Технологии для
Интеллектуальных
Зданий

+7 (495) 987-42-98
info@sga-bms.ru
контакты

 Компания 
 Наши объекты
 Лицензии и сертификаты
 Рейтинги и награды
 Партнеры
 Виды деятельности 
 Комплексные решения
 Внешний аутсорсинг
 Создание концепции
 Обучение и курсы
 Оборудование 
 SIEMENS
 LONIX
 ЭТОЛОН
 LonArena
 PRODUAL
 Технологии 
 Публикации и статьи 
 Контакты 

Проблемы расчета надежности комплекса систем жизнеобеспечения здания

09.01.2007

Проблемы расчета надежности комплекса систем жизнеобеспечения здания

Ввиду нечеткости задачи приходится самостоятельно формулировать исходную постановку задачи, а затем решать ее исходя из принятых положений. Такими положениями являются перечень объектов оценки надежности и схема расчета надежности. Вся терминология и методы расчета соответствуют отечественному ГОСТ 27.003-90. В статье приведена классификация и  показатели надежности для каждого из перечисленных объектов. Приняты критерии отказа для каждой из подсистем, делается вывод о типе искомого показателя надежности. Выбирается метод его расчета. Для реализации выбранного метода проводится приводятся  схемы расчета надежности подсистем, после чего все полученные символьные результаты подставляются в формулу, предписанную выбранной методикой.

Одним из практически значимых результатов является то, что при выбранных критериях отказа подсистем, надежность здания напрямую зависит от надежности системы пожарной сигнализации. Таким образом, в дорогом здании не выгодно использовать дешевую ПС.

При проведении исследования использовалась книга А.Я.Резиновского и указанные ГОСТ-ы.
Автор статьи выражает искреннюю благодарность Арнольду Яковлевичу Резиновскому за активную методологическую помощь в исследовании

Экономическое обоснование создания комплекса систем Интеллектуального Здания основано на экономии тепла и электроэнергии, снижении эксплуатационных затрат. Расчеты, показывающие окупаемость Интеллектуального Здания в течение 3-х лет впервые были опубликованы компанией Lucent почти 20 лет назад. Именно тогда было положено начало Интеллектуального Здания как самостоятельного продукта на рынке. Инвесторы с удовольствием восприняли новую идею, однако, реакция страховых компаний была неоднозначной. Суть проблемы заключалась в том, что с ростом сложности системы неизбежно возрастает вероятность отказа. Таким образом, совсем необязательно, здание, напичканное электроникой, окажется надежней и долговечней традиционного. Периодически появляются публикации о льготном страховании того или иного Интеллектуального Здания, однако никаких критериев и оценок, по которым страховая компания оценивала риски, не приводилось. Наши отечественные страховые компании наотрез отказываются страховать шедевры «Интеллектуального Зодчества», опасаясь их как огня. Тем не менее, именно страховой механизм может и должен стимулировать спрос, реально оценивать качество технического решения, подсказывать Инвестору правильный путь.

 Целью данной статьи является попытка создать методику оценки надежности, так необходимую для появления страхового регулирования рынка ИЗ.

 Тематика расчета надежности сама по себе является чрезвычайно сложной задачей, как у нас так и зарубежом. Она требует применения специфического математического аппарата и изобилует полуэмпирическими методиками оценки тех или иных параметров. Для начала определимся, что же является объектом оценки надежности и что, с точки зрения формального математического языка, мы хотим получить. В качестве отправной точки возьмем понятие Интеллектуального Здания и отечественные нормативные документы: ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения» и ГОСТ 27.003-90 «Надежность в технике.Состав и общие правила задания требований по надежности» 

Прежде чем определить Интеллектуальное Здание, введем сначала понятие традиционного здания. Традиционным будем считать здание, в котором каждая из систем жизнеобеспечения автоматизирована отдельно, независимо от других. Взаимодействие систем либо отсутствует, либо существует, но прописано жестко, без возможности изменения в период эксплуатации. Теперь введем Интеллектуальное Здание, как традиционное здание, снабженное свободно программируемым механизмом задания межсистемного взаимодействия. Таким образом, порядок взаимодействия систем жизнеобеспечения Интеллектуального Здания легко модифицируем. Итак, как мы видим, ИЗ может быть представлено как совокупность систем жизнеобеспечения плюс механизм задания межсистемного взаимодействия. Пусть это будут для нас элементарные кубики, внутрь которых мы заглядывать не будем. Именно исходя из такой модели мы будем пытаться строить расчеты. Эти кубики, согласно вышеуказанным ГОСТ, будут именоваться «частными объектами расчета надежности».

