводимых работ заключалась в проектировании и монтаже современного инженерного оборудования в габаритах существующего исторического здания. Для увеличения площади собора была проведена реконструкция и перепланировка цокольного этажа. В цокольном этаже были размещены помещения для установки инженерного оборудования (венткамеры, узел учета воды, узел учета тепла и пр.) и дополнительные помещения для священнослужителей (покои патриарха, трапезные палаты с кухонным блоком, комната отдыха, крестильный храм) [6].
Из-за невозможности размещения воздухозаборных решёток на фасадах собора было принято решение о размещение воздухозаборных шахт на территории парка (рис. 11). По вентиляционным каналам, проложенным в грунте, воздух от вентиляционной шахты подается в венткамеры, которые расположены на цокольном этаже храма.
Рис. 11. Воздухозаборные киоски, расположенные в парковой зоне при Морском Соборе во имя Святителя Николая Чудотворца в Кронштадте
Для дополнительного проветривания светопрозрачные конструкции (окна) были обеспечены автоматической работой привода для открывания/закрывания в зависимости от температуры и влажности воздуха внутри собора [6].
Во избежание образования наледи и снеговых карманов в холодный период года на кровле собора и в водосточных трубах проложены кабели электрообогрева (рис. 12).
Рис. 12. Электрообогрев кровли и водосточных труб Морского Собора во имя Святителя Николая Чудотворца в Кронштадте
Современная система интеллектуального управления здания собора позволила автоматизировать и синхронизировать все инженерные системы, обеспечив не только комфортные условия для прихожан и служащих, но и оптимальные условия для эксплуатации строительных конструкций и интерьера собора (рис. 13).
Рис. 13. Интерьер Морского Собора во имя Святителя Николая Чудотворца в Кронштадте
Подводя итоги, можно сделать следующие выводы:система интеллектуального управления жизнедеятельностью здания православного храма позволяет:
эксплуатировать здание без постоянного присутствия человека, он нужен лишь для осуществления контроля за системой управления;
уменьшить количество углекислого газа, водяного пара и тепла, выделяемых в воздух внутри помещений от свечей и прихожан;
сократить тепло– и энергопотребление, увеличить долговечность здания и сократить финансовые расходы на эксплуатацию здания;
осуществлять мониторинг и учет потребляемой тепловой и электрической энергии и параметров наружного и внутреннего воздуха.
система интеллектуального управления жизнедеятельностью обеспечивает бесперебойную работу инженерного оборудования и создает благоприятные условия пребывания прихожан и служащих в храме.
Источники иллюстраций
Рис. 1-7, 10-13. Фотографии автора статьи.
Рис. 8,9. – URL: https://pravoslavie.ru/113205.html .
Литература
Табунщиков Ю.А. Интеллектуальные здания // АВОК. – 2001. – №3. – С. 6-9. – URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=125
Есаулов Г.В. Православный храм: архитектура и инженерия // АВОК. – 2017. – №2. – С. 4-10. – URL: abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6602
Чебан А.Н. Возобновляемые источники энергии в зданиях культовой архитектуры. (Зарубежный опыт) // АВОК. – 2017. – №2. – С. 20-23. – URL: www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6604
Чебан А.Н. Тепловизионное обследование православных храмов / А.Н. Чебан, С.Р. Вьялицин // АВОК. – 2018. – №7. – С. 72-75. – URL: www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=7031
Левшеков С.С. Особенности архитектурных и конструктивных решений современных храмов» // Architecture and Modern Information Technologies. – 2019. – 2(47). – С. 109 – 121. – URL: https://marhi.ru/AMIT/2019/2kvart19/PDF/AMIT_2(47)_2019.pdf
Реставрация и восстановление Морского собора во имя святителя Николая Чудотворца в Кронштадте. – URL: http://www.mosproject2.ru/articles/restavratsiya-i– vosstanovlenie-morskogo-sobora-vo-imya-svyatitelya-nikolaya-chudotvortsa-v-kronshtad/