Итак, частными объектами расчета надежности (изделиями) Интеллектуального Здания (ИЗ) Будем считать:

  1.  Системы жизнеобеспечения

a. Системы вентиляции

l. Приточные системы

ll. Центральные кондиционеры

lll. Вытяжные системы

b. Системы отопления

           l. Центральное отопление

           ll. Системы управления микроклиматом

c. Системы локального кондиционирования

           l. Унитарные системы локального кондиционирования

d. Система холодоснабжения

e. Системы контроля доступа

f. Системы охранной сигнализации

g. Системы пожарной сигнализации

h. Система электроснабжения

i. Система гарантированного электроснабжения

j. Система водопровода и канализации

k. СКС, телефония, Выход в глобальные сети

l.  Подпорное и вытяжное дымоудаление

m. Автоматическое пожаротушение

   2. Механизм интеграции систем жизнеобеспечения в единый комплекс

   3. Элементы систем, носящие характер изделий общего назначения (контроллеры для систем автоматики)

Наиболее простые изделия в процессе эксплуатации могут находится только в двух состояниях – работоспособном и неработоспособном. Такие Изделия относятся к I виду. Если изделие может иметь несколько степеней неработоспособности – оно относиться к II виду. Далее в зависимости от большого количества других признаков и параметров, ГОСТ предписывает оценивать те или иные показатели надежности. Для вышеперечисленных частных объектов расчета надежности, классификация а также формулировка критерия отказа приведены в таблице 1. При составлении таблицы были допущены некоторые допущения, поэтому саму таблицу будем считать неотъемлемой частью выбранной нами модели.

 

Наименование системы

 

Характер применения, восстанавливаемость

 

Назначение : Общее или конкретное

 

I или II рода

 

 Показатель надежности, требования по надежности согласно ГОСТ 27.003-90

 Критерий отказа (только для изделий I рода). Определение предельного состояния, выходной эффект (только для изделий II рода)

Вытяжная вентустановка

Постоянное, восстанавливаемое,

обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность,

 

Kг** или Kт.и; То; Тв*

 

 

Отсутствие перепада давления воздуха спустя 40 секунд после запуска двигателя (принудительного потока воздуха через вентилятор). Отказ может быть вызван отказом системы электроснабжения.

Приточная система

Постоянное, восстанавливаемое, ремонтируемое обезличенным способом, некатастрофическое

Конкретное

II

Коэффициент сохранения эффективности, долговечность

Kэф; Тв, с.ч*

 

Тр. ср. к.р; Тсл. ср. к.р

Система не стартует или не выходит на заданную уставку спустя «время выхода на режим» оговоренное в проекте

Центральный кондиционер

Постоянное, восстанавливаемое,

ремонтируемое обезличенным способом, некатастрофическое

Конкретное

II

Коэффициент сохранения эффективности

Kэф; Тв, с.ч*

 

Тр. ср. к.р; Тсл. ср. к.р

Система не стартует или не выходит на заданную уставку спустя «время выхода на режим» оговоренное в проекте

Центральное отопление

Постоянное, восстанавливаемое, ремонтируемое обезличенным способом, катастрофическое

Конкретное

II

Коэффициент сохранения эффективности

Kэф; Тв, с.ч*

 

Тр g к.р; Тсл g к.р

Система не обеспечивает поддержания заданных уставок

Система управления микроклиматом

 

Постоянное, восстанавливаемое,

Необслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг; То; Тв*

Отличие реальных показателей (температуры и/или влажности) от уставки более чем на 2гр Цельсия (10% отн. Влажности) спустя расчетное время установления параметра. Отказ может быть вызван отказами систем отопления, электроснабжения, холодоснабжения.

 

Система холодоснабжения

 

 

 

 

Постоянное, восстанавливаемое,

Обслуживаемое

 

Конкретное

 

I

 

Безотказность, ремонтопригодность,

 

Kг** или Kт.и; То; Тв*

 

Отличие температуры прямого холодоносителя более чем на 2гр Цельсия от уставки, предусмотренной проектом спустя «время выхода на режим после пуска», указанное в документации системы.

 

Унитарная система локального кондиционирования

 

 

Постоянное, восстанавливаемое,

Обслуживаемое

 

Конкретное

 

 

I

 

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг** или Kт.и; То; Тв*

 

Отличие температуры воздуха в обслуживаемом помещении, более чем на 2гр Цельсия от уставки с учетом режима кондиционера (нагрев, охлаждение, авто). Отказ может быть вызван отказом системы электроснабжения.

Система контроля доступа

Постоянное, восстанавливаемое,

Необслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг; То; Тв*

Устойчивая ошибка (более 3-х раз) или задержка (более 5 секунд) в принятии решения о проходе. Отказ может быть вызван отказом системы СГЭ.

 

 

Система охранной сигнализации

 

Постоянное, восстанавливаемое,

необслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг; То; Тв*

Пропуск нарушителя или ложное срабатывание. Отказ может быть вызван отказом системы СГЭ.

Система пожарной сигнализации

Постоянное, восстанавливаемое,

Обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг** или Kт.и; То; Тв*

 

Отсутствие реакции на возгорание в защищаемом помещении или ложное срабатывание.

Система видеонаблюдения

Постоянное, восстанавливаемое,

Обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг**

Четкое изображение без искажений, на всех режимах квадратора и мультиплексора

Лифтовое оборудование

Постоянное, восстанавливаемое,

Обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг**

Полная исправность всех механизмов и цепей

 

 

 

Система электроснабжения

Постоянное, восстанавливаемое, ремонтируемое обезличенным способом, катастрофическое

Конкретное

II

Коэффициент сохранения эффективности

Kэф; Тв, с.ч*

 

Тр g к.р; Тсл g к.р

Неработоспособность любых групп

Система гарантированного электроснабжения

Циклическое, восстанавливаемое,

Обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Ko(tб.р) = Кг × P(tб.р); Тв

 

 

Несоответствие параметров электропитания на потребителях СГЭ заданным проектом спустя 3 минуты после пуска и до минимально гарантированного расчетного времени, указанного в проекте .

Система водопровода и канализации

Постоянное, восстанавливаемое,

обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, ремонтопригодность

 

Kг** или Kт.и; То; Тв*

 

Любые протечки, засоры, переполнения. Отказ может быть вызван отказом системы электроснабжения

СКС, телефония, выход в глобальные сети

Восстанавливаемое и невосстанавливаемое

Общее

II

Оценке не подлежит, требует анализа путем разбития на изделия вида I

 

Подпорное и вытяжное дымоудаление

 

Невосстанавливаемое,

Однократного применения

Конкретное

I

Безотказность, долговечность, сохраняемость

 

 

P(tож); P(tб.р);

 

 

Отсутствие перепада давления воздуха спустя 40 секунд после запуска двигателя (принудительного потока воздуха через вентилятор). Отказ может быть вызван отказом системы электроснабжения.

 

Автоматическое пожаротушение

Невосстанавливаемое,

Однократного применения

Конкретное

I

Безотказность, долговечность, сохраняемость

 

P(tож); P(tб.р);

 

Отсутствие реакции на возгорание в защищаемом помещении или ложное срабатывание.

Механизм интеграции систем жизнеобеспечения в единый комплекс

Постоянное

 

Конкретное

II

Коэффициент сохранения эффективности

 

Kэф; Тв, с.ч*

Увеличение времени реакции межсистемного взаимодействия более 2-х минут по любому из связанных параметров или сигналов

Механизм передачи критичных сигналов (например «ПОЖАР»)

Многократного циклического применения , восстанавливаемое, обслуживаемое

Конкретное

I

Безотказность, долговечность

 

Ko(tб.р) = Кг × P(tб.р); Тв

 

Потеря сигнала или его ложное срабатывание

 

 

 

Элементы систем, носящие характер изделий общего назначения (контроллеры для систем автоматики)

Постоянное, невосстанавливаемое,

необслуживаемое

Общее

I

Безотказность, долговечность

 

Тg** или Тср

Любые отказы входных или выходных цепей контроллера, останов прикладной программы, отказ сетевого интерфейса.

 Было бы садизмом детально описывать и приводить здесь все пункты и формулы ГОСТа, однако следующие комментарии к приведенным обозначениям приложить к таблице необходимо.

* Задают дополнительно к Kг или Kт.u при наличии ограничений на продолжительность восстановления. При необходимости с учетом специфики изделий вместо Тв допускается задавать один из следующих показателей ремонтопригодности: гамма-процентное время восстановления Твg, вероятность восстановления P(tв) или среднюю трудоемкость восстановления Gв.

** Задают для изделий, выполняющих ответственные функции; в противном случае задают второй показатель.

Примечания:

1. Значение tб.р устанавливают исходя из выходного эффекта в принятой модели эксплуатации изделия и принимают равным заданному значению непрерывной наработки изделия (длительности выполнения одной типовой операции, длительности решения одной типовой задачи, объему типового задания и т. п.).

2. Для восстанавливаемых простых ИОН вида I, выполняющих в составе основного изделия частные технические функции, допускается по согласованию между заказчиком и разработчиком вместо показателей Kг, То (Kт.и; То) задавать показатели То и Тв, что с точки зрения контроля выполнения требований является более жестким случаем.

3. Для невосстанавливаемых простых высоконадежных ИОН вида I (типа комплектующих изделий межотраслевого применения, деталей, узлов) допускается вместо Тср задавать интенсивность отказов l.

4. Для восстанавливаемых ИОН вида II, выполняющих в составе основного изделия частные технические функции, допускается по согласованию между заказчиком и разработчиком вместо показателей Kт.и, с.ч и То,с.ч. задавать показатели То, с.ч и Тв, с.ч.

 Итак, двинемся дальше и зададимся вопросом, чего же мы хотим? Оперируя освоенной терминологией, скажем, что нам нужно определить показатель надежности Интеллектуального Здания и найти методику его расчета.

 Вооружимся еще одной специализированной книгой – «Испытания на надежность радио- электронных комплексов». Интеллектуальное Здание в целом согласно применяемой в этой книге терминологии, является многоканальным многофункциональным комплексом.

А искомый показатель надежности – Коэффициент сохранения эффективности ИЗ. Теперь, когда мы уже знаем, что мы ищем, остается найти методику расчета вышеуказанного параметра. Та же книга рекомендует применить так называемый метод расчета по контурам. Для справки – кроме этого метода существуют и описаны метода расчета по траекториям и метод расчета по состояниям.

 Перечислим функциональности или говоря специализированным языком «контуры» ИЗ:

  • Воздушное кондиционирование
  • Водяное радиаторное отопление
  • Горячее водоснабжение
  • Разграничение доступа в охраняемые помещения
  • Охранная сигнализация
  • Видеонаблюдение
  • Освещение, электроснабжение рабочих мест
  • Лифтовое оборудование

 Назначим удельные веса вышеупомянутых систем в общей функциональности здания:

 0,2 - Воздушное кондиционирование

0,2 - Водяное радиаторное отопление

0,05 – Горячее водоснабжение

0,1 - Разграничение доступа в охраняемые помещения

0,07 - Охранная сигнализация

0,1 - Видеонаблюдение

0,2 - Освещение, электроснабжение рабочих мест

0,1 - Лифтовое оборудование

Системы пожарной сигнализации и пожаротушения ввиду их обязательной установки согласно действующим нормативам будут учитываться как неотъемлемая часть каждого из перечисленных функционалов (контуров). Так же будет учитываться система электроснабжения здания. Для упрощения не будем выделять систему гарантированного электроснабжения в отдельный функционал.

Подсчет коэффициента эффективности будет осуществлен по формуле  

Kэф=

S

(1-Wn)

Kэфn

 

 

n

 

 

 

 

(5.3)     

 согласно вышеуказанным весам. Осталось посчитать коэффициенты эффективности по каждому контуру. 


Воздушное кондиционирование.

Схема расчета надежности

  

Согласно приведенной схеме

KЭФвозд_конд = Wэлектроснаб * WИТП_вент * WВент * WВиК * WМех_пер_Крит_сиг * Wмежсист_вз * WПСАПТ * WДУ * Wхолодоснаб * W

   А именно согласно таблице 1

 KЭФвозд_конд= KЭФэлектроснаб  KЭФИТП_вент  KЭФВент  KГВиК  KОГ(tб.р.)Мех_пер_Крит_сиг  KЭФмежсист_вз  KГПС  P(tож)АПТож)ДУ  KГхолодоснаб  P(t

 

Водяное радиаторное отопление

Схема расчета надежности

  

KЭФрад_отопл  = Wэлектроснаб  WИТП_рад_отопл  WВиК  WМех_пер_Крит_сиг  Wмежсист_вз  WПС  WАПТ  WДУ

 А именно согласно таблице 1

 KЭФрад_отопл   = KЭФэлектроснаб  KЭФИТП_рад_отопл  KГВиК  KОГ(tб.р.)Мех_пер_Крит_сиг  KЭФмежсист_вз  KГПС  P(tож)АПТож)  P(tДУ

 Горячее водоснабжение

Схема расчета надежности

  

KЭФГВС  = Wэлектроснаб  WИТП_ГВС  WВиК  WМех_пер_Крит_сиг  Wмежсист_вз  WПС  WАПТ  WДУ

 

А именно согласно таблице 1

 

KЭФГВС   = KЭФэлектроснаб  KЭФИТП_ГВС  KГВиК  KОГ(tб.р.)Мех_пер_Крит_сиг  KЭФмежсист_вз  KГПС   P(tож)АПТ  P(tож)ДУ


Разграничение доступа в охраняемые помещения
Схема расчета надежности

 

KЭФразгр_дост  = Wэлектроснаб  WМех_пер_Крит_сиг  Wмежсист_вз  WПС  WАПТ  WДУ  WСКД

 

А именно согласно таблице 1

 
KЭФразгр_дост   = KЭФэлектроснаб 
  KОГ(tб.р.)Мех_пер_Крит_сиг  KЭФмежсист_вз  KГПС  P(tож)АПТ  P(tож)ДУ  KГСКД

 

Охранная сигнализация

Схема расчета надежности

                                   

KЭФохр_сиг  = Wэлектроснаб WМех_пер_Крит_сиг Wмежсист_вз WПС WАПТ WДУ WОС

 

А именно согласно таблице 1

 

KЭФохр_сиг   = KЭФэлектроснаб KОГ(tб.)Мех_пер_Крит_сиг KЭФмежсист_вз KГПС *P(tож)АПТ P(tож)ДУ KГОС

 Видеонаблюдение
Схема расчета надежности

                                   

KЭФвидео  = Wэлектроснаб WМех_пер_Крит_сиг Wмежсист_вз WПС WАПТ WДУ Wвидеонаб

 

А именно согласно таблице 1

 

KЭФвидео   = KЭФэлектроснаб KОГ(tб.)Мех_пер_Крит_сиг KЭФмежсист_вз KГПС P(tож)АПТ P(tож)ДУ KГвидеонаб

 

Освещение, электроснабжение рабочих мест
Схема расчета надежности

 

KЭФосв_эс  = Wэлектроснаб WМех_пер_Крит_сиг Wмежсист_вз WПС WАПТ  WДУ Wэл_снаб_раб_мест

 

А именно согласно таблице 1

 

KЭФосв_эс   = KЭФэлектроснаб KОГ(tб.)Мех_пер_Крит_сиг KЭФмежсист_вз KГПС P(tож)АПТ P(tож)ДУ KЭФЭл_снаб_раб_мест

 Лифтовое оборудование

Схема расчета надежности

KЭФлифт  = Wэлектроснаб WМех_пер_Крит_сиг Wмежсист_вз WПС WАПТ WДУ Wлифт_об

 

А именно согласно таблице 1

 

KЭФосв_эс   = KЭФэлектроснаб KОГ(tб.)Мех_пер_Крит_сиг KЭФмежсист_вз KГПС P(tож)АПТ P(tож)ДУ KГлифт_об


Возврат к списку
Версия для печати


 Главная  Комплексные решения  Продажа оборудования  Внешний аутсорсинг  Создание концепции 
ООО "СтройГруппАвтоматика" © Разработка сайта